Πώς να φτιάξετε έναν ανορθωτή και μια απλή παροχή ρεύματος

Ένας ανορθωτής είναι μια συσκευή για τη μετατροπή της εναλλασσόμενης τάσης σε DC. Αυτό είναι ένα από τα πιο κοινά μέρη στις ηλεκτρικές συσκευές, που κυμαίνονται από ένα στεγνωτήρα μαλλιών σε όλους τους τύπους τροφοδοτικών με τάση εξόδου DC. Υπάρχουν διαφορετικά σχέδια ανορθωτών και κάθε ένα από αυτά σε κάποιο βαθμό αντιμετωπίζει το καθήκον του. Σε αυτό το άρθρο, θα μιλήσουμε για το πώς να φτιάξουμε ένα μονοφασικό ανορθωτή και γιατί είναι απαραίτητο.

Ορισμός

Ένας ανορθωτής είναι μια συσκευή που έχει σχεδιαστεί για να μετατρέπει AC σε DC. Η λέξη "σταθερή" δεν είναι εντελώς σωστή, το γεγονός είναι ότι στην έξοδο του ανορθωτή, στο κύκλωμα μιας ημιτονοειδούς εναλλασσόμενης τάσης, σε κάθε περίπτωση θα υπάρξει μία μη σταθεροποιημένη τάση παλμού. Με απλά λόγια: σταθερή σε σημάδι, αλλά με διαφορετικό μέγεθος.

Υπάρχουν δύο τύποι ανορθωτών:

• Μισό κύμα. Διορθώνει μόνο ένα μισό κύμα της τάσης εισόδου. Χαρακτηρίζεται από ισχυρή κυμάτωση και μειώνεται σε σχέση με την τάση εισόδου.

• Διμηνιαία. Κατά συνέπεια, δύο μισά κύματα είναι ισιωμένα. Η κυμάτωση είναι χαμηλότερη, η τάση είναι υψηλότερη από την είσοδο του ανορθωτή - αυτά είναι δύο κύρια χαρακτηριστικά.

Τι σημαίνει σταθεροποιημένη και μη σταθεροποιημένη τάση;

Σταθεροποιημένη είναι μια τάση που δεν αλλάζει σε μέγεθος ανεξάρτητα είτε από το φορτίο είτε από τις τάσεις της τάσης εισόδου. Για τα τροφοδοτικά μετασχηματιστών, αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό επειδή η τάση εξόδου εξαρτάται από την τάση εισόδου και διαφέρει από αυτήν από τους χρόνους μετασχηματισμού.

Μη σταθεροποιημένη τάση - ποικίλλει ανάλογα με τις τάσεις στο δίκτυο τροφοδοσίας και τα χαρακτηριστικά φορτίου. Με μια τέτοια τροφοδοσία ρεύματος, λόγω καθίζησης, μπορεί να προκύψει λανθασμένη λειτουργία των συνδεδεμένων συσκευών ή η πλήρης μη λειτουργικότητα και βλάβη τους.

Τάση εξόδου

Οι κύριες τιμές της εναλλασσόμενης τάσης είναι το πλάτος και η πραγματική τιμή. Όταν λένε "στο δίκτυο 220V" σημαίνει την τρέχουσα τάση.

Αν μιλάμε για την τιμή πλάτους, εννοούμε πόσα βολτ είναι από το μηδέν μέχρι το ανώτερο σημείο του μισού κύματος ενός ημιτονοειδούς κύματος.

 

Παραλείποντας τη θεωρία και μια σειρά τύπων, μπορούμε να το πούμε τρέχουσα τάση 1,41 φορές μικρότερη από το πλάτος. Ή:

Uα = Ud * √2

Η τάση πλάτους στο δίκτυο 220V είναι:

220*1.41=310

Σχέδια

Ανορθωτής μισού κύματος αποτελείται από μία δίοδο. Απλά δεν χάνεται το μισό κύμα επιστροφής. Η έξοδος είναι μια τάση με ισχυρές κυματισμούς από το μηδέν μέχρι την τιμή πλάτους της τάσης εισόδου.

Μιλώντας σε μια πολύ απλή γλώσσα, τότε σε αυτό το κύκλωμα, το ήμισυ της τάσης εισόδου εισέρχεται στο φορτίο. Αλλά αυτό δεν είναι απολύτως σωστό.

Τα κυκλώματα δύο ημι-κυμάτων μεταδίδουν και τα δύο μισά κύματα από την είσοδο στο φορτίο. Στο παραπάνω άρθρο αναφέρθηκε η τιμή πλάτους της τάσης, οπότε η τάση στην έξοδο του ανορθωτή είναι η ίδια χαμηλότερη σε σχέση με την ενεργή μεταβλητή στην είσοδο.

Αλλά αν εξομαλύνουμε την κυματισμός χρησιμοποιώντας πυκνωτή, τόσο μικρότερη είναι η διακύμανση, τόσο πιο κοντά θα είναι η τάση στο εύρος.

Θα συζητήσουμε για την εξομάλυνση των κυματισμών αργότερα. Τώρα εξετάστε κύκλωμα γέφυρας δίοδος.

Υπάρχουν δύο από αυτές:

1. Ανορθωτής σύμφωνα με το καθεστώς Gretz ή γέφυρα δίοδος;

2. Ανορθωτής με μέσον.

Το πρώτο σύστημα είναι πιο συνηθισμένο. Αποτελείται από μια γέφυρα δίοδος - τέσσερις δίοδοι διασυνδεδεμένο με ένα "τετράγωνο" και ένα φορτίο συνδέεται με τους ώμους του. Ο ανορθωτής γέφυρας συναρμολογείται σύμφωνα με το παρακάτω σχήμα:

Μπορεί να συνδεθεί απευθείας σε ένα δίκτυο 220V, όπως γίνεται στο σύγχρονες πηγές τροφοδοσίας, ή στις δευτερεύουσες περιελίξεις ενός μετασχηματιστή δικτύου (50 Hz).Σύμφωνα με αυτό το σχήμα, γέφυρες διόδου μπορούν να συναρμολογηθούν από διακριτές (ξεχωριστές) δίοδοι ή να χρησιμοποιήσουν ένα έτοιμο συγκρότημα γέφυρας δίοδος σε ένα ενιαίο περίβλημα.

Το δεύτερο κύκλωμα είναι ένας ανορθωτής μέσου σημείου που δεν μπορεί να συνδεθεί απευθείας στο δίκτυο. Το νόημά της είναι να χρησιμοποιήσετε έναν μετασχηματιστή με μια βρύση από τη μέση.

Στον πυρήνα του, αυτοί είναι δύο ανορθωτές μισού κύματος που συνδέονται με τα άκρα του δευτερεύοντος τυλίγματος, το φορτίο με μία επαφή συνδέεται στο σημείο σύνδεσης των διόδων και το δεύτερο συνδέεται με τη βρύση από το μέσον των περιελίξεων.

Το πλεονέκτημά του έναντι του πρώτου κυκλώματος είναι ένας μικρότερος αριθμός διόδων ημιαγωγών. Και το μειονέκτημα είναι η χρήση ενός μετασχηματιστή με ένα μέσο ή, όπως το αποκαλούν, ένα κλαδί από τη μέση. Αυτές είναι λιγότερο συχνές από τους συμβατικούς δευτερεύοντες μετασχηματιστές τύπου μη βρύσης.

Ελαφριά εξομάλυνση

Η τροφοδοσία τάσης με ρεύμα είναι απαράδεκτη για πολλούς καταναλωτές, για παράδειγμα, πηγές φωτός και εξοπλισμό ήχου. Επιπλέον, οι επιτρεπόμενοι παλμοί φωτός ρυθμίζονται από τα κρατικά και βιομηχανικά ρυθμιστικά έγγραφα.

Για να εξομαλύνετε τις παλμοί, χρησιμοποιήστε φίλτρα - ένας παράλληλος πυκνωτής, ένα φίλτρο LC, μια ποικιλία φίλτρων P και G ...

Αλλά η πιο κοινή και απλούστερη επιλογή είναι ένας πυκνωτής εγκατεστημένος παράλληλα με το φορτίο. Το μειονέκτημα του είναι ότι για να μειωθεί η κυμάτωση σε πολύ ισχυρό φορτίο, είναι απαραίτητο να εγκατασταθούν πυκνωτές πολύ μεγάλης χωρητικότητας - δεκάδες χιλιάδες microfarads.

Η αρχή της λειτουργίας είναι ότι ο πυκνωτής φορτίζει, η τάση του φτάνει στο πλάτος, η τάση τροφοδοσίας αρχίζει να μειώνεται μετά το σημείο του μέγιστου εύρους, από την στιγμή που το φορτίο τροφοδοτείται από τον πυκνωτή. Ο πυκνωτής εκκενώνεται ανάλογα με την αντίσταση φορτίου (ή την ισοδύναμη αντίσταση του, αν δεν είναι αντίσταση). Όσο μεγαλύτερη είναι η χωρητικότητα - τόσο μικρότερη θα είναι η κυμάτωση, σε σύγκριση με έναν πυκνωτή χαμηλής ισχύος που συνδέεται με το ίδιο φορτίο.

Με απλά λόγια: όσο πιο αργός εκφορτίζεται ο πυκνωτής, τόσο λιγότερη κυμάτωση.

Η ταχύτητα εκφόρτισης του πυκνωτή εξαρτάται από το ρεύμα που καταναλώνεται από το φορτίο. Μπορεί να προσδιοριστεί από τον τύπο της χρονικής σταθεράς:

t = RC

όπου R είναι η αντίσταση φορτίου, και C είναι η χωρητικότητα του εξομαλυντικού πυκνωτή.

Έτσι, από μια πλήρως φορτισμένη κατάσταση σε έναν πλήρως αποφορτισμένο πυκνωτή αποφορτίζεται σε 3-5 τόνους. Φορτίζει με την ίδια ταχύτητα αν η φόρτιση γίνεται μέσω ενός αντιστάτη, έτσι στην περίπτωσή μας δεν έχει σημασία.

Συνεπώς, για να επιτευχθεί ένα αποδεκτό επίπεδο κυμάτωσης (καθορίζεται από τις απαιτήσεις του φορτίου στην πηγή ισχύος), απαιτείται χωρητικότητα που θα εκκενωθεί σε χρόνο αρκετές φορές μεγαλύτερο από το t. Δεδομένου ότι οι αντιστάσεις των περισσότερων φορτίων είναι σχετικά μικρές, απαιτείται μεγάλη χωρητικότητα για να εξομαλυνθούν οι κυματισμοί στην έξοδο του ανορθωτή, ηλεκτρολυτικούς πυκνωτές, ονομάζονται επίσης πολικές ή πολωμένες.

Λάβετε υπόψη ότι η σύγχυση της πολικότητας του ηλεκτρολυτικού πυκνωτή δεν συνιστάται ιδιαίτερα, επειδή αυτό είναι γεμάτο με την αποτυχία και ακόμη και την έκρηξη. Οι σύγχρονοι πυκνωτές προστατεύονται από την έκρηξη - έχουν μια σφραγίδα στο επάνω κάλυμμα με τη μορφή ενός σταυρού, κατά μήκος του οποίου η θήκη απλώς σπάει. Αλλά ένα ρεύμα καπνού θα βγει από τον συμπυκνωτή, θα είναι κακό εάν φτάσει στα μάτια σας.

Ο υπολογισμός της χωρητικότητας βασίζεται στο είδος του συντελεστή κυματισμού που πρέπει να παρέχετε. Με απλά λόγια, ο συντελεστής κυματομορφής δείχνει το ποσοστό της τάσης που κυματίζει (παλλόμενη).

Για να υπολογίσετε την χωρητικότητα ενός εξομαλυντικού πυκνωτή, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τον κατά προσέγγιση τύπο:

C = 3200 * In / Un * Kp,

Όπου ρεύμα φορτίου, τάση απασφάλισης, συντελεστής Κλιπ.

Για τους περισσότερους τύπους εξοπλισμού, ο συντελεστής κυματισμού λαμβάνεται 0,01-0,001. Επιπλέον, είναι επιθυμητή η εγκατάσταση κεραμικό πυκνωτή όσο το δυνατόν μεγαλύτερη χωρητικότητα, για φιλτράρισμα από παρεμβολές υψηλής συχνότητας.

Πώς να φτιάξετε ένα εφεδρικό τροφοδοτικό;

Η πιο απλή τροφοδοσία συνεχούς ρεύματος αποτελείται από τρία στοιχεία:

1. Μετασχηματιστής.

2. Γέφυρα δίοδος.

3. Πυκνωτής.

Εάν χρειάζεστε υψηλή τάση και παραλείπετε τη γαλβανική απομόνωση, μπορείτε να αποκλείσετε τον μετασχηματιστή από τη λίστα, τότε θα έχετε σταθερή τάση μέχρι 300-310V. Ένα τέτοιο κύκλωμα βρίσκεται στην είσοδο των τροφοδοτικών, όπως για παράδειγμα στον υπολογιστή σας. Πρόσφατα έγραψα ένα μεγάλο άρθρο για αυτούς - Πώς είναι τροφοδοτικό υπολογιστή.

Πρόκειται για μια μη σταθεροποιημένη τροφοδοσία DC με έναν πυκνωτή εξομάλυνσης. Η τάση στην έξοδο της είναι μεγαλύτερη από την εναλλασσόμενη τάση του δευτερεύοντος τυλίγματος. Αυτό σημαίνει ότι αν έχετε μετασχηματιστή 220/12 (πρωτεύον 220V και δευτερεύον σε 12V), τότε στην έξοδο θα πάρετε μια σταθερά 15-17V. Αυτή η τιμή εξαρτάται από την ικανότητα του εξομαλυντικού πυκνωτή. Αυτό το κύκλωμα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την τροφοδοσία οποιουδήποτε φορτίου, αν δεν είναι σημαντικό για αυτό, τότε η τάση μπορεί να "επιπλέει" όταν αλλάζει η τάση του δικτύου.

Σημαντικό:

Ο πυκνωτής έχει δύο κύρια χαρακτηριστικά - χωρητικότητα και τάση. Έχουμε καταλάβει πώς να επιλέξετε την χωρητικότητα, αλλά όχι με την επιλογή της τάσης. Η τάση πυκνωτή πρέπει να υπερβαίνει τουλάχιστον το ήμισυ της τάσης πλάτους στην έξοδο ανορθωτή. Εάν η πραγματική τάση στις πλάκες πυκνωτή υπερβαίνει την ονομαστική τάση, είναι πιθανό να αποτύχει.

Οι παλιοί σοβιετικοί πυκνωτές έγιναν με καλό περιθώριο τάσης, αλλά τώρα όλοι χρησιμοποιούν φθηνούς ηλεκτρολύτες από την Κίνα, όπου στην καλύτερη περίπτωση υπάρχει ένα μικρό περιθώριο, και στη χειρότερη περίπτωση, δεν μπορούν να αντέξουν την καθορισμένη ονομαστική τάση. Επομένως, μην εξοικονομήσετε την αξιοπιστία.

Μια σταθεροποιημένη μονάδα τροφοδοσίας διαφέρει από την προηγούμενη μόνο όταν υπάρχει σταθεροποιητής τάσης (ή ρεύματος). Η πιο απλή επιλογή είναι να χρησιμοποιήσετε το L78xx ή άλλα. γραμμικούς σταθεροποιητές, όπως η εγχώρια Τράπεζα.

Έτσι μπορείτε να πάρετε οποιαδήποτε τάση, η μόνη προϋπόθεση όταν χρησιμοποιείτε τέτοιους σταθεροποιητές είναι ότι η τάση προς τον σταθεροποιητή πρέπει να υπερβαίνει τη σταθεροποιημένη (εξόδου) τιμή κατά τουλάχιστον 1,5V. Εξετάστε τι γράφεται στο φύλλο δεδομένων 12V σταθεροποιητή L7812:

Η τάση εισόδου δεν πρέπει να υπερβαίνει τα 35V, για σταθεροποιητές από 5 έως 12V και 40V για σταθεροποιητές στα 20-24V.

Η τάση εισόδου πρέπει να υπερβαίνει την τάση εξόδου κατά 2-2.5V.

Π.χ. για μια σταθεροποιημένη παροχή ρεύματος 12V με σταθεροποιητή της σειράς L7812, είναι απαραίτητο η ανορθωμένη τάση να βρίσκεται μέσα στα 14,5-35V, για να αποφευχθεί η καθίζηση, θα ήταν ιδανική λύση για τη χρήση ενός μετασχηματιστή με δευτερεύον τύλιγμα στα 12V.

Αλλά το ρεύμα εξόδου είναι αρκετά μέτριο - μόνο 1,5Α, μπορεί να ενισχυθεί χρησιμοποιώντας ένα τρανζίστορ διέλευσης. Αν έχετε Τρανζίστορ PNP, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε αυτό το σχήμα:

Δείχνει μόνο τη σύνδεση του γραμμικού σταθεροποιητή "αριστερά" του κυκλώματος με έναν μετασχηματιστή και ο ανορθωτής παραλείπεται.

Αν έχετε τρανζίστορ NPN όπως KT803 / KT805 / KT808, τότε αυτό θα γίνει:

Αξίζει να σημειωθεί ότι στο δεύτερο κύκλωμα, η τάση εξόδου θα είναι μικρότερη από την τάση σταθεροποίησης κατά 0.6V - αυτό είναι μια πτώση στη διασταύρωση βάσης του πομπού, γράψαμε περισσότερα γι 'αυτό σε ένα άρθρο σχετικά με τα διπολικά τρανζίστορ. Για να αντισταθμιστεί αυτή η πτώση, μια δίοδος D1 εισήχθη στο κύκλωμα.

Είναι δυνατή η εγκατάσταση δύο γραμμικών σταθεροποιητών παράλληλα, αλλά όχι απαραίτητα! Λόγω πιθανών αποκλίσεων κατά τη διάρκεια της κατασκευής, το φορτίο θα κατανέμεται ανομοιόμορφα και ένα από αυτά μπορεί να εξαντληθεί εξαιτίας αυτού.

Τοποθετήστε τόσο το τρανζίστορ όσο και τον γραμμικό σταθεροποιητή στο ψυγείο, κατά προτίμηση σε διαφορετικά θερμαντικά σώματα. Είναι πολύ ζεστό.

Ρυθμιζόμενα αναλώσιμα

Η απλούστερη ρυθμιζόμενη παροχή ρεύματος μπορεί να γίνει με ρυθμιζόμενο γραμμικό σταθεροποιητή LM317, το ρεύμα του είναι επίσης μέχρι και 1,5 A, μπορείτε να ενισχύσετε το κύκλωμα με ένα πέρασμα τρανζίστορ, όπως περιγράφεται παραπάνω.

Εδώ είναι ένα πιο διαισθητικό διάγραμμα για τη συναρμολόγηση μιας ρυθμιζόμενης τροφοδοσίας.

Για να έχετε περισσότερη ισχύ, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε έναν ισχυρότερο ρυθμιζόμενο σταθεροποιητή LM350.

 

Στα τελευταία δύο κυκλώματα, υπάρχει μια ένδειξη που δείχνει την ύπαρξη τάσης στην έξοδο της γέφυρας δίοδος, ενός διακόπτη 220V, μιας κύριας ασφάλειας ασφάλισης.

Ακολουθεί ένα παράδειγμα ρυθμιζόμενου φορτιστή μπαταρίας με ρυθμιστή θυρίστορ στο πρωτεύον τύλιγμα, ουσιαστικά την ίδια ρυθμιζόμενη παροχή ρεύματος.

Με την ευκαιρία, το ρεύμα συγκόλλησης ρυθμίζεται επίσης από ένα παρόμοιο κύκλωμα:

Αυτό το άρθρο διατυπώθηκε νωρίτερα: Πώς να φτιάξετε έναν απλό ρυθμιστή ρεύματος για έναν μετασχηματιστή συγκόλλησης

Συμπέρασμα

Ένας ανορθωτής χρησιμοποιείται σε τροφοδοτικά για την παραγωγή συνεχούς ρεύματος από ένα εναλλασσόμενο ρεύμα. Χωρίς τη συμμετοχή του, δεν θα είναι δυνατή η τροφοδοσία ενός φορτίου DC, για παράδειγμα, μιας λωρίδας LED ή ενός ραδιοφωνικού δέκτη.

Επίσης χρησιμοποιούνται σε διάφορους φορτιστές για μπαταρίες αυτοκινήτων, υπάρχουν πολλά κυκλώματα που χρησιμοποιούν έναν μετασχηματιστή με μια ομάδα βρύων από το πρωτεύον τύλιγμα, οι οποίοι μετακινούνται από ένα διακόπτη με κλειδί και μόνο μία γέφυρα δίοδος εγκαθίσταται στη δευτερεύουσα περιέλιξη. Ο διακόπτης είναι εγκατεστημένος στην πλευρά υψηλής τάσης, αφού εκεί το ρεύμα είναι πολλές φορές χαμηλότερο και οι επαφές του δεν θα καούν από αυτό.

Σύμφωνα με τα διαγράμματα από το άρθρο, μπορείτε να συναρμολογήσετε την πιο απλή μονάδα τροφοδοσίας τόσο για μόνιμη εργασία με κάποια συσκευή όσο και για τη δοκιμή των ηλεκτρονικών οικιακών προϊόντων σας.

Τα κυκλώματα δεν διαφέρουν σε υψηλή απόδοση, αλλά παράγουν μια σταθεροποιημένη τάση χωρίς ειδικές κυματιστές, θα πρέπει να ελέγξετε την χωρητικότητα των πυκνωτών και να υπολογίσετε για ένα συγκεκριμένο φορτίο. Είναι τέλειοι για ενισχυτές ήχου χαμηλής ισχύος και δεν δημιουργούν πρόσθετο φόντο. Μια ρυθμιζόμενη παροχή ρεύματος θα είναι χρήσιμη για τους λάτρεις των αυτοκινήτων και τους ηλεκτρολόγους για να ελέγξουν το ρελέ ρυθμιστή τάσης γεννήτριας.

Μια ρυθμιζόμενη παροχή ρεύματος χρησιμοποιείται σε όλους τους τομείς των ηλεκτρονικών και αν βελτιωθεί με προστασία από βραχυκύκλωμα ή με σταθεροποιητή ρεύματος με δύο τρανζίστορ, θα έχετε σχεδόν πλήρη εργαστηριακή τροφοδοσία.