Tipuri de surse de alimentare

Există multe tipuri de surse de alimentare. Majoritatea sunt concepute pentru a converti electricitatea de rețea de înaltă tensiune într-o sursă de tensiune adecvată adecvată pentru circuitele electronice și alte dispozitive. O sursă de alimentare poate fi împărțită într-o serie de blocuri, fiecare dintre acestea îndeplinind o anumită funcție.

electronics

De exemplu, o sursă reglementată de 5V:

  • Transformator - descrește rețeaua de curent alternativ de înaltă tensiune la curent alternativ de joasă tensiune.
  • Redresor - convertește CA în CC, dar ieșirea CC variază.
  • Netezire - netezește DC-ul de la variația foarte mare la o mică ondulare.
  • Regulator - elimină ondularea prin setarea ieșirii DC la o tensiune fixă.

Sursele de alimentare realizate din aceste blocuri sunt descrise mai jos cu o schemă de circuit și un grafic al ieșirii lor:

Numai transformator

AC de joasă tensiune ieșirea este potrivită pentru lămpi, încălzitoare și motoare de curent alternativ speciale. Este nu adecvat pentru circuite electronice, cu excepția cazului în care includ un redresor și un condensator de netezire.

Transformator + Redresor

DC variabil ieșirea este potrivită pentru lămpi, încălzitoare și motoare standard. Este nu potrivite pentru circuite electronice, cu excepția cazului în care includ un condensator de netezire.

Transformator + Redresor + Netezire

DC neted ieșirea are o mică ondulare. Este potrivit pentru majoritatea circuitelor electronice.

Transformator + Redresor + Netezire + Regulator

DC reglementat ieșirea este foarte netedă, fără ondulații. Este potrivit pentru toate circuitele electronice.

Transformator

Transformatoarele convertesc energia electrică de la o tensiune la alta cu pierderi reduse de energie. Transformatoarele funcționează numai cu curent alternativ și acesta este unul dintre motivele pentru care electricitatea de rețea este curent alternativ.

Transformatoarele pas cu pas cresc tensiunea, transformatoarele pas cu pas reduc tensiunea. Majoritatea surselor de alimentare utilizează un transformator cu trepte pentru a reduce tensiunea de rețea periculos de mare (230V în Marea Britanie) la o tensiune joasă mai sigură.

Transformatoarele pierd foarte puțină energie, astfel încât puterea de ieșire este (aproape) egală cu puterea de intrare. Rețineți că, pe măsură ce tensiunea este redusă, curentul este crescut.

Bobina de intrare se numește primar iar bobina de ieșire se numește secundar. Nu există o conexiune electrică între cele două bobine, în schimb ele sunt legate de un câmp magnetic alternativ creat în miezul de fier moale al transformatorului. Cele două linii din mijlocul simbolului circuitului reprezintă nucleul.

Simbolul circuitului transformatorului

Raportul de rotații

Raportul dintre numărul de ture pe fiecare bobină, numit raportul de rotații, determină raportul tensiunilor. Un transformator treptat are un număr mare de spire pe bobina sa primară (de intrare) care este conectată la sursa de rețea de înaltă tensiune și un număr mic de spire pe bobina sa secundară (de ieșire) pentru a da o tensiune de ieșire scăzută.

raportul de rotații = Vp = Np
Soare.Ns
power out = putere in
Vs × Is = Vp × Ip

Vp = tensiunea primară (de intrare)
Np = numărul de rotații la bobina primară
Ip = curent primar (de intrare)

Vs = tensiune secundară (de ieșire)
Ns = numărul de spire ale bobinei secundare
Is = curent secundar (de ieșire)

Există mai multe informații despre sursele de alimentare și transformatoarele pe site-ul electronic din Meccano.

Redresor

Există mai multe moduri de conectare a diodelor pentru a face un redresor pentru a converti AC în CC. redresor de punte este cel mai important și produce val deplin DC variabil. Un redresor cu undă completă poate fi, de asemenea, fabricat din doar două diode dacă se folosește un transformator cu atingere centrală, dar această metodă este rar utilizată acum, când diodele sunt mai ieftine. A diodă unică poate fi folosit ca redresor, dar folosește doar părțile pozitive (+) ale undei AC pentru a produce jumătate de val DC variabil.

Redresor de pod

Un redresor de punte poate fi realizat folosind patru diode individuale, dar este disponibil și în pachete care conțin cele patru diode necesare. Se numește redresor cu undă completă, deoarece folosește toată unda de curent alternativ (atât secțiuni pozitive, cât și secțiuni negative). Perechi alternative de diode conduc, aceasta se schimbă pe conexiuni, astfel încât direcțiile alternative ale AC sunt convertite într-o singură direcție DC.

1,4V este consumat într-un redresor de punte, deoarece există 0,7V pe fiecare diodă la conducere și există întotdeauna două diode care conduc, așa cum se arată în diagramă.

Redresoarele de pod sunt evaluate în funcție de curentul maxim pe care îl pot trece și de tensiunea inversă maximă pe care o pot rezista. Tensiunea nominală a acestora trebuie să fie cel puțin Trei ori tensiunea RMS a sursei, astfel încât redresorul să poată rezista la tensiunile de vârf. Vă rugăm să consultați pagina Diodes pentru mai multe detalii, inclusiv imagini cu redresoare de pod.

Redresor de pod

Ieșire: curent continuu variabil de undă completă
(folosind toată unda de curent alternativ)

Diodă cu redresor unic

O singură diodă poate fi utilizată ca redresor, dar aceasta produce jumătate de val variabilă de curent continuu, care are goluri atunci când AC este negativ. Este greu să neteziți acest lucru suficient de bine pentru a furniza circuite electronice, cu excepția cazului în care necesită un curent foarte mic, astfel încât condensatorul de netezire nu se descarcă semnificativ în timpul golurilor. Vă rugăm să consultați pagina Diodes pentru câteva exemple de diode redresoare.

Diodă cu redresor unic

Ieșire: curent continuu variabil pe jumătate de undă
(folosind doar jumătate din unda de curent alternativ)

Netezire

Netezirea este realizată de un condensator electrolitic de mare valoare conectat la sursa de curent continuu pentru a acționa ca un rezervor, furnizând curent la ieșire atunci când variază tensiunea continuă de la redresor. Diagrama arată curentul continuu variabil neted (linie punctată) și DC netezit (linia continuă). Condensatorul se încarcă rapid în apropierea vârfului variabilului de curent continuu, apoi se descarcă pe măsură ce furnizează curent la ieșire.

Rețineți că netezirea crește semnificativ tensiunea medie DC până aproape de valoarea maximă (1,4 × valoarea RMS). De exemplu, 6V RMS AC este rectificat la curent continuu de undă completă de aproximativ 4,6V RMS (1,4V se pierde în redresorul de punte), cu netezirea aceasta crește aproape la valoarea maximă, dând 1,4 × 4,6 = 6,4V DC neted.

Netezirea nu este perfectă datorită tensiunii condensatorului care scade puțin pe măsură ce se descarcă, oferind un mic tensiunea de ondulare. Pentru multe circuite, o ondulare care este de 10% din tensiunea de alimentare este satisfăcătoare și ecuația de mai jos oferă valoarea necesară pentru condensatorul de netezire. Un condensator mai mare va oferi mai puțină ondulare. Valoarea condensatorului trebuie dublată atunci când neteziți jumătate de undă DC.

Condensator de netezire, C, pentru o ondulare de 10%:

C = 5 × Io
Vs × f

Unde:
C = capacitate de netezire în farade (F)
Io = curent de ieșire în amperi (A)
Vs = tensiunea de alimentare în volți (V), aceasta este valoarea de vârf a DC netezit
f = frecvența alimentării de curent alternativ în hertz (Hz), aceasta este de 50Hz în Marea Britanie

Există mai multe informații despre netezire pe site-ul Electronics in Meccano.

Regulator

Circuitele regulatoare de tensiune sunt disponibile cu tensiuni de ieșire fixe (de obicei 5, 12 și 15V) sau variabile. De asemenea, acestea sunt evaluate în funcție de curentul maxim pe care îl pot trece. Sunt disponibile regulatoare de tensiune negative, în principal pentru utilizarea în surse duble. Majoritatea regulatoarelor includ o protecție automată împotriva curentului excesiv („protecție la suprasarcină”) și supraîncălzire („protecție termică”).

Multe dintre circuitele regulatoare de tensiune fixă ​​au 3 conductoare și arată ca tranzistoare de putere, cum ar fi regulatorul 7805 + 5V 1A prezentat în dreapta. Acestea includ o gaură pentru atașarea unui radiator, dacă este necesar.

Există mai multe informații despre
regulatoare de tensiune IC-uri pe
Site-ul electronic în Meccano.

Regulator diodă Zener

Pentru sursele de alimentare cu curent redus se poate realiza un regulator simplu de tensiune cu un rezistor și o diodă zener conectate în sens invers așa cum se arată în diagramă. Diodele Zener sunt evaluate de către tensiunea de rupere Vz și putere maximă Pz (de obicei 400mW sau 1,3W).

Rezistorul limitează curentul (ca un rezistor LED). Curentul prin rezistor este constant, deci atunci când nu există curent de ieșire, curentul curge prin dioda zener și puterea sa Pz trebuie să fie suficient de mare pentru a rezista acestui.

Pentru mai multe informații despre diodele zener vă rugăm să consultați pagina Diodes.

diodă Zener
a = anod, k = catod

Alegerea unei diode și rezistențe zener

Iată pașii pentru alegerea unei diode și rezistențe Zener:

  1. tensiunea zener Vz este tensiunea de ieșire necesară
  2. tensiunea de intrare Vs trebuie să fie cu câțiva volți mai mare decât Vz
    (acest lucru este pentru a permite fluctuații mici în V datorită ondulației)
  3. curent maxim Imax este necesar curentul de ieșire plus 10%
  4. puterea zener Pz este determinat de curentul maxim: Pz> Vz × Imax
  5. rezistența rezistenței: R = (Vs - Vz)/Imax
  6. puterea rezistorului: P> (Vs - Vz) × Imax

Exemplul arată cum să utilizați acești pași pentru a alege o diodă zener și o rezistență cu valori și puteri adecvate.

De exemplu

Dacă tensiunea de ieșire necesară este de 5V și curentul de ieșire este de 60mA:

  1. Vz = 4,7V (cea mai apropiată valoare disponibilă)
  2. Vs = 8V (cu câțiva volți mai mult decât Vz)
  3. Imax = 66mA (curent plus 10%)
  4. Pz> 4.7V × 66mA = 310mW, alegeți Pz = 400mW
  5. R = (8V - 4,7V)/66mA = 0,05k = 50,
    alege R = 47
  6. Puterea nominală a rezistorului P> (8V - 4.7V) × 66mA = 218mW, alegeți P = 0,5W

Consumabile duale

Unele circuite electronice necesită o sursă de alimentare cu ieșiri pozitive și negative, precum și zero volți (0V). Aceasta se numește „alimentare dublă”, deoarece este ca două surse obișnuite conectate împreună, așa cum se arată în diagramă.

Alimentările duale au trei ieșiri, de exemplu o sursă de ± 9V are ieșiri + 9V, 0V și -9V.