kategorier: Utvalda artiklar » Praktisk elektronik
Antal visningar: 89707
Kommentarer till artikeln: 3

Strömförsörjningar för hemlaboratorier

 

Se den första delen av artikeln här: Strömförsörjning för elektroniska enheter

Strömförsörjningar för hemlaboratorierNär det gäller allt som sagts ovan verkar det mest rimliga och billigast vara tillverkning av transformatorkraftförsörjning. En lämplig färdigt transformator för att driva halvledarkonstruktioner kan väljas från gamla bandspelare, rörtv-tv, treprogram högtalare och annan föråldrad utrustning. Färdiga nätverkstransformatorer säljs på radiomarknader och i onlinebutiker. Du kan alltid hitta rätt alternativ.

Externt är transformatorn en W-formad kärna tillverkad av ark av speciellt transformatorstål. På kärnan finns en plast- eller kartongram som lindningarna är placerade på. Plattorna är vanligtvis lackerade så att det inte finns någon elektrisk kontakt mellan dem. På detta sätt bekämpar de virvelströmmar eller Foucault-strömmar. Dessa strömmar värmer bara kärnan, det är bara en förlust.

För samma ändamål är transformatorjärn tillverkat av stora kristaller, som också isoleras från varandra av oxidfilmer. På transformatorjärn av mycket stora storlekar är dessa kristaller synliga för blotta ögat. Om sådant järn skärs med taksax, liknar snittet ett bågblad för metall, det innehåller små kryddnejlikor.

Transformatorn i strömförsörjningen utför två funktioner samtidigt. För det första är detta en minskning av nätspänningen till önskad nivå. För det andra ger detta galvanisk isolering från elnätet: de primära och sekundära lindningarna är inte anslutna till varandra, det elektriska motståndet är idealiskt oändligt. Anslutningen av de primära och sekundära lindningarna utförs genom ett växlande magnetfält i kärnan som skapas av den primära lindningen.



Förenklad transformatordesign

När du köper eller självlindar en transformator bör du vägledas av följande parametrar, som uttrycks av endast fyra formler.

Den första av dem kan kallas transformationslagen.

U1 / U2 = n1 / n2 (1),


Ett enkelt exempel. Eftersom detta bara är en nätverkstransformator, kommer spänningen på primärlindningen alltid att vara 220V. Anta att den primära lindningen innehåller 220 varv och de sekundära 22 varv. Detta är en ganska stor transformator, så den har få varv per volt.

Om en spänning på 220V appliceras på primärlindningen, kommer den sekundära lindningen att producera 22V, vilket helt motsvarar transformationskoefficienten n1 / n2, som i vårt exempel är 10. Anta att en last som förbrukar exakt 1A ström ingår i sekundärlindningen. Då är primärströmmen 0,1 A, eftersom strömmarna är i det omvända förhållandet.

Effekt förbrukad av lindningarna: för den sekundära 22V * 1A = 22W och för den primära 220V * 0,1A = 22W. Denna beräkning visar att kraften hos primär- och sekundärlindningarna är lika. Om det finns flera sekundära lindningar, då du beräknar deras effekt, bör du lägga till den, detta kommer att vara kraften hos den primära lindningen.

Det följer av samma formel att det är väldigt enkelt att bestämma antalet varv per volt: det räcker med att linda en testlindning, till exempel 10 varv, mäta spänningen på den, dela resultatet med 10. Antalet varv per volt hjälper mycket när du behöver linda lindningen spänning. Det bör noteras att lindningarna måste lindas med en viss marginal, med hänsyn till den "sjunkande" spänningen på själva lindningarna och på stabilisatorernas reglerelement. Om minsta spänning kräver 12V, kan lindningen klassificeras till 17 ... 18V. Samma regel bör iakttas när du köper en färdig transformator.

Transformatorns totala effekt beräknas som summan av effekten för alla sekundära lindningar, såsom beskrivits ovan. Baserat på denna beräkning kan du välja en lämplig kärna, eller snarare dess område. Formeln för att välja kärnområdet:.

Här är S kärnområdet i kvadratcentimeter och P är den totala lasteffekten i watt. För en W-formad kärna är området tvärsnittet av den centrala stången på vilken lindningarna är belägna, och för ett toroidalt tvärsnitt, torusen. Baserat på det beräknade kärnområdet kan du välja lämpligt transformatorjärn.

Det beräknade värdet ska avrundas till närmaste större standardvärde. Alla andra beräknade värden i beräkningsprocessen avrundas också. Om antagandet är 37,5 watt, avrundas den upp till 40 watt.

Efter att kärnområdet har blivit känt kan antalet varv i primärlindningen beräknas. Detta är den tredje beräkningsformeln.

Här är n1 antalet varv för primärlindningen, U1 - 220V - spänning för primärlindningen, S är kärnområdet i kvadratcentimeter. En empirisk koefficient på 50, som kan variera inom vissa gränser, förtjänar särskild uppmärksamhet.

Om det krävs att transformatorn inte går in i mättnad, inte skapar onödig elektromagnetisk interferens (särskilt relevant för ljudåtergivande utrustning) kan denna koefficient ökas till 60. I detta fall kommer antalet varv i lindningarna att öka, driftläget för transformatorn underlättas, kärnan kommer inte längre att kunna komma in i mättnad. Det viktigaste är att alla lindningar passar.

Efter det att transformatorns effekt har bestämts beräknas svängningarna och strömmarna i lindningarna, är det dags att bestämma tvärsnittet av lindningens tråd. Det antas att lindningarna lindas med en koppartråd. Denna beräkning hjälper till att uppfylla formeln:

Här di mm, Ii A, respektive diametern på tråden och strömmen för den i-th lindningen. Den beräknade tråddiametern ska också avrundas till närmaste större standardvärde.

Det är faktiskt hela den förenklade beräkningen av en nätverkstransformator, för praktiska ändamål till och med mycket tillräcklig. Det bör emellertid noteras att denna beräkning endast är giltig för nättransformatorer som arbetar med en frekvens av 50 Hz. För transformatorer tillverkade på ferritkärnor och som arbetar med hög frekvens utförs beräkningen med hjälp av helt andra formler, förutom kanske omvandlingskoefficienten enligt formel 1.

När transformatorn är designad, lindad eller just köpt rätt storlek kan du börja tillverka en strömförsörjning, utan vilken krets inte kan göra.


Ostabiliserade nätaggregat

Den enklaste kretsarna är instabiliserade strömförsörjningar. De används ganska ofta i olika utföranden, vilket förenklar kretsen utan att påverka dess funktionalitet. Till exempel kraftfull ljudförstärkare oftast matas de från en instabil källa, eftersom det nästan är omöjligt att märka med örat att matningsspänningen har förändrats med 2 ... 3 volt. Det finns inte heller någon skillnad i vilken spänning reläet kommer att lösa: om det bara fungerar och då kommer det inte att brinna ut.

Ostabiliserade nätaggregat är enkla, kretsen visas i figur 1.

Ostabiliserad strömförsörjningskrets
Fig. 1. Schema för en instabil kraftkälla

En likriktningsbrygga med dioder är ansluten till transformatorns sekundära lindning. Även om det finns många likriktarkretsar, är en bryggkrets den vanligaste. Vid bronutgången erhålls en pulserande spänning med en fördubblad frekvens av nätverket, vilket är typiskt för alla kretsar för halvvåglikriktare (figur 2, kurva 1).

Naturligtvis är en sådan krusningsspänning inte lämplig för drivning av transistorkretsar: föreställ dig hur förstärkaren kommer att bråla med sådan kraft! För att jämna ut krusningen till ett acceptabelt värde installeras filter vid likriktarens utgång (figur 2, kurva 2).I det enklaste fallet kan det bara vara elektrolytisk kondensator med hög kapacitet. Det föregående illustreras i figur 2.

Fig. 2.

Beräkningen av kondensatorns kapacitans är ganska komplicerad, därför är det möjligt att rekommendera de testade värdena i praktiken: för varje ampere av ström i lasten krävs en kondensatorkapacitet på 1000 ... 2000 μF. Ett lägre kapacitansvärde är giltigt för fallet när det föreslås att använda en spänningsstabilisator efter likriktarbron.

När kondensatorns kapacitet ökar, kommer rippeln (figur 2, kurva 2) att minska, men försvinner inte alls. Om rippeln är oacceptabel är det nödvändigt att införa spänningsstabilisatorer i strömförsörjningskretsen.



Bipolär strömförsörjning

I det fall källan krävs för att erhålla en bipolär spänning måste kretsen ändras något. Bron kommer att förbli densamma, men transformatorns sekundära lindning borde ha en mittpunkt. Utjämning av kondensatorer det kommer redan att finnas två, var och en för sin egen polaritet. Ett sådant schema visas i figur 3.

Strömförsörjningar för hemlaboratorier
Fig. 3.

Anslutningen av de sekundära lindningarna måste vara i serie - konsonant - början av lindningen III är ansluten till slutet av lindningen II. Prickar markerar som regel början av lindningarna. Om den industriella transformatorn och alla utgångar är numrerade kan du följa denna regel: alla terminalernas udda nummer är början på lindningarna, jämnt - ändarna. Det vill säga med en seriell anslutning är det nödvändigt att ansluta den jämna utgången från en lindning med den udda utgången från en annan. Naturligtvis kan du inte i något fall kortsluta resultaten från en lindning, till exempel 1 och 2.


Stabiliserade nätaggregat

Men ganska ofta är spänningsstabilisatorer nödvändiga. Det enklaste är det parametrisk stabilisatorsom bara innehåller tre delar. Efter zenerdioden installeras en elektrolytisk kondensator, vars syfte är att jämna ut kvarvarande pulsationer. Dess krets visas i figur 4.

Parametrisk stabilisatorkrets
Fig. 4. Parametrisk stabilisatorkrets

I allmänhet är denna kondensator installerad även vid utgången integrerade spänningsstabilisatorer typ LM78XX. Detta krävs även av de tekniska specifikationerna (datablad) för mikrokretsstabilisatorer.

En parametrisk stabilisator kan ge upp till flera miljard ström i lasten, i detta fall cirka tjugo. I kretsar med elektronisk enhet används en sådan stabilisator ganska ofta. Stabiliseringskoefficient (förhållande mellan ingångsspänningsändring i%% till utgångsförändring, även i%%) av sådana stabilisatorer, som regel inte mer än 2.

Om den parametriska stabilisatorn kompletteras emitter följare, med bara en transistor, såsom visas i figur 5, kommer kapaciteten hos den parametriska stabilisatorn att bli mycket högre. Stabiliseringskoefficienten för sådana schema når ett värde på 70.

Fig. 5.

Med parametrarna som anges i diagrammet och lastströmmen 1A, kommer tillräcklig effekt att spridas på transistorn. Sådan effekt beräknas enligt följande: spänningsskillnaden mellan kollektor och emitter multipliceras med lastströmmen. I detta fall är detta kollektorströmmen. (12V - 5V) * 1A = 7W. Med sådan kraft måste transistorn placeras på kylaren.

Effekten som ges till lasten är endast 5V * 1A = 5W. Siffrorna som visas i figur 5 är ganska tillräckliga för att göra en sådan beräkning. Således är effektiviteten hos en kraftkälla med en sådan stabilisator med en ingångsspänning på 12V endast cirka 40%. För att öka den något kan du minska ingångsspänningen, men inte mindre än 8 volt, annars kommer stabilisatorn att sluta fungera.

För att montera en spänningsregulator med negativ polaritet räcker det i den betraktade kretsen att ersätta n-p-n-konduktivitetstransistorn med p-n-p-konduktiviteten, ändra zenerdioden och ingångsspänningen. Men sådana kretsar har redan blivit en anakronism, används för närvarande inte, de ersattes av integrerade spänningsregulatorer.

Det verkade som att det räckte för att slutföra den övervägda kretsen i den integrerade versionen och allt skulle vara i ordning. Men utvecklarna började inte upprepa det ineffektiva schemat, dess effektivitet är för liten och stabiliseringen är låg. För att öka stabiliseringskoefficienten har negativ återkoppling införts i moderna integrerade stabilisatorer.

Sådana stabilisatorer utvecklades på allmänt använda ampere, medan kretsdesignern och utvecklaren R. Widlar föreslog inte att integrera denna op-amp i stabilisatorn. Den första stabilisatorn av detta slag var den legendariska UA723, som krävde ett visst antal ytterligare delar vid installationen.

En mer modern version av integrerade stabilisatorer är LM78XX-seriestabilisatorer för spänning med positiv polaritet och LM79XX för negativ. I denna markering 78 är detta faktiskt namnet på mikrokretsstabilisatorn, bokstäverna LM framför siffrorna kan vara olika, beroende på tillverkaren. I stället för bokstäverna XX införs siffror som indikerar stabiliseringsspänningen i volt: 05, 08, 12, 15, etc. Förutom spänningsstabilisering har mikrokretsar skydd mot kortslutning i lasten och termiskt skydd. Precis vad som krävs för att skapa en enkel och pålitlig laboratoriekraftförsörjning.


Den inhemska elektroniska industrin producerar sådana stabilisatorer under varumärket KR142ENXX. Men markeringarna är alltid krypterade med oss, så stabiliseringsspänningen kan endast bestämmas genom referens eller memoreras som dikter i skolan. Alla dessa stabilisatorer har ett fast utgångsspänningsvärde. Ett typiskt kopplingsschema för stabilisatorer i serien 78XX visas i figur 6.

Typiska 78XX-seriestabilisatorer
Fig. 6. Typiska 78XX-seriestabilisatorer

De kan dock också användas för att skapa reglerade källor. Ett exempel är diagrammet som visas i figur 7.

Diagram över en justerbar strömförsörjning för ett hemmalaboratorium
Fig. 7. System för reglerad kraftförsörjning för hemmalaboratorium

Nackdelen med kretsen kan betraktas att regleringen inte utförs från noll utan från 5 volt, d.v.s. från spänningsstabiliseringsmikrokrets. Det är inte klart varför stabilisatorkablarna numreras som 17, 8, 2, när det faktiskt bara finns tre av dem!

Fig. 8.

Och figur 9 visar hur man monterar en justerbar strömförsörjning baserad på den ursprungliga borgerliga LM317, som kan användas som laboratorie.

Strömförsörjningskrets på LM317-chipet
Fig. 9. Strömförsörjningskrets på LM317-chipet

Om en bipolär reglerad källa krävs, är det lättast att montera två identiska stabilisatorer i ett hölje och mata dem från olika transformatorlindningar. Sätt samtidigt ut utgången från varje stabilisator till enhetens frontpanel med separata terminaler. Det kommer att vara möjligt att växla spänningar helt enkelt med trådhoppare.

Boris Aladyshkin

Se även på elektrohomepro.com:

  • Stabiliserade nätaggregat
  • Hur man bestämmer antalet varv transformatorlindningar
  • Hur man bestämmer okända transformatorparametrar
  • Transformatorer för UMZCH
  • Hur man tar reda på kraften och strömmen hos en transformator genom dess utseende

  •  
     
    kommentarer:

    # 1 skrev: användaren | [Cite]

     
     

    ... vinda ett testlindning, till exempel 10 varv, mät spänning på det, dela resultatet med 10
    ------
    Tvärtom

     
    kommentarer:

    # 2 skrev: kryddat | [Cite]

     
     

    Effekt förbrukad av lindningarna: för sekundär 22V * 1A = 22W och för primär 220V * 0,1A = 22W. En sådan beräkning visar att krafterna för primär- och sekundärlindningarna är lika - är detta i allmänhet skrivet för vem? 220V * 0.1A = 2.2W (att jag inte kan jämföra kraften hos primär- och sekundärlindningarna). Antalet varv per volt definieras enligt följande: vi tar 1000 varv på primärlindningen och delar med 220V, vi får 4,5 varv per 1 volt. Om vi ​​behöver få en 12V växelspänning vid transformatorns utmatning multiplicerar vi 4,5 med 12 och får 55 varv på sekundären.

     
    kommentarer:

    # 3 skrev: Vladimir | [Cite]

     
     

    Erfaren verkar du inte alls erfaren. Du har problem med matematik, 220 * 0,1 = 22W
    Det finns också problem med kunskap, summan av kraften hos de sekundära lindningarna är lika med kraften hos den primära lindningen. Hjort, kort sagt.