Розрахунок блоків живлення. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Початківцю радіоаматору

 Коментарі до статті

Переважна більшість радіоаматорських конструкцій отримує живлення від електромережі через блок живлення. Він зазвичай містить мережевий трансформатор Т1 (рис.45), діодний випрямляч VD1 -VD4 і згладжує оксидний конденсатор великої ємності С1. До допоміжних, але потрібних пристроїв відносяться вимикач SA1, запобіжник FU1 та індикатор включення - мініатюрна лампа розжарювання HL1, з номінальною напругою, дещо більшою напруги вторинної обмотки трансформатора (лампи, що горять з недокалом, набагато довше служать).

Стабілізатор напруги, якщо він є, включається між виходом випрямляча та навантаженням. Напруга на його виході, як правило, менша за Uвих, і на стабілізаторі витрачається помітна потужність.

Почнемо з розрахунку мережевого трансформатора. Його габарити та маса повністю визначаються тією потужністю, яку повинен віддавати блок живлення: Рвих = Uвих · Iвих. Якщо вторинних обмоток кілька, треба підсумувати всі потужності, споживані за кожною з обмоток. До порахованої потужності слід додати потужність індикаторної лампочки Рінд та потужність втрат на діодах випрямляча

Рвипр = 2Uпр · Iвих

де Unp - пряме падіння напруги одному діоді, для кремнієвих діодів воно становить 0,6... 1 У, залежно від струму. Unp можна визначити за характеристиками діодів, що наводяться у довідниках.

Від мережі трансформатор споживатиме потужність, дещо більшу за розраховану, що пов'язано з втратами в самому трансформаторі. Розрізняють "втрати в міді" - на нагрівання обмоток при проходженні по них струму - це звичайні втрати, спричинені активним опором обмоток, і "втрати в залізі", спричинені роботою з перемагнічування сердечника та вихровими струмами у його пластинах. Відношення споживаної з мережі до потужності, що віддається, дорівнює ККД трансформатора η. ККД малопотужних трансформаторів невеликий і становить 60...65 %, зростаючи до 90 % і для трансформаторів потужністю кілька сотень ват. Отже,

Ртр = (Рвих + Рінд + Рвипр) / η

Тепер можна визначити площу перерізу центрального стрижня осердя (що проходить крізь котушку), користуючись емпіричною формулою:

S2 = Pтр.

У позначеннях магнітопроводів вже закладено дані визначення перерізу. Наприклад, Ш25х40 означає ширину центральної частини Ш-подібної пластини 25 мм, а товщину набору пластин 40 мм. Враховуючи нещільне прилягання пластин одна до одної і шар ізоляції на пластинах, переріз такого сердечника можна оцінити 8...9 см2, а потужність намотаного на ньому трансформатора - 65...80 Вт.

Площа перерізу центрального стрижня магнітопроводу трансформатора S визначає наступний важливий параметр - число витків на вольт. Воно не повинно бути надто малим, інакше зростає магнітна індукція в магнітопроводі, матеріал сердечника заходить у насичення, при цьому різко зростає струм холостого ходу первинної обмотки, а форма його стає не синусоїдальною – виникають великі піки струму на вершинах позитивної та негативної напівхвиль. Різко зростають поле розсіювання та вібрація пластин. Інша крайність - зайва кількість витків на вольт - призводить до перевитрати міді та підвищення активного опору обмоток. Доводиться також зменшувати діаметр дроту, щоб обмотки вмістилися у вікні магнітопроводу. Докладніше ці питання розглянуті в [1].

Число витків на вольт n у фабричних трансформаторів, намотаних на стандартному сердечнику з Ш-подібних пластин, зазвичай розраховують із співвідношення n = (45...50)/S, де S береться см2. Визначивши n і помноживши його на номінальну напругу обмотки, одержують її число витків. Для вторинних обмоток напругу слід брати на 10 % більше номінального, щоб врахувати падіння напруги з їхньої активному опорі.

Вся напруга на обмотках трансформатора (UI та UII на рис. 45) беруться в ефективних значеннях.

Амплітудне значення напруги буде в 1,41 рази вище. Якщо вторинна обмотка навантажена на бруківці випрямляч, то напруга на виході випрямляча Uвих на холостому ходу виходить практично рівним амплітудному на вторинній обмотці. Під навантаженням випрямлена напруга зменшується і стає рівною:

Uвих = 1,41UII-2Unp-Iвихrтp.

Тут rтр - опір трансформатора з боку вторинної обмотки. З достатньою для практики точністю можна покласти rтp = (0,03...0,07)Uвих/Iвих, причому менші коефіцієнти беруться для потужніших трансформаторів.

Визначивши числа витків, слід знайти струми в обмотках. Струм вторинної обмотки Iii = Iінд + Pвих/UII. Активний струм первинної обмотки (обумовлений струмом навантаження) Iia = Ртр/UI. Крім того, в первинній обмотці тече ще й реактивний, що "намагнічує" струм, що створює магнітний потік у сердечнику, практично рівний струму холостого ходу трансформатора. Його величина визначається індуктивністю первинної L обмотки: Iip = Ui/2πfL

На практиці струм холостого ходу визначають експериментально - у правильно спроектованого трансформатора середньої та великої потужності він становить (0,1...0,3) ІІА. Реактивний струм залежить від числа витків на вольт, зменшуючись із збільшенням n. Для малопотужних трансформаторів допускають Iip = (0,5 ... 0,7) ІІА. Активний та реактивний струми первинної обмотки складаються у квадратурі, тому повний струм первинної обмотки Ii2 = Iiai2 + Iipi2.

Визначивши струми обмоток, слід знайти діаметр дроту виходячи з допустимої для трансформаторів щільності струму 2...3 А/мм2. Розрахунок полегшує графік, показаний на рис. 46 [2].

Оцінюють можливість розміщення обмоток у вікні так: вимірявши висоту вікна (ширину котушки), визначають число витків одного шару кожної обмотки і потім необхідне число шарів. Помноживши число шарів діаметр проводу і додавши товщину ізолюючих прокладок, отримують товщину обмотки. Товщина всіх обмоток має бути не більше ширини вікна. Більше того, оскільки щільне намотування вручну неможливе, слід отриману товщину обмоток збільшити в 1,2...1,4 рази.

На закінчення наведемо спрощений розрахунок випрямляча (рис. 45). Допустимий прямий середній струм діодів у бруківці повинен бути не менше 0,5Iвих, практично вибирають (для надійності) діоди з великим прямим струмом. Допустиме зворотне напруга має бути менше 0,71 Uii + 0,5Uвых, але оскільки на холостому ходу Uвых досягає 1,41Uii, зворотне напруга діодів доцільно вибирати щонайменше цієї величини, т. е. амплітудного значення напруги на вторинної обмотці. Корисно врахувати ще й можливі коливання напруги мережі.

Амплітуду пульсацій випрямленої напруги у вольтах можна оцінити за спрощеною формулою:

Uпульс = 5Iвих/С.

Вихідний струм підставляється в амперах, ємність конденсатора С1 - мікрофарадах.

При струмах навантаження, що становлять кілька десятків міліампер і менше, допустимо обмежитися найпростішим пристроєм зі стабілітроном.

При великих струмах навантаження рекомендуємо застосувати більш складний стабілізатор, схема якого показана на рис. 47.

Як бачимо, тут до найпростішого стабілізатора на елементах R1 VD1 доданий емітерний повторювач, зібраний на транзисторі VT1. Якщо в найпростішому стабілізаторі струм навантаження не може бути більше струму стабілітрона, то він може перевершувати струм стабілітрона в h21е раз, де h21е - статичний коефіцієнт передачі струму бази транзистора у схемі із загальним емітером. Для збільшення часто на місці VT1 використовують складовий транзистор. Вихідна напруга стабілізатора на 0,6 В менше напруги стабілізації VD1 (на 1,2 для складеного транзистора).

Розрахунок стабілізованого блоку живлення рекомендується розпочинати саме зі стабілізатора. Виходячи з необхідних напруги та струму навантаження, вибирають транзистор VT1 та стабілітрон VD1. Струм бази транзистора складе:

Iб = Iвих/h21е.

Він і стане вихідним струмом найпростішого стабілізатора на елементах R1 і VD1. Потім оцініть мінімальну напругу на виході випрямляча Uвих-Uпульс - воно має бути на 2...3 В більше необхідної напруги на навантаженні навіть при мінімально допустимій напрузі мережі. Далі розрахунок ведеться описаним способом. Більш досконалі схеми та розрахунок стабілізаторів дано у [3].

Запитання для самоперевірки

1. Використовуючи відомості попередніх розділів (імпульсні характеристики RC-ланцюжка), виведіть наведену вище формулу для амплітуди пульсацій на виході нестабілізованого випрямляча. Допустіть тривалість розрядки конденсатора на навантаження випрямляча рівним 0,01 с (частота пульсацій 100 Гц) і використовуйте наближення et/RC - 1 - t/RC.

2. Знайшовши старий мережевий трансформатор (можна згорів), розберіть і розмотайте його, запам'ятовуючи або навіть записуючи, як він влаштований (це стане в нагоді при самостійному виготовленні трансформаторів). Оцініть числа витків обмоток та діаметр дроту. Розрахуйте цей трансформатор за описаною методикою та порівняйте результати.

3. Розрахуйте повністю стабілізований блок живлення на напругу 13,5 В та струм 1 А.

Відповіді

Форма напруги на виході двонапівперіодного випрямляча без конденсатора, що згладжує, показана на Мал. 64 тонка лінія. Бачимо, що напруга пульсує від нуля до U_m із частотою 100 Гц. За наявності конденсатора він заряджається на піках випрямленої напруги до значення, дещо меншого U_m, і розряджається у проміжках між піками. Середнє значення випрямленої напруги позначено як U_вих. амплітуда пульсацій - U_пульс.

Під час розрядки конденсатора напруга на ньому змінюється за вказаним законом законом від значення U_вих + U_пульс до значення U_вих - У_пульс

Тому можна записати

U_вих - У_пульс =(U_вих + U_пульс)e^-t/RC-(U_вих + U_пульс).(1 - t/RC),

де t = 0,01; R - опір навантаження випрямляча; С - ємність конденсатора, що згладжує.

Розкриваючи дужки, скорочуючи U_вих і нехтуючи членом U_пульс· t/RC через його дещицю (амплітуда пульсацій менше U_вих) отримуємо 2U_пульс = У_вих· T/RC.

Відзначимо тепер, що U_вих/R дорівнює струму навантаження I, і підставимо t: U_пульс = 5 · 10^-3l/С,

де всі величини треба підставляти в основних одиницях – вольтах, амперах та фарадах. Якщо струм взяти в міліамперах, а ємність - в мікрофарадах, отримаємо наведену формулу для напруги пульсацій у вольтах:

U_пульс= 5·l/C.

література

1. Поляков В. Зменшення поля розсіювання трансформатора. – Радіо, 1983, № 7, с. 28, 29.
2. Малінін Р.М. Живлення радіоапаратури від електромережі. - М: Енергія, 1970.
3. Москвин А. Транзисторні стабілізатори напруги із захистом від навантаження. – Радіо, 2003, № 2, с. 26-28.

Автор: В.Поляков

Дивіться інші статті розділу Початківцю радіоаматору.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Новий спосіб управління та маніпулювання оптичними сигналами 05.05.2024

Сучасний світ науки та технологій стрімко розвивається, і з кожним днем ​​з'являються нові методи та технології, які відкривають перед нами нові перспективи у різних галузях. Однією з таких інновацій є розробка німецькими вченими нового способу керування оптичними сигналами, що може призвести до значного прогресу фотоніки. Нещодавні дослідження дозволили німецьким ученим створити регульовану хвильову пластину всередині хвилеводу із плавленого кремнезему. Цей метод, заснований на використанні рідкокристалічного шару, дозволяє ефективно змінювати поляризацію світла через хвилевід. Цей технологічний прорив відкриває нові перспективи розробки компактних і ефективних фотонних пристроїв, здатних обробляти великі обсяги даних. Електрооптичний контроль поляризації, що надається новим методом, може стати основою створення нового класу інтегрованих фотонних пристроїв. Це відкриває широкі можливості для застосування. ...>>

Приміальна клавіатура Seneca 05.05.2024

Клавіатури – невід'ємна частина нашої повсякденної роботи за комп'ютером. Однак однією з головних проблем, з якою стикаються користувачі, є шум, особливо у випадку преміальних моделей. Але з появою нової клавіатури Seneca від Norbauer & Co може змінитися. Seneca – це не просто клавіатура, це результат п'ятирічної роботи розробників над створенням ідеального пристрою. Кожен аспект цієї клавіатури, починаючи від акустичних властивостей до механічних характеристик, був ретельно продуманий і збалансований. Однією з ключових особливостей Seneca є безшумні стабілізатори, які вирішують проблему шуму, характерну для багатьох клавіатур. Крім того, клавіатура підтримує різні варіанти ширини клавіш, що робить її зручною для будь-якого користувача. І хоча Seneca поки не доступна для покупки, її реліз запланований на кінець літа. Seneca від Norbauer & Co є втіленням нових стандартів у клавіатурному дизайні. Її ...>>

Запрацювала найвища у світі астрономічна обсерваторія 04.05.2024

Дослідження космосу та її таємниць - це завдання, яка привертає увагу астрономів з усього світу. У свіжому повітрі високих гір, далеко від міських світлових забруднень, зірки та планети розкривають свої секрети з більшою ясністю. Відкривається нова сторінка в історії астрономії із відкриттям найвищої у світі астрономічної обсерваторії – Атакамської обсерваторії Токійського університету. Атакамська обсерваторія, розташована на висоті 5640 метрів над рівнем моря, відкриває нові можливості для астрономів у вивченні космосу. Це місце стало найвищим для розміщення наземного телескопа, надаючи дослідникам унікальний інструмент вивчення інфрачервоних хвиль у Всесвіті. Хоча висотне розташування забезпечує більш чисте небо та менший вплив атмосфери на спостереження, будівництво обсерваторії на високій горі є величезними труднощами та викликами. Однак, незважаючи на складнощі, нова обсерваторія відкриває перед астрономами широкі перспективи для дослідження. ...>>

Випадкова новина з Архіву Кремнієві волокна в 15 разів міцніші за сталі 16.01.2013 Вчені з Optoelectronics Research Centre розробили технологію створення кремнієвих нановолокон у 15 разів міцніше за сталі. При цьому їх можна виготовляти дуже довгими – теоретично до тисяч кілометрів. Нова технологія вже зацікавила багато компаній по всьому світу, насамперед в авіаційній та суднобудівних областях, де є потреба у легких та міцних композитах. Нановолокна привертають увагу своєю надзвичайною міцністю. Властивості матеріалу на нанорівні сильно відрізняються від макроскопічних зразків - деякі кристалічні матеріали у вигляді нановолокон показують міцність на розтяг понад 10 ГПа. Досі вдавалося виготовити кристалічні нановолокна завдовжки лише кількох міліметрів. Довші волокна мають безліч дефектів, які знижують їхню міцність. Вчені з Optoelectronics Research Centre звернули увагу на нановолокна з діоксиду кремнію, міцність яких меншою мірою залежить від поодиноких дефектів. Фактично це звичайне скловолокно, лише виконане на нанорівні, що дозволило різко підвищити їхню міцність. Експерименти показали, що нановолокна з діоксиду кремнію в 15 разів міцніше високоміцної сталі і в 10 разів міцніше волокон звичайного склопластику. У перспективі це дозволить зменшити вагу композитних матеріалів за збереження їх міцності. Цікаво, що нові нановолокна при зменшенні діаметра стають лише міцнішими. Також слід зазначити, що сировина для їх виготовлення – це кремній та кисень, які є дуже поширеними елементами земної кори. Крім того, нановолокона діоксиду кремнію можна виробляти тоннами як звичайне оптичне волокно, яке сьогодні широко застосовується в комунікаційних технологіях. Новий вид волокон може змінити майбутнє композиційних матеріалів: нановолокна дозволять зробити міцнішими та легшими літаки, вертольоти, катери і т.д.

Інші цікаві новини:

▪ Електровантажівка Volta Zero

▪ Вимирання виду залежить від розміру тварин

▪ Римський кінь у Німеччині

▪ Штучні ембріони, що викликають вагітність

▪ Розумна сковорідка Pantelligent

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Вузли радіоаматорської техніки. Добірка статей

▪ стаття Звикли вірити ми, що нам без німців немає порятунку. Крилатий вислів

▪ стаття Коли для лікування став застосовуватися електрошок? Детальна відповідь

▪ стаття Острів Мадагаскар. Диво природи

▪ стаття Простий металошукач. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Відгадування одна за одною всіх карт у колоді. Секрет фокусу

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages ​​of this page

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт

www.diagram.com.ua
2000-2024