Alimentations pour laboratoire domestique

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En ce qui concerne tout ce qui a été dit ci-dessus, le plus raisonnable et le moins coûteux semble être fabrication de transformateurs. Un transformateur prêt à l'emploi approprié pour alimenter les structures semi-conductrices peut être sélectionné parmi les anciens magnétophones, téléviseurs à tube, haut-parleurs à trois programmes et autres équipements obsolètes. Les transformateurs de réseau prêts à l'emploi sont vendus sur les marchés de la radio et dans les magasins en ligne. Vous pouvez toujours trouver la bonne option.

Extérieurement, le transformateur est un noyau en forme de W constitué de feuilles d'acier spécial pour transformateur. Sur le noyau est un cadre en plastique ou en carton sur lequel les enroulements sont situés. Les plaques sont généralement vernies afin qu'il n'y ait aucun contact électrique entre elles. Ils combattent ainsi les courants de Foucault ou les courants de Foucault. Ces courants ne font que réchauffer le cœur, c'est juste une perte.

Aux mêmes fins, le fer du transformateur est composé de gros cristaux, qui sont également isolés les uns des autres par des films d'oxyde. Sur fer de transformateur de très grandes tailles, ces cristaux sont visibles à l'œil nu. Si un tel fer est coupé avec des ciseaux de toiture, la coupe ressemble à une lame de scie à métaux pour le métal, contient de petits clous de girofle.

Le transformateur de l'alimentation remplit deux fonctions à la fois. Tout d'abord, il s'agit d'une diminution de la tension du secteur au niveau souhaité. Deuxièmement, il assure une isolation galvanique du réseau: les enroulements primaire et secondaire ne sont pas connectés entre eux, la résistance électrique est idéalement infinie. La connexion des enroulements primaire et secondaire s'effectue à travers un champ magnétique alternatif du noyau créé par l'enroulement primaire.

Conception de transformateur simplifiée

Lors de l'achat ou de l'auto-enroulement d'un transformateur, vous devez être guidé par les paramètres suivants, qui ne sont exprimés que par quatre formules.

Le premier d'entre eux peut être appelé la loi de la transformation.

U1 / U2 = n1 / n2 (1),

Un exemple simple. Comme il ne s'agit que d'un transformateur de réseau, la tension sur l'enroulement primaire sera toujours de 220V. Supposons que l'enroulement primaire contient 220 tours et les 22 tours secondaires. Il s'agit d'un transformateur assez grand, il a donc peu de tours par volt.

Si une tension de 220V est appliquée à l'enroulement primaire, alors l'enroulement secondaire produira 22V, ce qui correspond entièrement au coefficient de transformation n1 / n2, qui dans notre exemple est de 10. Supposons qu'une charge qui consomme exactement 1A de courant soit incluse dans l'enroulement secondaire. Le courant primaire sera alors de 0,1 A, car les courants sont dans le rapport inverse.

La puissance consommée par les enroulements: pour le secondaire 22V * 1A = 22W, et pour le primaire 220V * 0,1A = 22W. Ce calcul montre que la puissance des enroulements primaire et secondaire est égale. S'il y a plusieurs enroulements secondaires, alors lors du calcul de leur puissance, vous devez l'ajouter, ce sera la puissance de l'enroulement primaire.

Il découle de la même formule qu'il est très simple de déterminer le nombre de tours par volt: il suffit d'enrouler un enroulement de test, par exemple, 10 tours, mesurer la tension dessus, diviser le résultat par 10. Le nombre de tours par volt va beaucoup aider quand il faut enrouler le bobinage tension. Il est à noter que les enroulements doivent être enroulés avec une certaine marge, compte tenu de la tension "d'affaissement" sur les enroulements eux-mêmes et sur les éléments de régulation des stabilisateurs. Si la tension minimale nécessite 12V, le bobinage peut être évalué à 17 ... 18V. La même règle doit être observée lors de l'achat d'un transformateur fini.

La puissance totale du transformateur est calculée comme la somme de la puissance de tous les enroulements secondaires, comme décrit ci-dessus. Sur la base de ce calcul, vous pouvez choisir un noyau approprié, ou plutôt sa zone. La formule pour choisir la zone centrale:.

Ici, S est la zone centrale en centimètres carrés et P est la puissance de charge totale en watts. Pour un noyau en forme de W, la zone est la section transversale de la tige centrale sur laquelle les enroulements sont situés, et pour une section toroïdale, le tore. En fonction de la zone centrale calculée, vous pouvez sélectionner le fer du transformateur approprié.

La valeur calculée doit être arrondie à la plus grande valeur standard la plus proche. Toutes les autres valeurs calculées dans le processus de calcul sont également arrondies. Si, supposons, la puissance est de 37,5 watts, elle est arrondie à 40 watts.

Une fois que la zone centrale est connue, le nombre de tours dans l'enroulement primaire peut être calculé. Il s'agit de la troisième formule de calcul.

Ici n1 est le nombre de tours de l'enroulement primaire, U1 - 220V - tension de l'enroulement primaire, S est la zone centrale en centimètres carrés. Un coefficient empirique de 50, qui peut varier dans certaines limites, mérite une attention particulière.

S'il est nécessaire que le transformateur n'entre pas en saturation, ne crée pas d'interférences électromagnétiques inutiles (particulièrement pertinentes pour les équipements de reproduction sonore), ce coefficient peut être porté à 60. Dans ce cas, le nombre de tours dans les enroulements augmentera, le mode de fonctionnement du transformateur sera facilité, le noyau ne pourra plus entrer en saturation. L'essentiel est que tous les enroulements s'adaptent.

Une fois que la puissance du transformateur est déterminée, les spires et les courants dans les enroulements sont calculés, il est temps de déterminer la section du fil des enroulements. On suppose que les enroulements sont enroulés avec un fil de cuivre. Ce calcul aidera à remplir la formule:

Ici, di mm, Ii A, respectivement, le diamètre du fil et le courant du i-ème enroulement. Le diamètre de fil calculé doit également être arrondi à la plus grande valeur standard la plus proche.

C'est en fait tout le calcul simplifié d'un transformateur de réseau, à des fins pratiques même très suffisant. Il convient toutefois de noter que ce calcul n'est valable que pour les transformateurs de réseau fonctionnant à une fréquence de 50 Hz. Pour les transformateurs réalisés sur des noyaux de ferrite et fonctionnant à haute fréquence, le calcul est effectué en utilisant des formules complètement différentes, à l'exception peut-être du coefficient de transformation selon la formule 1.

Une fois le transformateur conçu, enroulé ou simplement acheté à la bonne taille, vous pouvez commencer à fabriquer une alimentation sans laquelle aucun circuit ne peut fonctionner.

Alimentations non stabilisées

Les circuits les plus simples sont les alimentations non stabilisées. Ils sont utilisés assez souvent dans diverses conceptions, ce qui simplifie le circuit sans affecter sa fonctionnalité. Par exemple, puissant amplificateurs audio le plus souvent, ils sont alimentés à partir d'une source non stabilisée, car il est presque impossible de remarquer à l'oreille que la tension d'alimentation a changé de 2 ... 3 volts. Il n'y a pas non plus de différence à quelle tension le relais fonctionnera: si seulement il fonctionnait, et à l'avenir il ne s'épuiserait pas.

Les alimentations non stabilisées sont simples, le circuit est illustré à la figure 1.

Un pont redresseur à diodes est connecté à l'enroulement secondaire du transformateur. Bien qu'il y ait beaucoup de circuits redresseurs, un circuit en pont est le plus courant. En sortie de pont, on obtient une tension pulsatoire à double fréquence du réseau, typique de tous les circuits de redresseurs demi-onde (figure 2, courbe 1).

Naturellement, une telle tension d'ondulation ne convient pas pour alimenter des circuits à transistors: imaginez comment l'amplificateur rugira avec une telle puissance! Pour lisser l'ondulation à une valeur acceptable, des filtres sont installés à la sortie du redresseur (figure 2, courbe 2).Dans le cas le plus simple, il pourrait simplement être condensateur électrolytique haute capacité. Ce qui précède est illustré sur la figure 2.

Le calcul de la capacité de ce condensateur est assez compliqué, il est donc possible de recommander les valeurs testées en pratique: pour chaque ampère de courant dans la charge, une capacité de condensateur de 1000 ... 2000 μF est requise. Une valeur de capacité inférieure est valable pour le cas où il est proposé d'utiliser un stabilisateur de tension après le pont redresseur.

À mesure que la capacité du condensateur augmente, l'ondulation (figure 2, courbe 2) diminuera, mais ne disparaîtra pas du tout. Si l'ondulation est inacceptable, il est nécessaire d'introduire des stabilisateurs de tension dans le circuit d'alimentation.

Alimentation bipolaire

Dans le cas où la source est requise pour obtenir une tension bipolaire, le circuit devra être légèrement modifié. Le pont restera le même, mais l'enroulement secondaire du transformateur devrait avoir un point médian. Condensateurs de lissage il y en aura déjà deux, chacun pour sa propre polarité. Un tel schéma est illustré à la figure 3.

La connexion des enroulements secondaires doit être en série - conforme - le début de l'enroulement III est connecté à la fin de l'enroulement II. Les points marquent, en règle générale, le début des enroulements. Si le transformateur industriel et toutes les sorties sont numérotés, vous pouvez respecter cette règle: tous les nombres impairs des bornes sont respectivement le début des enroulements, même - les extrémités. C'est-à-dire qu'avec une connexion série, il est nécessaire de connecter la sortie paire d'un enroulement à la sortie impaire d'un autre. Naturellement, vous ne pouvez en aucun cas court-circuiter les résultats d'un enroulement, par exemple 1 et 2.

Alimentations stabilisées

Mais bien souvent, les stabilisateurs de tension sont indispensables. Le plus simple est stabilisateur paramétriquequi ne contient que trois parties. Après la diode Zener, un condensateur électrolytique est installé, dont le but est de lisser les pulsations résiduelles. Son circuit est illustré à la figure 4.

En général, ce condensateur est installé même en sortie stabilisateurs de tension intégrés type LM78XX. Ceci est requis même par les spécifications techniques (fiche technique) pour les stabilisateurs à micropuce.

Un stabilisateur paramétrique peut fournir jusqu'à plusieurs milliampères de courant dans la charge, dans ce cas une vingtaine. Dans les circuits d'appareils électroniques, un tel stabilisateur est utilisé assez souvent. Coefficient de stabilisation (rapport de la variation de la tension d'entrée en %% à la variation de sortie, également en %%) de ces stabilisateurs, en règle générale, pas plus de 2.

Si le stabilisateur paramétrique est complété émetteur suiveur, avec un seul transistor, comme le montre la figure 5, les capacités du stabilisateur paramétrique deviendront beaucoup plus élevées. Le coefficient de stabilisation de ces régimes atteint une valeur de 70.

Avec les paramètres indiqués sur le schéma et le courant de charge 1A, une puissance suffisante sera dissipée sur le transistor. Cette puissance est calculée comme suit: la différence de tension collecteur-émetteur est multipliée par le courant de charge. Dans ce cas, il s'agit du courant collecteur. (12V - 5V) * 1A = 7W. Avec une telle puissance, le transistor devra être placé sur le radiateur.

La puissance donnée à la charge ne sera que de 5V * 1A = 5W. Les chiffres indiqués sur la figure 5 sont tout à fait suffisants pour effectuer un tel calcul. Ainsi, l'efficacité d'une source d'alimentation avec un tel stabilisateur avec une tension d'entrée de 12V n'est que d'environ 40%. Pour l'augmenter légèrement, vous pouvez réduire la tension d'entrée, mais pas moins de 8 volts, sinon le stabilisateur cessera de fonctionner.

Pour assembler un régulateur de tension de polarité négative, il suffit dans le circuit considéré de remplacer le transistor de conductivité n-p-n par la conductivité p-n-p, de changer la polarité de la diode zener et la tension d'entrée. Mais de tels circuits sont déjà devenus un anachronisme, ne sont pas actuellement utilisés, ils ont été remplacés par des régulateurs de tension intégrés.

Il semblait qu'il suffisait de compléter le circuit considéré dans la version intégrée et tout serait en ordre. Mais les développeurs n'ont pas commencé à répéter le schéma inefficace, son efficacité est trop faible et la stabilisation est faible. Pour augmenter le coefficient de stabilisation, une rétroaction négative a été introduite dans les stabilisateurs intégrés modernes.

Ces stabilisateurs ont été développés sur des amplificateurs opérationnels à usage général, tandis que le concepteur et développeur de circuits R. Widlar n'a pas proposé d'intégrer cet amplificateur opérationnel dans le stabilisateur. Le premier stabilisateur de ce type était le légendaire UA723, qui nécessitait un certain nombre de pièces supplémentaires lors de l'installation.

Une version plus moderne des stabilisateurs intégrés est Stabilisateurs série LM78XX pour tension de polarité positive et LM79XX pour négatif. Dans ce marquage 78, il s'agit en fait du nom du microcircuit - stabilisateur, les lettres LM devant les chiffres peuvent être différentes, selon le fabricant particulier. Au lieu des lettres XX, des chiffres sont insérés indiquant la tension de stabilisation en volts: 05, 08, 12, 15, etc. En plus de la stabilisation de la tension, les microcircuits ont une protection contre les courts-circuits dans la charge et une protection thermique. Exactement ce qu'il faut pour créer une alimentation électrique de laboratoire simple et fiable.

L'industrie électronique nationale produit de tels stabilisateurs sous la marque KR142ENXX. Mais les marquages ​​sont toujours cryptés avec nous, donc la tension de stabilisation ne peut être déterminée que par référence ou mémorisée comme des poèmes à l'école. Tous ces stabilisateurs ont une valeur de tension de sortie fixe. Un schéma de câblage typique des stabilisateurs de la série 78XX est illustré à la figure 6.

Cependant, ils peuvent également être utilisés pour créer des sources réglementées. Un exemple est le diagramme illustré à la figure 7.

L'inconvénient du circuit peut être considéré que la régulation s'effectue non pas à partir de zéro, mais à partir de 5 volts, c'est-à-dire du microcircuit de stabilisation de tension. On ne sait pas pourquoi les fils du stabilisateur sont numérotés 17, 8, 2, alors qu'en fait il n'y en a que trois!

Et la figure 9 montre comment assembler une alimentation électrique réglable basée sur la LM317 bourgeoise d'origine, qui peut être utilisée comme alimentation de laboratoire.

Si une source régulée bipolaire est requise, il est plus facile d'assembler deux stabilisateurs identiques dans un même boîtier, en les alimentant à partir d'enroulements de transformateur différents. En même temps, émettez la sortie de chaque stabilisateur sur le panneau avant de l'unité avec des bornes séparées. Il sera possible de commuter les tensions simplement avec des cavaliers de fil.

Boris Aladyshkin