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Che cos'è la tensione, come abbassare e aumentare la tensione
La tensione e l'amperaggio sono le due principali quantità di elettricità. Oltre a questi, si distinguono anche altre quantità: carica, intensità del campo magnetico, intensità del campo elettrico, induzione magnetica e altri. Un elettricista professionista o un ingegnere elettronico nel lavoro quotidiano molto spesso deve operare con tensione e corrente - Volt e amplificatori. In questo articolo, parleremo in modo specifico della tensione, di ciò che è e di come lavorarci.
Determinazione della quantità fisica
La tensione è la differenza potenziale tra due punti, caratterizza il lavoro svolto dal campo elettrico per trasferire la carica dal primo punto al secondo. Voltaggio misurato in Volt. Ciò significa che la tensione può essere presente solo tra due punti nello spazio. Pertanto, è impossibile misurare la tensione in un punto.
Il potenziale è indicato dalla lettera "F" e la tensione dalla lettera "U". Se espresso in termini di differenza potenziale, la tensione è:
U = F1-F2
Se espresso attraverso il lavoro, quindi:
U = A / q,
dove A è lavoro, q è carica.
Misurazione della tensione
La tensione viene misurata con un voltmetro. Le sonde voltmetriche collegano la tensione a due punti tra i quali siamo interessati, o ai terminali della parte, la caduta di tensione a cui vogliamo misurare. Inoltre, qualsiasi connessione al circuito può influire sul suo funzionamento. Ciò significa che quando un carico viene aggiunto parallelamente a un elemento, la corrente nel circuito cambia e la tensione sull'elemento cambia secondo la legge di Ohm.
conclusione:
Il voltmetro dovrebbe avere la massima resistenza di ingresso in modo che quando è collegato, la resistenza totale nella sezione misurata rimanga quasi invariata. La resistenza del voltmetro dovrebbe tendere all'infinito, e maggiore è, maggiore è l'affidabilità delle letture.
L'accuratezza della misurazione (classe di precisione) è influenzata da una serie di parametri. Per i quadranti, ciò include l'accuratezza della graduazione della scala di misurazione, le caratteristiche di progettazione della sospensione a freccia, la qualità e l'integrità della bobina elettromagnetica, le condizioni delle molle di ritorno, l'accuratezza della selezione dello shunt, ecc.
Per i dispositivi digitali: principalmente l'accuratezza della selezione dei resistori nel divisore di tensione di misurazione, la risoluzione dell'ADC (più, più accurata), la qualità delle sonde di misurazione.
Per misurare la tensione CC con uno strumento digitale (ad es. multimetro), di norma, non importa il corretto collegamento delle sonde al circuito misurato. Se si collega una sonda positiva a un punto con un potenziale più negativo rispetto al punto a cui è collegata una sonda negativa, verrà visualizzato un segno "-" davanti al risultato della misurazione.
Ma se si misura con un dispositivo puntatore, è necessario fare attenzione: se le sonde non sono collegate correttamente, la freccia inizierà a deviare verso lo zero, si appoggerà al limitatore. Quando si misurano tensioni vicine al limite di misurazione o più, può incepparsi o piegarsi, dopo di che non è necessario parlare dell'accuratezza e dell'ulteriore funzionamento di questo dispositivo.
Per la maggior parte delle misurazioni nella vita di tutti i giorni e nell'elettronica a livello amatoriale, è sufficiente un voltmetro incorporato in multimetri come DT-830 e simili.
Maggiore è il valore misurato, minori sono i requisiti di precisione, perché se si misurano i volt e si ha un errore di 0,1 V, ciò distorcerà in modo significativo l'immagine e se si misurano centinaia o migliaia di volt, un errore di 5 volt non avrà un ruolo significativo.
Cosa fare se la tensione non è adatta per alimentare il carico
Per alimentare ogni specifico dispositivo o dispositivo, è necessario applicare una tensione di un certo valore, ma accade che la fonte di alimentazione che si possiede non sia adatta e produca una tensione bassa o troppo alta.Questo problema viene risolto in vari modi, a seconda della potenza, della tensione e dell'intensità di corrente richieste.
Come abbassare la resistenza di tensione?
La resistenza limita la corrente e quando scorre, la tensione scende alla resistenza (resistenza di limitazione della corrente). Questo metodo consente di abbassare la tensione per alimentare dispositivi a bassa potenza con correnti di decine, massimo centinaia di milliampere.
Un esempio di tale alimentatore è l'inclusione di un LED in una rete DC 12 (ad esempio, una rete di veicoli di bordo fino a 14,7 Volt). Quindi, se il LED è progettato per essere alimentato da 3,3 V, con una corrente di 20 mA, è necessario un resistore R:
R = (14.7-3.3) /0.02) = 570 Ohm
Ma i resistori differiscono nella massima dissipazione di potenza:
P = (14,7-3,3) * 0,02 = 0,228 O.
Il più vicino al valore nominale è un resistore da 0,25 W.
È la dissipazione di potenza che di solito impone una limitazione a questo tipo di alimentazione resistori di potenza non supera i 5-10 watt. Si scopre che se devi pagare una grande tensione o alimentare il carico in questo modo, dovrai mettere diversi resistori come il potere di uno non è abbastanza e può essere distribuito tra più.
Un metodo per ridurre la tensione con una resistenza funziona in entrambi i circuiti CC e CA.
Lo svantaggio è che la tensione di uscita non è stabilizzata in alcun modo e con l'aumento o la diminuzione della corrente cambia in proporzione al valore del resistore.
Come ridurre la tensione alternata con uno starter o un condensatore?
Se stiamo parlando solo di corrente alternata, allora possiamo usare la reattanza. La resistenza reattiva è solo nei circuiti CA, ciò è dovuto alle caratteristiche di accumulo di energia nei condensatori e induttori e alle leggi di commutazione.
L'induttanza e il condensatore dell'induttore possono essere utilizzati come alimentatore.
La reattanza dell'induttore (e qualsiasi elemento induttivo) dipende dalla frequenza della corrente alternata (per una rete elettrica domestica di 50 Hz) e dall'induttanza, è calcolata dalla formula:
dove ω è la frequenza angolare in rad / s, induttanza L, 2pi è necessario per convertire la frequenza angolare in normale, f è la frequenza di tensione in Hz.
La reattanza di un condensatore dipende dalla sua capacità (la C inferiore, maggiore è la resistenza) e la frequenza della corrente nel circuito (maggiore è la frequenza, minore è la resistenza). Può essere calcolato come segue:
Un esempio dell'uso della resistenza induttiva è la fornitura di lampade fluorescenti, lampade DRL e DNaT. L'induttore limita la corrente attraverso la lampada, nelle lampade LL e DNT viene utilizzato in combinazione con un dispositivo di avviamento o un dispositivo di accensione a impulsi (relè di avvio) per formare un picco di alta tensione che accende la lampada. Ciò è dovuto alla natura e al principio di funzionamento di tali lampade.
Un condensatore viene utilizzato per alimentare dispositivi a bassa potenza, è installato in serie con il circuito di potenza. Tale alimentatore è chiamato "alimentatore senza trasformatore con condensatore di zavorra (soppressione)".
Molto spesso si trovano come limitatori di corrente per la carica di batterie (ad esempio piombo) in torce portatili e radio a bassa potenza. Gli svantaggi di un tale schema sono evidenti: non vi è alcun controllo sul livello di carica della batteria, sulla sua ebollizione, sulla sua sottocarica, sull'instabilità della tensione.
Come abbassare e stabilizzare la tensione CC
Per ottenere una tensione di uscita stabile, è possibile utilizzare stabilizzatori parametrici e lineari. Spesso sono realizzati su microcircuito domestico tipo KREN o tipo estraneo L78xx, L79xx.
Il convertitore lineare LM317 consente di stabilizzare qualsiasi valore di tensione, è regolabile fino a 37 V, è possibile realizzare l'alimentatore regolato più semplice basato su di esso.
Se è necessario ridurre leggermente la tensione e stabilizzarla, i circuiti integrati descritti non funzioneranno. Perché funzionino, ci deve essere una differenza dell'ordine di 2 V o più. Per questo, vengono creati stabilizzatori LDO (a basso dropout).La loro differenza sta nel fatto che per stabilizzare la tensione di uscita, è necessario che la sua tensione di ingresso superi 1V. Un esempio di tale stabilizzatore è AMS1117, disponibile nelle versioni da 1,2 a 5 V, molto spesso usano versioni da 5 e 3,3 V, ad esempio nelle schede Arduino e molto altro ancora.
Il design di tutti gli stabilizzatori step-down lineari sopra descritti di tipo sequenziale presenta un inconveniente significativo: bassa efficienza. Maggiore è la differenza tra la tensione di ingresso e di uscita, minore è. Semplicemente "brucia" la tensione in eccesso, traducendola in calore e la perdita di energia è uguale a:
Perdita = (Uin-Uout) * I
La società AMTECH produce analoghi PWM dei convertitori L78xx, lavorano sul principio della modulazione della larghezza degli impulsi e la loro efficienza è sempre superiore al 90%.
Semplicemente accendono e spengono la tensione con una frequenza fino a 300 kHz (l'ondulazione è minima). E la tensione attuale è stabilizzata al giusto livello. E il circuito di commutazione è simile agli analoghi lineari.
Come aumentare la tensione costante?
Per aumentare la tensione produrre convertitori di tensione ad impulsi. Possono essere inclusi nello schema boost (boost) e buck (buck) e buck-boost (buck-boost). Diamo un'occhiata ad alcuni rappresentanti:
1. Scheda basata sul chip XL6009
2. La scheda basata su LM2577, lavora per aumentare e diminuire la tensione di uscita.
3. La scheda del convertitore sull'FP6291 è adatta per l'assemblaggio di un alimentatore a 5 V, ad esempio un powerbank. Regolando i valori delle resistenze, può essere sintonizzato su altre tensioni, come qualsiasi altro convertitore simile - è necessario regolare i circuiti di feedback.
4. Scheda basata su MT3608
Tutto è firmato sulla scheda qui - la piattaforma per saldare le tensioni di ingresso - IN e uscita - OUT. Le schede possono avere una regolazione della tensione di uscita e, in alcuni casi, dei limiti di corrente, che consente di realizzare un'alimentazione di laboratorio semplice ed efficace. La maggior parte dei convertitori, sia lineari che a impulsi, sono a prova di corto circuito.
Come aumentare la tensione alternata?
Per regolare la tensione CA, vengono utilizzati due metodi principali:
1. Trasformatore automatico;
2. Il trasformatore.
Trasformatore automatico - Questo è un induttore a bobina singola. L'avvolgimento ha un tocco da un certo numero di giri, quindi collegandosi tra una delle estremità dell'avvolgimento e il rubinetto, alle estremità dell'avvolgimento si ottiene una tensione aumentata quante volte il numero totale di giri e il numero di giri prima di toccare.
L'industria produce LATR: autotrasformatori da laboratorio, speciali dispositivi elettromeccanici per la regolazione della tensione. Hanno trovato un'applicazione molto ampia nello sviluppo di dispositivi elettronici e nella riparazione di alimentatori. La regolazione si ottiene attraverso un contatto a spazzola scorrevole a cui è collegato il dispositivo alimentato.
Lo svantaggio di tali dispositivi è la mancanza di isolamento galvanico. Ciò significa che l'alta tensione può facilmente fuoriuscire ai terminali di uscita, quindi il pericolo di scosse elettriche.
trasformatore - Questo è un modo classico per modificare l'entità della tensione. C'è un isolamento galvanico dalla rete, che aumenta la sicurezza di tali installazioni. L'ampiezza della tensione sull'avvolgimento secondario dipende dalla tensione sull'avvolgimento primario e dal rapporto di trasformazione.
Uvt = Uperv * Ktr
Ktr = N1 / N2
Una vista separata è trasformatori di impulsi. Operano ad alte frequenze di decine e centinaia di kHz. Sono utilizzati nella stragrande maggioranza degli alimentatori a commutazione, ad esempio:
-
Caricabatterie del tuo smartphone;
-
Alimentatore per laptop;
-
Alimentatore per computer.
A causa del lavoro ad alta frequenza, le dimensioni complessive sono ridotte, sono molte volte inferiori a quelle dei trasformatori di rete (50/60 Hz), il numero di giri sugli avvolgimenti e, di conseguenza, il prezzo.Il passaggio agli alimentatori a commutazione ha permesso di ridurre le dimensioni e il peso di tutti i moderni dispositivi elettronici e di ridurne i consumi aumentando l'efficienza (nei circuiti a impulsi, 70-98%).
I trasformatori elettronici si trovano spesso nei negozi: una tensione di rete di 220 V viene applicata al loro ingresso e un'uscita di 12 V, ad esempio, è ad alta frequenza; ponte a diodi da diodi ad alta velocità.
All'interno è presente un trasformatore di impulsi, interruttori a transistor, driver o circuito auto-oscillante, come mostrato di seguito.
Vantaggi: semplicità del circuito, isolamento galvanico e dimensioni ridotte.
Svantaggi: la maggior parte dei modelli in vendita ha un feedback attuale, il che significa che senza un carico con una potenza minima (indicata nelle specifiche di un particolare dispositivo) semplicemente non si accenderà. Le singole istanze sono già dotate di sistemi operativi in tensione e inattive senza problemi.
Vengono spesso utilizzati per alimentare lampade alogene a 12V, ad esempio i faretti di un controsoffitto.
conclusione
Abbiamo esaminato le informazioni di base sulla tensione, la sua misurazione e regolazione. Una base di elementi moderna e un assortimento di unità e convertitori pronti all'uso consentono di implementare qualsiasi fonte di alimentazione con le caratteristiche di uscita necessarie. Puoi scrivere un articolo separato in modo più dettagliato su ciascuno dei metodi, all'interno del quale ho cercato di adattare le informazioni di base necessarie per la rapida selezione di una soluzione conveniente per te.
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