Журнал Радио 11 номер 2000 год. РАДИО - НАЧИНАЮЩИМ

Журнал Радио 11 номер 2000 год. "РАДИО" - НАЧИНАЮЩИМ ТЕОРИЯ: ПОНЕМНОГУ - ОБО ВСЕМ В. ПОЛЯКОВ, г. Москва 

8.4. Сетевые блоки питания с трансформатором.

При питании электронных устройств от сети необходимо прежде всего преобразовать напряжение 220 В в требуемое, обычно значительно более низкое, и обеспечить гальваническую развязку (отсутствие непосредственного контакта) с сетью. Обе эти функции выполняет сетевой трансформатор. Нужны, как правило, посто янные напряжения питания, поэтому следующая задача — превратить переменное напряжение частотой 50 Гц в постоянное. Это — функция выпрямителя со сглаживающим фильтром.

Рассмотрим сначала трансформатор (рис. 61). Поскольку частота сети достаточно низка, используют магни-топроводы (сердечники) из штампованных Ш-образных пластин трансформаторной стали. Реже применяют витые разрезные или тороидальные магнитопроводы из топкой стальной ленты. Размер магнитопровода определяет мощность трансформатора, а следовательно, и всего блока питания. Ориентировочно считают, что для магнитопроводов из штампованных пластин мощность в ваттах равна квадрату площади окна катушек (в см2).

Числа витков обмоток должны быть пропорциональны напряжениям на их выводах. Коэффициент пропорциональности — число витков на вольт. Оно определяется опять-таки сечением магнитопровода S и находится по эмпирической формуле 40...45/S. Если число витков на вольт недостаточно, резко возрастает ток холостого хода первичной обмотки и поле рассеяния трансформатора, создающее наводки на чувствительные каскады радиоаппаратуры, возрастает и нагрев провода.




В качестве примера допустим, что нужен трансформатор на 12 В г током нагрузки 1 А. Его мощность составит 12 Вт. и плотадь сечения магнитопровода должна быть не менее 3.5 смг. Подойдут пластины Ш12 при толщине набора 30 мм или Ш16 при толщине 23 мм Число витков на вольт составит 14. Следовательно, первичная обмотка должна содержать 220x14=3080 витков, вторичная — 12x14=168 витков. Для компенсации падения напряжения на сопротивлении проводов число витков вторичной обмотки увеличивают на 5... 10%, т. е, надо его увеличить до 180 витков.

Теперь о диаметре провода. Допустимая плотность тока в проводе маломощных трансформаторов равна

2,5 А/мм2. Отсюда d(MM) = 0.7√l(A). В нашем примере диаметр провода вторичной обмотки составит 0.7 мм. Ток в первичной обмотке будет во столько раз меньше, во сколько ее напряжение больше, т. е. 1 Ах 12/220=55 мА. Но надо учесть еще и ток холостого хода порядка 15...20мА и отсюда сосчитать диаметр провода первичной обмотки. Он получается около 0.18 мм.

Самостоятельно намотать трансформатор несложно, но часто радиолюбители стараются подобрать подходящий готовый трансформатор. Это сделать несложно. Доже если данные трансформатора неизвестны, можно омметром определить выводы обмоток и затем на самую высокоомную подать переменное напряжение, но не 220. а 20...30 В. Измерив вольтметром переменного тока напряжения на других обмотках, определяют коэффициенты трансформации.

Допустимо ли подавать на первичную обмотку 220 В? Это можно определить, измеряя ток холостого хода первичной обмотки, постепенно повышая напряжение на ней Ток холостого хода не должен при этом превышать 50 % номинального (под нагрузкой) для самых маломощных трансформаторов и 10...20 % для более мощных.

Если трансформатор подходит по напряжениям обмоток, его надо нагрузить номинальным током, используя, например, лампы накаливания, и дать поработать несколько часов. Отсутствие чрезмерного нагрева укажет на пригодность трансформатора.

0.5. Выпрямители.

Для преобразования переменного тока в постоянный применяют выпрямители на полупроводниковых диодах. Простейший однополупериодный выпрямитель на одном диоде (рис. 62) используют лишь при малых токах, высоких нагрузочных сопротивлениях и низких требованиях к пульсациям выходного напряжения. Главный же его недостаток состоит в том, что постоянный выпрямленный ток, протекая через вторичную обмотку трансформатора, создает постоянное подмагничивание магнитопровода и тем самым ухудшает его работу.

На выходе выпрямителя включают оксидный конденсатор большой емкости, сглаживающий пульсации. Не будь его. напряжение на выходе выпрямителя имело бы вид синусоидальных полуволн, как показано на рис. 63 штриховой линией. — ведь диод пропускает только положительную полуволну напряжения на вторичной обмотке трансформатора. При наличии сглаживающего конденсатора С1 напряжение на выходе будет иметь вид. показанный на рисунке сплошной пинией. Оно состоит из постоянного напряжения Ц и переменного напряжения пульсаций U . Частота пульсаций равна частоте сети — 50 Гц. а период Т составляет 0.02 с.

Амплитуду пульсаций можно оценить, заметив, что разрядка конденсатора С1 на нагрузку (питаемое устройство) происходит по экспоненциальному закону: U = Ume-1/RC, где R — сопротивление нагрузки, равное выпрямленному напряжению (В), деленному на потребляемый ток (А), а С — емкость конденсатора С1 (Ф). Если постоянная времени, равная произведению RC. больше Т. приближенно выполняется соотношение U = T·Iн/C. где Iн — ток нагрузки. Видим, что пульсации уменьшаются при увеличении сопротивления нагрузки выпрямителя (т. е. при уменьшении потребляемого тока) и емкости сглаживающего конденсатора. В особых случаях применяют более сложные сглаживающие фильтры, содержащие последовательно включенный резистор или дроссель и дополнительный сглаживающий конденсатор.

Более совершенен двухполупериодный выпрямитель (рис. 64). Вторичная обмотка трансформатора рассчитывается на удвоенное напряжение, но имеет отвод от середины. т. е. состоит как бы из двух одинаковых обмоток (начала их показаны точками). Во время одной полуволны напряжения открыт диод VD1. а во время другой — VD2. Постоянное подмагничивание магнитопровода трансформатора теперь отсутствует, так как токи в половинах вторичной обмотки направлены в разные стороны, а частота пульсаций на выходе равна 100 Гц, что позволяет примерно вдвое уменьшить емкость сглаживающего конденсатора С1. Половины вторичной обмотки также рассчитываются на вдвое меньший ток.

Другая разновидность двухполупериодного выпрямителя — мостовой (рис. 65). содержащий четыре диода и только одну вторичную обмотку. При каждой полуволне переменного напряжения работают два диода, включенных в противоположные диагонали моста. Эта схема получила наибольшее распространение, для таких выпрямителей выпускаются специальные сборки из четырех диодов, включенных по мостовой схеме.

При расчете трансформатора оперируют с эффективными значениями напряжения на обмотках. Постоянное напряжение на сглаживающем конденсаторе выпрямителя без нагрузки равно амплитудному значению Um. т. е. в 1.41 раз больше. Например, если вторичная обмотка рассчитана на напряжение 12 В (2x12 В для схемы рис. 64), напряжение холостого хода выпрямителя составит около 17 В. Под нагрузкой оно несколько уменьшается из-за падения на прямом сопротивлении диодов и на сопротивлении обмоток

Диоды выпрямителя характеризуются допустимыми прямым током и обратным напряжением (для диодов Д7А, например, это будет 0.3 А и 50 В). Для однополупериодного выпрямителя (рис. 62) прямой ток диода должен быть не меньше, чем ток, потребляемый нагрузкой, а обратное напряжение — не меньше 2UW. В двухполупериодном выпрямителе два диода работают поочередно, поэтому допустимый прямой ток диодов может быть вдвое меньше, а обратное напряжение — такое же. В мостовой схеме (рис. 65) прямой ток ровен половине выпрямленного, а обратное напряжение — Um. Диоды обычно выбирают с некоторым запасом по прямому току и обратному напряжению.

Из других интересных схем выпрямителей надо упомянуть схему с удвоением напряжения (рис. 66). Она содержит как бы два однополупериодных выпрямителя, включенных по входу параллельно, а по выходу — последовательно (такой же принцип использован и в умножителях большей кратности). Выпрямленное напряжение здесь достигает 2Um. но нужны два сглаживающих конденсатора значительной емкости.

Иногда требуется выпрямитель, создающий относительно общего провода два одинаковых по величине, но разнопо-лярных напряжения (для питания операционных усилителей, некоторых УМЗЧ и т. д.). В этом случае удобно объединить

два выпрямителя по схеме рис. 64. но с обратным включением диодов и конденсатора во втором выпрямителе. Что в этом случае получится, показано на

рис. 67. Диоды образовали обычный мост, а средние точки вторичной обмотки и конденсаторов соединены с общим проводом.

Вернуться к содержанию журнала "Радио" 11 номер 2000 год







Рекомендуемый контент




Copyright © 2010-2017 housea.ru. Контакты: info@housea.ru При использовании материалов веб-сайта Домашнее Радио, гиперссылка на источник обязательна.