Источник питания схема: Источники питания

Схемы источников питания

Добавлено 14 января 2019 в 03:24

Сохранить или поделиться

Существует три основных типа источников питания: нестабилизированные источники питания, источники питания с линейными стабилизаторами и импульсные источники питания. Четвертый тип схем источников питания называется источник питания с импульсным стабилизатором, представляет собой гибрид между нестабилизированной и импульсной схемами и заслуживает отдельного подраздела сам по себе.

Нестабилизированные источники питания

Нестабилизированный источник питания – это самый простой тип, состоящий из трансформатора, выпрямителя и фильтра нижних частот. Эти источники питания обычно имеют большие пульсации напряжения (то есть быстро изменяющуюся нестабильность) и другой «шум» переменного напряжения, накладываемые на выходное постоянное напряжение питания. Если входное напряжение меняется, выходное напряжение будет меняться пропорционально. Преимущество нестабилизированного источника питания заключается в том, что он дешевый, простой и эффективный.

Источники питания с линейными стабилизаторами

Источник питания с линейным стабилизатором – это просто нестабилизированный источник питания, за которым следует транзисторная схема, работающая в своем «активном», или «линейном» режиме, отсюда и название линейный стабилизатор. Типовой линейный стабилизатор предназначен для вывода фиксированного напряжения для широкого диапазона входных напряжений, и на нем просто падает любое избыточное напряжение, чтобы обеспечить максимальное выходное напряжение на нагрузке. Это падение избыточного напряжения приводит к значительному рассеиванию мощности в виде тепла. Если входное напряжение станет слишком низким, схема утратит стабилизацию, что означает, что она не сможет поддерживать неизменное напряжение. Она может только отбрасывать избыточное напряжение, но не может восполнять недостаток напряжения в секции нестабилизированного источника. Поэтому необходимо поддерживать входное напряжение выше требуемого выходного напряжения как минимум на 1–3 вольта в зависимости от типа стабилизатора. Это означает, что мощность, эквивалентная, по крайней мере, 1–3 вольтам, умноженным на полный ток нагрузки, будет рассеиваться схемой стабилизатора, выделяя много тепла. Это делает источники питания с линейными стабилизаторами довольно неэффективными. Кроме того, чтобы избавиться от всего этого тепла, они должны использовать большие радиаторы, которые делают их большими, тяжелыми и дорогими.

Импульсные источники питания

Импульсный источник питания («импульсник») – это попытка реализовать преимущества как нестабилизированной, так и линейной стабилизированной конструкций источников питания (небольшой, эффективный и дешевый, но при этом с «чистым», стабильным выходным напряжением). Импульсные источники питания работают по принципу выпрямления входного переменного напряжения в постоянное напряжение, повторного преобразования его в высокочастотное прямоугольное переменное напряжение с помощью транзисторов, работающих как ключи (открыт/закрыт), затем понижения или повышения этого переменного напряжения с помощью небольшого трансформатора, а затем выпрямления выходного переменного напряжения трансформатора в постоянное напряжение и фильтрации до конечного выходного напряжения. Стабилизация напряжения достигается путем изменения скважности («коэффициента заполнения») преобразования постоянного напряжения в переменное на первичной обмотке трансформатора. В дополнение к меньшему весу трансформатора из-за меньшего сердечника, «ипульсники» имеют еще одно огромное преимущество по сравнению с предыдущими двумя конструкциями: этот тип источника питания может быть сделан настолько независимым от входного напряжения, что он может работать в любой системе электроснабжения в мире; эти источники питания называются «универсальными».

Недостатком импульсных источников питания является то, что они являются более сложными, и из-за своего принципа действия они имеют тенденцию генерировать много высокочастотного «шума» на линии питания. Большинство «импульсников» также имеет на выходе значительные пульсации напряжения. У более дешевых типов эти шум и пульсации могут быть такими же плохими, как и у нестабилизированного источника питания; такие низкобюджетные «импульсники» не бесполезны, потому что они по-прежнему обеспечивают стабильное среднее выходное напряжение и обладают возможностями «универсального» входа.

На выходе дорогих импульсных источников питания пульсаций нет, а шум почти такой же низкий, как у некоторых линейных стабилизаторов; эти «импульсники», как правило, стоят также дорого, как и источники питания с линейными стабилизаторами. Причиной использования дорогого «импульсника» вместо хорошего источника с линейным стабилизатором является необходимость универсальной совместимости с системами электроснабжения или высокая эффективность. Высокая эффективность, малый вес и малые размеры – вот причины, по которым импульсные источники питания практически повсеместно используются для питания цифровых компьютерных схем.

Источники питания с импульсными стабилизаторами

Источник питания с импульсным стабилизатором – это альтернатива схеме с линейным стабилизатором: нестабилизированный источник питания (трансформатор, выпрямитель, фильтр) представляет собой «начало» схемы, а транзистор, работающий строго в режимах открыт/закрыт (насыщение/отсечка), передает питание постоянным напряжением на большой конденсатор так, чтобы поддерживать выходное напряжение между верхним и нижним установленными значениями. Как и в импульсных источниках питания, транзистор в импульсном стабилизаторе никогда не пропускает ток, находясь в своем «активном», или «линейном», режиме в течение какого-либо существенного промежутка времени, что означает, что в таком стабилизаторе будет теряться очень мало энергии в виде тепла. Однако самым большим недостатком этой схемы стабилизации является вынужденное наличие некоторых пульсаций напряжения на выходе, так как постоянное напряжение изменяется между двумя контрольными значениями напряжения. Кроме того, эти пульсации напряжения изменяются по частоте в зависимости от тока нагрузки, что затрудняет окончательную фильтрацию выходного напряжения питания.

Схемы импульсных стабилизаторов, как правило, немного проще схем импульсных источников питания, и им не нужно работать с большими мощностями.

Оригинал статьи:

Теги

Импульсный источник питанияИмпульсный стабилизаторИсточник питанияЛинейный стабилизаторОбучениеЭлектроника

Сохранить или поделиться

Схемы блоков питания и зарядных устройств, самодельные источники питания

Зарядное устройство для батареи из двух Ni-MH аккумуляторов АА от USB

Несмотря на то, что сейчас есть очень много портативной аппаратуры, питающейся от встроенных аккумуляторов, остается еще и много аппаратуры, рассчитанной на питание от гальванических элементов типо-размера «ААА» или «АА». Это создает определенные трудности эксплуатации, потому …

1 419 0

Простейшее зарядное устройство для двух Ni-Mh пальчиковых аккумуляторов типа AA

Сейчас уже почти вся портативная электроника питается от встроенных аккумуляторов и заряжается от универсальных зарядных устройств с разъемами типа USB. Но, несмотря на это, большинство портативных радиовещательных приемников по-прежнему питаются от гальванических батарей …

1 339 0

Как из бесперебойника (UPS, ИБП) сделать лабораторный блок питания (0-12В, 5А)

Как неисправный или устаревший источник бесперебойного питания (UPS) переделать в лабораторный источник питания для радиолюбителя. Основное назначение источников бесперебойного питания (ИБП) – непродолжительное питание различной офисной техники (в первую очередь, компьютеров) в аварийных …

4 2313 1

Мощный линейный источник питания на полевых транзисторах (13В, 20А)

Схема мощного источника питания на полевых транзисторах, обеспечивающего стабилизированное напряжение 13В при токах до 20А и больше.

2 5204 4

Схема мощного двухполярного стабилизатора напряжения для УМЗЧ (41В, 4А)

Описание и принципиальная схема мощного двуполярного стабилизатора напряжения для питания усилителей мощности звуковой частоты, 2 х 41В, ток 4А. Компенсационные стабилизаторы напряжения непрерывного действия последовательного типа обладают невысоким КПД, однако большим коэффициентом стабилизации …

1 801 0

Стабилизированный лабораторный блок питания на 1,3-30V при токе 0-5A

Приводится принципиальная схема самодельного блока питания позволяющего получить напряжения от 1,3В до 30В при токах от 0А до 5А, работает в режиме стабилизации напряжения и тока.

3 4243 0

Схема лабораторного блока питания для налаживания усилителей ЗЧ

В радиолюбительской практике нередки случаи выхода из строя мощного УМЗЧ в процессе его налаживания или ремонта. При этом, как правило, бывают повреждены самые дорогостоящие детали – мощные выходные транзисторы. Чтобы избежать таких последствий, необходим специализированный блок питания …

0 1351 0

Сетевой блок питания на 1,5В для электромеханических часов

Электромеханические часы обычно питаются от элемента на 1,5V. Его можно заменить сетевым источником, схема которого показана здесь. В ней в качестве стабилитрона используется ИК-светодиод с прямым напряжением около 1,5V. Механизм часов питается от этого напряжения. Рис. 1. Схема сетевого …

0 1022 0

Блок заряда и питания от Li-ion аккумулятора для пульта управления

ИК – пульт дистанционного управления (ИК ПДУ) Lotos модели RM-909E позволяет управлять десятью единицами разных видов бытовой техники, содержит в своей базе сотни групп кодов, которые подходят для нескольких тысяч моделей телевизоров, DVD-проигрывателей и другого мультимедийного оборудования.

0 762 0

Схемы микромощных сетевых блоков питания на основе микросхемы PT4515

Три варианта сетевых бестрансформаторных микромощных источников питания с выходным током единицы-десятки миллиампер на основе микросхемы РТ4515. Эта микросхема широко применяется в светодиодных лампах. Для управления симисторами, три-нисторами, полевыми транзисторами и т. п., коммутирующими …

1 8863 0

1 2  3  4  5  … 23 

Радиодетали, электронные блоки и игрушки из китая:

РЕГУЛИРУЕМЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ

   В самом начале моей радиолюбительской деятельности, очень хотелось иметь свой собственный блок питания. Покупать кучу батареек и лепить из них нужное напряжение было глупо и не логично, поэтому начал искать простую схему источника питания с регулировкой напряжения. В этом мне помог мой будущий коллега по работе.

   Данная схема отличается простотой и надежностью и будет легка для повторения новичкам. Выходное напряжение этого блока плавно изменяется от 0,5 до 12 В. Причем оно будет оставаться стабильным и при изменении напряжения сети и тока нагрузки. Приятным сюрпризом для меня было то, что схема имеет защиту от короткого замыкания в цепи нагрузки.

   Одним из главных элементов этой схемы является трансформатор. В книге упоминали, что в качестве него можно использовать трансформатор ТВК-110ЛМ из телевизоров. За неимением такого намотал свой собственный. Получилось очень даже неплохо. Его расчет производил с помощью нескольких формул. Также это возможно сделать через специальные программы. На выходе трансформатора должно получится напряжение 13-17 В и током до 0,5 А. После трансформатора идет выпрямительный мост на диодах Д229. Я использовал готовую диодную сборку КЦ405, для упрощения конструкции. На выходе диодного моста установлен полярный конденсатор с большой емкостью, для снижения пульсаций выпрямленного напряжения.

   Для стабилизации выходного напряжения, применяется параметрический стабилизатор, который состоит из стабилитрона Д814Д (подойдет любой с напряжением стабилизации около 13 вольт) и балластного резистора. Параллельно стабилитрону включен переменный резистор, с помощью которого мы и регулируем напряжение в цепи.

   Далее идет усилительный каскад, состоящий из транзисторов VT2 и VT3. В качестве второго транзистора используется МП39Б, МП41, МП41А, МП42Б. Я заменил его на КТ209 и не жалуюсь. Третий транзистор – большой мощности: П213, П216-217, поэтому его надо установить на теплоотвод. Выдрал его с какой-то платы. Заменой радиатору может быть лист алюминия толщиной 3 мм. Перед креплением транзистора необходимо зачистить мелкой шкуркой поверхность листа, с которой он будет соприкасаться. Также желательно нанести термопасту.

 

 

   Резистор R7 служит нагрузкой блока питания в то время, когда к выходным клеммам ничего не подключено. Защита от КЗ осуществляется с помощью транзистора VT1. Вместо него можно ставить транзисторы, перечисленные в списке замен VT2.

   Для удобства контроля напряжения служит вольтметр. В своём самодельном источнике питания использовал индикатор уровня сигнала (микроамперметр) и добавочный резистор. Для его расчета нужно подать на микроамперметр напряжение 12 В через переменный резистор 100 кОм (можно меньше). Уменьшая сопротивление резистора добиться, чтобы стрелка микроамперметра установилась в крайнем правом положении. Затем измерить сопротивление переменника и установить ближайший постоянный резистор.

   В качестве индикации работы блока питания служит неоновая лампа. Или же обычный светодиод с резистором 68 кОм мощностью 1 Вт. Корпус источника питания сделал из автоматического выключателя. Наружу вывел два зажима и подцепил к ним провода с клеммами. Готовый блок питания меня очень обрадовал и дал большой толчок в моей дальнейшей деятельности. Служит до сих пор и ни разу не давал повода в себе усомниться. Статью подготовил: SssaHeKkk.

   Форум по блокам питания

Регулируемые источники питания на базе микросхем Power Integrations

Основной проблемой при проектировании регулируемых импульсных источников питания является изменение выходных параметров в широких пределах.

С развитием электронной аппаратуры и усложнением автоматических систем управления технологией производства потребовались источники питания с возможностью регулирования (изменения) выходных параметров в широких пределах. Мощность их может быть от сотен милливатт до сотен киловатт.

В данной статье мы рассмотрим несколько вариантов регулируемых импульсных источников питания с выходной мощностью не более 300 Вт, построенных по однотактной обратноходовой схеме (рис. 1).

В настоящее время проектирование источников питания с фиксированными выходными параметрами не составляет особого труда. Как правило, такие источники питания строятся на базе широко известных принципиальных схем.

В маломощных и импульсных преобразователях напряжения средней мощности питание схемы управления обычно организуется через дополнительную обмотку трансформатора, которая рассчитывается на основании величины выходного напряжения или тока. Поэтому иногда возникают сложности с поддержанием заданных выходных параметров источника питания на холостом ходу. Так или иначе эту проблему научились решать: либо используют дополнительный источник питания схемы управления, либо устанавливают на выходе источника дополнительную нагрузку (балластный резистор). Правда, это приводит к ухудшению КПД, но на это часто закрывают глаза в пользу удешевления конструкции. Однако когда мы начинаем изменять уровень выходного напряжения в сторону уменьшения, это приводит к автоматическому снижению напряжения в цепи питания схемы управления.

В системах источников питания с диапазоном регулирования выходного напряжения от 50% до максимума обычно повышают уровень напряжения в обмотке питания схемы управления, а затем устанавливают дополнительный линейный стабилизатор.

На рис. 1 изображена принципиальная схема изолированного DC-DC преобразователя напряжения, по которой строится большая часть импульсных источников питания, производимых во всем мире. В качестве контроллера здесь используется широко известный контроллер UC3842 или его аналоги. Это так называемая дискретная схема. Питание схемы управления осуществляется через обмотку W3. Количество витков подобрано так, чтобы напряжение питания контроллера находилось в пределах 11-14 В при выходном напряжении 12 В.

Если же возникает необходимость обеспечить регулировку выходного напряжения в диапазоне от 6 до 12 В, то можно добавить микросхему, как показано на рис. 2.

Для этого достаточно увеличить количество витков в обмотке W3 и установить дополнительный линейный стабилизатор.

Но если нам потребуется обеспечить регулировку в диапазоне от 10 до 100%, то появляются некоторые сложности. Это происходит из-за того, что с уменьшением (снижением) минимального уровня выходного напряжения приходится сильно завышать напряжение на входе линейного стабилизатора. Также не нужно забывать, что необходимо питать микросхему обратной связи (DA3). А при дальнейшем расширении диапазона регулирования способ питания схемы управления, показанный на рис. 2, становится громоздким и неэффективным с точки зрения КПД.

Следуя тенденциям развития электроники и требованиям, предъявляемым к современным источникам питания крупнейшими мировыми компаниями, которые занимаются производством полупроводниковых элементов, были разработаны мощные микросхемы, предназначенные для построения импульсных источников питания типа DC-DC и AC-DC.

На сегодняшний день выпускается множество типов и семейств таких микросхем, благодаря которым можно строить импульсные преобразователи напряжения с выходной мощностью от сотен милливатт до сотен ватт. Среди крупнейших производителей, занимающих лидирующее место, хотелось бы особо отметить американскую компанию Power Integrations. Несмотря на жесткую конкуренцию среди производителей, почти 10% мирового рынка источников питания занимают источники, построенные на микросхемах этой компании.

На рис. 3 представлен источник питания типа AC-DC, построенного на микросхеме TOP247Y семейства TOP Switch GX.

Данный источник питания с выходной мощностью до 100 Вт работает от сети переменного напряжения 220 В ±25%, 50 Гц. На выходе мы имеем стабилизированное напряжение 12 В с максимальным током 8 А.

Вся схема инвертора реализована на одной микросхеме (DA1). В одном корпусе размещены такие узлы, как: мощный MOSFET полевой транзистор с максимальным напряжением на стоке до 700 В; ШИМ-контроллер; схемы защиты: от короткого замыкания в первичной и вторичной обмотках, от перегрева всего кристалла, от пониженного и повышенного входного напряжения питания; схема программного ограничения максимальной выходной мощности источника питания и схема выбора частоты переключения (66/132 кГц). Все это не только снижает размеры принципиальной схемы, но и существенно повышает технологичность и надежность источника питания.

В этом семействе имеется более мощная микросхема TOP250Y, на которой можно строить источники питания мощностью до 300 Вт.

На рис. 4 приведена схема источника питания AC-DC с регулировкой выходного напряжения в диапазоне от 5 до 15 В.

Читатель может сравнить два технических решения одного и того же источника питания: построенный по дискретной схеме (рис. 2) и на микросхеме от Power Integrations (рис. 4). Обратите внимание на отсутствие дополнительного линейного стабилизатора в цепи питания микросхемы. Благодаря схемотехническому решению, на котором построена микросхема семейства TOP Switch GX, это стало ненужным.

Рассмотрим вариант построения лабораторного импульсного источника питания с диапазоном регулирования выходного напряжения от 0 до 20 В и режимом стабилизации тока по заданному значению. Устройство представляет собой два независимых преобразователя напряжения. Первый — изолированный AC-DC преобразователь напряжения с выходным стабильным фиксированным напряжением 25 В, построенный по однотактной обратноходовой схеме (рис 5).

Второй — неизолированный DC-DC преобразователь напряжения с регулируемым выходным напряжением в диапазоне от 0 до 20 В и максимальным током до 10 А, построенный по схеме понижающего преобразователя напряжения с синхронным выпрямителем (рис.  6).

Такая концепция наиболее предпочтительна для построения именно лабораторных источников питания, так как позволяет не только работать в широком диапазоне токов и напряжений, но и обеспечивать высокую точность выходных параметров.

В конструкции источника питания используются комплектующие известных компаний: Power Integrations, ON-Semiconductor, Panasonic. Как правило, надежность всего устройства обусловлена минимальной надежностью одного или нескольких компонентов. Наименее надежным элементом любого источника питания является электролитический конденсатор. Поэтому по возможности от них стараются избавляться, хоть это и не всегда получается. В данном случае были использованы электролитические конденсаторы Panasonic серии FM-A с низким иммитансом (LowESR), температурным диапазоном от −40 до +105 °С с наработкой без ухудшения параметров до 7000 часов при температуре 105 °С.

Считается, что низкая цена может обеспечить хорошие продажи изделия, особенно это касается российского рынка, где господствуют низкокачественные товары, а производители зачастую используют в своих изделиях дешевую комплектацию неизвестного происхождения. Тем не менее только применение высококачественных комплектующих может гарантировать надежность выпускаемого изделия, рост имиджа компании и успешное продвижение продукции не только на российском, но и мировом рынке.

Автор: Алексей Арбузов
Опубликовано в журнале «Силовая Электроника» № 1/2006

Если появились вопросы после прочтения статьи, задавайте по email [email protected] или телефону 8 800 333-06-05 доб. 273. Компания Макро Групп – официальный дистрибьютор Power Integrations в России.

Лабораторный блок питания с регулировкой напряжения и тока

Если вы ищете схему простого, мощного, надежного и доступного лабораторного блока питания, то эта статья именно для вас. Я настоятельно рекомендую данную схему для повторения, только

просьба собирать её по печатной плате, которую я для вас сделал, чтобы избежать всевозможных ошибок при монтаже.

Основа схемы была взята из зарубежного журнала, только я увеличил немного мощности, более детально протестировал её, в итоге от себя добавил дополнительный силовой транзистор, ну и сама плата естественно была модернизирована. Получился отличный блок питания с хорошей нагрузочной способностью, а стабилизация осталась на достаточно высоком уровне.

Основной недостаток линейных схем заключается в их малом КПД, а при конструировании таких источников питания возникают проблемы с охлаждением силовых транзисторов, поэтому очень желательно использовать трансформатор с несколькими обмотками и систему коммутации.

Наиболее простейший вариант показан на фото.

Стоит указать то, что сейчас многие отдают предпочтение импульсным лабораторным источником питания у которых кпд может доходить до 90 и более процентов, но больше ценится именно линейные источники питания. Профессиональные линейные блоки питания всегда дополняют узлом коммутации обмоток.

Блок питания может обеспечить на выходе стабильное напряжение от 0 до 35-38 вольт, а выходной ток может доходить до 5-6 ампер.

Кстати ток также стабилизирован, то есть выставленное значение тока будет сохраняться при изменениях входного и выходного напряжения, и не зависит от выходной нагрузки.

Выставили ток в 1 ампер и даже при коротком замыкании у вас он будет ограничен одним амперам.

А вот собственно и модернизированная схема.

Я снизил сопротивление датчика тока до 0,1 оМа,

добавил второй силовой транзистор параллельно первому,

но в эмиттерных цепях каждого транзистора стоит токо-выравнивающий или балластный резистор.

Силовые транзисторы можно любые соответствующей мощности, ток коллектора транзистора желательно 10 ампер и выше, при этом мощность рассеивания должна быть 100 и более ватт.

Так как данная схема — линейная, я очень советую использовать транзисторы в металлических корпусах, на крайняк транзисторы в корпусе ТО247, чтобы не возникли проблемы с теплоотдачей.

В схеме имеем три мощных резистора, балластные советую взять на 5 ватт, а вот датчик тока и на 10 ватт не помешает.

Балластные резисторы советую взять сопротивлением 0,22 Ома у меня они к сожалению закончились, поэтому поставил на 0,1 Ом, но если транзисторы имеют максимально идентичные параметры, то такое решение даже лучше.

В моём случае, в качестве силовых транзисторов изначально использовал ключи 2SD209 по сути это аналог ключей MJE13009, оба варианта очень часто применяются в компьютерных блоках питания.

Каждый такой транзистор может рассеивать 100-130 ватт мощности, но лишь в том случае, если имеется хорошее охлаждение и вы уверены в подлинности транзисторов, но их основная проблема слишком низкий коэффициент усиления по току, всего около 20.

Аналогичное ключи ставить я крайне не рекомендую по нескольким причинам. Во-первых регулировка будет нелинейной из за малого усиления ключей, по этой же причине управлять такими транзисторами тяжело, поэтому драйверный ключик будет жестко нагреваться и ему будет нужен небольшой радиатор.

Очень советую транзисторы в металлических корпусах, наподобие 2N3055, для таких схем они идеально подходят. Металлический корпус, приличная мощность и ток коллектора, а коэффициент усиления по току около 200, как раз то, что нужно.

Я в итоге поставил ключи 2SD1047, они обладают приличным усилением, применяются как в источниках питания, так и в выходных каскадах усилителей мощности низкой частоты.

Радиатор для ключей удобно использовать общий, притом изолировать ключи прокладками не нужно, так как подложки или коллекторы в нашей схеме общие.

После подачи питания на схему стабилизатора нужно путём вращения данного, подстроечного резистора выставить максимальный выходной ток,

допустим 5 ампер, далее выставляем максимальное напряжение на выходе, тут всё зависит от того, какой у вас источник питания, какой у него ток и напряжение на выходе, то есть данный стабилизатор без проблем можно скорректировать под любой источник питания.

Введите электронную почту и получайте письма с новыми поделками.

Теперь подаем питание на вход стабилизатора и проверяем минимальное, выходное напряжение — оно как видим 0 вольт, что и требовалось доказать, регулировка очень плавная во всём диапазоне.

Теперь проверим ток, минимальный выходной ток можно скинуть вплоть до 0, а максимальных 5 ампер схема выдают без проблем.

Один из самых важных тестов — насколько просядет выходное напряжение при определенных токах, ну давайте посмотрим, но перед этим важно указать, что на проводах, измерительном шунте амперметра и на самом стабилизаторе, а также на токо-выравнивающих резисторах будут падения напряжения, то есть на указанных участках будут просадки, это в случае любого источника питания.

Ток 1 ампер, просадка около 0,1 вольта,

ток 3 ампера просадка всего 0,4 вольта

и наконец максимальный ток 5 ампер, просадка 0,65 вольт, без измерительного оборудования эти цифры были бы гораздо меньше.

Проверим стабильность выходного напряжения при резких изменениях входного, ну например перепады в сети.

Как видим стабилизатор держится молодцом, при изменении входного напряжения на 10 вольт выходное изменяется лишь на 50-70 милливольт.

А теперь пульсации на выходе, при итоге в 1 ампер пульсации не более 20 милливольт, при токе в 3 ампера — около 25-30 милливольт,

а при максимальном токе в 5 ампер, пульсации на выходе около 50-60 милливольт, согласитесь это неплохой показатель для блока питания такого уровня.

Архив к статье; скачать.

Автор; Ака Касьян.

Резервный источник питания | Микросхема

Схема представленного ниже резервного источника питания может найти разнообразное применение в радиолюбительской практике. Несмотря на то, что рассчитан он на малую силу тока нагрузки, прибор может потребоваться в схемах цифровой электроники для поддержания их питания в аварийный момент отключения электричества. В качестве источника напряжения в критический период используются обычные гальванические элементы или аккумуляторы.

Схема резервного источника питания состоит из трансформатора с выходным напряжением 10 вольт и током не ниже 0,5 ампера, выпрямительного моста на четырех диодах 1N4002 и электролитического конденсатора номиналом 1000 мкФ x 16 В. Далее следует стабилитрон 8V2, который управляет транзистором BD139. Выходное напряжение устройства стабилизируется до +7,5 вольт. Батареи резервного источника питания в количестве пяти штук с общим напряжением 7,5 вольт подключены последовательно с диодом D7. Они готовы включиться в работу в случае прерывания основного источника питания. Падение напряжения на D7 уменьшит выходное напряжение от аккумуляторной батареи до 7 вольт. Резистор R3 резервного источника питания имеет специальную функцию подзарядки батареи. Для получения фактического сопротивления R3 напряжение между аккумулятором и стабилитроном D6 делится на ток утечки, который может составлять порядка 0,7 мА.

Номиналы остальных радиоэлементов резервного источника питания следующие:
R1-2-3 = 1 кОм; С2 = 100 мкФ x 16 В; D7 = 1N4002.

Ну и ещё одна простая схемка резервного источника питания с применением реле.

Применение реле позволяет значительно повысить мощностные и силовые характеристики устройства.

Обсуждайте в социальных сетях и микроблогах

Метки: Безопасность, защита

Радиолюбителей интересуют электрические схемы:

Импульсный источник питания
Двуполярный источник питания УМЗЧ

Вторичные источники питания: применение, характеристики, параметры

Вторичные источники питания предназначены для получения напряжения, необходимого для непосредственного питания электронных и других устройств. Предполагается, что вторичные источники в свою очередь получают энергию от первичных источников питания, вырабатывающих электричество — от генераторов, аккумуляторов и т. д. Питать электронные устройства непосредственно от первичных источников обычно нельзя.

Васильев Дмитрий Петрович

Профессор электротехники СПбГПУ

Задать вопрос

Вторичные источники питания являются одними из наиболее важных устройств электроники. Например, часто надежность того или иного устройства электроники существенно зависит от того, насколько надежен его вторичный источник питания. Общепринято вторичные источники называть источниками питания.

Рассмотрим типичные структурные схемы источников питания, получающих энергию от промышленной сети с частотой 50 Гц.

Рассмотрим вначале источник питания без преобразователя частоты, структурная схема которого представлена на рис. 2.71.

Трансформатор предназначен для гальванической развязки питающей сети и нагрузки и изменения уровня переменного напряжения. Обычно трансформатор является понижающим. Выпрямитель преобразует переменное напряжение в напряжение одной полярности (пульсирующее). Сглаживающий фильтр уменьшает пульсации напряжения на выходе выпрямителя. Стабилизатор уменьшает изменения напряжения на нагрузке (стабилизирует напряжение), вызванные изменением напряжения сети и изменением тока, потребляемого нагрузкой.

Напряжение в сети обычно может изменяться в диапазоне +15 … −20 % от номинального значения.

Рассмотрим источник питания с преобразователем частоты (рис. 2.72).

Абрамян Евгений Павлович

Доцент кафедры электротехники СПбГПУ

Задать вопрос

Рассмотренный источник питания является источником питания без преобразования частоты. Такие источники питания ранее использовались широко, однако в последнее время вместо них все чаще используют источники с преобразованием частоты. Причиной этого является то, что в источниках без преобразования частоты вес и габариты трансформатора, работающего на частоте 50 Гц, а также сглаживающего фильтра оказываются довольно большими. Тем не менее, рассматриваемые источники питания используются и в настоящее время.

В этих источниках напряжение от сети подается непосредственно на выпрямитель — 1. На выходе сглаживающего фильтра-1 создается постоянное напряжение, которое вновь преобразуется в переменное с помощью так называемого инвертора. Полученное переменное напряжение имеет частоту, значительно превышающую 50 Гц (обычно используют частоты в десятки килогерц).

Затем напряжение передается через трансформатор, выпрямляется и фильтруется. Так как трансформатор в этой схеме работает на повышенной частоте, то его вес и габариты, а также вес и габариты сглаживающего фильтра-2 оказываются очень незначительными. Как и в предыдущей схеме, основная роль трансформатора состоит в гальванической развязке сети и нагрузки. Инвертор, трансформатор и выпрямитель-2 образуют конвертор — устройство для изменения уровня постоянного напряжения.

Необходимо отметить, что в такой схеме инвертор выполняет роль стабилизатора напряжения. В качестве активных приборов в инверторе используются транзисторы (биполярные или полевые). Иногда применяются тиристоры.

В любом случае активные приборы работают в ключевом режиме (например, транзистор или включен и находится в режиме насыщения, или выключен и находится в режиме отсечки), поэтому источники питания с преобразованием частоты называют также импульсными. Однако следует иметь в виду, что и в источниках без преобразования частоты могут использоваться импульсные стабилизаторы, я которых транзисторы работают в ключевом режиме.

Рассматриваемые источники питания широко исполь­зуются в современных устройствах электроники, в частно­сти в компьютерах. Они обладают, как правило, значи­тельно лучшими технико-экономическими показателями в сравнении с рассмотренными выше источниками без преобразования частоты.

Основные принципы проектирования источников питания для печатных плат

Одним из самых фундаментальных законов физики является Закон сохранения энергии, который можно резюмировать следующим образом:

«В закрытой системе энергия не может быть создана или уничтожена, а только изменить форму».

В принципе, это можно интерпретировать как изолированную систему, которая не взаимодействует с какой-либо внешней силой, сохраняет постоянный уровень внутренней энергии. Эта предпосылка послужила катализатором для многих схем построения самоподдерживающихся энергетических систем, которые могли бы работать вечно.Пока что полностью изолировать систему так, чтобы не было накопления или потери энергии, было сложно. Это означает, что системы, требующие энергии, необходимо периодически подзаряжать, как и мы.

Требуется подзарядка

Цепи питания являются источником подзарядки электронных систем и печатных плат. Некоторые платы содержат подсхемы питания; однако печатные платы также часто используются в качестве источников питания. Эти платы фактически являются преобразователями, поскольку они преобразуют входной источник энергии в выход, который соответствует требованиям нагрузки, системы или схемы.Независимо от требований к источнику и нагрузке, всегда важно сделать сборку вашей платы неотъемлемой частью макета печатной платы для вашего дизайна. Сначала давайте обсудим различные типы цепей питания, а затем определим основные принципы проектирования источников питания, которые следует применять при их разработке.

Типы плат питания

Являясь преобразователями или мостами между входным электрическим источником и электронной нагрузкой, цепи питания можно классифицировать в одну 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, схемы источника питания в основном используются для изменения энергии из одного состояния в другое, переменного в постоянный или наоборот, для изменения уровней, повышения или понижения напряжения или частоты. Источники питания AC-AC также могут использоваться для изоляции входных цепей от выходов. В дополнение к перечисленным выше типам цепи питания можно разделить на регулируемые и нерегулируемые. К регулируемым источникам питания относятся устройства для поддержания уровня выходного напряжения. Эти регуляторы напряжения отсутствуют в нерегулируемых источниках питания, а выходная мощность зависит от входа и изменения тока нагрузки.

Цепи питания также классифицируются по принципу действия. Двумя основными рабочими типами являются линейный и переключаемый или переключаемый.

Линейный источник питания

Пример схемы линейного источника питания

Линейный источник питания, указанный выше, используется для преобразования сетевого входа переменного тока, первичной стороны трансформатора TR1, в постоянный ток для распределения. Эта схема включает в себя регулятор напряжения IC1, который будет обеспечивать 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 простота, невысокая стоимость, надежность и низкий уровень шума; однако они неэффективны, что вызывает большую озабоченность в приложениях с более высокой мощностью.

Импульсный источник питания

Альтернативой использованию линейного источника питания является импульсный источник питания или SMPS, показанный на рисунке ниже.

Пример схемы блока питания SMPS

Источник питания SMPS содержит коммутационную схему; например, 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 SMPS более сложны, чем линейные источники питания, и переключение вызывает шум, который может создавать электромагнитные помехи, которые могут повлиять на маршрутизацию трассировки во время разводки печатной платы. Однако эти источники питания более эффективны и могут использовать меньшие компоненты, чем линейные источники питания.SMPS чаще всего используются в цифровых системах.

Основы проектирования источников питания

При разработке SMPS или платы линейного источника питания есть общие проблемы. К ним относятся тепловые характеристики, электромагнитные помехи или шум, а также в зависимости от веса меди на уровне мощности. Еще одно важное соображение – это конструкция фильтра блока питания. Хотя ваши конкретные требования к конструкции будут диктовать конкретный выбор конструкции, существуют общие основы проектирования источников питания для печатных плат, которым следует всегда следовать, как указано ниже.

• Оптимизируйте свой дизайн фильтрации

Производительность вашей схемы фильтрации зависит от выбора соответствующих значений компонентов фильтра, индуктивности, емкости и сопротивления. Поскольку фактические доступные значения компонентов могут не совпадать с расчетными значениями, вам следует использовать комбинацию значений компонентов, которая обеспечивает наилучший отклик, определенный с помощью моделирования.

• Выберите соответствующую массу меди

Токи блока питания могут быть довольно высокими; Следовательно, необходимо убедиться, что ширина дорожек и толщина или вес меди могут выдерживать необходимые токи.Также важно убедиться, что ваша компоновка соответствует допускам зазоров, установленным правилами DFM вашего контрактного производителя (CM).

• Выберите материал, соответствующий типу плиты

Для цепей большой мощности убедитесь, что ваша плата может выдерживать уровни температуры, которые будут генерироваться путем выбора материалов с подходящим коэффициентом теплового расширения (CTE). Для ИИП, если это высокоскоростная конструкция, такие свойства, как диэлектрическая постоянная, dk, коэффициент рассеяния, df, диэлектрические потери, потери в проводнике, Ploss, становятся важными и должны определять ваш выбор материала.

• Убедитесь, что ваша плата имеет достаточное рассеивание тепла

Одна, если не самая большая проблема для плат блока питания – это отвод избыточного тепла. Очень важно, чтобы ваша конструкция включала адекватные методы рассеивания тепла. Например, использование термопрокладок и радиаторов. Напротив, для сборки печатной платы также важно, чтобы ваша плата имела соответствующее тепловое сопротивление, чтобы можно было достичь хорошего качества паяного соединения.

Блок-схема регулируемого источника питания

, принципиальная электрическая схема, рабочая

ВВЕДЕНИЕ

Почти все основные бытовые электронные схемы нуждаются в нерегулируемом переменном токе для преобразования в постоянный постоянный ток для работы электронного устройства.Все устройства будут иметь определенный лимит питания, и электронные схемы внутри этих устройств должны обеспечивать постоянное напряжение постоянного тока в пределах этого лимита. Этот источник постоянного тока регулируется и ограничивается по напряжению и току. Но питание от сети может быть нестабильным и может легко вывести из строя электронное оборудование, если оно не будет должным образом ограничено. Эта работа по преобразованию нерегулируемого переменного тока (AC) или напряжения в ограниченный постоянный ток (DC) или напряжение, чтобы сделать выход постоянным независимо от колебаний на входе, выполняется регулируемой схемой источника питания.

Все активные и пассивные электронные устройства будут иметь определенную рабочую точку постоянного тока (точка Q или точка покоя), и эта точка должна достигаться источником питания постоянного тока.

Источник питания постоянного тока практически преобразован в каждую ступень электронной системы. Таким образом, общим требованием для всех этих фаз будет источник питания постоянного тока. Все системы с низким энергопотреблением могут работать от аккумулятора. Но в устройствах, долгое время эксплуатируемых, батареи могут оказаться дорогостоящими и сложными.Лучше всего использовать нерегулируемый источник питания – комбинацию трансформатора, выпрямителя и фильтра. Схема представлена ​​ниже.

Нерегулируемый источник питания – схема

Как показано на рисунке выше, небольшой понижающий трансформатор используется для понижения уровня напряжения в соответствии с потребностями устройства. В Индии доступен источник питания 1 Ø на 230 вольт. На выходе трансформатора пульсирующее синусоидальное переменное напряжение преобразуется в пульсирующее постоянное с помощью выпрямителя.Этот выходной сигнал подается на схему фильтра, которая уменьшает пульсации переменного тока и пропускает компоненты постоянного тока. Но есть определенные недостатки в использовании нерегулируемого источника питания.

Недостатки нерегулируемого источника питания

1. Плохое регулирование – При изменении нагрузки выходная мощность не кажется постоянной. Выходное напряжение изменяется на большую величину из-за сильного изменения тока, потребляемого от источника питания. В основном это связано с высоким внутренним сопротивлением блока питания (> 30 Ом).

2. Основные отклонения в сети переменного тока – Максимальные отклонения в питающей сети переменного тока составляют плюс-минус 6% от его номинального значения. Но в некоторых странах это значение может быть выше (180–280 вольт). Когда значение выше, выходное напряжение постоянного тока будет сильно отличаться.

3. Изменение температуры – Использование полупроводниковых приборов в электронных устройствах может вызвать колебания температуры.

Эти колебания выходного постоянного напряжения могут вызывать неточную или неустойчивую работу или даже выход из строя многих электронных схем. Например, в генераторах частота будет сдвигаться, выход передатчиков будет искажаться, а в усилителях рабочая точка будет сдвигаться, вызывая нестабильность смещения.

Все вышеперечисленные проблемы решаются с помощью регулятора напряжения , который используется вместе с нерегулируемым источником питания. Таким образом, пульсации напряжения значительно снижаются. Таким образом, источник питания становится регулируемым.

Внутренняя схема регулируемого источника питания также содержит определенные цепи ограничения тока, которые помогают цепи питания не перегорать из-за непреднамеренных цепей.В настоящее время во всех источниках питания используются микросхемы IC для уменьшения пульсаций, улучшения регулирования напряжения и расширения возможностей управления. Также доступны программируемые источники питания для удаленного управления, что полезно во многих случаях.

РЕГУЛИРУЕМЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ

Регулируемый источник питания – это электронная схема, которая предназначена для обеспечения постоянного постоянного напряжения заданного значения на клеммах нагрузки независимо от колебаний сети переменного тока или колебаний нагрузки.

Регулируемый источник питания – блок-схема

Регулируемый источник питания по существу состоит из обычного источника питания и устройства регулирования напряжения, как показано на рисунке. Выход из обычного источника питания подается на устройство регулирования напряжения, которое обеспечивает конечный выход. Выходное напряжение остается постоянным независимо от изменений входного переменного напряжения или выходного тока (или тока нагрузки).

На приведенном ниже рисунке показана полная схема стабилизированного источника питания с последовательным транзисторным стабилизатором в качестве регулирующего устройства.Подробно объясняется каждая часть схемы.

Трансформатор

Понижающий трансформатор используется для понижения напряжения от входного переменного тока до требуемого напряжения электронного устройства. Это выходное напряжение трансформатора настраивается путем изменения коэффициента трансформации трансформатора в соответствии со спецификациями электронного устройства. Вход трансформатора составляет 230 В переменного тока, выход подается на полную мостовую схему выпрямителя.

Узнать больше: Трансформаторы

Схема двухполупериодного выпрямителя

FWR состоит из 4 диодов, которые выпрямляют выходное переменное напряжение или ток транзистора до эквивалентной величины постоянного тока.Как следует из названия, FWR выпрямляет обе половины входного переменного тока. Выпрямленный выход постоянного тока подается на вход схемы фильтра.

Подробнее: полноволновой выпрямитель и полуволновой выпрямитель

Цепь фильтра

Схема фильтра используется для преобразования выходного сигнала постоянного тока с высокой пульсацией FWR в содержимое постоянного тока без пульсаций. Фильтр ∏ используется для устранения пульсаций на сигналах.

Подробнее: схемы фильтров

Вкратце

Напряжение переменного тока, обычно 230 В, _{действующее значение} , подключено к трансформатору, который преобразует это напряжение переменного тока в уровень для желаемого выхода постоянного тока.Затем мостовой выпрямитель выдает двухполупериодное выпрямленное напряжение, которое сначала фильтруется ∏ (или C-L-C) фильтром для создания постоянного напряжения. Результирующее постоянное напряжение обычно имеет некоторую пульсацию или колебания переменного напряжения. Схема регулирования использует этот вход постоянного тока для обеспечения постоянного напряжения, которое не только имеет гораздо меньшее напряжение пульсаций, но также остается постоянным, даже если входное напряжение постоянного тока несколько изменяется или нагрузка, подключенная к выходному напряжению постоянного тока, изменяется. Стабилизированный источник постоянного тока доступен через делитель напряжения.

Регулируемый источник питания – схема

Часто для работы электронных схем требуется более одного напряжения постоянного тока. Один источник питания может обеспечивать любое необходимое напряжение за счет использования делителя напряжения (или потенциала), как показано на рисунке. Как показано на рисунке, делитель потенциала представляет собой резистор с одним ответвлением, подключенный к выходным клеммам источника питания. Резистор с ответвлениями может состоять из двух или трех резисторов, подключенных последовательно через источник питания.Фактически, резистор утечки также может использоваться в качестве делителя потенциала.

Характеристики блока питания

Качество источника питания определяется различными факторами, такими как напряжение нагрузки, ток нагрузки, регулировка напряжения, регулировка источника, выходное сопротивление, подавление пульсаций и т. Д. Некоторые характеристики кратко описаны ниже:

1. Регулировка нагрузки – Регулировка нагрузки или влияние нагрузки – это изменение регулируемого выходного напряжения, когда ток нагрузки изменяется с минимального на максимальное значение.

  Регулировка нагрузки = V без нагрузки - V полная нагрузка  

В без нагрузки относится к напряжению нагрузки без нагрузки

Vfull-load относится к напряжению нагрузки при полной нагрузке.

Из приведенного выше уравнения мы можем понять, что при отсутствии нагрузки сопротивление нагрузки бесконечно, то есть выходные клеммы разомкнуты. Полная нагрузка возникает, когда сопротивление нагрузки имеет минимальное значение, при котором регулирование напряжения теряется.

 % Регулировка нагрузки = [(V без нагрузки - V полной нагрузки) / V полной нагрузки] * 100  

2. Минимальное сопротивление нагрузки – Сопротивление нагрузки, при котором источник питания выдает свой номинальный ток полной нагрузки при номинальном напряжении, называется минимальным сопротивлением нагрузки.

  Минимальное сопротивление нагрузки = Полная нагрузка / Полная нагрузка  

Значение тока полной нагрузки при полной нагрузке никогда не должно увеличиваться, чем указано в паспорте источника питания.

3. Регулирование источника / линии – На блок-схеме входное линейное напряжение имеет номинальное значение 230 В, но на практике здесь наблюдаются значительные колебания сетевого напряжения переменного тока.Поскольку это сетевое напряжение переменного тока является входом для обычного источника питания, отфильтрованный выход мостового выпрямителя почти прямо пропорционален сетевому напряжению переменного тока.

Регулировка источника определяется как изменение регулируемого выходного напряжения для заданного диапазона ложного напряжения.

4. Выходное сопротивление – Стабилизированный источник питания представляет собой очень жесткий источник постоянного напряжения. Это означает, что выходное сопротивление очень маленькое. Несмотря на то, что внешнее сопротивление нагрузки меняется, напряжение нагрузки почти не изменяется.Идеальный источник напряжения имеет нулевое выходное сопротивление.

5. Подавление пульсаций – Регуляторы напряжения стабилизируют выходное напряжение от изменений входного напряжения. Пульсация эквивалентна периодическому изменению входного напряжения. Таким образом, регулятор напряжения ослабляет пульсации, возникающие при нерегулируемом входном напряжении. Поскольку в регуляторе напряжения используется отрицательная обратная связь, искажение уменьшается в тот же раз, что и коэффициент усиления.

1. Простая схема источника питания – EE223

Введение:

Первое, что нам нужно сделать, это создать схему источника питания.Мы собираемся использовать 9-вольтовую батарею для питания наших цепей. Этот эксперимент устанавливает базовую схему источника питания с простым светодиодным индикатором питания.

Видео

Дополнительные примечания:

Регулятор напряжения

Регулятор напряжения – довольно сложное, но простое в использовании устройство, которое принимает переменное входное напряжение и выдает постоянное напряжение на более низком уровне, чем входное напряжение. Например, в наших схемах мы будем использовать батарею на 9 В, а наш регулятор 5 В выбран для вывода постоянного напряжения 5 В.На Рисунке 1 показан регулятор напряжения LM7805, который мы будем использовать – техническое описание LM78XX прилагается к этому документу. Существуют также версии на 12 В (LM7812) и 15 В (LM7815), отсюда и обозначение LM78XX.

Как видно на рисунке 1 (и в прилагаемом техническом описании), контакт на левой стороне (слева) – это источник напряжения в (при 500 мА он будет принимать примерно от 8 В до 20 В) и будет выводить на выход . на правой стороне в диапазоне от 4,8 В до 5,2 В, так что максимально близко к 5 В, что требуется для наших схем.Средний штифт должен быть подключен к заземляющей шине. Алюминиевая пластина в задней части регулятора напряжения предназначена для отвода тепла. Отверстие позволяет нам прикрутить его к радиатору, что позволит нам выводить больший ток, до 1 А с установленным подходящим радиатором. Этот регулятор даст нам хорошее и чистое стабильное питание 5 В, идеально подходящее для управления микросхемами TTL, используемыми в этом модуле.

Рисунок 1. Регулятор напряжения LM7805

Если наша батарея разряжается, возможно, что наша батарея на 9 В не соответствует минимуму ~ 8 В, необходимому для управления регулятором напряжения LM7805.Если бы это произошло, мы могли бы рассмотреть возможность использования регулятора напряжения L ow- D rop o ut (LDO), которому может потребоваться всего 6 В для работы регулятора 5 В.

В ваш комплект входит стабилизатор напряжения LDO – регулятор напряжения Fairchild KA7805ETU 5V 1A LDO (см. Техническое описание внизу этой страницы).

Конденсаторы развязки

Связь часто является нежелательной взаимосвязью между двумя частями схемы из-за разделения соединений источника питания.Это соотношение означает, что если одна часть схемы внезапно потребует большой ток, на другую часть схемы будет влиять шум. Небольшой конденсатор, известный как разделительный конденсатор, действует как накопитель энергии, который удаляет сигналы, подобные переменному току (пульсации), которые могут присутствовать в нашем источнике постоянного тока.

Рисунок 2. Конденсатор 100 нФ – на его поверхности будет написано 104

На рис. 2 показан керамический конденсатор емкостью 100 нФ (0,1 мкФ), который подходит для нашей схемы.Это значение можно использовать как общее практическое правило, но для коммерческих проектов вам придется выбирать это значение осторожно.

Нумерация конденсаторов достаточно проста. К сожалению, нумерация керамических конденсаторов может быть очень маленькой. Нумерация следующая:

1. Первое число – это 1-я цифра номинала конденсатора
2. Второе число – 2-я цифра номинала конденсатора
3. Третье число – количество нулей, где значение конденсатора находится в пФ (пикофарады)
4. Другие буквы можно игнорировать, но они обозначают допуск и номинальное напряжение конденсатора.

Так, например:

104 = 100000 пФ = 100 нФ

102 = 1000 пФ = 1 нФ

472 = 4700 пФ = 4,7 нФ

Мы используем батарею на 9 В, и наши схемы будут нормально работать без разделительного конденсатора; однако рекомендуется иметь его там, если вы планируете управлять своей схемой от подключаемого сетевого трансформатора. В то время как ваш мультиметр будет показывать постоянное значение прибл. 5 В для нашего питания от подключаемого трансформатора через регулятор напряжения, это среднее значение для очень многих образцов. Если вы исследуете форму сигнала с помощью осциллографа, вы увидите значительный шум, который окажет странное влияние на микросхемы в схемах, которые мы должны исследовать.

Светоизлучающий диод (LED)

Светоизлучающий диод (LED) – это источник света на основе полупроводника, который традиционно использовался в качестве световой индикации состояния во всех типах устройств. Сегодня мощные светодиоды используются в автомобильных фарах, задних фонарях для мониторов и даже вместо ламп накаливания для общего освещения (например.грамм. домашнее освещение, светофоры и т. д.) из-за их чрезвычайно высокой эффективности. Мы собираемся использовать в наших схемах светодиоды с очень низким энергопотреблением, как правило, для индикации того, является ли состояние истинным или ложным. В комплект входят светодиоды нескольких цветов, но все они имеют схожие электрические свойства.

Рисунок 3 (a) Символ для светодиода и (b) Фактический светодиод с указанием полярности

Символ светодиода показан на рисунке 3 (a). Анод (+) обычно подключается к более положительному источнику, чем катод (-).На рисунке 3 (b) показан светодиод, у которого одна ножка длиннее другой. Более длинная ветвь – это анод (+), а более короткая – катод (-). Пластиковая оболочка светодиода часто имеет плоский край, что указывает на отрицательную ножку светодиода.

К нашим светодиодам предъявляются определенные требования. Для них требуется максимальное напряжение 3 В и рабочий ток 20 мА. Светодиод не имеет значительного сопротивления, поэтому, если мы подключим светодиод к источнику питания 5 В, мы превысим требования к напряжению и току (это должно быть нормально в течение коротких периодов времени).Однако для этого нам понадобится резистор. Итак, если у нас напряжение 5 В, и мы хотим, чтобы на светодиоде было падение 3 В, мы хотели бы, чтобы на нашем последовательном резисторе падали 2 В. Мы также хотели бы ограничить ток до 20 мА, поэтому нам нужен резистор номиналом:

.

R = V / I (поскольку V = IR, закон Ома)

R = 2 В / 0,02 A = 100 Ом

Итак, наша схема для зажигания светодиода будет выглядеть, как показано на рисунке 4. Здесь мы размещаем наш резистор последовательно со светодиодом. Резистор пропускает через светодиод ток 20 мА и имеет падение напряжения 2 В, тем самым ограничивая напряжение на светодиоде до 3 В, что соответствует требованиям спецификации.

Рисунок 4 . Схема светодиодов, соответствующая свойствам наших светодиодов

.

Наконец, демонстрация использования транзистора.

В этой простой схеме мы хотим продемонстрировать использование транзистора. В этой схеме используется NPN-транзистор с высоким коэффициентом усиления, а вход затвора находится в воздухе. Пожалуйста, измените эту схему, пока не будете уверены в использовании транзистора.

Продвинутый:

Хотя это и не является частью этого эксперимента, вы также можете быть заинтересованы в том, как мы могли бы подключить сетевой блок питания к нашей макетной плате, и дополнительные схемы, которые можно использовать для обеспечения качественного источника питания. :

7 Рекомендации по проектированию источника питания на печатной плате

Вы когда-нибудь задумывались о том, как передается мощность в сложных печатных платах? Да, для разработчиков печатных плат – непростая задача – разработать источник питания, обеспечивающий требуемую мощность для каждого компонента печатной платы (микросхем, передатчиков, конденсаторов и т. Д.).), поскольку требования к мощности для каждого из этих компонентов различаются. Только безупречная конструкция блока питания может помочь решить эту проблему.

С увеличением плотности и сложности схемотехники сложность конструкции источника питания также увеличилась. Разработчикам печатных плат предлагается несколько вариантов дизайна и компоновки источников питания печатных плат. Несмотря на разнообразие конструкций блоков питания на печатных платах, разработчики должны соблюдать определенные правила и решать общие проблемы, связанные с этим.

Некоторые из общих проблем, которые необходимо решить при проектировании источников питания: EMI , проектирование трассы для работы с большими токами , уменьшение токовых петель , выбор компонентов и в соответствии с макетом таблиц рекомендаций .

В этой статье мы рассмотрим следующие темы:

• Конструкция блока питания печатной платы
• Конструктивное рассмотрение блока питания печатной платы
  1. 1. Выбор регулятора для блока питания печатной платы
     2. Терморегулятор для источника питания
     3. Плоскости заземления и питания для улучшения питания печатной платы
     4. Разделительный конденсатор и байпасный конденсатор
     5. Фильтрация электромагнитных помех
     6. Амплитудно-частотная характеристика системы энергоснабжения
     7. Целостность питания (PI)

Конструкция блока питания печатной платы

Целью конструкции блока питания является не просто преобразование мощности переменного тока в постоянный.Функция источника питания – подавать питание на компоненты схемы при правильном напряжении и токе. В будущем будет обычным делом иметь устройства с напряжением от 1,8 В до 1,2 В. Низкое напряжение снижает устойчивость к шумам источника питания.

Блоки питания

также требуют ограничения по току для ограничения максимального тока. Таким образом, важными параметрами для источника питания являются напряжение , максимальный ток, пульсации напряжения и тепловые потери при максимальном токе.

Типовая блок-схема потока мощности в электронной схеме

Типичный поток мощности электронной схемы для источника питания показан на рисунке выше.Электронным схемам необходимо напряжение от 1,8 В до 12 В. Чаще всего используются напряжения 1,2 В, 1,8 В, 3,3, 5 и 12 В.

На первом этапе входное переменное напряжение 230/110 В переменного тока преобразуется в изолированное постоянное напряжение в диапазоне 6-12 В. На втором этапе используется понижающий импульсный стабилизатор, который преобразует 6–12 В в 5 или 3,3 В. Кроме того, 3,3 В преобразуется в 1,8 или 1,2 В с помощью LDO (регуляторов с малым падением напряжения).

До появления импульсных источников питания (SMPS – импульсные источники питания) трансформаторы с железным сердечником использовались для преобразования высокого напряжения 230/110 В переменного тока в 12 В переменного тока.Это было дополнительно выпрямлено диодными мостовыми выпрямителями до постоянного напряжения примерно 12 x 1,4 = 16,8 В постоянного тока максимум. Для понижения напряжений до требуемых уровней использовались линейные регуляторы. Недостатком таких схем была низкая энергоэффективность (менее 80%), высокие тепловые потери, большая площадь основания печатной платы и слабая пульсация мощности. Использование импульсных источников питания повысило эффективность преобразования напряжений в более низкие уровни, уменьшило площадь, занимаемую печатной платой источников питания (очень маленьких и легких по размеру), и уменьшило пульсации.

В линейных регуляторах ранее терялась большая мощность из-за более высоких падающих напряжений. Например, рассмотрим линейный стабилизатор напряжения LM7805. LM7805 (5 В) обычно имеет падение напряжения примерно 7,5 В, для чего требуется минимум примерно 2,5 В разницы между входным и выходным напряжениями. Следовательно, для регулятора на 1 А потеря мощности в регуляторе при входном напряжении 7,5 В составит 2,5 В x 1 А = 2,5 Вт. С регулятором с малым падением напряжения LM1117-5.0 напряжение падения составляет 6.2 В, требующее входного напряжения Vout + 1,2 В на входе. Для критических приложений используется комбинация импульсных регуляторов и LDO для повышения эффективности. Например, с первого этапа, если доступно 7,5 В, оно будет понижено до 3,3 В с помощью понижающего преобразователя, а затем упадет до 1,8 В с помощью линейного регулятора LM1117-1.8.

Конструктивное рассмотрение блока питания печатной платы

Невозможно переоценить важность хорошо продуманной печатной платы, когда дело касается проектирования источников питания.Кроме того, дизайнер должен понимать важность работы источника питания, чтобы усилия увенчались успехом.

Для проектирования источника питания проектировщику необходимо выполнить хорошую компоновку печатной платы и спланировать эффективную распределительную сеть. Кроме того, проектировщику необходимо обеспечить, чтобы источники питания цифровых цепей с шумом были отделены от источников питания и цепей критических аналоговых цепей. Некоторые важные моменты, которые следует учитывать, обсуждаются ниже:

1. Выбор регулятора для блока питания PCB

Печатная плата регулятора напряжения

Как правило, у разработчиков есть два варианта выбора регуляторов источника питания: линейные регуляторы и импульсные регуляторы .Линейные регуляторы обеспечивают низкий уровень шума, но имеют более высокое тепловыделение, что требует систем охлаждения. Импульсные регуляторы очень эффективны в широком диапазоне токов, но шум переключения вызывает всплески в ответ.

Линейный режим требует, чтобы входное напряжение было выше, чем требуемое выходное напряжение, потому что будет минимальное падение напряжения. Линейные регуляторы будут иметь значительные потери мощности и рассеивание тепла, что сделает линейные регуляторы менее эффективными.Если вы рассматриваете линейный регулятор для своей конструкции печатной платы, вы должны рассмотреть регулятор с низким падением напряжения, а термический анализ должен быть выполнен до начала производства. Кроме того, линейные регуляторы просты, дешевы и обеспечивают исключительно бесшумный выход напряжения.

Импульсные регуляторы преобразуют одно напряжение в другое, временно сохраняя энергию в катушках индуктивности, а затем высвобождая эту энергию при другом напряжении в разное время переключения.В таких источниках питания используются полевые МОП-транзисторы с быстрой коммутацией. Выход этих высокоэффективных регуляторов можно регулировать, изменяя рабочий цикл широтно-импульсной модуляции (ШИМ). КПД зависит от тепловыделения схемы, которое в данном случае невелико.

ШИМ-переключение импульсных регуляторов вызывает шум или пульсации на выходе. Коммутационные токи могут вызывать перекрестные помехи в других сигналах. Таким образом, импульсные источники питания должны быть изолированы от критических сигналов.

Регуляторы

с переключаемым режимом используют технологию MOSFET, поэтому очевидно, что эти регуляторы излучают шум EMI (электромагнитные помехи). Мы не можем полностью исключить электромагнитные помехи из любой схемы, но мы можем минимизировать их с помощью мер по снижению электромагнитных помех, таких как фильтрация, уменьшение токовых петель, заземляющих поверхностей и экранирования. Перед включением импульсных регуляторов в вашу конструкцию следует принять во внимание меры по электромагнитной совместимости (ЭМС).

Когда дело доходит до выбора регулятора напряжения, очевидным выбором являются линейный и импульсный стабилизированный источник питания.Блок питания с линейным управлением дешевле, но неэффективен и рассеивает больше тепла. Между тем, импульсный регулируемый источник питания более дорогой и требует подключения большего количества пассивных компонентов, так как он не нагревается легко.

2. Терморегулятор для источника питания

Производительность блока питания напрямую зависит от тепловыделения. Большинство электронных компонентов выделяют тепло, когда через них проходит ток. Количество выделяемого тепла зависит от уровня мощности, характеристик и импеданса компонента. Как упоминалось ранее, выбор подходящего регулятора может уменьшить рассеивание тепла в цепи. Переключаемые регуляторы очень эффективны, поскольку они рассеивают меньше тепла.

Электронные схемы работают более эффективно при более низких температурах. Чтобы устройства работали при температуре окружающей среды, проектировщики должны продумать соответствующие методы охлаждения.

Если разработчик выбрал линейный регулятор, рекомендуется использовать радиатор или другие методы охлаждения, если это позволяет система. В конструкцию могут быть встроены вентиляторы, чтобы обеспечить принудительное охлаждение, если устройство сильно отводит тепло.

Рассеивание тепла по всей печатной плате может быть неравномерным. Компоненты с высокой номинальной мощностью могут рассеивать значительное количество тепла, что создает вокруг них горячую точку. Рядом с этими компонентами можно использовать тепловые переходные отверстия для быстрого отвода тепла от области.

Комбинация методов отвода тепла и охлаждения позволяет создать высокоэффективный источник питания. Разработчики могут использовать либо методы кондуктивного охлаждения, такие как радиатор, тепловые трубки, тепловые переходные отверстия, либо методы конвекционного охлаждения, такие как охлаждающие вентиляторы, термоэлектрические охладители и т. Д.

3. Плоскости заземления и питания для улучшения питания печатной платы

Соединения заземления и плоскости питания в стеке

Плоскости заземления и плоскости питания – это пути с низким импедансом для передачи энергии. Блоку питания необходимы отдельные заземляющие поверхности для распределения мощности, уменьшения электромагнитных помех, минимизации перекрестных помех и снижения падений напряжения. Плоскости питания предназначены для передачи мощности в требуемые области печатной платы.

Разработчикам печатных плат необходимо обрабатывать участки наземной сети отдельно.В многослойной печатной плате один или несколько слоев могут быть выделены специально для заземления и схем питания. Кроме того, они могут уменьшить помехи и перекрестные помехи, разместив плоскости заземления между двумя активными сигнальными слоями, тем самым эффективно окружая дорожки сигнала землей.

4. Конденсатор развязки и конденсатор байпаса

Поток мощности в общей конструкции источника питания

Когда питание распределяется между компонентами по плате, различные активные компоненты вызывают скачок заземления и звон в шине питания.Это может привести к падению напряжения возле силовых контактов компонентов. В этих условиях разработчики используют разделительные и байпасные конденсаторы рядом с выводами питания компонентов, чтобы обеспечить короткие всплески тока, потребляемого устройством.

Концепция развязки заключается в уменьшении импеданса между питанием и землей. Конденсаторы развязки действуют как вторичный источник питания, обеспечивая ток, необходимый для ИС. И действовать как локальный источник заряда для поддержки события переключения.

Шунтирующие конденсаторы обходят шум и уменьшают колебания силовой шины. Они размещаются ближе к устройствам или микросхемам и связаны между питанием и землей, чтобы компенсировать изменения в потенциале питания и заземления при одновременном переключении многих микросхем.

Шунтирующие конденсаторы используются для подавления межсистемного или внутрисистемного шума в электрической сети. Все развязывающие конденсаторы должны подключаться близко к выводам питания ИС, а другой конец – непосредственно к заземляющей пластине с низким сопротивлением.Короткие дорожки к разделительным конденсаторам и переходным отверстиям заземления необходимы для минимизации дополнительной индуктивности в последовательном соединении.

При выборе конденсатора местного байпаса следует учитывать несколько аспектов. Эти факторы включают выбор правильного номинала конденсатора, материала диэлектрика, геометрии и расположения конденсатора относительно ИС. Типичная емкость разделительных конденсаторов – керамические 0,1 мкФ.

5. Фильтрация электромагнитных помех

Излучение электромагнитных помех может происходить от любого кабеля питания, входящего или выходящего из корпуса источника питания.Разработчики печатных плат ожидают, что источник питания будет поддерживать уровни электромагнитных помех ниже определенного ими предела частотного спектра. Поэтому фильтры электромагнитных помех используются в точках ввода мощности для уменьшения кондуктивного шума.

Подробнее: 7 советов и рекомендаций по проектированию печатных плат для защиты от электромагнитных помех и электромагнитной совместимости

Архитектура фильтра электромагнитных помех позволяет блокировать высокочастотный шум. Очень важно, чтобы разработчик тщательно разместил компоненты схемы фильтра, чтобы предотвратить передачу энергии компонентами по дорожкам, которые их соединяют

6.Амплитудно-частотная характеристика системы энергоснабжения

Когда блоки питания загружаются внезапно, скажем, от холостого хода до полной нагрузки, выходное напряжение имеет тенденцию кратковременно снижаться и возвращаться к нормальному напряжению. В некоторых случаях выходной сигнал будет колебаться в течение некоторого времени, прежде чем напряжение стабилизируется до нормального. Если колебания выходят за пределы проектных, необходимо настроить выходные конденсаторы и компенсационные конденсаторы. Например, для LM7805 рекомендуется поставить конденсатор 0,1 мкФ рядом с выходным контактом.Точно так же внезапная разгрузка регулятора может вызвать перерегулирование и колебания.

Для лучшего отклика от схемы, убедитесь, что выбранные компоненты находятся в пределах проектных ограничений. Независимо от того, находятся ли цепи переменного или постоянного тока, они имеют разную реакцию. Цепи постоянного и переменного тока следует рассматривать отдельно.

7. Целостность электропитания (PI)

Разработчики должны обеспечить целостность питания конструкции источника питания. Целостность питания – это просто качество мощности, подаваемой в цепь.Это измерение того, насколько эффективно мощность передается от источника к нагрузке в системе, что гарантирует, что все цепи и устройства снабжены соответствующей мощностью, чтобы достичь желаемых характеристик схемы.

Источник питания с меньшим уровнем шума может обеспечить более высокую целостность питания. Дизайн для обеспечения целостности питания – это не что иное, как управление шумом источника питания. Существуют инструменты моделирования, которые помогают оценить качество электроэнергии в цепи. Такие инструменты помогают оценивать падения напряжения, рекомендуют размещение разделительных конденсаторов, а также таким образом выявляют горячие точки с высоким током, протекающим в цепях.

Заключение

Хорошие блоки питания – залог правильной работы электронного устройства. Как мы видели, разработчик печатных плат может использовать несколько вариантов при проектировании источника питания. При этом важен выбор регуляторов, конденсаторов и фильтрации электромагнитных помех. Точно так же при проектировании системы электропитания следует учитывать тепловой эффект и реакцию на нагрузку.

В то же время следуйте рекомендациям, указанным в паспортах ИС блока питания.Толщина дорожек и размещение компонентов играют решающую роль в конструкции источника питания.

СКАЧАТЬ НАШЕ РУКОВОДСТВО ПО ДИЗАЙНУ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ:

Часть 3: Линейный источник питания

Почти с тех пор, как было электричество, были линейные источники питания, но иногда одного не хватало.

Для некоторых проектов требуется более одного напряжения, и иногда второе напряжение должно быть отрицательным по отношению к первому. Одна из причин этого заключается в том, что напряжение около 0 В невозможно контролировать, если оно также является вашим самым отрицательным напряжением. Инструментальные и звуковые усилители, которые усиливают истинное напряжение AC , также требуют протекания тока в обоих направлениях, что требует истинного источника питания с двойной полярностью.

Одно из решений – купить два коммерческих источника питания и, убедившись, что они оба не зависят от реальной земли, соединить их вместе с общим напряжением.

Использование двух источников питания позволяет экспериментатору увидеть, что произойдет, если два напряжения изменятся независимо друг от друга, как это может случиться с устройством с батарейным питанием, когда батарея на одной стороне источника питания разряжается раньше, чем на другой стороне.

Таким образом, хотя двойной источник питания с фиксированным напряжением и линейной стабилизацией хорош для производства, иногда лабораторный источник питания должен иметь возможность управлять напряжением независимо; а в других случаях управляются вместе.

В этом месяце мы рассмотрим некоторые из этих требований и основу проекта, чтобы выполнить все это.

Хотя операционный усилитель (операционный усилитель) может использоваться с одним напряжением питания, некоторые проекты требуют, чтобы операционный усилитель питался двумя напряжениями: одно над землей и одно под землей (т.е., отрицательное напряжение).

1

2

Один из способов – использовать две батареи 9 В , соединенных одной положительной клеммой с землей, а другой отрицательной клеммой с массой. Вместе две батареи будут вырабатывать 18 В на двух батареях и питать операционный усилитель +/- 9 В постоянного тока на землю для портативного использования. [1] показывает, как можно использовать два обычных источника питания, соединенных вместе, чтобы сформировать источник питания с двумя шинами.

Два напряжения должны быть одинаковыми, но с противоположной полярностью. Чтобы добиться этого с помощью линейных регуляторов, производители IC имеют как положительные, так и отрицательные регуляторы, такие как дополнительные устройства LM7805 / LM7905. Обширная серия включает +/- 9 В, +/- 12 В, +/- 15 В, +/- 18 В и даже +/- 24 В. Вы, вероятно, больше знакомы с LM7805, у которого есть партнер, LM7905.

Первые две буквы обозначают предпочтения производителя, например «LM», что означает «линейный монолитный».Другие устройства могут использовать мкА, ВКЛ и т. Д. Все числа имеют формат 78xx, регулятор положительного напряжения или 79xx, регулятор отрицательного напряжения, где «xx» представляет напряжение устройств, LM7818 будет, например, положительным регулятором 18 В .

Схема, показанная здесь [2] полезна для операционных усилителей и устройств, требующих +/- 12 В постоянного тока, в проекте с минимальным количеством деталей, который может быть добавлен при необходимости. Светодиод , светодиод и балластный резистор могут быть размещены на входе LM7812 на входе LM7912, чтобы указать исходную мощность на входе, или два светодиода и балластные резисторы, добавленные на каждом выходе, чтобы указать, что выходная мощность доступна.

Регуляторы имеют внутреннюю защиту от перегрузки по току и перегрева, поэтому нет необходимости добавлять дополнительную защиту в схему; хотя предохранитель 2 A может быть добавлен в каждый из входов переменного тока, но не заземлен! Все зависит от того, для чего вы используете схему и что вы действительно защищаете.

Наш следующий шаг на пути к полезному лабораторному источнику питания – это источник питания с двойной полярностью и переменным напряжением обоих типов. Мы будем использовать дополнительную пару регуляторов: LM317 и LM 337.Таблицы данных легко доступны в Интернете и их легко найти.

Первое, что следует отметить в отношении двух регуляторов, – это разные соединения. Хотя люди, использующие эти регуляторы, вероятно, могли бы договориться о том, какие контакты должны быть какими, весьма вероятно, используя LM7805 в качестве вероятной модели, у дизайнеров, очевидно, была веская причина не делать их одинаковыми и не делать их симметричными, зеркальными или , ну все, что можно утверждать как преднамеренное. Иди разберись!

На рисунке ниже показана распиновка LM317 и LM337.Контакты LM317 расположены слева направо, если смотреть на маркированную поверхность: регулировочный штифт, выходной контакт и входной контакт. Есть разумные конструктивные соображения, чтобы сделать такое расположение разумным. Выходной транзистор, возможно, подключенный как к центральному контакту, так и к креплению радиатора, вероятно, обеспечит лучший отвод тепла.

3

Почему тогда LM337 имеет контакты как Регулировка, Вход, Выход? Может быть, кто-нибудь сможет аргументировать это, но я считаю, что это плохой инженерный дизайн.Это все равно, что позволить художникам взять верх. Вместо того, чтобы делать зеркальное отображение PCB для версии положительной печатной платы с отрицательной полярностью, отрицательная сторона печатной платы должна быть спроектирована отдельно. Кроме того, печатная плата проста. Для регулировки каждой полярности можно использовать два отдельных электролизера, или можно подключить два электролизера для одновременной регулировки обоих электролизеров, при условии, что вы понимаете, что напряжения будут совпадать только с тем, что вы используете.

Скрытая настройка, которая использовалась в некоторых довольно дорогих старых источниках питания, заключается в том, чтобы поместить горшок меньшего размера, составляющий одну десятую сопротивления основных горшков, между двумя (объединенными) горшками, при этом дворник должен заземляться.Обычно он обозначается как «Fine Volt Adjust», «Balance Adjust» или аналогичный.

Здесь у нас есть один вариант [4] с потенциометром 100 Ом , соединяющим дворники двух потенциометров с общей землей. Независимо от того, объединены ли две потенциометры напряжения в группу или нет, потенциометр точной балансировки должен обеспечивать достаточную регулировку, чтобы сбалансировать напряжения любой полярности с одним и тем же значением.

4

Регулировка потенциометра приводит к увеличению напряжения на одной полярности и падению напряжения на другой.Небольшая настройка, и вы подобрали напряжения. Неприятность для лаборанта, но простой дешевый трюк для любителей.

Схема [5] имеет ту же схему регулирования, что и раньше, но с добавлением операционного усилителя, который выполняет отслеживание, поэтому требуется только один регулировочный потенциометр. Конечно, можно добавить второй горшок и переключатель, чтобы при необходимости можно было регулировать отдельно.

5

Трансформатор подает источник переменного тока с центральным отводом на входной разъем, который показан как винтовые разъемы; но можно использовать любую форму соединения с соответствующей изоляцией и номинальным током.Самым простым способом провода от трансформатора можно было припаять прямо к печатной плате.

Хотя прямой подход позволяет сэкономить на деталях и снизить риск плохого соединения или потери соединения, он становится проблемой для обслуживания. Печатную плату можно «распаять» и «перепаять» столько раз, прежде чем медная дорожка печатной платы отслоится от платы. Для новичков пайка с первого раза может иметь заметную частоту отказов.

Заземление идет непосредственно к выходному заземлению, которое является не только надежной точкой отсчета, но и помогает гарантировать, что напряжение в этой точке известно.Хотя он не всегда подключается напрямую к земле, «заземлению» электрического распределения, он часто подключается через резистор в диапазоне килоОм или через конденсатор емкостью 600 В 1 мкФ, чтобы помочь заземлить любой RF или даже аудиосистему. помехи, которые попадают в цепь.

Большинство техников по приборам и даже электриков рассказывают о том, как их укусил якобы заземленный провод. Так что это хорошая практика – следовать правилу Малдера: «никому не доверять».

Каждая сторона обмотки с центральным отводом проходит через диодный мост к необработанным положительным и необработанным отрицательным шинам.Два диода подключили катод к катоду к положительной шине, а оставшиеся два подключили анод к аноду к отрицательной шине.

Ток проходит в направлении стрелки в каждом символе диода, и если две полярности нагрузки равны (т. Е. При одинаковом токе нагрузки), ток не будет проходить по дорожке заземления. Однако, если одна нагрузка становится разомкнутой, ток нагрузки оставшейся нагрузки будет проходить по заземляющей дорожке. Поэтому все три дорожки должны быть рассчитаны на ток полной нагрузки источника питания.

Диоды вызывают падение 0,6 В, которое необходимо вычесть из пикового напряжения обмотки трансформатора, по одному прямому напряжению диода на каждую сторону.

Обмотки трансформатора также имеют сопротивление, 0,2 Ом согласно моему мультиметру, но в настоящее время у меня нет подходящего Омметра с низким сопротивлением. Однако при 0,2 Ом (расчетное?) И максимальном токе 1,5 А будет падение 0,3 В на обмотку.

Трансформатор, который я привез домой из Jaycar, тороидальный, с высоким КПД, мощностью 160 ВА, что означает 160 Вольт-Ампер, НЕ Ватт.Трансформаторы и двигатели переменного тока могут указывать максимальную мощность в ваттах, но номинальная мощность в ВА является более важной из двух.

Vrms для моего трансформатора измеряется при 12,48 В переменного тока в заданный день в заданном месте (т.е. напряжение зависит от факторов, которые я не могу контролировать, но в основном это напряжение на моем GPO в любое заданное время суток). Поэтому я могу ожидать 160 ВА / 12,48 В переменного тока = 12,82 А полного тока от двух обмоток. Это намного больше, чем желаемые 1,5 А на каждую сторону, но у него есть много резерва для других дополнений к предлагаемому мной источнику питания для рабочего места.

Обычная ошибка любителей рассчитать минимальный компонент для работы и попытаться заставить ее делать больше, чем она предназначена. Другой трансформатор, имеющий половину мощности, вероятно, стоит всего на несколько долларов меньше.

Этот трансформатор будет обеспечивать +/- 12,48 В среднеквадратического значения или 17,65 В пикового значения, минус 0,6 В падение на диоде, или ~ 17 В постоянного тока с полным сглаживанием (или ~ 34 В постоянного тока, если обе полярности используются последовательно для более высокого напряжения).

C1 и C2 – электролитические конденсаторы, подключенные к положительному и отрицательному источнику питания соответственно.Их задача – уменьшить пульсацию до значения, которое можно контролировать с помощью регуляторов, не вызывая пульсации на выходе. Это обманчиво просто на холостом ходу, поэтому ток нагрузки является одним из важных факторов, определяющих требуемую емкость. Для данного упражнения максимальный ток можно принять равным 1,5 А.

Частота также определяет требования к емкости, как и максимально допустимые пульсации напряжения. Для двухполупериодного источника питания в системе 50 Гц «время» будет не более одного полупериода, половина x 1/50 Гц = 10 мс .

Некоторые инженеры предпочитают использовать частоту пульсаций, которая для двухполупериодной выпрямленной синусоидальной волны составляет 2 x f или 100 Гц в Австралии и других странах с частотой 50 Гц.

Наконец, низкие пульсации напряжения позволяют использовать более высокое выходное напряжение. Будем надеяться на пульсацию 1В и посмотрим, как пойдут расчеты.

Из предыдущего столбца емкость определяется по формуле:

C = It / V

, где «C» – емкость в фарадах, «t» – время в секундах, а «V» – максимально допустимое напряжение пульсации.

Следовательно: C = 1,5 A x 0,01 с / 1 В = 15 000 мкФ или 15 мФ.

Примечание: термин mF используется редко; однако до того, как термин «микрофарад» был принят, термин «ммФ» (милли-милли-Фарад) использовался даже на корпусах конденсаторов, вместо того чтобы принимать метрическую систему «мкФ».

Те, кто предпочитает использовать частоту пульсаций, вычислили бы это как:

C = I / 2fV, = 1,5 / (2 x 50 x 1) = 15 мФ.

Мне не нужен источник питания 1,5 А и не полное доступное напряжение, и поскольку конденсатору требуется некоторое время для зарядки, период 10 мс в любом случае будет несколько меньше, даже при полном токе.Таким образом, хотя 15000 мкФ считается оптимальным, я использовал 4700 мкФ в моем источнике питания и указал 2200 мкФ как подходящие для этой схемы для экспериментов с операционными усилителями.

Один из моих прошлых источников питания был построен с использованием параллельного подключения 10 x 10 000 мкФ для любительского радиоприемопередатчика, поэтому возможны батареи большой емкости. Я предлагаю оставить вокруг них немного места и обеспечить приток воздуха для вентиляции и охлаждения конденсаторов. Они нагреваются под нагрузкой, и если они превышают рекомендуемые пределы температуры (т.например, температура), они могут выделять электролит – иногда даже взрывоопасно.

Также помогает иметь небольшое сопротивление последовательно с каждым конденсатором, чтобы побудить их делить ток. Десять резисторов с сопротивлением 1 Ом, подключенных параллельно, имеют сопротивление всего 0,1 Ом, и это также помогает сгладить пульсации.

C3 и C4, с C7 и C8 защищают регулятор IC от всплесков и EMI шума, который может усиливаться внутренней схемой регулятора; они помогают защитить схему от помех.

Два регулятора имеют разные выводы, поэтому не пытайтесь копировать верхнюю и нижнюю стороны печатной платы. Каждая ИС имеет вход, выход и регулировочный штифт, который легко подключается к входу трансформатора, а выход – к клеммам нагрузки.

Мы также разрешили для D5 и D6 диод от выхода обратно ко входу каждой полярности IC, чтобы защитить IC от индуктивных нагрузок и внезапной потери входной мощности. Они являются необязательной, но дешевой страховкой, просто обратите внимание на их полярность и ориентацию.

D9 и D10 имеют аналогичное назначение, на этот раз защищая регулировочные штырьки каждой ИС от чрезмерных и / или обратных напряжений. Это маловероятно, но и дешево включать.

IC1, LM317, регулируется потенциометром 2 кОм , хотя можно использовать 1 кОм, пока регулятор Adj. Контакт может получить от делителя напряжения 50 мкА мин без нагрузки цепи смещения, вызывая изменения напряжения.

Предполагая, что максимальное выходное напряжение составляет 15 В, чего я, вероятно, не достигну при выборе трансформатора, поскольку напряжение на головке регулятора может быть равно 2.5В при полной нагрузке. Расчетный ток через потенциометр 2 кОм будет равен I = V / R = (15–1,25) / 2,000 = 6,875 мА, что немного ниже рекомендованного 10 мА; и R1 тогда будет R = V / I = 1,25 В / 6,875 мА = 182 Ом. Поэтому мы будем использовать 180 Ом для R1 и 2000 Ом для VR1.

Для питания с двумя переменными параметрами без отслеживания, мы использовали бы те же значения для R2 и VR2, а также оставим R2 = 180 Ом для версии с отслеживанием. В схеме, которую мы представили, можно добавить переключатель SW1 для переключения между элементами управления двойным выходом и элементами управления слежением.

SW1 не следует изменять при подключенной нагрузке, так как на выходе может произойти скачок напряжения до максимума.

Завершая схему, пока без отслеживания, C7 и C8 часто включаются в блоки питания в качестве своего рода финального фильтра. Во-первых, они помогают еще больше сгладить напряжение на нагрузке, но они также помогают устранить колебания нагрузки в цепи питания. Они могут быть намного больше, 1000 мкФ или более, но мы использовали только 100 мкФ и предполагаем, что они не требуются, если нагрузка постоянная и без пульсаций нагрузки.

Это оставляет нам следящий усилитель, использующий LM741, вместо него можно использовать другие операционные усилители, такие как TL071, LF351 и т. Д. LM741 имеет конденсатор на каждом выводе питания по 10 мкФ. Остальные требуемые компоненты – это три резистора: R3, R4 и R5.

R3 соединяет LM741 неинвертирующий вход, контакт 3, на землю в качестве ссылки. В идеале R3 должен быть равен R4 и R5, включенным параллельно, что составляет 5 кОм, поскольку мы использовали 10 кОм для R4 и R5. Схема показывает R3 как 5k1, что является ближайшим доступным стандартным значением.

R4 и R5 включены последовательно через выходы + ve и -ve, и если они точно равны по сопротивлению, и два выхода точно равны по напряжению, но имеют противоположную полярность, тогда центральное соединение между R3 и R4 будет представлять 0 В на инвертирующий вход LM741; и его выход, если бы он не был подключен к R2, был бы 0В.

При подключении к R2, выход LM741 будет только 0 В, если на выходе обоих регуляторов будет 1,25 В с противоположной полярностью.

Если положительное напряжение было 6.25 В, что означает, что напряжение на регулировочном штыре LM317 составляло 5 В, тогда любое напряжение меньше -6,25 В на выходе -ve приведет к тому, что R4 и R5 сделают инвертирующий вывод LM741 более положительным, чем 0 В.

Выход LM741 станет более отрицательным из-за инвертирующего входа, пока выход LM741 не станет -5 В, что приведет к тому, что LM337 будет генерировать -6,25 В на выходе -ve. В этот момент инвертирующий и неинвертирующий контакты будут равны, а выход LM741 будет стабильным.

Если изменения нагрузки привели к тому, что выходное напряжение LM337 станет более отрицательным, инвертирующий вход LM741 станет слишком отрицательным, в результате чего выход LM741 станет более положительным, пока снова выход + ve не станет равным выходу -ve.

Изменение напряжения на LM317 путем регулировки VR1 заставит LM337 следовать за LM317 с отрицательным выходом того же напряжения.

Хотя цель серии статей «Класс» – помочь вам понять, как работает электроника, мы также хотим поделиться достаточным количеством информации, чтобы вы могли применить эти методы самостоятельно.Однако вы должны знать, что коммерческие источники питания часто имеют необъяснимую схему, которая иногда кажется только для усложнения схемы.

Я полагаю, что добавленная схема вносит определенный вклад при определенных обстоятельствах, но в большинстве случаев коммерческие схемы действительно содержат больше деталей, чем схемы для хобби. Например, конденсатор на VR1 сделает напряжение на VR1 более стабильным, но при регулировке VR1 емкость допускает очень небольшую задержку, измеряемую в миллисекундах, что позволяет LM741 «не отставать».Иногда простой и дешевый блок питания можно модифицировать, чтобы добиться большего, чем предполагалось. Некоторые блоки питания были построены на основе зарядных устройств, но современные зарядные устройства – совсем другое дело.

Часто существуют модификации для коммерческого снаряжения, чтобы помочь снаряжению работать в соответствии с более высокими стандартами, с большей точностью, контролем или управляемостью. Иногда моды позволяют использовать коммерческое оборудование для других целей. Просто убедитесь, что мод хорошо задокументирован, и что вы понимаете, что делается и почему.

Мы не создали проект этого блока питания просто потому, что уже существует множество дешевых коммерческих блоков питания. К тому времени, когда вы соберете корпус, трансформатор, печатную плату, полную компонентов, вольтметр и амперметр, клеммы и проводку, переключатели и ручки, и, без сомнения, другие расходы, о которых я не думал, вы потратите больше, чем может стоить разумный источник питания. купить с полки. Однако, если вам нужен специальный источник питания для определенной цели, и вы не можете просто взять его по дороге домой, приятно знать, что вы можете не только построить что-то, что работает, но также диагностировать неисправности и исправить их, или расширить его функциональность, не теряя контроля.

Часть 1

Часть 2

Метрические таблицы преобразования онлайн

На практике существует ряд различных систем измерения. Большая часть мира адаптировала десятичную систему, названную метрической . Его главное преимущество состоит в том, что все кратные и частные кратные базовых единиц связаны с базовой единицей множителем десяти. Технически существуют разные метрические системы. В настоящее время Международная система единиц (СИ), основанная на метре, килограмме и секунде, признана стандартной.В США имперские и обычные единицы все еще используются в торговле и домашнем хозяйстве. Здесь вы найдете таблицы преобразования некоторых общепринятых величин в метрическую систему. ЕДИНИЦЫ ДЛИНЫ МЕТРИЧЕСКИЕ IMPERIAL (США) 1000 мкм знак равно 1 миллиметр 1000 мил знак равно 1 дюйм 10 миллиметров знак равно 1 сантиметр 12 в дюймах знак равно 1 стопа 10 см знак равно 1 дециметр 3 футов знак равно 1 двор 10 дециметров знак равно 1 метр 22 ярдов знак равно 1 цепь 10 метров знак равно 1 декаметр 10 цепи знак равно 1 фарлонг 1000 метров = 1 километр 8 фарлонг (5280 футов) = 1 миля ТАБЛИЦА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ДЛИНЫ IMPERIAL (США) TO METRIC МЕТРИЧЕСКИЙ ДО ИМПЕРСКОГО (США) 1 мил = 0. 0254 мм 1 миллиметр ≈ 39,4 мил 1 дюйм = 25,4 миллиметра 1 сантиметр ≈ 0,39 дюйма 1 фут = 30,48 см 1 метр ≈ 3,28 футов 1 ярд ≈ 0,914 метра 1 метр ≈ 1 ярд 1 миля ≈ 1.609 километров 1 км ≈ 0,621 миль ЕДИНИЦЫ МОЩНОСТИ (ОБЪЕМА) МЕТРИЧЕСКИЕ АНГЛИЙСКИЙ (США) 1 кубический сантиметр = 1 миллилитр 3 чайные ложки = 1 столовая ложка 1000 миллилитров = 1 литр 2 столовые ложки = 1 жидкая унция 1000 литров = 1 куб.м 4 жидких унции = 1 стакан 2 чашки = 1 пинта 2 пинты (8 эт.унций) = 1 кварт 4 кварты = 1 галлон ТАБЛИЦА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ОБЪЕМА (ОБЪЕМА) С АНГЛИЙСКОГО (США) ДО МЕТРИЧЕСКОГО МЕТРИЧЕСКИЙ НА АНГЛИЙСКИЙ (США) 1 капля (метрическая) = 0,05 миллилитра 1 миллилитр = 20 капель (метрическая система) 1 чайная ложка (США) ≈ 4. 93 миллилитра 1 миллилитр ≈ 1/5 чайной ложки (США) 1 столовая ложка (США) ≈ 14,79 миллилитров 1 литр ≈ 1,06 кварты (США) 1 жидкая унция (США) ≈ 29,57 миллилитров 1 куб.м ≈ 1,31 кубических ярдов (264,2 галлона) 1 кварта (США) ≈ 0.95 литров 1 галлон (США) ≈ 3,79 литра ЕДИНИЦЫ ВЕСА МЕТРИЧЕСКИЕ IMPERIAL (США) 1000 миллиграммов = 1 грамм 16 унций = 1 фунт 1000 грамм = 1 килограмм 100 фунтов = 1 центнер 1000 килограмм = 1 тонна 2000 фунтов = 1 тонна (США) ТАБЛИЦА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ВЕСА IMPERIAL (США) TO METRIC МЕТРИЧЕСКИЙ ДО ИМПЕРСКОГО (США) 1 унция ≈ 28.35 граммов 1 грамм ≈ 0,035 унции 1 фунт ≈ 453,6 грамма 1 килограмм ≈ 2,21 фунта 1 тонна США ≈ 907.2 килограмм 1 тонна ≈ 1,10 тонны США ЕДИНИЦЫ ПЛОЩАДКИ МЕТРИЧЕСКИЕ АНГЛИЙСКИЙ (США) 100 квадратных миллиметров = 1 квадратный сантиметр 144 квадратных дюйма = 1 квадратный фут 10000 кв. См = 1 квадратный метр 9 квадратных футов = 1 квадратный двор 10000 кв.м = 1 га 4840 квадратных ярдов = 1 акр 100 га = 1 квадратный километр 640 соток = 1 квадратная миля ТАБЛИЦА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПЛОЩАДЕЙ С АНГЛИЙСКОГО (США) ДО МЕТРИЧЕСКОГО МЕТРИЧЕСКИЙ НА АНГЛИЙСКИЙ (США) 1 квадратный дюйм ≈ 6.45 кв. Сантиметров 1 квадратный сантиметр ≈ 0,155 кв. Дюймов 1 квадратный фут ≈ 0,09 м.кв. 1 квадратный метр ≈ 1.20 квадратных ярда 1 квадратный двор ≈ 0,84 кв.м 1 куб.м ≈ 1,31 кубических ярдов (264,2 галлона) 1 акр ≈ 0.40 соток 1 га ≈ 2,47 соток 1 квадратная миля ≈ 2,59 кв. Км 1 квадратный километр ≈ 0,39 квадратных миль Некоторые из приведенных коэффициентов являются приблизительными. Обратите внимание, что не все названия метрических единиц, перечисленные в этих таблицах, адаптированы к системе СИ. Чтобы узнать об онлайн-инструменте конвертации, см. Наш калькулятор конвертации в метрическую систему.

ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОНИКИ И СПРАВОЧНАЯ ИНФОРМАЦИЯ для НАЧИНАЮЩИХ

<-------------------------------------- -------------------------------------------------- -------------------------------------------------- -------------->

ОСНОВНЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ КОНЦЕПЦИИ

Электроника занимается проектированием, анализом и применением электронных схем. Эта страница знакомит вас со схемой и объясняет работу ее основных компонентов. Прежде всего, что такое схема ? С технической точки зрения, это набор частей, соединенных проводниками, которые образуют (при включении) замкнутый путь, по которому может течь электрический ток для достижения определенной функциональности.

Итак, что такое электрический ток? По определению, ток , ток представляет собой упорядоченный поток электрических зарядов в определенном направлении. Он измеряется как скорость прохождения заряда через заданную область: I = Q / t , где I – ток в амперах, Q – заряд в кулонах, t – время в секундах.Заряд, в свою очередь, является фундаментальным свойством вещества, переносимого некоторыми элементарными частицами, такими как электроны и протоны. Это свойство определяет электромагнитное взаимодействие этих частиц. Он измеряется в кулонах (C) и может иметь два состояния: положительное и отрицательное. В классической физике заряд любой системы, тела или частицы является целым числом, кратным элементарному заряду e , который равен 1,602 × 10 ⁻¹⁹ кулонов. По соглашению, протон имеет заряд + e , а электрон – -e .Хотя электрический ток в проводниках создается в основном движением электронов, долгое время считалось, что направление электрического тока следует принимать так, как если бы это были движущиеся положительные заряды. Другими словами, при анализе цепей мы рассматриваем протекание тока от плюса к минусу.

На поток зарядов влияют электрические поля. Когда заряженная частица движется в поле из точки A в точку B, с этой частицей совершается определенная работа за счет электрических сил. В результате этой работы изменяется потенциальная энергия частицы.Величина этой работы на единицу заряда называется напряжением : В = Вт / Q. Напряжение измеряется в вольтах (1 В – 1 джоуль на кулон). Поскольку мощность по определению – это работа в единицу времени, количество передаваемой мощности (то есть скорость, с которой электрическая энергия преобразуется потоком тока) определяется уравнением P = W / t = V × Q / t = V × I .

ОСНОВНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОМПОНЕНТЫ

Основные части, используемые в электронике, подразделяются на пассивные (например, резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности) и активные (например, транзисторы и диоды).Когда мы занимаемся практическим проектированием и анализом схем, мы обычно заменяем реальные части так называемыми абстракциями схем с сосредоточенными параметрами. Эти абстракции представляют собой идеализированные элементы, которые отражают определенные ключевые аспекты работы реального устройства и позволяют нам рассматривать схему как набор дискретных или «сосредоточенных» элементов.
Три основных электрических компонента: резистор, конденсатор и индуктор. Идеальный резистор определяется как элемент, для которого отношение напряжения к току является постоянным. Это постоянное соотношение называется сопротивлением: R = V / I.Резистор – это рассеивающий элемент: он не накапливает энергию, а просто удаляет ее из схемы, преобразовывая в тепло.

ОПИСАНИЕ ЭЛЕКТРОБЛОКОВ
КОЛИЧЕСТВО	СИМВОЛ	НАИМЕНОВАНИЕ УСТАНОВКА	ОТНОШЕНИЯ С ДРУГИЕ КОЛИЧЕСТВА
Емкость	С	фарад (F)	Q / V
Заряд	Q	кулон (C)	I × т
Электропроводность	G	сименс (S)	I / V или 1 / R
Текущий	I	ампер (А)	Q / т
Индуктивность	л	Генри (H)	В × Δt / ΔI
Напряжение	В	вольт (В)	I × R
Сопротивление	R	Ом (Ом)	В / Я
Примечание: t- время (в секундах)

Конденсатор представляет собой устройство, состоящее из двух проводников, разделенных диэлектриком.