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Come realizzare un raddrizzatore e un semplice alimentatore
Un raddrizzatore è un dispositivo per convertire la tensione CA in CC. Questa è una delle parti più comuni negli apparecchi elettrici, che vanno da un asciugacapelli a tutti i tipi di alimentatori con una tensione DC in uscita. Esistono diversi schemi di raddrizzatori e ciascuno di essi in una certa misura fa fronte al suo compito. In questo articolo, parleremo di come realizzare un raddrizzatore monofase e perché è necessario.
definizione
Un raddrizzatore è un dispositivo progettato per convertire CA in CC. La parola "costante" non è del tutto corretta, il fatto è che all'uscita del raddrizzatore, nel circuito di una tensione alternata sinusoidale, ci sarà comunque una tensione pulsante non stabilizzata. In parole semplici: costante nel segno, ma di grandezza variabile.
Esistono due tipi di raddrizzatori:
-
semionda. Corregge solo una semionda della tensione di ingresso. Caratterizzato da forte ondulazione e ridotto rispetto alla tensione di ingresso.
-
fullwave. Di conseguenza, due mezze onde vengono raddrizzate. L'increspatura è più bassa, la tensione è più alta rispetto all'ingresso del raddrizzatore: queste sono due caratteristiche principali.
Cosa significa tensione stabilizzata e non stabilizzata?
Stabilizzato è una tensione che non cambia di grandezza indipendentemente dal carico o dai picchi della tensione di ingresso. Per gli alimentatori del trasformatore, questo è particolarmente importante perché la tensione di uscita dipende dalla tensione di ingresso e differisce da essa per i tempi di trasformazione.
Tensione non stabilizzata: varia in base alle sovratensioni della rete di alimentazione e alle caratteristiche di carico. Con un alimentatore di questo tipo, a causa della subsidenza, possono verificarsi operazioni errate dei dispositivi collegati o la loro completa inoperabilità e guasti.
Tensione di uscita
I valori principali della tensione alternata sono l'ampiezza e il valore effettivo. Quando dicono "nella rete 220V" si intende la tensione corrente.
Se parliamo del valore di ampiezza, intendiamo quante volt sono da zero al punto superiore della semionda di un'onda sinusoidale.
Omettendo la teoria e una serie di formule, possiamo dirlo tensione di corrente 1,41 volte inferiore all'ampiezza. oppure:
U = Uд * √2
La tensione di ampiezza nella rete 220V è:
220*1.41=310
schemi
Raddrizzatore a mezza onda è costituito da un diodo. Non manca proprio la mezz'onda di ritorno. L'uscita è una tensione con forti increspature da zero al valore di ampiezza della tensione di ingresso.
Parlando in un linguaggio molto semplice, quindi in questo circuito, metà della tensione di ingresso entra nel carico. Ma questo non è del tutto corretto.
I circuiti a mezza onda trasmettono entrambe le mezze onde dall'ingresso al carico. Sopra nell'articolo, è stato menzionato il valore di ampiezza della tensione, quindi la tensione all'uscita del raddrizzatore è la stessa in grandezza della variabile effettiva all'ingresso.
Ma se levigiamo l'ondulazione usando il condensatore, più piccole sono le increspature, più la tensione sarà vicina all'ampiezza.
Parleremo di levigare le increspature più tardi. Adesso considera circuito a ponte a diodi.
Ce ne sono due:
1. Raddrizzatore secondo lo schema Gretz o ponte a diodi;
2. Raddrizzatore con un punto medio.
Il primo schema è più comune. È costituito da un ponte a diodi - quattro diodi interconnessi da un "quadrato" e un carico è collegato alle sue spalle. Il raddrizzatore a ponte è assemblato secondo lo schema seguente:
Può essere collegato direttamente a una rete 220V, come avviene in moderni alimentatori a commutazioneo agli avvolgimenti secondari di un trasformatore di rete (50 Hz).Secondo questo schema, i ponti a diodi possono essere assemblati da diodi discreti (separati) o utilizzare un gruppo ponte a diodi pronto in un unico alloggiamento.
Il secondo circuito è un raddrizzatore di punto medio che non può essere collegato direttamente alla rete. Il suo significato è usare un trasformatore con un tocco dal centro.
Al suo interno, si tratta di due raddrizzatori a semionda collegati alle estremità dell'avvolgimento secondario, il carico con un contatto è collegato al punto di giunzione dei diodi e il secondo è collegato al rubinetto dal centro degli avvolgimenti.
Il suo vantaggio rispetto al primo circuito è un numero inferiore di diodi a semiconduttore. E lo svantaggio è l'uso di un trasformatore con un punto medio o, come lo chiamano, un ramo dal centro. Sono meno comuni dei trasformatori secondari non di tipo convenzionale.
Smoothing delle ondulazioni
L'alimentazione a tensione di ondulazione è inaccettabile per un certo numero di consumatori, ad esempio fonti di luce e apparecchiature audio. Inoltre, le pulsazioni ammissibili della luce sono regolate nei documenti normativi statali e di settore.
Per smussare le pulsazioni, usare filtri - un condensatore montato in parallelo, un filtro LC, una varietà di filtri P e G ...
Ma l'opzione più comune e più semplice è un condensatore installato parallelamente al carico. Lo svantaggio è che, al fine di ridurre l'ondulazione a un carico molto potente, è necessario installare condensatori di capacità molto grande, decine di migliaia di microfarad.
Il suo principio di funzionamento è che il condensatore si sta caricando, la sua tensione raggiunge l'ampiezza, la tensione di alimentazione inizia a diminuire dopo il punto di ampiezza massima, da quel momento il carico viene alimentato dal condensatore. Il condensatore si scarica a seconda della resistenza di carico (o della sua resistenza equivalente, se non è resistivo). Maggiore è la capacità, minore sarà l'ondulazione, se confrontata con un condensatore con una capacità inferiore collegata allo stesso carico.
In parole semplici: più lento si scarica il condensatore, meno ondulazione.
La velocità di scarica del condensatore dipende dalla corrente consumata dal carico. Può essere determinato dalla formula della costante di tempo:
t = RC
dove R è la resistenza di carico e C è la capacità del condensatore di livellamento.
Pertanto, da uno stato completamente carico a un condensatore completamente scaricato viene scaricato in 3-5 t. Si carica alla stessa velocità se la carica avviene attraverso un resistore, quindi nel nostro caso non importa.
Ne consegue che per raggiungere un livello accettabile di ondulazione (è determinato dai requisiti del carico sulla fonte di alimentazione), è necessaria una capacità che verrà scaricata per un tempo parecchie volte superiore a t. Poiché la resistenza della maggior parte dei carichi è relativamente piccola, è necessaria una grande capacità, al fine di appianare le increspature all'uscita del raddrizzatore condensatori elettrolitici, sono anche chiamati polari o polarizzati.
Si noti che la confusione della polarità del condensatore elettrolitico è altamente scoraggiata, perché è irta del suo fallimento e persino dell'esplosione. I moderni condensatori sono protetti dall'esplosione: hanno un timbro sul coperchio superiore a forma di croce, lungo il quale la custodia è semplicemente rotta. Ma un flusso di fumo uscirà dal condensatore, sarà male se ti entra negli occhi.
Il calcolo della capacità si basa sul tipo di coefficiente di ondulazione che è necessario fornire. In termini semplici, il coefficiente di ondulazione mostra quanta tensione sta cedendo (pulsante).
Per calcolare la capacità di un condensatore di livellamento, è possibile utilizzare la formula approssimativa:
C = 3200 * In / Un * Kp,
Dove corrente di carico, tensione di carico, fattore di increspatura Kn.
Per la maggior parte dei tipi di apparecchiature, il coefficiente di ondulazione è compreso tra 0,01 e 0,001. Inoltre, è auspicabile installare condensatore ceramico la più grande capacità possibile, per filtrare da interferenze ad alta frequenza.
Come realizzare un alimentatore fai-da-te?
L'alimentatore CC più semplice è costituito da tre elementi:
1. Transformer;
2. Ponte a diodi;
3. Condensatore.
Se è necessario ottenere una tensione elevata e si trascura l'isolamento galvanico, è possibile escludere il trasformatore dall'elenco, quindi si otterrà una tensione costante fino a 300-310 V. Tale circuito si trova all'ingresso di alimentatori a commutazione, ad esempio sul computer. Di recente abbiamo scritto un ottimo articolo su di loro - Come è un alimentatore per computer.
Questo è un alimentatore CC non stabilizzato con un condensatore di livellamento. La tensione alla sua uscita è maggiore della tensione alternata dell'avvolgimento secondario. Ciò significa che se si dispone di un trasformatore 220/12 (primario su 220V e secondario su 12V), all'uscita si otterrà una costante di 15-17V. Questo valore dipende dalla capacità del condensatore di livellamento. Questo circuito può essere utilizzato per alimentare qualsiasi carico, se non è importante per esso, quindi la tensione può "fluttuare" quando la tensione della rete cambia.
È importante:
Il condensatore ha due caratteristiche principali: capacità e tensione. Abbiamo capito come selezionare la capacità, ma non con la selezione della tensione. La tensione del condensatore deve superare almeno la metà della tensione di ampiezza sull'uscita del raddrizzatore. Se la tensione effettiva sulle piastre del condensatore supera la tensione nominale, è probabile che fallisca.
I vecchi condensatori sovietici erano realizzati con un buon margine di tensione, ma ora tutti usano elettroliti a basso costo provenienti dalla Cina, dove nella migliore delle ipotesi c'è un piccolo margine e, nel peggiore dei casi, non possono resistere alla tensione nominale specificata. Pertanto, non risparmiare sull'affidabilità.
Un alimentatore stabilizzato differisce dal precedente solo in presenza di uno stabilizzatore di tensione (o corrente). L'opzione più semplice è usare L78xx o altri. stabilizzatori lineari, come la Banca nazionale.
Quindi puoi ottenere qualsiasi tensione, l'unica condizione quando si usano tali stabilizzatori è che la tensione allo stabilizzatore deve superare il valore stabilizzato (uscita) di almeno 1,5 V. Considera cosa è scritto nella scheda stabilizzatore 12V L7812:
La tensione di ingresso non deve superare i 35 V, per gli stabilizzatori da 5 a 12 V, e 40 V per gli stabilizzatori a 20-24 V.
La tensione di ingresso deve superare la tensione di uscita di 2-2,5 V.
ie per un alimentatore stabilizzato a 12V con uno stabilizzatore della serie L7812, è necessario che la tensione rettificata sia compresa tra 14,5-35 V, al fine di evitare cedimenti, sarebbe una soluzione ideale utilizzare un trasformatore con un avvolgimento secondario a 12V.
Ma la corrente di uscita è piuttosto modesta: solo 1,5 A, può essere amplificata usando un transistor pass-through. Se avete Transistor PNP, puoi utilizzare questo schema:
Mostra solo la connessione dello stabilizzatore lineare "sinistra" parte del circuito con un trasformatore e un raddrizzatore è omesso.
Se hai transistor NPN come KT803 / KT805 / KT808, allora questo farà:
Vale la pena notare che nel secondo circuito, la tensione di uscita sarà inferiore alla tensione di stabilizzazione di 0,6 V - questa è una caduta alla giunzione della base dell'emettitore, abbiamo scritto di più su questo in un articolo sui transistor bipolari. Per compensare questa caduta, un diodo D1 è stato introdotto nel circuito.
È possibile installare due stabilizzatori lineari in parallelo, ma non è necessario! A causa di possibili deviazioni durante la produzione, il carico verrà distribuito in modo non uniforme e uno di questi potrebbe bruciarsi a causa di ciò.
Installare sia il transistor che lo stabilizzatore lineare sul radiatore, preferibilmente su radiatori diversi. Sono molto caldi.
Alimentatori regolabili
L'alimentatore regolabile più semplice può essere realizzato con uno stabilizzatore lineare regolabile LM317, la sua corrente è anche fino a 1,5 A, è possibile amplificare il circuito con un transistor, come descritto sopra.
Ecco uno schema più intuitivo per l'assemblaggio di un alimentatore regolabile.
Per ottenere più corrente, è possibile utilizzare uno stabilizzatore regolabile più potente LM350.
Negli ultimi due circuiti, c'è un'indicazione on che mostra la presenza di tensione all'uscita del ponte a diodi, un interruttore da 220 V, un fusibile di avvolgimento primario.
Ecco un esempio di caricabatterie regolabile con regolatore a tiristori nell'avvolgimento primario, essenzialmente lo stesso alimentatore regolabile.
A proposito, anche la corrente di saldatura è regolata da un circuito simile:
Questo articolo è stato presentato in precedenza: Come realizzare un semplice regolatore di corrente per un trasformatore di saldatura
conclusione
Un raddrizzatore viene utilizzato negli alimentatori per produrre corrente continua da una corrente alternata. Senza la sua partecipazione, non sarà possibile alimentare un carico CC, ad esempio una striscia LED o un ricevitore radio.
Utilizzato anche in una varietà di caricabatterie per batterie per auto, esistono numerosi circuiti che utilizzano un trasformatore con un gruppo di rubinetti dall'avvolgimento primario, che sono commutati da un interruttore a chiave e nell'avvolgimento secondario è installato solo un ponte a diodi. L'interruttore è installato sul lato dell'alta tensione, poiché la corrente è molte volte inferiore e i suoi contatti non bruciano da questo.
Secondo gli schemi dell'articolo, è possibile assemblare l'alimentatore più semplice sia per il lavoro permanente con alcuni dispositivi sia per testare i prodotti elettronici fatti in casa.
I circuiti non si differenziano per l'alta efficienza, ma producono una tensione stabilizzata senza increspature speciali, è necessario verificare la capacità dei condensatori e calcolare un carico specifico. Sono perfetti per amplificatori audio a bassa potenza e non creano uno sfondo aggiuntivo. Un alimentatore regolabile sarà utile per gli appassionati di auto e gli elettricisti per testare il relè del regolatore di tensione del generatore.
Un alimentatore regolabile viene utilizzato in tutte le aree dell'elettronica e, se migliorato dalla protezione da cortocircuito o da uno stabilizzatore di corrente con due transistor, si otterrà un alimentatore da laboratorio quasi completo.
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