Ako vyrobiť usmerňovač a jednoduché napájanie

Usmerňovač je zariadenie na konverziu striedavého napätia na jednosmerný prúd. Je to jedna z najbežnejších častí elektrických spotrebičov, od fénu až po všetky typy zdrojov napájania s výstupným jednosmerným napätím. Existujú rôzne schémy usmerňovačov a každý z nich do istej miery zodpovedá svojej úlohe. V tomto článku budeme hovoriť o tom, ako vytvoriť jednofázový usmerňovač a prečo je to potrebné.

definícia

Usmerňovač je zariadenie určené na konverziu striedavého prúdu na jednosmerný prúd. Slovo „konštanta“ nie je úplne správne, faktom je, že na výstupe usmerňovača v obvode sínusového striedavého napätia bude v každom prípade nestabilizované pulzné napätie. Jednoducho povedané: konštantná v znamení, ale rôzna veľkosť.

Existujú dva typy usmerňovačov:

• polvlna, Usmerňuje iba jednu polovicu vstupného napätia. Vyznačuje sa silným zvlnením a zníženým v porovnaní so vstupným napätím.

• Fullwave, Podľa toho sa vyrovnajú dve polovičné vlny. Zvlnenie je nižšie, napätie je vyššie ako na vstupe usmerňovača - to sú dve hlavné charakteristiky.

Čo znamená stabilizované a nestabilizované napätie?

Stabilizované je napätie, ktoré sa nemení vo veľkosti nezávisle od záťaže alebo prepätia vstupného napätia. Pre napájacie zdroje transformátorov je to obzvlášť dôležité, pretože výstupné napätie závisí od vstupného napätia a líši sa od neho podľa doby transformácie.

Nestabilizované napätie - mení sa v závislosti od prepätia v napájacej sieti a charakteristík záťaže. Pri takomto napájaní môže dôjsť v dôsledku poklesu k nesprávnej činnosti pripojených zariadení alebo k ich úplnej nefunkčnosti a poruche.

Výstupné napätie

Hlavné hodnoty striedavého napätia sú amplitúda a efektívna hodnota. Keď hovoria „v sieti 220 V“, znamená to aktuálne napätie.

Ak hovoríme o hodnote amplitúdy, máme na mysli to, koľko voltov je od nuly po horný bod polvlny sínusovej vlny.

 

Vynechámec tak teóriu a množstvo vzorcov, môžeme to povedať prúdové napätie 1,41 krát menšia ako amplitúda. alebo:

Uа = Uд * √2

Amplitúdové napätie v 220V sieti je:

220*1.41=310

režimy

Usmerňovač polvlny pozostáva z jednej diódy. Jednoducho mu nevynechá návratová polvlna. Výstupom je napätie so silným zvlnením od nuly po hodnotu amplitúdy vstupného napätia.

Keď hovoríme veľmi jednoduchým jazykom, potom v tomto obvode vstupuje polovica vstupného napätia do záťaže. To však nie je úplne správne.

Obvody s dvoma polvlnami prenášajú obe polvlny zo vstupu na záťaž. Hore v článku bola uvedená hodnota amplitúdy napätia, takže napätie na výstupe usmerňovača je rovnaké ako veľkosť skutočnej premennej na vstupe.

Ale ak vyhladíme zvlnenie pomocou kondenzátora, čím menšie vlnky, tým bližšie bude napätie k amplitúde.

O vyhladení vlniek budeme hovoriť neskôr. Teraz zvážte obvod diódového mostíka.

Existujú dve z nich:

1. Usmerňovač podľa Gretzovej schémy alebo diódový most;

2. Usmerňovač so stredom.

Prvá schéma je bežnejšia. Skladá sa z diódového mostíka - štyri diódy prepojené „štvorcom“ a záťaž je spojená s jej ramenami. Usmerňovač mostov je zostavený podľa nasledujúcej schémy:

Môže sa pripojiť priamo k 220V sieti, ako je to v prípade moderné spínacie zdrojealebo do sekundárnych vinutí sieťového (50 Hz) transformátora.Podľa tejto schémy môžu byť diódové mostíky zostavené z diskrétnych (samostatných) diód alebo použiť zostavu hotových diódových mostíkov v jednom kryte.

Druhý obvod je usmerňovač v strednom bode, ktorý sa nemôže pripojiť priamo k sieti. Jeho zmyslom je použitie transformátora s odbočkou zo stredu.

V podstate sú to dva polovičné vlnové usmerňovače spojené s koncami sekundárneho vinutia, záťaž s jedným kontaktom je pripojená k spojovaciemu bodu diódy a druhý k vodovodnému kohútiku od stredu vinutia.

Jeho výhodou oproti prvému obvodu je menší počet polovodičových diód. Nevýhodou je použitie transformátora so stredovým bodom alebo, ako sa to hovorí, vetvy zo stredu. Sú menej bežné ako bežné sekundárne transformátory bez odbočiek.

Vyhladenie zvlnenia

Zvlnené napájanie je neprijateľné pre mnoho spotrebiteľov, napríklad pre svetelné zdroje a zvukové zariadenie. Prípustné pulzy svetla sú navyše regulované v štátnych a priemyselných regulačných dokumentoch.

Na vyhladenie pulzácií použite filtre - paralelný kondenzátor, LC filter, rôzne filtre P a G ...

Najbežnejšou a najjednoduchšou možnosťou je kondenzátor nainštalovaný paralelne so záťažou. Nevýhodou je, že na zníženie zvlnenia pri veľmi silnom zaťažení je potrebné nainštalovať kondenzátory s veľmi veľkou kapacitou - desiatky tisíc mikrofarád.

Princíp činnosti spočíva v tom, že sa kondenzátor nabíja, jeho napätie dosahuje amplitúdu, napájacie napätie sa začína znižovať po dosiahnutí maximálnej amplitúdy, od momentu, keď je záťaž napájaná kondenzátorom. Kondenzátor sa vybíja v závislosti od odporu záťaže (alebo jeho ekvivalentného odporu, ak nie je odporový). Čím väčšia je kapacita, tým menšie bude zvlnenie v porovnaní s kondenzátorom s nižšou kapacitou pripojeným k rovnakému zaťaženiu.

Jednoducho povedané: čím pomalšie sa vybíja kondenzátor, tým menšie je zvlnenie.

Rýchlosť vybíjania kondenzátora závisí od prúdu spotrebovaného záťažou. Dá sa to určiť podľa vzorca časovej konštanty:

t = RC

kde R je odpor záťaže a C je kapacita vyhladzovacieho kondenzátora.

Teda z úplne nabitého stavu na úplne vybitý kondenzátor sa vybije za 3 až 5 t. Nabíja sa rovnakou rýchlosťou, ak k nabíjaniu dochádza prostredníctvom odporu, takže v našom prípade na tom nezáleží.

Z toho vyplýva, že na dosiahnutie prijateľnej úrovne zvlnenia (je to určené požiadavkami záťaže na zdroj energie) je potrebná kapacita, ktorá sa vybije v priebehu času niekoľkokrát väčšieho ako t. Pretože odpory väčšiny záťaží sú relatívne malé, je preto potrebná veľká kapacita, aby sa vyhladili vlnky na výstupe usmerňovača, elektrolytické kondenzátory, tiež sa nazývajú polarizované alebo polarizované.

Majte na pamäti, že zamieňanie polarity elektrolytického kondenzátora sa veľmi neodporúča, pretože je to plné jeho zlyhania a dokonca výbuchu. Moderné kondenzátory sú chránené pred výbuchom - na hornom kryte sú vyrazené výlisky v tvare kríža, pozdĺž ktorého je puzdro jednoducho prasknuté. Ale z kondenzátora vychádza prúd dymu, bude to zlé, ak sa dostane do vašich očí.

Výpočet kapacity je založený na tom, aký druh koeficientu zvlnenia musíte poskytnúť. Jednoducho povedané, koeficient zvlnenia ukazuje, aké percento napätia klesá (pulzuje).

Na výpočet kapacity vyhladzovacieho kondenzátora môžete použiť približný vzorec:

C = 3 200 * v / nep * Kp,

Kde je prúd pri záťaži, napätie bez záťaže, faktor zvlnenia.

Pre väčšinu typov zariadení sa použije koeficient zvlnenia 0,01 - 0,001. Okrem toho je potrebné nainštalovať keramický kondenzátor čo najväčšia kapacita na filtrovanie vysokofrekvenčného rušenia.

Ako vyrobiť zdroj energie pre domácich majstrov?

Najjednoduchšie napájanie jednosmerným prúdom pozostáva z troch prvkov:

1. transformátor;

2. diódový mostík;

3. Kondenzátor.

Ak potrebujete získať vysoké napätie a zanedbáte galvanickú izoláciu, môžete transformátor zo zoznamu vylúčiť, potom získate konštantné napätie až do 300-310V. Takýto obvod je na vstupe spínacích zdrojov, napríklad na vašom počítači. Nedávno sme o nich napísali veľký článok - Aký je napájací zdroj počítača.

Toto je nestabilizované napájanie jednosmerným prúdom s vyhladzovacím kondenzátorom. Napätie na jeho výstupe je väčšie ako striedavé napätie sekundárneho vinutia. To znamená, že ak máte transformátor 220/12 (primárny na 220V a sekundárny na 12V), na výstupe získate konštantu 15-17V. Táto hodnota závisí od kapacity vyhladzovacieho kondenzátora. Tento obvod môže byť použitý na napájanie akejkoľvek záťaže, ak to pre to nie je dôležité, potom sa môže napätie „vznášať“, keď sa zmení napätie v sieti.

Je dôležité, aby sa:

Kondenzátor má dve hlavné charakteristiky - kapacitu a napätie. Prišli sme na to, ako zvoliť kapacitu, ale nie výberom napätia. Napätie kondenzátora musí prekročiť najmenej polovicu amplitúdového napätia na výstupe usmerňovača. Ak skutočné napätie na doskách kondenzátora prekročí menovité napätie, je pravdepodobné, že dôjde k zlyhaniu.

Staré sovietske kondenzátory boli vyrobené s dobrým rozpätím napätia, ale teraz každý používa lacné elektrolyty z Číny, kde je nanajvýš malé rozpätie av najhoršom prípade nemôžu vydržať stanovené menovité napätie. Preto nešetrite na spoľahlivosti.

Stabilizovaná napájacia jednotka sa líši od predchádzajúcej iba v prítomnosti stabilizátora napätia (alebo prúdu). Najjednoduchšou možnosťou je použiť L78xx alebo iné. lineárne stabilizátory, ako je domáca banka.

Takže môžete získať akékoľvek napätie. Jedinou podmienkou pri použití takýchto stabilizátorov je, že napätie do stabilizátora musí prekročiť stabilizovanú (výstupnú) hodnotu najmenej o 1,5V. Zvážte, čo je napísané v liste 12V stabilizátora L7812:

Vstupné napätie by nemalo prekročiť 35 V pre stabilizátory od 5 do 12 V a 40 V pre stabilizátory pri 20-24V.

Vstupné napätie musí prekročiť výstupné napätie o 2-2,5 V.

tj pre stabilizované napájanie 12 V so stabilizátorom série L7812 je nevyhnutné, aby usmernené napätie ležalo v rozmedzí 14,5 - 35 V, aby sa predišlo poklesu, bolo by ideálnym riešením použiť transformátor so sekundárnym vinutím na 12 V.

Ale výstupný prúd je pomerne malý - iba 1,5A, môže byť zosilnený pomocou priechodného tranzistora. Ak máte Tranzistory PNP, môžete použiť túto schému:

Ukazuje iba spojenie „ľavej“ časti lineárneho stabilizátora s transformátorom a usmerňovačom je vynechané.

Ak máte tranzistory NPN ako KT803 / KT805 / KT808, urobí to tento:

Stojí za zmienku, že v druhom obvode bude výstupné napätie nižšie ako stabilizačné napätie o 0,6 V - to je pokles na križovatke základne emitora, o tom sme písali viac v článku o bipolárnych tranzistoroch, Aby sa kompenzoval tento pokles, do obvodu sa zaviedla dióda Dl.

Je možné nainštalovať dva lineárne stabilizátory paralelne, ale nie je to potrebné! Z dôvodu možných odchýlok počas výroby bude záťaž rozložená nerovnomerne a jedna z nich môže v dôsledku toho vyhorieť.

Nainštalujte tranzistor aj lineárny stabilizátor na radiátor, najlepšie na rôzne radiátory. Sú veľmi horúce.

Nastaviteľné zdroje napájania

Najjednoduchšie nastaviteľné napájanie je možné pomocou nastaviteľného lineárneho stabilizátora LM317, jeho prúd je až 1,5 A, obvod môžete zosilniť priechodovým tranzistorom, ako je opísané vyššie.

Tu je intuitívnejšia schéma na zostavenie nastaviteľného zdroja energie.

Ak chcete získať viac prúdu, môžete použiť výkonnejší nastaviteľný stabilizátor LM350.

 

V posledných dvoch obvodoch je indikácia zapnutia, ktorá ukazuje prítomnosť napätia na výstupe diódového mostíka, ističa 220 V, poistky primárneho vinutia.

Tu je príklad nastaviteľnej nabíjačky batérií s tyristorovým regulátorom v primárnom vinutí v podstate rovnaký nastaviteľný zdroj energie.

Mimochodom, zvárací prúd je tiež regulovaný podobným obvodom:

Tento článok bol uverejnený skôr: Ako vytvoriť jednoduchý regulátor prúdu pre zvárací transformátor

záver

Usmerňovač sa používa v napájacích zdrojoch na výrobu jednosmerného prúdu zo striedavého prúdu. Bez jeho účasti nebude možné napájať jednosmerné zaťaženie, napríklad pásik LED alebo rádiový prijímač.

Tiež sa používa v rôznych nabíjačkách pre autobatérie, existuje celý rad obvodov, ktoré používajú transformátor so skupinou kohútikov z primárneho vinutia, ktoré sú spínané kľúčovým spínačom, a v sekundárnom vinutí je nainštalovaný iba diódový mostík. Spínač je nainštalovaný na strane vysokého napätia, pretože tam je prúd mnohokrát nižší a jeho kontakty z toho nebudú horieť.

Podľa schém z článku môžete zostaviť najjednoduchší zdroj napájania tak pre trvalú prácu s niektorým zariadením, ako aj pre testovanie vašich elektronických domácich výrobkov.

Obvody sa nelíšia vo vysokej účinnosti, ale vytvárajú stabilizované napätie bez špeciálnych zvlnení, mali by ste skontrolovať kapacitu kondenzátorov a vypočítať špecifickú záťaž. Sú ideálne pre zosilňovače zvuku s nízkym výkonom a nevytvárajú ďalšie pozadie. Nastaviteľný napájací zdroj bude užitočný pre automobilových nadšencov a elektrikárov na testovanie relé regulátora napätia generátora.

Nastaviteľný napájací zdroj sa používa vo všetkých oblastiach elektroniky a ak je vylepšený ochranou proti skratu alebo stabilizátorom prúdu s dvoma tranzistormi, získate takmer kompletný laboratórny napájací zdroj.