Обозначение деталей: блока питания, звонка на электрической схеме
Проблема чтения электрических схем осложняется следующими факторами:
- Чем сложнее устроен прибор или узел, тем труднее разобраться в связях между его элементами и понять принцип их работы. Нужно уметь не только правильно читать схемы, но и создавать их. И если вы получаете в руки “чужую” схему, иногда остаётся только гадать о том, чего хотел добиться автор и почему он так сделал.
- Несмотря на наличие стандартов для обозначения тех или иных элементов/блоков, не все их придерживаются. Здесь сложность даже не в том, что разработчики не знают как этот делать, а скорее в наборе ПО, в котором ведётся проектирование. Стандарты и обозначения в разных странах могут не совпадать, а разработчики софта придерживаются родных норм.
Стандарты
Чтобы свести ошибки в понимании к минимуму, следует придерживаться чётких стандартов и правил. В России, как и в любой другой стране, существуют руководящие документы.
Речь идёт о ГОСТах, таких как:
- 2.710 81 г. – о буквенных обозначениях;
- 21.614 88 г. – об условных обозначениях общего назначения;
- 21.404 85 г. – здесь прописаны обозначения элементов автоматизации;
- И т.д.
Несмотря на внушительные даты создания документов, они более чем актуальны.
Наиболее востребованные обозначения
Чтобы понять работу схемы, нужно знать условный знак элемента и принцип его работы.
К общим, и потому самым популярным, можно отнести следующие:
Рис. 1. Условные обозначения элементов на схемах
Они встречаются во многих схемах. Элементы здесь достаточно простые и понятные.
Но к более сложным деталям – иной подход. По обозначению можно понять не только общее назначение узла, но и дополнительные нюансы.
Например, конденсаторы.
Рис. 2. Условные обозначения конденсаторов на схемах
Или сопротивления.
Таблица 1. Условные обозначения сопротивлений на схемах
И это уже не говоря о переменных (подстроечных) вариантах.
Так могут выглядеть транзисторы.
Рис. 3. Условные обозначения транзисторов на схемах
А так диоды и другие ограничительные элементы.
Рис. 4. Условные обозначения диодов и других ограничительных элементов на схемах
В блоках питания
Теперь непосредственно об обозначениях, которые можно встретить на схемах БП.
В основе любого вторичного источника тока должен лежать или преобразователь (трансформатор) или ограничитель (диоды и аналогичные элементы).
Трансформаторы обозначаются на схемах так.
Рис. 5. Условные обозначения трансформаторов на схемах
Или так.
Таблица 2. Варианты обозначения трансформаторов на схемах
Количество выводов будет соответствовать имеющимся обмоткам. Здесь очень важный момент – разницы между импульсными и силовыми трансформаторами на схеме вы не увидите. А ещё более частая проблема – отсутствие буквенных обозначений моделей или каких-либо параметров.
Это связано с тем, что в большинстве случаев требуется либо подбор детали под заданные требования, или подразумевается расчёт и намотка его своими силами. Максимум, что будет обозначено на схеме – входное и выходное напряжение.
Обозначение диодов мы привели выше. Но иногда вместо отдельных диодов можно встретить готовые сборки – мосты. Они будут выглядеть так:
Рис. 6. Обозначения мостов на схемах
Для удобства понимания, слева – схема из простейших элементов.
Если блок питания работает на импульсном трансформаторе, ему понадобится генератор импульсов, его часто выполняют на базе интегральных микросхем. Их на схеме ни с чем не перепутаешь.
Рис. 7. Обозначения интегральных микросхем
Это общее обозначение. Если элемент реализует элементарную логику или другие простые функции, они могут быть обозначены непосредственно на выводах или на специальных блоках внутри.
Например, так.
Рис. 8. Обозначения интегральных микросхем
Или так.
Рис. 9. Обозначения интегральных микросхем
Измерительные приборы на схемах обозначаются так.
Рис. 10. Обозначения измерительных приборов на схемах
Но иногда можно встретить и более сложные элементы – цифровые индикаторы. Один из вариантов их обозначения.
Рис. 11. Обозначение цифровых индикаторов на схемах
Таким образом, схема простого блока питания может выглядеть таким образом.
Рис. 12. Схема простого блока питания
Автор: RadioRadar
Моделируем и паяем линейный блок питания
Любой, кто пытался сделать линейный блок питания, знает, что задача это несколько сложнее, чем преподносится в книжках. Схема-то простая. Но как понять, каковы должны быть номиналы компонентов в ней? Какой ток сможет выдавать БП при использовании заданных компонентов? Сегодня мы сделаем линейный блок питания на 5 В и в процессе попробуем ответить на эти вопросы.
Важно! Электричество — опасная штука.
Знайте, что неосторожное обращение с ним может привести к вашей смерти. Не допускается повторять проект, если вы не знакомы с техникой безопасности при работе с 220 В.
Построение модели
Было решено построить модель будущего БП в LTspice. Вот что получилось:
Модель можно скачать здесь. Схема и принцип ее работы описаны во многих источниках, поэтому не будем задерживаться на этом моменте.
Небольшой трансформатор китайского производства под названием «EI-35*15 230V 50Hz 6V 3VA» у меня уже был. Измеренные сопротивление и индуктивность вторичной обмотки составили 3 Ом и 18.84 мГн соответственно, первичной — 1.4 кОм и 17.77 Гн. Эти значения и были использованы в модели. Коэффициент 0.995 взят с потолка. Он отражает потери на трансформаторе и должен быть чуть меньше единицы.
Емкость C1 была подобрана так, чтобы выходное напряжение при потреблении нагрузкой 200 мА держалось в пределах 5-6 В:
Минимальное и RMS значение напряжения:
На диодах D1-D4 при включении БП видим ток до 1.
3 А, и после заряда конденсатора C1 — до 0.65 А. Похоже, что можно использовать диоды 1N4001. Они способны выдерживать прямой ток до 1 А, а импульсный ток — аж до 30 А. Но БП планировалось нагружать выше расчетного лимита. Поэтому были использованы диоды 1N5408. Они рассчитаны на прямой ток 3 А и импульсный ток до 200 А.
Также из модели мы узнаем, что ток через R2 может достигать 1.2 А. Поскольку это сопротивление вторичной обмотки трансформатора, то в реальной схеме R2 не будет. Но на его месте будет стоять предохранитель. Значит, предохранитель должен быть где-то на 2 A.
Само собой разумеется, напряжением V(out) как на скриншоте мы ничего питать не можем. Я хотел использовать какой-нибудь линейный стабилизатор с низким падением напряжения (LDO). Но оказалось, что к подходящим для задачи LDO, доступным в локальных магазинах, не так-то просто найти модель для LTspice. Поэтому в модели пришлось обойтись без LDO.
Пайка и тестирование
Блок питания у меня получился таким:
Стенд сделан из оргстекла, склеенного прозрачным эпоксидным клеем.
В качестве LDO был использован L4941BV. Он выдает напряжение 5 В и ток до 1 А. Согласно даташиту [PDF], при токе 200 мА падение напряжения составляет лишь 0.15 В. Сам же стабилизатор при этом потребляет около 10 мА. Ожидалось, что в итоге БП сможет выдавать 150-180 мА.
Полная схема (кликабельно):
Блок питания тестировался при помощи 5-ваттных резисторов. Их номиналы уменьшались, то есть, ток увеличивался, до тех пор, пока на осциллографе не появилась рябь (ripple) в 60 мВ:
Произошло это на нагрузке 23 Ом. Соответственно, ток составил 217 мА, а мощность — 1.085 Вт.
Для измерения потребляемой мощности и коэффициента мощности был использован ваттметр МЕГЕОН 71017:
Согласно прибору, на такой нагрузке БП потребляет 2.75 Вт. Эффективность составила:
>>> 1.085/2.75
0.39454545454545453
Мы можем посчитать активную мощность (active power) в LTspice, как среднее от произведения входного тока на входное напряжение. Эта величина уже учитывает коэффициент мощности вместе с любыми искажениями в кривой потребляемого тока.
Выходная мощность нам известна, она составляет 5 В умножить на 200 мА, или 1 Вт. Но такие расчеты дают эффективность не более 32%.
Также при использовании директивы .four 50 I(V1) модель выводит коэффициент мощности в SPICE Error Log:
Total Harmonic Distortion: 13.259803% PF=0.441966
Однако прибор показывает PF равный 0.925. В общем, такая упрощенная модель не подходит для оценки эффективности и коэффициента мощности.
Заключение
Сегодня мы многое узнали о линейных блоках питания. А именно — как понять, какие диоды нужно использовать в диодном мосту, на какой ток должен быть предохранитель, какой емкости должен быть конденсатор, а также как измерить КПД блока питания.
«Наивная» модель может быть использована для подбора номиналов компонентов. Однако если вы хотите оценить эффективность или коэффициент мощности блока питания, то моделировать его нужно вместе с LDO. За более точную модель придется заплатить лишними ограничениями на выбор компонентов.
Был изготовлен линейный блок питания на 5 В и 200 мА. Его эффективность не высока. Однако ценят линейные блоки питания не за эффективность, а за простоту, надежность и отсутствие ВЧ-наводок.
Метки: Электроника.
Ключевые основы проектирования источников питания для печатных плат
Одним из наиболее фундаментальных законов физики является закон сохранения энергии, который можно резюмировать следующим образом:
«В замкнутой системе энергия не может быть создана или уничтожается, а только меняет форму».
В принципе это можно интерпретировать как изолированную систему, которая не взаимодействует ни с какой внешней силой, сохраняет постоянный уровень внутренней энергии. Эта предпосылка послужила катализатором для многих схем создания самоподдерживающихся энергетических систем, которые могли бы работать вечно. До сих пор было трудно полностью изолировать систему таким образом, чтобы энергия не накапливалась и не терялась. Это означает, что системы, требующие энергии, должны периодически подзаряжаться, как это делаем мы.
Цепи питания являются источником подзарядки электронных систем и печатных плат. Некоторые платы содержат подсхемы питания; однако обычно печатные платы также служат источниками питания. Эти платы фактически являются преобразователями, поскольку они преобразуют входной источник энергии в выходной, соответствующий требованиям нагрузки, системы или схемы. Независимо от требований к источнику и нагрузке, всегда важно сделать сборку платы неотъемлемой частью макета печатной платы для вашего проекта. Сначала давайте обсудим различные типы схем источников питания, а затем определим основы проектирования источников питания, которые следует применять для их разработки.
Типы печатных плат источника питания
Являясь преобразователями или мостами между входным электрическим источником и электронной нагрузкой, цепи питания могут быть отнесены к одной из групп в таблице ниже.
| Типы цепей питания | |||
Выходы | Выход переменного тока | Выход постоянного тока | |
| Вход переменного тока | Изоляция, преобразователь частоты | Выпрямитель | |
| Вход постоянного тока | Инвертор | Преобразователь постоянного тока в постоянный | |
Как показано выше, цепи питания в основном используются для преобразования энергии из одного состояния в другое, переменного тока в постоянный или наоборот, для изменения уровней, повышения или понижения напряжения или частоты.
Цепи электропитания также классифицируются в зависимости от их работы. Двумя основными рабочими типами являются линейный и коммутационный или режим переключения.
Линейный источник питания
Пример схемы линейного источника питания
Линейный источник питания, описанный выше, используется для преобразования сетевого переменного тока на первичной стороне трансформатора TR1 в постоянный ток для распределения. Эта схема включает регулятор напряжения IC1, который обеспечивает постоянное напряжение независимо от нагрузки R1.
Этот линейный источник питания демонстрирует базовую работу этих схем, которые могут иметь множество различных конфигураций. Линейные источники питания обычно используются в системах с низким энергопотреблением. Преимуществами являются их простота, дешевизна, надежность и низкий уровень шума; однако они неэффективны, что становится более серьезной проблемой в приложениях с более высокой мощностью.
DFM для высокоскоростных цифровых печатных плат
Загрузить сейчас
Импульсный источник питания
Альтернативой использованию линейного источника питания является импульсный источник питания или SMPS, показанный на рисунке ниже.
Пример схемы источника питания SMPS
Источник питания SMPS содержит схему переключения; такой как транзистор T1 выше, который преобразует выпрямленный постоянный ток из мостовой схемы B1 в высокочастотный переменный ток. Уровень частоты определяется или устанавливается управляющим сигналом, который включает и выключает транзистор.
В приведенной выше схеме выходной сигнал сглаживается или регулируется LC-фильтром перед подачей на нагрузку R1. Как правило, схемы импульсных источников питания более сложны, чем линейные источники питания, и коммутация вносит шум, который может создавать электромагнитные помехи, которые могут повлиять на разводку трасс во время разводки печатной платы. Однако эти источники питания более эффективны и могут использовать более мелкие компоненты, чем линейные источники питания. SMPS чаще всего предназначены для цифровых систем.
Основы проектирования источника питания
При проектировании печатной платы импульсного источника питания или линейного источника питания возникают общие проблемы. К ним относятся тепловые соображения, электромагнитные помехи или шум, а также вес меди в зависимости от уровня мощности. Еще одним важным соображением является конструкция фильтра источника питания. Хотя ваши конкретные требования к конструкции будут диктовать конкретный выбор конструкции, существуют общие принципы проектирования источников питания для печатных плат, которым следует всегда следовать, как указано ниже.
- Оптимизируйте схему фильтрации
Производительность вашей схемы фильтрации зависит от выбора соответствующих значений компонентов фильтра, индуктивности, емкости и сопротивления. Поскольку доступные фактические значения компонентов могут не совпадать с расчетными значениями, следует использовать комбинацию значений компонентов, обеспечивающую наилучший отклик, определенный в ходе моделирования.
- Выберите подходящие медные гири
Токи источника питания могут быть очень высокими; поэтому необходимо убедиться, что ширина дорожек и толщина или вес меди способны выдерживать необходимые токи. Также важно убедиться, что ваша компоновка соответствует допускам на зазоры, как это предусмотрено правилами DFM вашего контрактного производителя (CM).
- Выбор материала должен соответствовать типу плиты
Для цепей высокой мощности убедитесь, что ваша плата может выдерживать уровни температуры, которые будут создаваться при выборе материалов с соответствующим коэффициентом теплового расширения (КТР).
Для SMPS, если это высокоскоростная конструкция, такие свойства, как диэлектрическая проницаемость, dk, коэффициент рассеяния, df, диэлектрические потери, потери в проводнике, Ploss, становятся важными и должны определять ваш выбор материала.
- Убедитесь, что ваша плата обеспечивает адекватное рассеивание тепла
Одной, если не самой большой проблемой, связанной с платами питания, является отвод избыточного тепла. Крайне важно, чтобы ваш проект включал адекватные методы рассеивания тепла. Например, использование термопрокладок и радиаторов. Напротив, для сборки печатных плат также важно, чтобы ваша плата имела адекватное тепловое сопротивление, чтобы можно было достичь хорошего качества паяного соединения.
Усилитель AA8V 6146B — схемы и описания цепей блока питания
Усилитель AA8V 6146B — схемы и схемы блоков питания ОписанияУсилитель AA8V 6146B
Грег Латта, AA8V
Источник питания
Принципиальные схемы и описания цепей
| 6146 Усилитель — главная страница и Фотографии экстерьера | Плита и 10 м Детали конструкции змеевика резервуара |
| Фото салона готового усилителя | Конструкция ввода Катушки L1 и L2 |
| Усилитель Принципиальные схемы и описания цепей | Клетка высокого напряжения Строительство |
| Схема блока питания Схемы и описания цепей | 6146B Силовая труба луча и Спецификации |
| Фотографии строительства | Типичный Условия эксплуатации |
| Источник питания Цепи: |
| Силовой трансформатор и Выпрямитель |
| Пластинчатый фильтр питания |
| Блок питания экрана Выпрямитель |
| Блок питания экрана Фильтр |
| Регулятор экранного напряжения Цепь |
Цепи питания:
Щелкните раздел схемы ниже для получения информации о Эта часть цепи:
Щелкните здесь, чтобы увеличить схема разрешения.
Щелкните здесь, чтобы получить повернутая схема больше подходит для печати.
| Силовой трансформатор и
Выпрямитель: Силовой трансформатор имеет три вторичных обмотки: 720 В, 120 мА, с отводом от середины для питание пластины и экрана, 6,3 В при 3,5 А для нити накала трубки и смещения блок питания и 5В на 3А (не используется). Поскольку вторичная обмотка 5 В не используется, ток чуть больше 120 мА можно безопасно получить от высокого напряжения вторичный. Вторичная обмотка высокого напряжения питает обычный двухполупериодный мостовой выпрямитель
преобразовывать переменный ток в нефильтрованный постоянный ток, который затем подается на
пластинчатый фильтр питания. Поскольку рейтинг PIV
одного диода недостаточно, нужно использовать два последовательно, поэтому четыре диода D1
через D4 на самом деле два диода 1N4007 последовательно. Для целей
питания пластины, центральный отвод трансформатора не используется. |
| Пластинчатый фильтр блока питания: Выход пластинчатого выпрямителя прямой тока (DC), но с большой составляющей переменного тока (AC). Выходной сигнал от выпрямителя подается на входной фильтр дросселя. Дроссель фильтра позволяет протекать компоненту постоянного тока, обеспечивая при этом очень высокий импеданс к компоненту переменного тока. Конденсаторы фильтра представляют собой разомкнутую цепь. постоянного тока, но они эффективно закорачивают компонент переменного тока на землю. Результатом является то, что небольшая часть составляющей переменного тока достигает выхода. Поскольку конденсаторы имеют максимальный номинал 450 В, два используются последовательно, чтобы сформировать 900В конденсатор 50 мкФ. Два резистора на 40 кОм, 10 Вт, подключенные параллельно к каждому из конденсаторы выполняют несколько важных функций: (а) они сбрасывают заряд на фильтрующие конденсаторы, когда устройство выключено, предотвращая возможность опасное поражение электрическим током, которое может произойти, даже если устройство было включено выключен и отключен от сети.  (б) Они обеспечивают минимальную нагрузку на источник питания для
предотвратить скачок выходного напряжения в режиме ожидания. в) они
выравнивает напряжение на конденсаторах фильтра.Блок питания пластин прошел стендовые испытания и обеспечивает максимальную мощность 615 В при 150 мА. |
| Блок питания экрана
Выпрямитель: Блок питания преобразователя 6146B имеет конструкцию, обычно называемую «Эконом снабжение». В этой конструкции используется силовой трансформатор и выпрямители очень умным способом. Все четыре диода используются для формирования полного волновой мостовой выпрямитель для питания пластин, но для питания экрана используются только диоды D1 и D2. Эти два диода вместе с центральным отводом трансформатора, сформируйте обычный двухполупериодный центральный отвод выпрямитель. Выходная мощность этого выпрямителя вдвое меньше, чем у пластинчатого питания. Этот затем подает сетчатый фильтр.  |
| Фильтр питания экрана: Затем выход экранного выпрямителя подается к экранному фильтру, который представляет собой входной дроссельный фильтр, который работает точно так же, как такой же, как пластинчатый фильтр подачи. Сетчатый фильтр затем питает регулятор экрана. |
| Регулятор напряжения экрана
Цепь: На выход сетчатого фильтра подается напряжение регулятор, поддерживающий напряжение на постоянном уровне 180 В, если ток не превышает максимальное значение для 6146B. Затем напряжение начинает падать. Регулируемое экранное напряжение очень важно для линейного усилителя, так как
Работа лампы чувствительна к изменениям экранного напряжения. Если экран
напряжение меняется в зависимости от сигнала, трубка не будет работать линейно, и
искажение результатов сигнала. Трубки газового регулятора, такие как 0C3 и
OA3 обладают тем свойством, что пока ток через них находится между примерно
4 мА и 30 мА напряжение на трубке постоянно. Значение гасящего резистора (в данном случае 5 кОм) весьма критично. резистор должен быть подобран так, чтобы трубки регулятора продолжали гореть, если экран ток составляет 15 мА или меньше, но гаснет, если ток превышает 17 мА. (максимально допустимое значение для 6146В при напряжении экрана 180В). Если значение резистора слишком низкое, возможно повреждение трубки из-за перегрева экран, что легко может произойти во время настройки усилителя. Когда правильно выбрано значение, напряжение экрана остается постоянным во время нормальной работы, но падает, если потребляется слишком много тока, ограничивая ввод экрана безопасным ценить. (Прежде чем я это понял, я загубил два 6146B. Один был, к счастью, и старая трубка, но одна была совершенно новой. Какой способ выбросить $$$!! Это ломает сердце…) |
Назад к доктору Грегу Латте Электротехника и радиолюбительские страницы
Вопросы, комментарии и электронная почта
Если у вас есть вопросы или
комментарии, вы можете отправить электронное письмо доктору Грегу Латте по адресу
glatta@frostburg.
