Захранвания за домашна лаборатория

Вижте първата част на статията тук: Захранващи устройства за електронни устройства

По отношение на всичко казано по-горе изглежда най-разумното и най-евтино производство на трансформаторно захранване, Подходящ готов трансформатор за захранване на полупроводникови конструкции може да бъде избран от стари магнетофони, тръбни телевизори, трипрограмни високоговорители и друго остаряло оборудване. Готовите мрежови трансформатори се продават на радио пазари и в онлайн магазини. Винаги можете да намерите правилния вариант.

Външно трансформаторът е W-образно сърцевина, изработена от листове от специална трансформаторна стомана. На сърцевината е пластмасова или картонена рамка, върху която са разположени намотките. Плочите обикновено са лакирани, така че да няма електрически контакт между тях. По този начин те се борят с вихрови токове или токове Фуко. Тези течения просто затоплят сърцевината, това е просто загуба.

За същите цели трансформаторното желязо е направено от големи кристали, които също са изолирани един от друг чрез оксидни филми. На трансформаторно желязо с много големи размери, тези кристали са видими с просто око. Ако такова желязо се нарязва с покривни ножици, тогава разрезът прилича на нож за ножовка за метал, съдържа малки скилидки.

Трансформаторът в захранването изпълнява две функции едновременно. Първо, това е намаляване на мрежовото напрежение до желаното ниво. Второ, това осигурява галванична изолация от електрическата мрежа: първичните и вторичните намотки не са свързани помежду си, електрическото съпротивление е в идеалния случай безкрайно. Свързването на първичната и вторичната намотки се осъществява чрез променливо магнитно поле на сърцевината, създадено от първичната намотка.

Опростен дизайн на трансформатора

Когато купувате или самонавивате трансформатор, трябва да се ръководите от следните параметри, които се изразяват само с четири формули.

Първият от тях може да се нарече закон на трансформацията.

U1 / U2 = n1 / n2 (1),

Прост пример. Тъй като това е само мрежов трансформатор, напрежението на първичната намотка винаги ще бъде 220V. Да предположим, че първичната намотка съдържа 220 оборота, а вторичната 22 оборота. Това е доста голям трансформатор, така че има няколко оборота на един волт.

Ако към първичната намотка се приложи напрежение 220V, тогава вторичната намотка ще произведе 22V, което напълно съответства на коефициента на трансформация n1 / n2, който в нашия пример е 10. Да предположим, че във вторичната намотка е включен товар, който изразходва точно 1А ток. Тогава първичният ток ще бъде 0,1А, тъй като токовете са в обратното съотношение.

Мощност, консумирана от намотките: за вторичните 22V * 1A = 22W, а за първичните 220V * 0.1A = 22W. Това изчисление показва, че мощността на първичната и вторичната намотки е равна. Ако има няколко вторични намотки, тогава когато изчислявате тяхната мощност, трябва да го добавите, това ще бъде силата на първичната намотка.

От същата формула следва, че е много просто да се определи броят завъртания на волт: достатъчно е да се навие тестова намотка, например 10 оборота, да се измери напрежението върху него, да се раздели резултата на 10. Броят завъртания на волт ще помогне много, когато трябва да навиете намотката напрежение. Трябва да се отбележи, че намотките трябва да бъдат навити с определен запас, като се вземат предвид "провисналото" напрежение върху самите намотки и върху регулиращите елементи на стабилизаторите. Ако минималното напрежение изисква 12V, тогава намотката може да бъде оценена на 17 ... 18V. Същото правило трябва да се спазва при закупуване на завършен трансформатор.

Общата мощност на трансформатора се изчислява като сумата от мощността на всички вторични намотки, както е описано по-горе. Въз основа на това изчисление можете да изберете подходящо ядро ​​или по-скоро неговата площ. Формулата за избор на основната област:.

Тук S е площта на сърцевината в квадратни сантиметри, а P е общата мощност на натоварване във ватове. За сърцевина с форма на W площта е напречното сечение на централния прът, върху който са разположени намотките, а за тороидалното напречно сечение - тора. Въз основа на изчислената площ на сърцевината можете да изберете подходящото трансформаторно желязо.

Изчислената стойност трябва да се закръгли до най-близката по-голяма стандартна стойност. Всички други изчислени стойности в процеса на изчисляване също се закръгляват. Ако, предположим, мощността е 37,5 W, тогава тя е закръглена до 40 W.

След като областта на сърцевината стане известна, може да се изчисли броят на завоите в първичната намотка. Това е третата формула за изчисление.

Тук n1 е броят на завоите на първичната намотка, U1 - 220V - напрежение на първичната намотка, S е площта на сърцевината в квадратни сантиметри. Емпиричен коефициент 50, който може да варира в определени граници, заслужава специално внимание.

Ако е необходимо трансформаторът да не влезе в насищане, да не създава ненужни електромагнитни смущения (особено уместно за звуково възпроизвеждащото оборудване), този коефициент може да се увеличи до 60. В този случай броят на завоите в намотките ще се увеличи, режимът на работа на трансформатора ще бъде улеснен, ядрото вече няма да може да влезе в насищане. Основното е, че всички намотки се вписват.

След като се определи силата на трансформатора, се изчисляват завоите и токовете в намотките, време е да се определи напречното сечение на проводника на намотките. Предполага се, че намотките са навити с медна жица. Това изчисление ще помогне да се изпълни формулата:

Тук, di mm, Ii A, съответно, диаметърът на жицата и токът на i-тата намотка. Изчисленият диаметър на проводника също трябва да се закръгли до най-близката по-голяма стандартна стойност.

Това всъщност е цялото опростено изчисление на мрежов трансформатор, за практически цели дори много достатъчно. Трябва обаче да се отбележи, че това изчисление е валидно само за мрежови трансформатори, работещи с честота 50 Hz. За трансформатори, направени на феритни ядра и работещи с висока честота, изчислението се извършва по напълно различни формули, с изключение на може би коефициента на трансформация съгласно формула 1.

След като трансформаторът е проектиран, навит или току-що закупен правилния размер, можете да започнете да произвеждате захранване, без което никоя схема не може да направи.

Нестабилизирани захранвания

Най-простата схема е нестабилизирано захранване. Те се използват доста често в различни дизайни, което опростява веригата, без да се засяга нейната функционалност. Например мощен аудио усилватели най-често те се захранват от нестабилизиран източник, тъй като е почти невъзможно да се забележи на ухо, че захранващото напрежение се е променило с 2 ... 3 волта. Също така няма разлика на какво напрежение ще работи релето: само ако то би работило и в бъдеще няма да изгори.

Нестабилизираните захранвания са прости, веригата е показана на фигура 1.

Изправителен мост с диоди е свързан към вторичната намотка на трансформатора. Въпреки че има много изправителни вериги, мостова верига е най-често срещаната. На изхода на моста се получава пулсиращо напрежение с удвоена честота на мрежата, което е характерно за всички вериги на полувълнови изправители (фиг. 2, крива 1).

Естествено, такова пулсационно напрежение не е подходящо за захранване на транзисторни вериги: представете си как усилвателят ще реве с такава мощност! За да изгладите пулсатора до приемлива стойност, на изхода на токоизправителя се инсталират филтри (Фигура 2, крива 2).В най-простия случай може просто да е така електролитен кондензатор с голям капацитет, Горното е илюстрирано на фигура 2.

Изчисляването на капацитета на този кондензатор е доста сложно, поради което е възможно да се препоръчат тестваните на практика стойности: за всеки ампер ток в товара е необходим капацитет на кондензатора 1000 ... 2000 μF. По-ниска стойност на капацитета е валидна за случая, когато се предлага да се използва стабилизатор на напрежението след моста на изправителя.

С увеличаването на капацитета на кондензатора, пулсацията (фиг. 2, крива 2) ще намалее, но изобщо няма да изчезне. Ако пулсацията е неприемлива, е необходимо да се въведат стабилизатори на напрежението във веригата на захранване.

Биполярно захранване

В случай, че източникът е необходим за получаване на биполярно напрежение, веригата ще трябва да бъде леко променена. Мостът ще остане същият, но вторичната намотка на трансформатора трябва да има средна точка. Изглаждащи кондензатори вече ще има две, всяка за своя полярност. Такава схема е показана на фигура 3.

Връзката на вторичните намотки трябва да бъде последователно - съгласна - началото на намотката III е свързано с края на намотката II. Точките маркират като правило началото на намотките. Ако индустриалният трансформатор и всички изходи са номерирани, тогава можете да се придържате към това правило: всички нечетни числа на клемите са началото на намотките, съответно, дори - краищата. Тоест при серийна връзка е необходимо да свържете четния изход на една намотка с нечетен изход на друг. Естествено, в никакъв случай не можете да късо съединявате констатациите на една намотка, например 1 и 2.

Стабилизирани захранвания

Но доста често стабилизаторите на напрежението са незаменими. Най-простият е параметричен стабилизаторкойто съдържа само три части. След диода на зенера се инсталира електролитен кондензатор, чиято цел е да изглади остатъчните пулсации. Неговата схема е показана на фигура 4.

По принцип този кондензатор е инсталиран дори на изхода интегрирани стабилизатори на напрежение тип LM78XX, Това се изисква дори от техническите спецификации (Data Sheet) за стабилизатори на микросхеми.

Параметричният стабилизатор може да осигури до няколко милиама ток в товара, в случая около двадесет. В електронните вериги на устройството такъв стабилизатор се използва доста често. Коефициент на стабилизиране (съотношение на промяна на входното напрежение в %% към промяна на изхода, също в %%) на такива стабилизатори, като правило, не повече от 2.

Ако параметричният стабилизатор се допълни последовател на емитер, само с един транзистор, както е показано на фигура 5, възможностите на параметричния стабилизатор ще станат много по-високи. Коефициентът на стабилизиране на такива схеми достига стойност 70.

С параметрите, посочени на диаграмата и тока на натоварване 1А, на транзистора ще се разсее достатъчно мощност. Такава мощност се изчислява по следния начин: разликата в напрежението колектор-емитер се умножава по тока на натоварване. В този случай това е колекторният ток. (12V - 5V) * 1A = 7W. С такава мощност транзисторът ще трябва да бъде поставен върху радиатора.

Мощността, дадена на товара, ще бъде само 5V * 1A = 5W. Цифрите, показани на фигура 5, са напълно достатъчни за извършване на такова изчисление. По този начин, ефективността на източник на енергия с такъв стабилизатор с входно напрежение 12V е само около 40%. За да го увеличите леко, можете да намалите входното напрежение, но не по-малко от 8 волта, в противен случай стабилизаторът ще спре да работи.

За да се сглоби регулатор на напрежение с отрицателна полярност, е достатъчно в разглежданата схема да се замени транзисторът за проводимост n-p-n с проводимостта p-n-p, да се промени полярността на ценеровия диод и входното напрежение. Но такива схеми вече са се превърнали в анахронизъм, в момента не се използват, те са заменени от интегрирани регулатори на напрежението.

Изглеждаше, че е достатъчно да завърши разглежданата схема в интегрираната версия и всичко ще бъде наред. Но разработчиците не започнаха да повтарят неефективната схема, ефективността му е твърде малка, а стабилизацията е ниска. За увеличаване на коефициента на стабилизация е въведена отрицателна обратна връзка в съвременните интегрални стабилизатори.

Такива стабилизатори са разработени на оп усилватели с общо предназначение, докато дизайнерът на веригата и разработчикът R. Widlar не предлага интегрирането на този усилвател в стабилизатора. Първият подобен стабилизатор беше легендарният UA723, който изискваше определен брой допълнителни части при монтажа.

По-модерна версия на интегралните стабилизатори са Стабилизатори от серия LM78XX за напрежение с положителна полярност и LM79XX за отрицателна. В тази маркировка 78 това всъщност е името на стабилизатора на микросхемата, буквите LM пред числата могат да бъдат различни, в зависимост от конкретния производител. Вместо буквите XX се въвеждат цифри, показващи стабилизационното напрежение във волта: 05, 08, 12, 15 и т.н. В допълнение към стабилизацията на напрежението, микросхемите имат защита срещу късо съединение в товара и термична защита. Точно това, което е необходимо за създаване на просто и надеждно лабораторно захранване.

Домашната електронна индустрия произвежда такива стабилизатори под марката KR142ENXX, Но маркировките винаги са криптирани при нас, така че напрежението за стабилизиране може да се определи само чрез препратка или запаметено като стихотворения в училище. Всички тези стабилизатори имат фиксирана стойност на изходното напрежение. Типична схема на свързване на стабилизаторите от серия 78XX е показана на фигура 6.

Те обаче могат да се използват и за създаване на регулирани източници. Пример е диаграмата, показана на фигура 7.

Недостатъкът на веригата може да се счита, че регулирането се извършва не от нула, а от 5 волта, т.е. от микросхема за стабилизиране на напрежението. Не е ясно защо проводниците на стабилизатора са номерирани като 17, 8, 2, когато всъщност има само три от тях!

И Фигура 9 показва как да се сглоби регулируемо захранване на базата на оригиналния буржоазен LM317, който може да се използва като лабораторен.

Ако е необходим биполярен регулиран източник, най-лесно е да сглобите два еднакви стабилизатора в един корпус, като ги захранвате от различни намотки на трансформатора. В същото време изведете изхода на всеки стабилизатор към предния панел на устройството с отделни клеми. Ще бъде възможно да превключвате напреженията просто с телени джъмпери.

Борис Аладишкин