Domowe zasilacze laboratoryjne

Zobacz pierwszą część artykułu tutaj: Zasilacze do urządzeń elektronicznych

Pod względem wszystkiego, co powiedziano powyżej, wydaje się, że jest to najbardziej rozsądne i najmniej kosztowne produkcja zasilacza transformatorowego. Odpowiedni, gotowy do użycia transformator do zasilania struktur półprzewodnikowych można wybrać ze starych magnetofonów, telewizorów lampowych, głośników trójprogramowych i innych przestarzałych urządzeń. Gotowe transformatory sieciowe są sprzedawane na rynkach radiowych i w sklepach internetowych. Zawsze możesz znaleźć właściwą opcję.

Zewnętrznie transformator jest rdzeniem w kształcie litery W, wykonanym z arkuszy specjalnej stali transformatorowej. Na rdzeniu znajduje się plastikowa lub kartonowa rama, na której znajdują się uzwojenia. Płytki są zwykle lakierowane, tak że nie ma między nimi kontaktu elektrycznego. W ten sposób zwalczają prądy wirowe lub prądy Foucaulta. Prądy te ogrzewają rdzeń, to tylko strata.

W tych samych celach żelazo transformatorowe składa się z dużych kryształów, które są również izolowane od siebie warstwami tlenków. Na żelazku transformatorowym o bardzo dużych rozmiarach kryształy te są widoczne gołym okiem. Jeśli takie żelazo jest cięte nożyczkami dachowymi, cięcie przypomina brzeszczot do metalu, zawiera małe goździki.

Transformator w zasilaczu wykonuje jednocześnie dwie funkcje. Po pierwsze, jest to spadek napięcia sieci do pożądanego poziomu. Po drugie, zapewnia izolację galwaniczną od sieci: uzwojenie pierwotne i wtórne nie są ze sobą połączone, rezystancja elektryczna jest idealnie nieskończona. Połączenie uzwojenia pierwotnego i wtórnego odbywa się poprzez przemienne pole magnetyczne rdzenia wytwarzane przez uzwojenie pierwotne.

Uproszczona konstrukcja transformatora

Kupując lub samozwijając transformator, powinieneś kierować się następującymi parametrami, które są wyrażone tylko przez cztery formuły.

Pierwszy z nich można nazwać prawem transformacji.

U1 / U2 = n1 / n2 (1),

Prosty przykład. Ponieważ jest to tylko transformator sieciowy, napięcie na uzwojeniu pierwotnym zawsze będzie wynosić 220 V. Załóżmy, że uzwojenie pierwotne zawiera 220 zwojów, a wtórne 22 zwojów. Jest to dość duży transformator, więc ma kilka zwojów na jeden wolt.

Jeżeli do uzwojenia pierwotnego zostanie przyłożone napięcie 220 V, wówczas uzwojenie wtórne wytworzy 22 V, co w pełni odpowiada współczynnikowi przekształcenia n1 / n2, który w naszym przykładzie wynosi 10. Załóżmy, że obciążenie uzwojenia dokładnie 1A prądu jest zawarte w uzwojeniu wtórnym. Wtedy prąd pierwotny wyniesie 0,1A, ponieważ prądy są w stosunku odwrotnym.

Moc pobierana przez uzwojenia: dla wtórnego 22 V * 1 A = 22 W, a dla pierwotnego 220 V * 0,1 A = 22 W. Obliczenia te pokazują, że moc uzwojenia pierwotnego i wtórnego są równe. Jeśli istnieje kilka uzwojeń wtórnych, wówczas przy obliczaniu ich mocy należy ją dodać, będzie to moc uzwojenia pierwotnego.

Z tej samej formuły wynika, że ​​bardzo łatwo jest określić liczbę zwojów na wolt: wystarczy nawijać uzwojenie testowe, na przykład 10 zwojów, zmierzyć na nim napięcie, podzielić wynik przez 10. Liczba zwojów na wolt bardzo pomoże, gdy trzeba nawijać uzwojenie napięcie. Należy zauważyć, że uzwojenia muszą być uzwojone z pewnym marginesem, biorąc pod uwagę napięcie „opadania” na samych uzwojeniach i elementach regulacyjnych stabilizatorów. Jeśli minimalne napięcie wymaga 12 V, uzwojenie może być ocenione na 17 ... 18 V. Tę samą zasadę należy przestrzegać przy zakupie gotowego transformatora.

Całkowita moc transformatora jest obliczana jako suma mocy wszystkich uzwojeń wtórnych, jak opisano powyżej. Na podstawie tych obliczeń możesz wybrać odpowiedni rdzeń, a raczej jego obszar. Wzór na wybór głównego obszaru:.

Tutaj S to powierzchnia rdzenia w centymetrach kwadratowych, a P to całkowita moc obciążenia w watach. W przypadku rdzenia w kształcie litery W obszarem jest przekrój środkowego pręta, na którym znajdują się uzwojenia, a dla toroidalnego przekroju torus. Na podstawie obliczonego pola rdzenia możesz wybrać odpowiednie żelazko transformatorowe.

Obliczoną wartość należy zaokrąglić do najbliższej większej wartości standardowej. Wszystkie pozostałe obliczone wartości w procesie obliczania są również zaokrąglane w górę. Jeśli, przypuśćmy, moc wynosi 37,5 watów, wówczas jest zaokrąglana w górę do 40 watów.

Po poznaniu obszaru rdzenia można obliczyć liczbę zwojów uzwojenia pierwotnego. To jest trzecia formuła obliczeniowa.

Tutaj n1 jest liczbą zwojów uzwojenia pierwotnego, U1 - 220V - napięcie uzwojenia pierwotnego, S jest powierzchnią rdzenia w centymetrach kwadratowych. Na szczególną uwagę zasługuje współczynnik empiryczny 50, który może zmieniać się w określonych granicach.

Jeśli wymagane jest, aby transformator nie wchodził w nasycenie, nie powodował niepotrzebnych zakłóceń elektromagnetycznych (szczególnie istotne w przypadku urządzeń do odtwarzania dźwięku), współczynnik ten można zwiększyć do 60. W takim przypadku liczba zwojów uzwojenia wzrośnie, tryb pracy transformatora zostanie ułatwiony, rdzeń nie będzie już mógł wejść w nasyceniu. Najważniejsze, że wszystkie uzwojenia pasują.

Po określeniu mocy transformatora obliczane są zwoje i prądy w uzwojeniach, nadszedł czas, aby określić przekrój drutu uzwojeń. Zakłada się, że uzwojenia są uzwojone drutem miedzianym. To obliczenie pomoże spełnić formułę:

Tutaj, odpowiednio, mm, Ii A, średnica drutu i prąd i-tego uzwojenia. Obliczoną średnicę drutu należy również zaokrąglić do najbliższej większej wartości standardowej.

To właściwie całe uproszczone obliczenie transformatora sieciowego, do celów praktycznych nawet bardzo wystarczające. Należy jednak zauważyć, że obliczenia te dotyczą wyłącznie transformatorów sieciowych pracujących na częstotliwości 50 Hz. W przypadku transformatorów wykonanych na rdzeniach ferrytowych i pracujących z wysoką częstotliwością obliczenia przeprowadza się przy użyciu zupełnie innych wzorów, z wyjątkiem być może współczynnika przekształcenia zgodnie ze wzorem 1.

Po zaprojektowaniu, uzwojeniu lub po prostu zakupieniu odpowiedniego rozmiaru transformatora możesz rozpocząć produkcję zasilacza, bez którego nie da się obejść.

Niestabilizowane zasilacze

Najprostszym zespołem obwodów są niestabilizowane zasilacze. Są one dość często stosowane w różnych konstrukcjach, co upraszcza obwód bez wpływu na jego funkcjonalność. Na przykład potężny wzmacniacze audio najczęściej są zasilane ze niestabilizowanego źródła, ponieważ prawie niemożliwe jest zauważenie przez ucho, że napięcie zasilania zmieniło się o 2 ... 3 wolty. Nie ma również różnicy przy jakim napięciu będzie działał przekaźnik: gdyby tylko działał, a w przyszłości nie wypali się.

Niestabilizowane zasilacze są proste, obwód pokazano na rysunku 1.

Mostek prostowniczy z diodami jest podłączony do uzwojenia wtórnego transformatora. Chociaż istnieje wiele obwodów prostowniczych, najczęściej występuje obwód mostkowy. Na wyjściu mostka uzyskuje się napięcie pulsujące o podwójnej częstotliwości sieci, co jest typowe dla wszystkich obwodów prostowników półfalowych (ryc. 2, krzywa 1).

Oczywiście takie tętnienie napięcia nie jest odpowiednie do zasilania obwodów tranzystorowych: wyobraź sobie, jak wzmacniacz ryczy przy takiej mocy! Aby wygładzić tętnienie do akceptowalnej wartości, filtry są instalowane na wyjściu prostownika (rysunek 2, krzywa 2).W najprostszym przypadku może tak być kondensator elektrolityczny o dużej pojemności. Powyższe ilustruje ryc. 2.

Obliczanie pojemności tego kondensatora jest dość skomplikowane, dlatego można polecić wartości testowane w praktyce: dla każdego ampera prądu w obciążeniu wymagana jest pojemność kondensatora 1000 ... 2000 μF. Niższa wartość pojemności ma zastosowanie w przypadku, gdy proponuje się zastosowanie stabilizatora napięcia za mostkiem prostownika.

Wraz ze wzrostem pojemności kondensatora tętnienie (ryc. 2, krzywa 2) będzie się zmniejszać, ale wcale nie zniknie. Jeśli tętnienie jest niedopuszczalne, konieczne jest wprowadzenie stabilizatorów napięcia do obwodu zasilania.

Zasilacz bipolarny

W przypadku, gdy źródło jest wymagane do uzyskania napięcia bipolarnego, obwód należy nieco zmienić. Mostek pozostanie taki sam, ale uzwojenie wtórne transformatora powinno mieć punkt środkowy. Wygładzające kondensatory będą już dwa, każdy ze względu na własną polaryzację. Taki schemat pokazano na rycinie 3.

Połączenie uzwojenia wtórnego musi być szeregowo - spółgłoskowe - początek uzwojenia III jest połączony z końcem uzwojenia II. Kropki oznaczają z reguły początek uzwojenia. Jeśli transformator przemysłowy i wszystkie wyjścia są ponumerowane, możesz przestrzegać tej zasady: wszystkie nieparzyste liczby zacisków są odpowiednio początkiem uzwojeń, a nawet końcami. Oznacza to, że przy połączeniu szeregowym konieczne jest połączenie parzystego wyjścia jednego uzwojenia z nieparzystym wyjściem drugiego. Oczywiście w żadnym wypadku nie można zwierać ustaleń jednego uzwojenia, na przykład 1 i 2.

Stabilizowane zasilacze

Ale dość często stabilizatory napięcia są niezbędne. Najprostszy jest stabilizator parametrycznyktóry zawiera tylko trzy części. Za diodą Zenera instalowany jest kondensator elektrolityczny, którego celem jest wygładzenie pulsacji resztkowych. Jego obwód pokazano na rysunku 4.

Ogólnie rzecz biorąc, kondensator ten jest zainstalowany nawet na wyjściu zintegrowane stabilizatory napięcia typu LM78XX. Jest to wymagane nawet przez specyfikację techniczną (arkusz danych) stabilizatorów mikroukładów.

Stabilizator parametryczny może dostarczyć do kilku miliamperów prądu w obciążeniu, w tym przypadku około dwudziestu. W obwodach urządzeń elektronicznych taki stabilizator jest używany dość często. Współczynnik stabilizacji (stosunek zmiany napięcia wejściowego w %% do zmiany wyjściowej, również w %%) takich stabilizatorów z reguły nie więcej niż 2.

Jeśli parametryczny stabilizator jest uzupełniony obserwujący emiter, tylko z jednym tranzystorem, jak pokazano na rysunku 5, możliwości parametrycznego stabilizatora staną się znacznie wyższe. Współczynnik stabilizacji takich schematów osiąga wartość 70.

Przy parametrach wskazanych na schemacie i prądzie obciążenia 1A, wystarczająca moc zostanie rozproszona na tranzystorze. Taką moc oblicza się w następujący sposób: różnicę napięcia kolektor-emiter mnoży się przez prąd obciążenia. W tym przypadku jest to prąd kolektora. (12 V - 5 V) * 1 A = 7 W. Przy takiej mocy tranzystor będzie musiał zostać umieszczony na chłodnicy.

Moc podana do obciążenia będzie wynosić tylko 5 V * 1 A = 5 W. Liczby pokazane na ryc. 5 są wystarczające do dokonania takich obliczeń. Zatem wydajność źródła zasilania z takim stabilizatorem o napięciu wejściowym 12 V wynosi tylko około 40%. Aby go nieznacznie zwiększyć, możesz zmniejszyć napięcie wejściowe, ale nie mniej niż 8 woltów, w przeciwnym razie stabilizator przestanie działać.

Aby złożyć stabilizator napięcia o ujemnej polaryzacji, wystarczy w rozważanym obwodzie zastąpić tranzystor przewodności n-p-n przewodnością p-n-p, zmienić biegunowość diody Zenera i napięcie wejściowe. Ale takie schematy stały się już anachronizmem, nie są obecnie stosowane, zostały zastąpione zintegrowanymi regulatorami napięcia.

Wydawało się, że wystarczyło uzupełnić rozważany obwód w wersji zintegrowanej i wszystko będzie w porządku. Ale twórcy nie zaczęli powtarzać nieefektywnego schematu, jego wydajność jest zbyt mała, a stabilizacja niska. Aby zwiększyć współczynnik stabilizacji, do nowoczesnych zintegrowanych stabilizatorów wprowadzono ujemne sprzężenie zwrotne.

Takie stabilizatory zostały opracowane na ogólnych wzmacniaczach operacyjnych, podczas gdy projektant obwodów i programista R. Widlar nie zaproponowali włączenia tego wzmacniacza operacyjnego do stabilizatora. Pierwszym tego rodzaju stabilizatorem był legendarny UA723, który wymagał pewnej liczby dodatkowych części podczas instalacji.

Bardziej nowoczesna wersja zintegrowanych stabilizatorów to Stabilizatory serii LM78XX dla napięcia o dodatniej polaryzacji i LM79XX dla ujemnego. W tym oznaczeniu 78 jest to tak naprawdę nazwa mikroukładu - stabilizator, litery LM przed cyframi mogą być różne, w zależności od konkretnego producenta. Zamiast liter XX wstawiane są cyfry wskazujące napięcie stabilizacji w woltach: 05, 08, 12, 15 itd. Oprócz stabilizacji napięcia, mikroukłady mają zabezpieczenie przed zwarciem w obciążeniu i zabezpieczenie termiczne. Właśnie to, czego potrzeba, aby stworzyć prosty i niezawodny zasilacz laboratoryjny.

Krajowy przemysł elektroniczny produkuje takie stabilizatory pod marką KR142ENXX. Ale oznaczenia są zawsze zaszyfrowane za pomocą nas, więc napięcie stabilizacyjne można określić tylko przez odniesienie lub zapamiętać jako wiersze w szkole. Wszystkie te stabilizatory mają stałą wartość napięcia wyjściowego. Typowy schemat połączeń dla stabilizatorów serii 78XX pokazano na rysunku 6.

Mogą być jednak również wykorzystywane do tworzenia regulowanych źródeł. Przykładem jest schemat pokazany na rysunku 7.

Wadę obwodu można uznać, że regulacja odbywa się nie od zera, ale od 5 woltów, tj. z mikroukładu stabilizującego napięcie. Nie jest jasne, dlaczego przewody stabilizatora są ponumerowane jako 17, 8, 2, podczas gdy w rzeczywistości są tylko trzy z nich!

A rysunek 9 pokazuje, jak zamontować regulowany zasilacz oparty na oryginalnym burżuazyjnym LM317, który można wykorzystać jako laboratoryjny.

Jeśli wymagane jest bipolarne źródło regulowane, najłatwiej jest zmontować dwa identyczne stabilizatory w jednej obudowie, zasilając je z różnych uzwojeń transformatora. Jednocześnie wysyłaj wyjście każdego stabilizatora na przedni panel urządzenia za pomocą oddzielnych zacisków. Możliwe będzie przełączanie napięcia za pomocą zworek drutowych.

Boris Aladyshkin