Mājas laboratorijas barošanas avoti

Raksta pirmo daļu skatiet šeit: Elektrisko ierīču barošanas avoti

Runājot par visu iepriekš teikto, šķiet vissaprātīgākais un lētākais transformatoru barošanas avotu ražošana. Pusvadītāju struktūru barošanai piemērotu gatavu transformatoru var izvēlēties no veciem magnetofoniem, televizoru caurulēm, trīs programmu skaļruņiem un citām novecojušām iekārtām. Gatavie tīkla transformatori tiek pārdoti radio tirgos un tiešsaistes veikalos. Jūs vienmēr varat atrast pareizo variantu.

Ārēji transformators ir W formas kodols, kas izgatavots no īpaša transformatora tērauda loksnēm. Uz serdes ir plastmasas vai kartona rāmis, uz kura atrodas tinumi. Plāksnes parasti ir lakotas tā, lai starp tām nebūtu elektriska kontakta. Tādā veidā viņi cīnās ar virpuļu vai Foucault straumēm. Šīs straumes tikai silda kodolu, tas ir tikai zaudējums.

Tiem pašiem nolūkiem transformatora dzelzs ir izgatavota no lieliem kristāliem, kurus arī izolē viens no otra ar oksīda plēvēm. Uz ļoti liela izmēra transformatora dzelzs šie kristāli ir redzami ar neapbruņotu aci. Ja šāds dzelzs tiek sagriezts ar jumta šķērēm, tad griezums atgādina zāģa asmeņu metālam, satur mazas krustnagliņas.

Transformators barošanas blokā veic divas funkcijas vienlaikus. Pirmkārt, tas ir tīkla sprieguma samazinājums līdz vēlamajam līmenim. Otrkārt, tas nodrošina galvanisko izolāciju no tīkla: primārie un sekundārie tinumi nav savienoti viens ar otru, elektriskā pretestība ir ideālā gadījumā bezgalīga. Primārā un sekundārā tinuma savienojumu veic caur mainīgu serdes magnētisko lauku, ko rada primārais tinums.

Vienkāršota transformatora konstrukcija

Pērkot vai pats tinot transformatoru, jums jāvadās pēc šādiem parametriem, kurus izsaka tikai ar četrām formulām.

Pirmo no tiem var saukt par pārveidošanas likumu.

U1 / U2 = n1 / n2 (1),

Vienkāršs piemērs. Tā kā tas ir tikai tīkla transformators, primārā tinuma spriegums vienmēr būs 220 V. Pieņemsim, ka primārajā tinumā ir 220 pagriezieni, bet sekundārajā - 22 pagriezieni. Tas ir diezgan liels transformators, tāpēc tam ir maz pagriezienu uz vienu voltu.

Ja primārajam tinumam tiek piemērots spriegums 220V, tad sekundārais tinums ražos 22V, kas pilnībā atbilst transformācijas koeficientam n1 / n2, kas mūsu piemērā ir 10. Pieņemsim, ka sekundārajā tinumā ir iekļauta slodze, kas patērē tieši 1A strāvu. Tad primārā strāva būs 0,1A, jo strāvas ir apgrieztā proporcijā.

Tinumu patērētā jauda: sekundārajam 22V * 1A = 22W un primārajam 220V * 0,1A = 22W. Šis aprēķins parāda, ka primārā un sekundārā tinuma jauda ir vienāda. Ja ir vairāki sekundārie tinumi, tad, aprēķinot to jaudu, jums tas jāpievieno, tā būs primārā tinuma jauda.

No tās pašas formulas izriet, ka ir ļoti vienkārši noteikt pagriezienu skaitu uz voltiem: pietiek ar tinumu testa tinumu, piemēram, 10 pagriezienus, izmērīt uz tā esošo spriegumu, rezultātu dalīt ar 10. Apgriezienu skaits uz voltiem daudz palīdzēs, kad nepieciešams tinumu tinumu. spriedze. Jāatzīmē, ka tinumi ir jāapvelk ar noteiktu rezervi, ņemot vērā sprieguma "sagging" uz pašiem tinumiem un uz stabilizatoru regulējošajiem elementiem. Ja minimālajam spriegumam nepieciešams 12 V, tad tinumu var novērtēt ar spriegumu 17 ... 18 V. Tas pats noteikums jāievēro, pērkot gatavo transformatoru.

Transformatora kopējo jaudu aprēķina kā visu sekundāro tinumu jaudas summu, kā aprakstīts iepriekš. Balstoties uz šo aprēķinu, jūs varat izvēlēties piemērotu serdi vai drīzāk tā laukumu. Galvenās zonas izvēles formula:.

Šeit S ir serdes laukums kvadrātcentimetros, un P ir kopējā slodzes jauda vatos. W formas serdenei laukums ir centrālā stieņa šķērsgriezums, uz kura atrodas tinumi, un toroidālajam šķērsgriezumam - torus. Balstoties uz aprēķināto serdes laukumu, jūs varat izvēlēties piemērotu transformatora dzelzi.

Aprēķinātā vērtība jānoapaļo līdz tuvākajai lielākajai standarta vērtībai. Arī visas pārējās aprēķinātās vērtības aprēķina procesā tiek noapaļotas uz augšu. Ja pieņemsim, ka jauda ir 37,5 vati, tad to noapaļo līdz 40 vatiem.

Pēc tam, kad serdes laukums ir kļuvis zināms, var aprēķināt pagriezienu skaitu primārajā tinumā. Šī ir trešā aprēķina formula.

Šeit n1 ir primārā tinuma pagriezienu skaits, U1 - 220V - primārā tinuma spriegums, S ir serdes laukums kvadrātcentimetros. Īpašu uzmanību ir pelnījis empīriskais koeficients 50, kas var mainīties noteiktās robežās.

Ja tiek prasīts, lai transformators neiekļūtu piesātinājumā, neradītu nevajadzīgus elektromagnētiskus traucējumus (īpaši attiecas uz skaņu reproducējošām iekārtām), šo koeficientu var palielināt līdz 60. Šajā gadījumā tinumu skaits palielināsies, tiks atvieglots transformatora darbības režīms, kodols vairs nevarēs iekļūt piesātinātā stāvoklī. Galvenais, lai visi tinumi būtu piemēroti.

Pēc transformatora jaudas noteikšanas tiek aprēķināti pagriezieni un strāvas tinumos, ir pienācis laiks noteikt tinumu stieples šķērsgriezumu. Tiek pieņemts, ka tinumi ir savīti ar vara stiepli. Šis aprēķins palīdzēs izpildīt formulu:

Šeit attiecīgi di mm, Ii A, stieples diametrs un i-tā tinuma strāva. Aprēķinātais stieples diametrs arī jānoapaļo līdz tuvākajai lielākajai standarta vērtībai.

Tas faktiski ir viss vienkāršotais tīkla transformatora aprēķins, praktiskiem nolūkiem pat ļoti pietiekams. Tomēr jāņem vērā, ka šis aprēķins ir derīgs tikai tīkla transformatoriem, kas darbojas ar frekvenci 50 Hz. Transformatoriem, kas izgatavoti uz ferīta serdeņiem un darbojas ar augstu frekvenci, aprēķinu veic, izmantojot pilnīgi atšķirīgas formulas, izņemot varbūt transformācijas koeficientu saskaņā ar 1. formulu.

Pēc tam, kad transformators ir projektēts, ievainots vai vienkārši nopirkts pareizajā izmērā, jūs varat sākt ražot barošanas avotu, bez kura nevar iztikt neviena ķēde.

Nestabilizētas barošanas avoti

Vienkāršākā shēma ir nestabilizētas barošanas avoti. Tos diezgan bieži izmanto dažādos dizainos, kas vienkāršo ķēdi, neietekmējot tā funkcionalitāti. Piemēram, spēcīgs audio pastiprinātāji visbiežāk tos baro no nestabilizēta avota, jo ir gandrīz neiespējami ar auss palīdzību pamanīt, ka barošanas spriegums ir mainījies par 2 ... 3 voltiem. Nav arī atšķirības, pie kāda sprieguma relejs darbosies: ja tikai tas darbotos, un nākotnē tas neizdegtu.

Nestabilizētas barošanas avoti ir vienkārši, ķēde parādīta 1. attēlā.

Taisngrieža tilts ar diodēm ir savienots ar transformatora sekundāro tinumu. Lai arī taisngriežu ķēžu ir daudz, visizplatītākā ir tilta shēma. Pie tilta izejas tiek iegūts pulsējošs spriegums ar tīkla dubulto frekvenci, kas ir raksturīgi visām pusviļņu taisngrupu ķēdēm (2. attēls, 1. līkne).

Protams, šāds pulsācijas spriegums nav piemērots tranzistora ķēžu darbināšanai: iedomājieties, kā pastiprinātājs rēks ar šādu jaudu! Lai izlīdzinātu pulsāciju līdz pieņemamai vērtībai, taisngrieža izejā tiek uzstādīti filtri (2. attēls, 2. līkne).Vienkāršākā gadījumā tas vienkārši varētu būt lieljaudas elektrolītiskais kondensators. Iepriekš minētais ir parādīts 2. attēlā.

Šī kondensatora kapacitātes aprēķināšana ir diezgan sarežģīta, tāpēc ir iespējams ieteikt praksē pārbaudītās vērtības: par katru slodzes strāvas ampēru ir nepieciešama kondensatora kapacitāte 1000 ... 2000 μF. Zemāka kapacitātes vērtība ir spēkā gadījumos, kad pēc taisngrieža tilta tiek ierosināts izmantot sprieguma stabilizatoru.

Palielinoties kondensatora kapacitātei, pulsācija (2. attēls, 2. līkne) samazināsies, bet nepazūd vispār. Ja pulsācija nav pieņemama, barošanas ķēdē ir jāievieto sprieguma stabilizatori.

Bipolārā barošana

Gadījumā, ja avots ir nepieciešams bipolārā sprieguma iegūšanai, ķēde būs nedaudz jāmaina. Tilts paliks tāds pats, bet transformatora sekundārajam tinumam vajadzētu būt viduspunktam. Kondensatoru izlīdzināšana būs jau divi, katrs pēc savas polaritātes. Šāda shēma ir parādīta 3. attēlā.

Sekundāro tinumu savienojumam jābūt virknē - līdzskaņā -, tinuma III sākums ir savienots ar II tinuma galu. Punkti parasti apzīmē tinumu sākumu. Ja rūpnieciskais transformators un visi izvadi ir numurēti, varat ievērot šo noteikumu: visi spaiļu nepāra skaitļi ir tinumu sākums, attiecīgi, pāra - gali. Tas ir, ar seriālo savienojumu ir nepieciešams savienot vienmērīgu viena tinuma izvadi ar nepāra izlaidi no cita. Protams, nekādā gadījumā nevar veikt īssavienojumu viena tinuma atradnēm, piemēram, 1 un 2.

Stabilizētas barošanas avoti

Bet diezgan bieži sprieguma stabilizatori ir neaizstājami. Vienkāršākais ir parametriskais stabilizatorskurā ir tikai trīs daļas. Pēc Zener diodes ir uzstādīts elektrolītiskais kondensators, kura mērķis ir izlīdzināt atlikušās pulsācijas. Tās shēma ir parādīta 4. attēlā.

Kopumā šis kondensators tiek uzstādīts pat pie izejas integrēti sprieguma stabilizatori, tips LM78XX. To pieprasa pat mikroshēmu stabilizatoru tehniskās specifikācijas (datu lapa).

Parametriskais stabilizators slodzē var nodrošināt līdz pat vairākiem miliamperiem strāvas, šajā gadījumā apmēram divdesmit. Elektronisko ierīču ķēdēs šāds stabilizators tiek izmantots diezgan bieži. Šādu stabilizatoru stabilizācijas koeficients (ieejas sprieguma izmaiņas%% pret izejas izmaiņām, arī%%), parasti, ne vairāk kā 2.

Ja parametriskais stabilizators tiek papildināts emitētāja sekotājs, izmantojot tikai vienu tranzistoru, kā parādīts 5. attēlā, parametriskā stabilizatora iespējas kļūs daudz augstākas. Šādu shēmu stabilizācijas koeficients sasniedz vērtību 70.

Ar diagrammā norādītajiem parametriem un slodzes strāvu 1A tranzistors izkliedēs pietiekamu jaudu. Šādu jaudu aprēķina šādi: kolektora-emitētāja sprieguma starpību reizina ar slodzes strāvu. Šajā gadījumā tā ir kolektora strāva. (12 V - 5 V) * 1A = 7 W. Ar šādu jaudu tranzistors būs jānovieto uz radiatora.

Kravai pievadītā jauda būs tikai 5V * 1A = 5W. Skaitļi, kas parādīti 5. attēlā, ir diezgan pietiekami, lai veiktu šādu aprēķinu. Tādējādi enerģijas avota efektivitāte ar šādu stabilizatoru ar ieejas spriegumu 12V ir tikai aptuveni 40%. Lai to nedaudz palielinātu, jūs varat samazināt ieejas spriegumu, bet ne mazāk kā 8 voltus, pretējā gadījumā stabilizators pārstāj darboties.

Lai saliktu negatīvas polaritātes sprieguma regulatoru, attiecīgajā shēmā pietiek n-p-n vadītspējas tranzistora nomaiņu ar p-n-p vadītspēju, mainīt Zener diodes polaritāti un ieejas spriegumu. Bet šādas shēmas jau ir kļuvušas par anahronismu, šobrīd netiek izmantotas, tās tika aizstātas ar integrētiem sprieguma regulatoriem.

Likās, ka ir pietiekami, lai pabeigtu apsvērto shēmu integrētajā versijā, un viss būtu kārtībā. Bet izstrādātāji nesāka atkārtot neefektīvo shēmu, tās efektivitāte ir pārāk maza, un stabilizācija ir zema. Lai palielinātu stabilizācijas koeficientu, mūsdienu integrētajos stabilizatoros ir ieviestas negatīvas atsauksmes.

Šādi stabilizatori tika izstrādāti vispārējas nozīmes op ampēros, savukārt shēmas projektētājs un izstrādātājs R. Widlar neieteica integrēt šo op-amp pastiprinātājā. Pirmais šāda veida stabilizators bija leģendārais UA723, kura uzstādīšanai bija nepieciešams noteikts skaits papildu detaļu.

Ir modernāka integrālo stabilizatoru versija LM78XX sērijas stabilizatori pozitīvas polaritātes spriegumam un LM79XX negatīvam. Šajā marķējumā 78 tas faktiski ir mikroshēmas stabilizatora nosaukums, burti LM ciparu priekšā var būt atšķirīgi, atkarībā no konkrētā ražotāja. Burtu XX vietā tiek ievietoti skaitļi, kas norāda stabilizācijas spriegumu voltos: 05, 08, 12, 15 utt. Papildus sprieguma stabilizēšanai mikroshēmām ir aizsardzība pret īssavienojumu slodzē un termiskā aizsardzība. Tikai tas, kas nepieciešams, lai izveidotu vienkāršu un uzticamu laboratorijas barošanas avotu.

Vietējā elektroniskā rūpniecība ražo šādus stabilizatorus ar zīmolu KR142ENXX. Bet marķējumi vienmēr tiek šifrēti ar mums, tāpēc stabilizācijas spriegumu var noteikt tikai ar atsauci vai iegaumēt skolā kā dzejoļus. Visiem šiem stabilizatoriem ir noteikta izejas sprieguma vērtība. Tipiska vadu shēma 78XX sērijas stabilizatoriem ir parādīta 6. attēlā.

Tomēr tos var izmantot arī, lai izveidotu regulētus avotus. Piemērs ir diagramma, kas parādīta 7. attēlā.

Par ķēdes trūkumu var uzskatīt, ka regulēšana tiek veikta nevis no nulles, bet no 5 voltiem, t.i. no sprieguma stabilizācijas mikroshēmas. Nav skaidrs, kāpēc stabilizatora vadi tiek numurēti kā 17, 8, 2, ja patiesībā no tiem ir tikai trīs!

Un 9. attēlā parādīts, kā salikt regulējamu barošanas avotu, pamatojoties uz oriģinālo buržuāzisko LM317, kuru var izmantot kā laboratorijas.

Ja ir nepieciešams bipolāri regulēts avots, visvieglāk ir salikt divus identiskus stabilizatorus vienā korpusā, barojot tos no dažādiem transformatora tinumiem. Tajā pašā laikā katra stabilizatora izeju izejiet uz ierīces priekšējo paneli ar atsevišķiem spailēm. Spriegumus būs iespējams pārslēgt vienkārši ar stiepļu džemperiem.

Boriss Aladyshkin