În articolele anterioare, am discutat despre componentele electronice pasive, cum ar fi rezistențele, condensatoarele, inductoarele și transformatoarele. Componentele pasive sunt deosebit de utile în proiectarea diferitelor circuite analogice.

Distracția reală a electronicii moderne începe cu semiconductorii și electronica digitală. Electronica se referă la semnale (sub formă de tensiune sau curent) și la procesarea semnalelor de către componente și circuite. Electronica cu semiconductori este posibilă prin procesarea semnalelor electronice ca valori binare (0 și 1 sau Low și High). Această aplicație a electronicii semiconductoare pentru a procesa semnale ca valori binare duce la implementarea logicii booleene sub formă de electronică digitală. Astfel, a început utilizarea electronicii pentru „Calcul”. În curând, inginerii și cercetătorii au conceput modalități de măsurare a diferitelor mărimi fizice, convertindu-le în semnale electrice analogice și digitalizând aceste semnale analogice în valori digitale. De asemenea, au conceput modalități de a converti semnalele digitale în semnale electrice analogice echivalente. Acum, computerele pot interacționa și pot răspunde la lumea fizică.

Cea mai mare parte a electronicii moderne este despre „calculul electronic” și aplicațiile sale în lumea reală. Calculul electronic, combinat cu tehnologiile de afișare și dispozitivele electronice de intrare/ieșire duce la dezvoltarea computerelor de uz general. Calculul electronic, combinat cu diverse tehnologii de comunicare, duce la dezvoltarea tehnologiilor de telecomunicații, televiziune și internet. Calculul electronic, combinat cu comunicația și senzorii fără fir, duce la dezvoltarea electronice și a dispozitivelor portabile mobile. Calculul electronic combinat cu senzori și actuatori duce la dezvoltarea de aplicații precum sisteme încorporate, robotică și automatizare.

Dar, înainte de a începe călătoria nesfârșită a semiconductorilor și a electronicii digitale, va fi mai bine să aveți o înțelegere de bază a surselor de alimentare. Este sursa de alimentare care dă viață oricărui circuit sau dispozitiv electronic. Fiecare circuit sau dispozitiv electronic trebuie, în esență, să aibă o secțiune de alimentare sau poate fi necesar să se conecteze sub formă de sarcină cu un circuit extern de alimentare.

Sursa de energie electrică poate fi liniile electrice de transport (electricitate de rețea), sistemele electromecanice (alternatoare și generatoare), energia solară sau dispozitivele de stocare precum celulele și bateriile. Sursele de alimentare sunt convertoare de energie care convertesc puterea electrică de la o sursă la tensiune, curent și frecvență adecvate unui circuit de încărcare. Sursa de energie electrică poate fi AC sau DC. La fel ca generatoarele și rețeaua electrică, electricitatea furnizează curent alternativ, în timp ce bateriile și dispozitivele solare alimentează curent continuu. Un circuit de alimentare poate introduce puterea de la o sursă de curent alternativ sau continuu, iar puterea de ieșire de curent alternativ sau curent continuu poate fi convertită pentru a se potrivi cu o sarcină. Deci, circuitele de alimentare pot fi clasificate ca surse de la AC la AC, AC la DC, DC la DC și DC la AC.

Diferite surse de alimentare CA-AC includ surse variabile de curent alternativ, transformatoare de izolare și schimbătoare de frecvență. Sursele de alimentare AC-DC sunt cele mai frecvente. Unele dintre sursele de alimentare de la AC la DC includ o sursă de alimentare DC liniară nereglementată, o sursă de alimentare DC cu reglare liniară (sursă de alimentare pe bancă), o sursă de alimentare cu reglare prin comutare și o sursă de alimentare cu reglare prin ondulare. Sursele de alimentare pe bază de baterii, sursele de energie solară și convertoarele DC-DC sunt exemple de surse de alimentare DC-DC. Sursele de alimentare pe bază de baterii și sursele de energie solară sunt utilizate pentru alimentarea directă a circuitelor electronice, în timp ce convertoarele DC-DC sunt utilizate în general pentru conversia intrării DC la niveluri diferite pentru a alimenta circuite diferite în același dispozitiv, mai degrabă decât pentru a utiliza diferite AC-to Surse de curent continuu pentru a obține un nivel diferit de tensiune/curent. Invertoarele, generatoarele și UPS-urile sunt în mod obișnuit surse de alimentare de la DC la AC.

Alimentare variabilă de curent alternativ
Sursele de alimentare variabile de curent alternativ sunt proiectate folosind transformatoare sau autotransformatoare reglabile. Acestea sunt utilizate pentru a converti nivelurile de tensiune AC-AC. Un transformator cu înfășurări multiple sau robinete poate fi utilizat pentru a proiecta o astfel de sursă de energie, altfel poate fi utilizat un autotransformator reglabil. Aceste surse convertesc tensiunea și nivelurile de curent alternativ, în timp ce frecvența sursei de energie rămâne neschimbată.

Schimbătoare de frecvență
Schimbătoarele de frecvență sunt utilizate pentru a converti frecvența puterii de curent alternativ. Acestea pot fi proiectate folosind dispozitive electromecanice, cum ar fi un set de motoare-generator sau cu ajutorul unui set de redresoare-invertoare. Redresorul convertește mai întâi curent alternativ în curent continuu, iar apoi invertorul convertește curent continuu în curent alternativ cu frecvențe diferite.

Transformatoare de izolare
Transformatoarele de izolare sunt utilizate pentru alimentarea CA-AC, unde este necesară potrivirea impedanței între sursa de alimentare și circuitul de sarcină. Transformatoarele de izolare nu convertesc de obicei nivelurile de tensiune sau frecvența sursei de alimentare. Acestea sunt utile în conectarea circuitelor echilibrate și neechilibrate.

electronică

Aceste transformatoare de izolare sunt utilizate pentru a crește sau a reduce tensiunea, menținând în același timp circuitele de rețea și de ieșire izolate prin izolarea armată certificată CE. (Imagine: Transformator de semnal)

Alimentare liniară nereglementată
Sursele de alimentare liniare nereglementate sunt simple surse de alimentare de la AC la DC. Acestea sunt proiectate folosind un transformator cu trepte, redresor, condensator de filtrare și rezistor de sângerare. În primul rând, un transformator convertește tensiunea liniei la nivelul necesar de tensiune în curent alternativ. Tensiunea de curent alternativ redusă este apoi convertită în tensiune continuă utilizând un redresor cu undă completă sau cu undă completă. Redresorul este proiectat folosind diode. DC-ul pulsator de la redresor este netezit cu ajutorul condensatoarelor de filtrare. Un rezistor de sângerare poate fi conectat în paralel cu condensatorul filtrului pentru protecție.

Sursele de alimentare nereglementate sunt simple și durabile. Cu toate acestea, tensiunea lor de ieșire poate varia din cauza variației tensiunii de intrare sau a curentului de sarcină. Deci, acestea nu sunt foarte fiabile. De asemenea, acestea pot fi proiectate doar pentru a emite o tensiune și un curent fix.

Alimentare liniară reglementată
Sursele de alimentare cu reglare liniară sunt surse de alimentare de la AC la DC. Acestea sunt la fel ca sursele de alimentare nereglementate (forță brută), cu excepția faptului că utilizează un circuit de tranzistor care funcționează într-o regiune activă sau liniară în locul rezistorului de sângerare. Această etapă activă a tranzistorului permite ieșirea la diferite niveluri precise de tensiune DC. Există mai multe circuite integrate cu regulator de tensiune disponibile care au un circuit de tranzistor activ integrat în ele. Sursele de alimentare cu reglare liniară sunt stabile, sigure, fiabile și fără zgomot. Există circuite integrate de regulator de tensiune disponibile pentru o gamă largă de tensiuni de intrare și ieșire și produc ieșiri de tensiune continuă DC. Dezavantajele majore ale acestor aprovizionări sunt costul, dimensiunea și eficiența energetică. Aceste surse pierd multă energie din cauza disipării puterii și pot necesita utilizarea radiatorului cu regulatoare IC.

Alimentarea liniară de la sursele de alimentare Acopian (sus) este un factor de zece mai mare și mai greu decât o sursă de comutare comparabilă (de jos), care este, de asemenea, de la Acopian, dar unitatea liniară are atribute benefice pe care alimentarea comutatorului nu se poate potrivi.

Comutarea sursei de alimentare reglementate
Comutarea surselor de alimentare reglementate sunt surse de alimentare complexe AC-DC care tind să combine avantajele surselor de alimentare nereglementate și reglementate. În SMPS, tensiunea de linie este rectificată la CC și apoi este din nou convertită în undă pătrată AC cu ajutorul tranzistoarelor de comutare. Această undă pătrată de înaltă frecvență este apoi redusă sau intensificată și apoi rectificată din nou. Tensiunea DC rectificată este filtrată înainte de a o alimenta cu o sarcină.

Alimentare cu energie regulată prin ondulare
Sursa de alimentare reglementată prin ondulație este o variație îmbunătățită a sursei de alimentare de la AC la DC neregulată. Este proiectat prin combinarea unei surse de alimentare nereglementate cu un circuit de tranzistor care funcționează în regiunea de saturație. Circuitul tranzistorului transferă puterea continuă la un condensator pentru a menține nivelurile de tensiune. Principalul avantaj al aprovizionării reglementate prin ondulare este eficiența energetică.

Surse de alimentare reglabile reglabile
Sursele de alimentare cu reglare liniară pot fi modificate pentru a oferi o gamă de tensiuni reglabile utilizând un rezistor variabil la etapa finală. Rezistorul variabil poate scădea tensiunea de ieșire la valori reglabile. O astfel de sursă de alimentare reglabilă poate furniza apoi tensiuni cuprinse între zero și tensiunea maximă reglementată de sursă. Sursele de alimentare cu reglare liniară simetrică pot fi modificate pentru a furniza și tensiuni în polaritate negativă.

Baterii și surse de energie solară
Bateriile, celulele și panourile solare furnizează curent continuu. Puterea de la dispozitivele de stocare sau de la panourile solare trebuie să fie mai întâi filtrată pentru a elimina undele pulsatorii. Poate fi apoi reglat la nivelurile de tensiune continuă dorite utilizând circuite integrate de regulator de tensiune. Dacă tensiunea de alimentare de la o baterie sau un panou solar trebuie să fie intensificată, se poate face folosind tranzistoare ca amplificatoare.

Convertoare DC-to-DC
Convertoarele DC-DC sunt utilizate pentru a crește sau a reduce tensiunile DC. Convertoarele DC-DC pot fi de tip semiconductor, electromecanic sau electrochimic. SMPS de la DC la DC, cum ar fi convertorul push-pull, convertorul Buck, convertorul boost, convertorul Buck-Boost sunt câteva exemple de convertoare de tip DC la DC de tip semiconductor. Aceste surse sunt, în general, utilizate pentru a converti curent continuu (rectificat de la rețeaua electrică sau altă sursă de curent alternativ) pentru a furniza diferite niveluri de curent continuu, mai degrabă decât utilizarea mai multor surse de curent alternativ într-un dispozitiv.

Un exemplu de sursă de alimentare de 2 W cc-cc în SMD (Imagine: Recom).

Surse de alimentare DC-AC
Aceste tipuri de surse de alimentare sunt utilizate în general pentru backupul de energie. Invertoarele, UPS-urile și generatoarele sunt exemple de astfel de sisteme de alimentare cu energie electrică.

Amatorii și inginerii electronici folosesc cel mai frecvent surse de alimentare cu reglare liniară și surse de alimentare cu baterii. Alte tipuri de surse de alimentare sunt în general proiectate și produse pentru aplicații sau circuite specifice. Unele circuite pot necesita proiectarea unei surse de alimentare utilizând panouri solare.

Pentru începători, este întotdeauna convenabil să începeți cu o sursă de alimentare reglată liniar, care furnizează tensiuni DC utilizate în mod obișnuit, cum ar fi 12V, 9V, 5V și 3V. Pentru circuitele portabile, aceleași tensiuni pot fi obținute folosind surse reglementate bazate pe baterii. Consumurile reglementate pe bază de baterie pot necesita înlocuirea bateriei la intervale regulate. Deci, o sursă de alimentare reglată liniar care furnizează niveluri de tensiune continuă utilizate în mod obișnuit este cea mai bună pentru prototipare și testarea circuitelor electronice. Circuitele de producție pot fi apoi alimentate cu energie de la baterie sau circuite pe bază de panouri solare, dacă este necesar.

În articolul următor, vom discuta despre celule și baterii.