Home Lab อุปกรณ์ไฟฟ้า

ดูส่วนแรกของบทความที่นี่: แหล่งจ่ายไฟสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

ในแง่ของทุกสิ่งที่กล่าวไว้ข้างต้นดูเหมือนว่าสมเหตุสมผลที่สุดและมีค่าใช้จ่ายน้อยที่สุด การผลิตหม้อแปลงไฟฟ้า. หม้อแปลงสำเร็จรูปที่เหมาะสมสำหรับการจ่ายไฟให้โครงสร้างเซมิคอนดักเตอร์สามารถเลือกได้จากเครื่องบันทึกเทปเก่าโทรทัศน์หลอดลำโพงสามโปรแกรมและอุปกรณ์ที่ล้าสมัยอื่น ๆ หม้อแปลงเครือข่ายสำเร็จรูปจำหน่ายในตลาดวิทยุและในร้านค้าออนไลน์ คุณสามารถค้นหาตัวเลือกที่เหมาะสมได้เสมอ

ภายนอกหม้อแปลงเป็นแกนรูปตัว W ที่ทำจากแผ่นเหล็กหม้อแปลงพิเศษ บนแกนเป็นพลาสติกหรือกรอบกระดาษแข็งที่ขดลวดอยู่ แผ่นมักจะเคลือบเงาเพื่อให้ไม่มีการติดต่อทางไฟฟ้าระหว่างพวกเขา ด้วยวิธีนี้พวกเขาต่อสู้กับกระแสวนหรือกระแส Foucault กระแสน้ำเหล่านี้อุ่นแก่นมันก็สูญเสีย

เพื่อจุดประสงค์เดียวกันเหล็กหม้อแปลงทำจากคริสตัลขนาดใหญ่ซึ่งถูกแยกออกจากกันด้วยฟิล์มออกไซด์ บนเหล็กหม้อแปลงขนาดใหญ่มากผลึกเหล่านี้สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า หากมีการตัดเหล็กด้วยกรรไกรมุงหลังคาจากนั้นการตัดจะมีลักษณะคล้ายใบเลื่อยตัดโลหะที่มีกลีบเล็ก ๆ

หม้อแปลงในแหล่งจ่ายไฟทำหน้าที่สองอย่างพร้อมกัน ประการแรกนี่คือการลดลงของแรงดันไฟให้อยู่ในระดับที่ต้องการ ประการที่สองนี้ให้แยกไฟฟ้าจากไฟหลัก: ขดลวดหลักและรองไม่ได้เชื่อมต่อซึ่งกันและกันความต้านทานไฟฟ้าไม่มีที่สิ้นสุด การเชื่อมต่อของขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิจะดำเนินการผ่านสนามแม่เหล็กสลับของแกนที่สร้างขึ้นโดยขดลวดปฐมภูมิ

การออกแบบหม้อแปลงแบบง่าย

เมื่อซื้อหรือไขลานหม้อแปลงคุณควรได้รับคำแนะนำจากพารามิเตอร์ต่อไปนี้ซึ่งแสดงเพียงสี่สูตรเท่านั้น

คนแรกของพวกเขาสามารถเรียกว่ากฎแห่งการเปลี่ยนแปลง

U1 / U2 = n1 / n2 (1)

ตัวอย่างง่ายๆ เนื่องจากนี่เป็นเพียงหม้อแปลงเครือข่ายแรงดันไฟฟ้าในขดลวดปฐมภูมิจะเป็น 220V เสมอ สมมติว่าคดเคี้ยวหลักมี 220 รอบและ 22 รอบรอง นี่เป็นหม้อแปลงไฟฟ้าขนาดใหญ่พอสมควรดังนั้นจึงมีไม่กี่รอบต่อโวลต์

ถ้าแรงดันไฟฟ้า 220V ถูกนำไปใช้กับขดลวดปฐมภูมิแล้วขดลวดทุติยภูมิจะเกิด 22V ซึ่งสอดคล้องกับสัมประสิทธิ์การแปลง n1 / n2 อย่างเต็มที่ซึ่งในตัวอย่างของเราคือ 10 สมมติว่าโหลดที่ใช้กระแส 1A ที่แน่นอนรวมอยู่ในขดลวดทุติยภูมิ จากนั้นกระแสหลักจะเป็น 0.1A เนื่องจากกระแสอยู่ในอัตราส่วนผกผัน

พลังงานที่ใช้โดยขดลวด: สำหรับ 22V รอง * 1A = 22W และสำหรับ 220V หลัก * 0.1A = 22W การคำนวณนี้แสดงให้เห็นว่าพลังของขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิเท่ากัน หากมีขดลวดทุติยภูมิหลายอันจากนั้นเมื่อคำนวณพลังงานของพวกเขาคุณควรเพิ่มมันนี่จะเป็นพลังของขดลวดปฐมภูมิ

มันตามมาจากสูตรเดียวกันว่ามันง่ายมากที่จะกำหนดจำนวนรอบต่อโวลต์: มันก็เพียงพอที่จะไขลานการทดสอบที่คดเคี้ยวตัวอย่างเช่น 10 รอบ, วัดแรงดันที่มันหารผลที่ได้ด้วย 10 จำนวนรอบต่อโวลต์จะช่วยได้มาก แรงดันไฟฟ้า มันควรจะตั้งข้อสังเกตว่าขดลวดจะต้องได้รับบาดเจ็บด้วยขอบบางอย่างโดยคำนึงถึงแรงดันไฟฟ้า "หย่อนคล้อย" ในขดลวดของตัวเองและในองค์ประกอบควบคุมของความคงตัว หากแรงดันไฟฟ้าขั้นต่ำต้องใช้ 12V ก็จะสามารถให้คะแนนการหมุนได้ที่ 17 ... 18V ควรปฏิบัติตามกฎเดียวกันเมื่อซื้อหม้อแปลงสำเร็จรูป

กำลังทั้งหมดของหม้อแปลงจะคำนวณเป็นผลรวมของกำลังของขดลวดทุติยภูมิทั้งหมดตามที่อธิบายไว้ข้างต้น ขึ้นอยู่กับการคำนวณนี้คุณสามารถเลือกแกนที่เหมาะสมหรือพื้นที่ของมัน สูตรสำหรับการเลือกพื้นที่แกนกลาง:.

นี่ S คือพื้นที่แกนหลักในหน่วยตารางเซนติเมตรและ P คือกำลังไฟฟ้าทั้งหมดในหน่วยวัตต์ สำหรับแกนรูปตัว W พื้นที่คือส่วนตัดขวางของแกนกลางซึ่งมีขดลวดอยู่และสำหรับแกนตัดรูป toroidal คือทอรัส ขึ้นอยู่กับพื้นที่แกนที่คำนวณได้คุณสามารถเลือกเหล็กหม้อแปลงที่เหมาะสม

ค่าที่คำนวณได้ควรปัดเศษเป็นค่ามาตรฐานที่ใหญ่กว่าที่ใกล้ที่สุด ค่าที่คำนวณได้อื่น ๆ ทั้งหมดในกระบวนการคำนวณจะถูกปัดขึ้นด้วย หากสมมติว่าพลังงานเป็น 37.5 วัตต์ก็จะถูกปัดเศษขึ้นเป็น 40 วัตต์

หลังจากทราบพื้นที่หลักแล้วสามารถคำนวณจำนวนรอบของขดลวดปฐมภูมิได้ นี่คือสูตรการคำนวณที่สาม

ที่นี่ n1 คือจำนวนรอบของขดลวดปฐมภูมิ U1 - 220V - แรงดันไฟฟ้าของขดลวดปฐมภูมิ S คือพื้นที่แกนในหน่วยตารางเซนติเมตร ค่าสัมประสิทธิ์เชิงประจักษ์ของ 50 ซึ่งสามารถแตกต่างกันภายในขอบเขตที่กำหนดสมควรได้รับความสนใจเป็นพิเศษ

หากจำเป็นต้องให้หม้อแปลงไม่เข้าสู่ความอิ่มตัวไม่สร้างสัญญาณรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่ไม่จำเป็น (โดยเฉพาะที่เกี่ยวข้องกับอุปกรณ์ทำซ้ำเสียง) ค่าสัมประสิทธิ์นี้สามารถเพิ่มขึ้นเป็น 60 ในกรณีนี้จำนวนรอบของขดลวดจะเพิ่มขึ้นโหมดการทำงานของหม้อแปลง ในความอิ่มตัว สิ่งสำคัญคือคดเคี้ยวทั้งหมดพอดี

หลังจากกำหนดกำลังของหม้อแปลงแล้วจะคำนวณการหมุนและกระแสน้ำในขดลวดได้เวลาในการกำหนดหน้าตัดของขดลวด สันนิษฐานว่าเป็นขดลวดที่ถูกพันด้วยลวดทองแดง การคำนวณนี้จะช่วยในการเติมเต็มสูตร:

ที่นี่ di mm, Ii A ตามลำดับเส้นผ่าศูนย์กลางของเส้นลวดและกระแสของขดลวด i-th เส้นผ่านศูนย์กลางลวดที่คำนวณได้ควรถูกปัดเศษเป็นค่ามาตรฐานที่ใกล้เคียงที่สุด

นั่นคือการคำนวณอย่างง่ายทั้งหมดของหม้อแปลงเครือข่ายสำหรับการใช้งานจริงก็เพียงพอแล้ว อย่างไรก็ตามควรสังเกตว่าการคำนวณนี้ใช้ได้เฉพาะกับหม้อแปลงเครือข่ายที่ทำงานที่ความถี่ 50 เฮิร์ตซ์ สำหรับหม้อแปลงที่ทำบนแกนเฟอร์ไรต์และทำงานที่ความถี่สูงการคำนวณจะดำเนินการโดยใช้สูตรที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิงยกเว้นค่าสัมประสิทธิ์การเปลี่ยนแปลงตามสูตรที่ 1

หลังจากที่หม้อแปลงได้รับการออกแบบแผลหรือเพิ่งซื้อขนาดที่เหมาะสมคุณสามารถเริ่มต้นผลิตแหล่งจ่ายไฟโดยที่ไม่มีวงจรที่สามารถทำ

พาวเวอร์ซัพพลายที่ไม่เสถียร

วงจรที่ง่ายที่สุดคือแหล่งจ่ายไฟที่ไม่เสถียร มีการใช้งานค่อนข้างบ่อยในการออกแบบที่หลากหลายซึ่งลดความซับซ้อนของวงจรโดยไม่ส่งผลกระทบต่อการทำงานของมัน ตัวอย่างเช่นทรงพลัง เครื่องขยายเสียง ส่วนใหญ่มักจะถูกขับเคลื่อนจากแหล่งที่ไม่เสถียรเนื่องจากเป็นไปไม่ได้ที่จะสังเกตเห็นด้วยหูว่าแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายมีการเปลี่ยนแปลง 2 ... 3 โวลต์ นอกจากนี้ยังไม่มีความแตกต่างในสิ่งที่แรงดันไฟฟ้ารีเลย์จะทำงาน: ถ้าเพียง แต่มันจะทำงานและในอนาคตมันจะไม่ไหม้

แหล่งจ่ายไฟที่ไม่เสถียรมีความเรียบง่ายวงจรจะแสดงในรูปที่ 1

วงจรเรียงกระแสที่มีไดโอดเชื่อมต่อกับขดลวดทุติยภูมิของหม้อแปลง แม้ว่าจะมีวงจรเรียงกระแสจำนวนมาก แต่วงจรบริดจ์เป็นวงจรที่พบมากที่สุด ที่สะพานเอาท์พุทแรงดันเร้าใจที่มีความถี่เป็นสองเท่าของเครือข่ายจะได้รับซึ่งเป็นเรื่องปกติสำหรับวงจรทั้งหมดของวงจรเรียงกระแสครึ่งคลื่น (รูปที่ 2, เส้นโค้ง 1)

โดยธรรมชาติแล้วแรงดันไฟฟ้ากระเพื่อมดังกล่าวไม่เหมาะสำหรับการเปิดวงจรทรานซิสเตอร์: ลองจินตนาการว่าแอมพลิฟายเออร์จะแผดเสียงอย่างไรด้วยพลังดังกล่าว! เพื่อให้ระลอกคลื่นเรียบเป็นค่าที่ยอมรับได้ตัวกรองจะถูกติดตั้งที่เอาต์พุตของวงจรเรียงกระแส (รูปที่ 2, เส้นโค้ง 2)ในกรณีที่ง่ายที่สุดอาจเป็นได้ ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าความจุสูง. ดังที่แสดงไว้ในรูปที่ 2

การคำนวณความจุของตัวเก็บประจุนี้ค่อนข้างซับซ้อนดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะแนะนำค่าที่ทดสอบในทางปฏิบัติ: สำหรับแต่ละแอมแปร์ของกระแสในโหลดความจุของตัวเก็บประจุ 1000 ... 2000 μF ค่าความจุต่ำกว่าจะใช้ได้กับกรณีเมื่อมีการเสนอให้ใช้ตัวปรับแรงดันไฟฟ้าหลังจากบริดจ์ rectifier

เมื่อความจุของตัวเก็บประจุเพิ่มขึ้นระลอกคลื่น (รูปที่ 2, โค้ง 2) จะลดลง แต่จะไม่หายไปเลย หากระลอกคลื่นไม่เป็นที่ยอมรับก็เป็นสิ่งจำเป็นที่จะแนะนำตัวปรับแรงดันไฟฟ้าเข้าสู่วงจรแหล่งจ่ายไฟ

แหล่งจ่ายไฟแบบสองขั้ว

ในกรณีที่ต้องการแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าแบบสองขั้ววงจรจะต้องมีการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อย สะพานจะยังคงเหมือนเดิม แต่ขดลวดทุติยภูมิของหม้อแปลงควรมีจุดกึ่งกลาง ตัวเก็บประจุปรับให้เรียบ จะมีอยู่สองอันแต่ละอันสำหรับขั้วของตัวเอง รูปแบบดังกล่าวแสดงในรูปที่ 3

การเชื่อมต่อของขดลวดทุติยภูมิจะต้องเป็นแบบอนุกรม - ตัวอักษร - จุดเริ่มต้นของขดลวด III เชื่อมต่อกับจุดสิ้นสุดของขดลวด II เครื่องหมายจุดเป็นกฎจุดเริ่มต้นของการพัน หากหม้อแปลงอุตสาหกรรมและเอาท์พุททั้งหมดมีหมายเลขแล้วคุณสามารถปฏิบัติตามกฎนี้: เลขคี่ทั้งหมดของอาคารเป็นจุดเริ่มต้นของขดลวดตามลำดับแม้ - ปลาย นั่นคือด้วยการเชื่อมต่อแบบอนุกรมคุณจำเป็นต้องเชื่อมต่อเอาท์พุทคู่ของขดลวดหนึ่งกับเอาต์พุตคี่ของอีกขดลวด โดยธรรมชาติแล้วไม่ว่าในกรณีใดคุณสามารถลัดวงจรการค้นพบของขดลวดหนึ่งตัวอย่างเช่น 1 และ 2

แหล่งจ่ายไฟที่เสถียร

แต่บ่อยครั้งที่ความคงตัวของแรงดันไฟฟ้าเป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้ ที่ง่ายที่สุดคือ โคลงพาราเมตริกซึ่งมีเพียงสามส่วน หลังจากไดโอดซีเนอร์ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าจะถูกติดตั้งเพื่อที่จะทำให้การเต้นของชีพจรเป็นไปอย่างราบรื่น วงจรของมันแสดงในรูปที่ 4

โดยทั่วไปตัวเก็บประจุนี้ติดตั้งอยู่ที่เอาท์พุท ตัวปรับแรงดันไฟฟ้าแบบรวม LM78XX. จำเป็นต้องใช้แม้จะเป็นข้อมูลทางเทคนิค (แผ่นข้อมูล) สำหรับความคงตัวของไมโคร

ตัวปรับสมดุลแบบพาราเมตริกนั้นสามารถจ่ายกระแสไฟฟ้าได้ถึงหลายพันมิลลิแอมป์ในกรณีนี้ประมาณยี่สิบ ในวงจรอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์มีการใช้โคลงดังกล่าวค่อนข้างบ่อย ค่าสัมประสิทธิ์การรักษาเสถียรภาพ (อัตราส่วนของการเปลี่ยนแปลงของแรงดันอินพุตเป็น %% ต่อการเปลี่ยนแปลงของเอาต์พุตและยังเป็น %%) ของความคงตัวดังกล่าวตามกฎไม่เกิน 2

หากมีการเสริมเสถียรภาพของพารามิเตอร์ ผู้ติดตาม emitterด้วยทรานซิสเตอร์เพียงตัวเดียวดังแสดงในรูปที่ 5 ความสามารถของโคลงพาราเมตริกจะเพิ่มสูงขึ้นมาก ค่าสัมประสิทธิ์การรักษาเสถียรภาพของโครงการดังกล่าวถึงค่า 70

ด้วยพารามิเตอร์ที่ระบุในไดอะแกรมและโหลดปัจจุบัน 1A กำลังงานที่เพียงพอจะกระจายไปยังทรานซิสเตอร์ พลังงานดังกล่าวมีการคำนวณดังนี้ความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าสะสม - emitter จะถูกคูณด้วยโหลดปัจจุบัน ในกรณีนี้นี่คือตัวรวบรวมปัจจุบัน (12V - 5V) * 1A = 7W ด้วยพลังเช่นนี้ทรานซิสเตอร์จะต้องถูกวางไว้บนหม้อน้ำ

กำลังไฟฟ้าที่ให้แก่โหลดจะเป็นเพียง 5V * 1A = 5W ตัวเลขที่แสดงในรูปที่ 5 ค่อนข้างเพียงพอที่จะทำการคำนวณ ดังนั้นประสิทธิภาพของแหล่งพลังงานด้วยโคลงที่มีแรงดันไฟฟ้าอินพุตของ 12V จะอยู่ที่ประมาณ 40% เท่านั้น หากต้องการเพิ่มขึ้นเล็กน้อยคุณสามารถลดแรงดันไฟฟ้าขาเข้า แต่ไม่น้อยกว่า 8 โวลต์มิฉะนั้นตัวปรับความเสถียรจะหยุดทำงาน

เพื่อที่จะรวมตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าของขั้วลบนั้นก็เพียงพอแล้วในวงจรที่พิจารณาเพื่อแทนที่ทรานซิสเตอร์การนำไฟฟ้า n-p-n ด้วยการนำไฟฟ้า p-n-p เปลี่ยนขั้วของซีเนอร์ไดโอดและแรงดันไฟฟ้าอินพุต แต่วงจรดังกล่าวได้กลายเป็นยุคสมัยปัจจุบันไม่ได้ใช้พวกเขาถูกแทนที่ด้วยหน่วยงานกำกับดูแลแรงดันไฟฟ้าแบบบูรณาการ

ดูเหมือนว่ามันเพียงพอที่จะทำให้วงจรที่พิจารณาเสร็จสมบูรณ์ในรุ่นรวมและทุกอย่างจะเป็นไปตามลำดับ แต่นักพัฒนาไม่ได้เริ่มทำซ้ำแผนการที่ไม่มีประสิทธิภาพประสิทธิภาพของมันเล็กเกินไปและความเสถียรอยู่ในระดับต่ำ เพื่อเพิ่มค่าสัมประสิทธิ์การรักษาเสถียรภาพได้มีการนำความคิดเห็นเชิงลบมาสู่อินทิเกรเตอร์เสถียรภาพ

ความคงตัวดังกล่าวได้รับการพัฒนาบนแอมป์สหกรณ์ทั่วไปในขณะที่ผู้ออกแบบวงจรและผู้พัฒนา R. Widlar ไม่ได้เสนอการรวม op-amp นี้เข้ากับโคลง โคลงแรกของประเภทนี้คือ UA723 ในตำนานซึ่งต้องการชิ้นส่วนเพิ่มเติมจำนวนหนึ่งเมื่อทำการติดตั้ง

อีกหนึ่งรุ่นที่ทันสมัยของโคลงคือ LM78XX ซีรี่ส์ความคงตัวสำหรับแรงดันไฟฟ้าของขั้วบวกและ LM79XX สำหรับการลบ ในเครื่องหมายนี้ 78 นี่เป็นชื่อของ microcircuit - stabilizer ตัวอักษร LM ที่อยู่ด้านหน้าของตัวเลขอาจแตกต่างกันขึ้นอยู่กับผู้ผลิตแต่ละราย แทนที่จะเป็นตัวอักษร XX ตัวเลขจะถูกแทรกเพื่อระบุแรงดันเสถียรภาพในโวลต์: 05, 08, 12, 15, ฯลฯ นอกจากความเสถียรของแรงดันไฟฟ้าแล้วไมโครวงจรยังมีการป้องกันการลัดวงจรในโหลดและการป้องกันความร้อน สิ่งที่จำเป็นในการสร้างแหล่งจ่ายไฟในห้องปฏิบัติการที่เรียบง่ายและน่าเชื่อถือ

อุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ในประเทศผลิตตัวสร้างเสถียรภาพดังกล่าวภายใต้ชื่อแบรนด์ KR142ENXX. แต่เครื่องหมายนั้นจะถูกเข้ารหัสกับเราเสมอดังนั้นแรงดันไฟฟ้าในการรักษาเสถียรภาพสามารถถูกกำหนดได้โดยการอ้างอิงหรือจดจำเป็นบทกวีที่โรงเรียน ความคงตัวทั้งหมดเหล่านี้มีค่าแรงดันเอาต์พุตคงที่ แผนผังการเดินสายไฟทั่วไปสำหรับตัวกันความสั่นสะเทือนซีรีย์ 78XX แสดงในรูปที่ 6

อย่างไรก็ตามสามารถใช้เพื่อสร้างแหล่งที่มาที่มีการควบคุมได้ ตัวอย่างคือแผนภาพที่แสดงในรูปที่ 7

ข้อเสียของวงจรสามารถพิจารณาได้ว่าการควบคุมนั้นไม่ได้มาจากศูนย์ แต่จาก 5 โวลต์คือ จากแรงดันคงที่ microcircuit มันยังไม่ชัดเจนว่าทำไมลีดเดอร์โคลงทำให้มีจำนวน 17, 8, 2 เมื่ออันที่จริงมีเพียงสามตัวเท่านั้น!

และรูปที่ 9 แสดงวิธีการรวบรวมแหล่งจ่ายไฟแบบปรับได้ตามชนชั้นกลางดั้งเดิม LM317 ซึ่งสามารถใช้เป็นห้องปฏิบัติการได้

หากจำเป็นต้องใช้แหล่งกำเนิดสองขั้วมันเป็นวิธีที่ง่ายที่สุดในการประกอบตัวกันสองตัวที่เหมือนกันในที่อยู่อาศัยหนึ่งให้อาหารพวกเขาจากขดลวดหม้อแปลง ในเวลาเดียวกันเอาท์พุทเอาท์พุทของแต่ละโคลงไปยังแผงด้านหน้าของหน่วยที่มีขั้วแยก มันจะเป็นไปได้ที่จะเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าเพียงแค่ใช้สายจัมเปอร์

Boris Aladyshkin