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Den ersten Teil des Artikels finden Sie hier: Netzteile für elektronische Geräte

In Bezug auf alles, was oben gesagt wurde, scheint das vernünftigste und kostengünstigste zu sein Herstellung der Transformatorstromversorgung. Ein geeigneter vorgefertigter Transformator zur Stromversorgung von Halbleiterstrukturen kann aus alten Tonbandgeräten, Röhrenfernsehern, Drei-Programm-Lautsprechern und anderen veralteten Geräten ausgewählt werden. Vorgefertigte Netzwerktransformatoren werden in Radiomärkten und in Online-Shops verkauft. Sie finden immer die richtige Option.

Äußerlich ist der Transformator ein W-förmiger Kern aus Blechen aus speziellem Transformatorstahl. Auf dem Kern befindet sich ein Kunststoff- oder Kartonrahmen, auf dem sich die Wicklungen befinden. Die Platten sind normalerweise so lackiert, dass kein elektrischer Kontakt zwischen ihnen besteht. Auf diese Weise bekämpfen sie Wirbelströme oder Foucault-Ströme. Diese Ströme erwärmen nur den Kern, es ist nur ein Verlust.

Für die gleichen Zwecke besteht Transformatoreisen aus großen Kristallen, die auch durch Oxidfilme voneinander isoliert sind. Auf Transformatoreisen sehr großer Größe sind diese Kristalle mit bloßem Auge sichtbar. Wenn ein solches Eisen mit einer Dachschere geschnitten wird, ähnelt der Schnitt einem Metallsägeblatt für Metall und enthält kleine Nelken.

Der Transformator im Netzteil führt zwei Funktionen gleichzeitig aus. Erstens ist dies eine Abnahme der Netzspannung auf das gewünschte Niveau. Zweitens sorgt dies für eine galvanische Trennung vom Netz: Die Primär- und Sekundärwicklung sind nicht miteinander verbunden, der elektrische Widerstand ist idealerweise unendlich. Die Verbindung der Primär- und Sekundärwicklung erfolgt durch ein durch die Primärwicklung erzeugtes magnetisches Wechselfeld des Kerns.

Vereinfachtes Transformatorendesign

Beim Kauf oder der automatischen Wicklung eines Transformators sollten Sie sich an den folgenden Parametern orientieren, die nur durch vier Formeln ausgedrückt werden.

Der erste von ihnen kann das Gesetz der Transformation genannt werden.

U1 / U2 = n1 / n2 (1),

Ein einfaches Beispiel. Da dies nur ein Netzwerktransformator ist, beträgt die Spannung an der Primärwicklung immer 220 V. Angenommen, die Primärwicklung enthält 220 Windungen und die Sekundärwicklung 22 Windungen. Dies ist ein ziemlich großer Transformator, daher hat er wenige Windungen pro Volt.

Wenn an die Primärwicklung eine Spannung von 220 V angelegt wird, erzeugt die Sekundärwicklung 22 V, was vollständig dem Transformationskoeffizienten n1 / n2 entspricht, der in unserem Beispiel 10 beträgt. Angenommen, eine Last, die genau 1 A Strom verbraucht, ist in der Sekundärwicklung enthalten. Dann beträgt der Primärstrom 0,1 A, da die Ströme im umgekehrten Verhältnis sind.

Von den Wicklungen verbrauchte Leistung: für die sekundären 22 V * 1A = 22 W und für die primären 220 V * 0,1 A = 22 W. Diese Berechnung zeigt, dass die Leistung der Primär- und Sekundärwicklung gleich ist. Wenn es mehrere Sekundärwicklungen gibt, sollten Sie diese bei der Berechnung ihrer Leistung hinzufügen. Dies ist die Leistung der Primärwicklung.

Aus derselben Formel folgt, dass es sehr einfach ist, die Anzahl der Windungen pro Volt zu bestimmen: Es reicht aus, eine Testwicklung zu wickeln, z. B. 10 Windungen, die Spannung daran zu messen und das Ergebnis durch 10 zu teilen. Die Anzahl der Windungen pro Volt hilft sehr, wenn Sie die Wicklung wickeln müssen Spannung. Es ist zu beachten, dass die Wicklungen unter Berücksichtigung der "durchhängenden" Spannung an den Wicklungen selbst und an den Regelelementen der Stabilisatoren mit einem bestimmten Spielraum gewickelt werden müssen. Wenn die Mindestspannung 12 V erfordert, kann die Wicklung auf 17 ... 18 V ausgelegt werden. Die gleiche Regel sollte beim Kauf eines fertigen Transformators beachtet werden.

Die Gesamtleistung des Transformators wird wie oben beschrieben als Summe der Leistung aller Sekundärwicklungen berechnet. Basierend auf dieser Berechnung können Sie einen geeigneten Kern bzw. dessen Fläche auswählen. Die Formel zur Auswahl des Kernbereichs :.

Hier ist S die Kernfläche in Quadratzentimetern und P die Gesamtlastleistung in Watt. Bei einem W-förmigen Kern ist die Fläche der Querschnitt des Mittelstabs, auf dem sich die Wicklungen befinden, und bei dem Ringquerschnitt der Torus. Basierend auf der berechneten Kernfläche können Sie das entsprechende Transformator-Eisen auswählen.

Der berechnete Wert sollte auf den nächstgrößeren Standardwert gerundet werden. Alle anderen berechneten Werte im Berechnungsprozess werden ebenfalls aufgerundet. Wenn die Leistung beispielsweise 37,5 Watt beträgt, wird sie auf 40 Watt aufgerundet.

Nachdem der Kernbereich bekannt geworden ist, kann die Anzahl der Windungen in der Primärwicklung berechnet werden. Dies ist die dritte Berechnungsformel.

Hier ist n1 die Anzahl der Windungen der Primärwicklung, U1 - 220 V - Spannung der Primärwicklung, S ist die Kernfläche in Quadratzentimetern. Ein empirischer Koeffizient von 50, der innerhalb bestimmter Grenzen variieren kann, verdient besondere Aufmerksamkeit.

Wenn es erforderlich ist, dass der Transformator nicht in die Sättigung eintritt, keine unnötigen elektromagnetischen Störungen erzeugt (insbesondere relevant für Tonwiedergabegeräte), kann dieser Koeffizient auf 60 erhöht werden. In diesem Fall erhöht sich die Anzahl der Windungen in den Wicklungen, der Betriebsmodus des Transformators wird erleichtert, der Kern kann nicht mehr eintreten in Sättigung. Hauptsache, alle Wicklungen passen.

Nachdem die Leistung des Transformators bestimmt wurde, die Windungen und Ströme in den Wicklungen berechnet wurden, ist es Zeit, den Querschnitt des Drahtes der Wicklungen zu bestimmen. Es wird angenommen, dass die Wicklungen mit einem Kupferdraht umwickelt sind. Diese Berechnung hilft, die Formel zu erfüllen:

Hier ist di mm, Ii A jeweils der Durchmesser des Drahtes und der Strom der i-ten Wicklung. Der berechnete Drahtdurchmesser sollte ebenfalls auf den nächstgrößeren Standardwert gerundet werden.

Das ist eigentlich die ganze vereinfachte Berechnung eines Netztransformators, für praktische Zwecke sogar sehr ausreichend. Es ist jedoch zu beachten, dass diese Berechnung nur für Netzwerktransformatoren gilt, die mit einer Frequenz von 50 Hz arbeiten. Für Transformatoren, die auf Ferritkernen hergestellt sind und mit einer hohen Frequenz arbeiten, wird die Berechnung unter Verwendung völlig anderer Formeln durchgeführt, mit Ausnahme des Transformationskoeffizienten gemäß Formel 1.

Nachdem der Transformator entworfen, gewickelt oder gerade die richtige Größe gekauft hat, können Sie mit der Herstellung eines Netzteils beginnen, ohne das kein Stromkreis auskommt.

Unstabilisierte Netzteile

Die einfachste Schaltung sind nicht stabilisierte Netzteile. Sie werden häufig in verschiedenen Designs verwendet, was die Schaltung vereinfacht, ohne ihre Funktionalität zu beeinträchtigen. Zum Beispiel mächtig Audioverstärker Meistens werden sie von einer nicht stabilisierten Quelle gespeist, da es fast unmöglich ist, nach Gehör zu bemerken, dass sich die Versorgungsspannung um 2 ... 3 Volt geändert hat. Es gibt auch keinen Unterschied, bei welcher Spannung das Relais betrieben wird: Wenn es nur funktionieren würde, würde es in Zukunft nicht durchbrennen.

Unstabilisierte Netzteile sind einfach, die Schaltung ist in Abbildung 1 dargestellt.

Eine Gleichrichterbrücke mit Dioden ist an die Sekundärwicklung des Transformators angeschlossen. Obwohl es viele Gleichrichterschaltungen gibt, ist eine Brückenschaltung die häufigste. Am Brückenausgang wird eine pulsierende Spannung mit einer doppelten Frequenz des Netzwerks erhalten, die für alle Schaltungen von Halbwellengleichrichtern typisch ist (Abbildung 2, Kurve 1).

Natürlich ist eine solche Welligkeitsspannung nicht für die Stromversorgung von Transistorschaltungen geeignet: Stellen Sie sich vor, wie der Verstärker mit dieser Leistung brüllt! Um die Welligkeit auf einen akzeptablen Wert zu glätten, werden Filter am Ausgang des Gleichrichters installiert (Abbildung 2, Kurve 2).Im einfachsten Fall könnte es einfach sein Elektrolytkondensator mit hoher Kapazität. Das Vorstehende ist in Fig. 2 dargestellt.

Die Berechnung der Kapazität dieses Kondensators ist recht kompliziert, daher können die in der Praxis getesteten Werte empfohlen werden: Für jedes Ampere Strom in der Last ist eine Kondensatorkapazität von 1000 ... 2000 μF erforderlich. Ein niedrigerer Kapazitätswert gilt für den Fall, dass vorgeschlagen wird, einen Spannungsstabilisator nach der Gleichrichterbrücke zu verwenden.

Mit zunehmender Kapazität des Kondensators nimmt die Welligkeit (Abbildung 2, Kurve 2) ab, verschwindet jedoch überhaupt nicht. Wenn eine Welligkeit nicht akzeptabel ist, müssen Spannungsstabilisatoren in den Stromversorgungskreis eingeführt werden.

Bipolare Stromversorgung

In dem Fall, in dem die Quelle eine bipolare Spannung erhalten muss, muss die Schaltung geringfügig geändert werden. Die Brücke bleibt gleich, aber die Sekundärwicklung des Transformators sollte einen Mittelpunkt haben. Glättungskondensatoren Es wird bereits zwei geben, jede für ihre eigene Polarität. Ein solches Schema ist in Abbildung 3 dargestellt.

Der Anschluss der Sekundärwicklungen muss in Reihe erfolgen - Konsonant - der Beginn der Wicklung III ist mit dem Ende der Wicklung II verbunden. Punkte markieren in der Regel den Beginn der Wicklungen. Wenn der Industrietransformator und alle Ausgänge nummeriert sind, können Sie diese Regel einhalten: Alle ungeraden Nummern der Klemmen sind der Anfang der Wicklungen bzw. gerade - die Enden. Das heißt, bei einer seriellen Verbindung ist es erforderlich, den geraden Ausgang einer Wicklung mit dem ungeraden Ausgang einer anderen Wicklung zu verbinden. Natürlich können Sie in keinem Fall die Ergebnisse einer Wicklung kurzschließen, z. B. 1 und 2.

Stabilisierte Netzteile

Spannungsstabilisatoren sind jedoch häufig unverzichtbar. Das einfachste ist parametrischer Stabilisatorwelches nur drei Teile enthält. Nach der Zenerdiode wird ein Elektrolytkondensator installiert, dessen Zweck darin besteht, Restpulsationen auszugleichen. Die Schaltung ist in Abbildung 4 dargestellt.

Im Allgemeinen wird dieser Kondensator sogar am Ausgang installiert integrierte Spannungsstabilisatoren Typ LM78XX. Dies ist auch in den technischen Daten (Datenblatt) für Mikroschaltungsstabilisatoren vorgeschrieben.

Ein parametrischer Stabilisator kann bis zu mehreren Milliampere Strom in der Last liefern, in diesem Fall etwa zwanzig. In elektronischen Geräteschaltungen wird ein solcher Stabilisator ziemlich oft verwendet. Der Stabilisierungskoeffizient (das Verhältnis der Änderung der Eingangsspannung in %% zur Änderung der Leistung, auch in %%) solcher Stabilisatoren beträgt in der Regel nicht mehr als 2.

Wenn der parametrische Stabilisator ergänzt wird EmitterfolgerMit nur einem Transistor, wie in Abbildung 5 gezeigt, werden die Fähigkeiten des parametrischen Stabilisators viel höher. Der Stabilisierungskoeffizient solcher Schemata erreicht einen Wert von 70.

Mit den im Diagramm angegebenen Parametern und dem Laststrom 1A wird dem Transistor ausreichend Leistung entzogen. Diese Leistung wird wie folgt berechnet: Die Kollektor-Emitter-Spannungsdifferenz wird mit dem Laststrom multipliziert. In diesem Fall ist dies der Kollektorstrom. (12 V - 5 V) * 1A = 7 W. Mit dieser Leistung muss der Transistor am Kühler platziert werden.

Die an die Last abgegebene Leistung beträgt nur 5 V * 1A = 5 W. Die in Abbildung 5 gezeigten Zahlen reichen für eine solche Berechnung völlig aus. Somit beträgt der Wirkungsgrad einer Stromquelle mit einem solchen Stabilisator mit einer Eingangsspannung von 12 V nur etwa 40%. Um es leicht zu erhöhen, können Sie die Eingangsspannung reduzieren, jedoch nicht weniger als 8 Volt, da sonst der Stabilisator nicht mehr funktioniert.

Um einen Spannungsregler mit negativer Polarität zusammenzubauen, reicht es in der betrachteten Schaltung aus, den n-p-n-Leitfähigkeitstransistor durch die p-n-p-Leitfähigkeit zu ersetzen, die Polarität der Zenerdiode und die Eingangsspannung zu ändern. Aber solche Schaltungen sind bereits zu einem Anachronismus geworden, werden derzeit nicht verwendet, sie wurden durch integrierte Spannungsregler ersetzt.

Es schien genug zu sein, um die betrachtete Schaltung in der integrierten Version zu vervollständigen, und alles würde in Ordnung sein. Die Entwickler haben jedoch nicht begonnen, das ineffektive Schema zu wiederholen, seine Effizienz ist zu gering und die Stabilisierung ist gering. Um den Stabilisierungskoeffizienten zu erhöhen, wurde in moderne integrale Stabilisatoren eine negative Rückkopplung eingeführt.

Solche Stabilisatoren wurden auf Allzweck-Operationsverstärkern entwickelt, während der Schaltungsentwickler und Entwickler R. Widlar nicht vorschlug, diesen Operationsverstärker in den Stabilisator zu integrieren. Der erste Stabilisator dieser Art war der legendäre UA723, für dessen Installation eine bestimmte Anzahl zusätzlicher Teile erforderlich war.

Eine modernere Version von integrierten Stabilisatoren sind Stabilisatoren der Serie LM78XX für Spannung mit positiver Polarität und LM79XX für negative Spannung. In dieser Markierung 78 ist dies tatsächlich der Name des Mikroschaltungsstabilisators. Die Buchstaben LM vor den Zahlen können je nach Hersteller unterschiedlich sein. Anstelle der Buchstaben XX werden Zahlen eingefügt, die die Stabilisierungsspannung in Volt angeben: 05, 08, 12, 15 usw. Neben der Spannungsstabilisierung bieten Mikroschaltungen einen Schutz gegen Kurzschluss in der Last und einen Wärmeschutz. Genau das, was für eine einfache und zuverlässige Labornetzversorgung erforderlich ist.

Die heimische Elektronikindustrie stellt solche Stabilisatoren unter dem Markennamen KR142ENXX her. Die Markierungen werden jedoch immer bei uns verschlüsselt, sodass die Stabilisierungsspannung nur durch Bezugnahme bestimmt oder als Gedichte in der Schule gespeichert werden kann. Alle diese Stabilisatoren haben einen festen Ausgangsspannungswert. Ein typischer Schaltplan für die Stabilisatoren der 78XX-Serie ist in Abbildung 6 dargestellt.

Sie können jedoch auch zur Erstellung regulierter Quellen verwendet werden. Ein Beispiel ist das in Abbildung 7 gezeigte Diagramm.

Der Nachteil der Schaltung kann in Betracht gezogen werden, dass die Regelung nicht von Null, sondern von 5 Volt, d.h. von Spannungsstabilisierungs-Mikroschaltung. Es ist nicht klar, warum die Stabilisatorleitungen mit 17, 8, 2 nummeriert sind, obwohl es tatsächlich nur drei davon gibt!

Abbildung 9 zeigt, wie ein einstellbares Netzteil auf der Grundlage des ursprünglichen bürgerlichen LM317 zusammengebaut wird, das als Labor verwendet werden kann.

Wenn eine bipolar geregelte Quelle benötigt wird, ist es am einfachsten, zwei identische Stabilisatoren in einem Gehäuse zusammenzubauen und sie aus verschiedenen Transformatorwicklungen zu speisen. Geben Sie gleichzeitig den Ausgang jedes Stabilisators mit separaten Anschlüssen an die Frontplatte des Geräts aus. Es ist möglich, Spannungen einfach mit Drahtbrücken umzuschalten.

Boris Aladyshkin