A tápegység (F.A) feladata, hogy megfelelő és stabil feszültséget és áramot szolgáltasson egy elektronikus rendszer minden blokkjához (számítógép, televízió, riasztórendszer stb.).
A téma elkezdéséhez javaslatot teszünk egy áramkör elemzésére, amely szerint egyszerű tranzisztorral és zenerrel stabil feszültség lesz a kimeneten
Átmegyünk a zener diódán és megoldjuk a problémát
zener dióda.
A diódákat meghatározott feszültségekre gyártják, így egy 5,1 voltos dióda fordítottan polarizálva az anód és a katód közötti feszültséget ezen a feszültségen tartja, bár az átfolyó áram változó.
1. Feladat . A következő áramkörben számítsa ki:
- Kimeneti feszültség és áram
- Az áram a zeneren keresztül
- A tranzisztor által fogyasztott teljesítmény (Vce * Ie által megadott). Vegyük figyelembe, hogy a β erősítés 100, a Vbe feszültség pedig 0,7 volt.
- A terhelésre leadott teljesítmény (Rl)
- A rendszer hatékonysága, amelyet a leadott teljesítmény és a rendszer által elfogyasztott teljes teljesítmény kapcsolata ad
- Ha a terhelés villanykörte volt, akkor készítsen egy áramkört feszültségosztóval, hogy a villanykörte feszültsége megegyezzen
- Tegyük fel, hogy a két áramkörünkben (a forrás és az osztó) a feszültséget 9-ről 12 voltra növeljük. Milyen feszültség lesz most az izzónak mindkét esetben?.
- Állítsa össze a krokodil áramkört és a kontraszt eredményeit
Tranzisztorforrások változó kimenettel
A betűtípusokat úgy is megtervezhetjük, hogy bizonyos tartományon belül működjenek.
Az ábra esetében van egy forrásunk, amelyet 0 és 12 volt közötti tartományban tudunk szabályozni, attól függően, hogy mekkora az ellenállás értéke párhuzamos a 12 voltos zenerrel.
Valójában a forrás nem éri el a 12 V-ot, mivel le kell vonnunk a feszültséget az alap-emitter csomópontból.
A forrásokat két típusra lehet tisztázni
1. Lineáris Forrás.
Ezek a hagyományos források, amelyek a következők moduljaiból állnak:
Transzformátor (amely csökkenti a feszültséget 220 V-ról a használathoz közelebbire)
Egyenirányító (megkapja a hullám pozitív ciklusait egy terminálon)
Szűrőrendszer (kiküszöböli a magas frekvenciákat, feszültségcsúcsokat stb.)
Göndör reduktor (csökkenti a feszültségváltozásokat). A kondenzátor kerül a diódák kimenetére
Szabályozó (stabilizálja a kimeneti feszültséget).
Mutatunk egy általános sémát:
Ezek a források a hálózat frekvenciáján (50 Hz) működő transzformátorokat használnak nagy hátrányokkal, mivel ezek az alkatrészek általában drágák, nagy térfogattal és tömeggel. Vas- és rézveszteségeket is okoznak, ami globális veszteségeket okoz az f.a teljesítményében.
Az integrált elektronika fejlődése azt eredményezte, hogy a korábban jelentős helyet elfoglaló áramköröket integrálni kellett az áramkörökbe a megfelelő csapokkal, hogy megoldásokat nyújtsanak f.a. Közismert eset a 78XX család, amely három kivezetéssel (bemenet, kimenet és vezérlés) stabilan kínál különböző kimeneti feszültségeket. A kimenet értéke számozásának megszűnésétől függ, így a 7805 5 voltos vagy a 7812 12 voltos kimenettel rendelkezik. Mindegyiküknek van egy bemeneti feszültségérték-tartománya, amely a 7805 esetében minimum 7 volt, maximum 25 volt. A következő képen van egy áramkör, amely a közös kivezetést egy feszültségosztóra köti, és más kimeneti feszültséget tud kínálni.
2. gyakorlat Végezze el a megfelelő elemzést a kimeneti feszültség értékének megszerzéséhez. A tipikus áram a közös terminálon keresztül 80 mA. Vegye figyelembe, hogy az lm 7805 szabályozó feszültsége a kimenet és a referenciaérték között 5 volt. Mivel 1 K potenciométer van csatlakoztatva, számítsa ki a kimeneten lévő maximális és minimális feszültséget.
Egy másik fontos blokk minden forrás a feszültség-tüske elleni védelmi rendszerek.
A hálózat általában egy sor feszültségcsúcsot hoz különböző forrásokból, motorindításból, kapcsolásból stb. Ezek a rövid ideig tartó magas feszültségek károsíthatják a rendszert. Ezen blokkok tipikus konfigurációját a következő kép mutatja.
Kapcsolott tápegység
Ebben az esetben van egy olyan komponensünk (tranzisztorunk), amely nagy frekvencián kapcsol, hogy nagyfrekvenciás négyzetjeleket kapjon, amelyeket kijavítunk és szűrünk.
A lineáris rendszerek alacsony hatékonyságának következtében (lásd az 1. gyakorlatot) ezek a rendszerek lehetővé teszik számunkra ezen tényező javítását, mivel a tranzisztorok nem működnek folyamatosan, mint az előzőekben.
Ebben az esetben az eszköz kapcsolási üzemmódban fog működni (átvágásról telítettségre és fordítva).
A 70-es években ez a fajta fontos fejlemény volt, nagyfeszültségű oldalon működött, magas hozammal (80% felett), alacsony költséggel és mennyiséggel.
Hatékonyság:
Látni fogjuk, hogy egy hagyományos szabályozóban, amelynek kimeneti feszültsége 5 V és 1 A kimenet, ha a bemeneti feszültség 30 volt, akkor a feszültségesés 25 V, amikor a vezérlő tranzisztoron áthaladva a teljesítmény eloszlik (25 V * 1 A) = 25 W, amelyek hőveszteségként vesznek el. Ebben az esetben az 5 wattos teljesítmény teljes fogyasztása 30 W (5 leadott és 25 elfogyasztott). A hatékonyság:
Csak 16,6% -os hatékonysággal rendelkezünk
Kommutált esetén 80% -os hozamunk van.
A kapcsolt tápegységekben az áramszabályozásért felelős személyek szintén tranzisztorok, de amikor vezetőképes üzemmódban dolgoznak, a Vce * Ie szorzata (bipoláris esetén) mindig egy nagy alacsony érték, ezért a tranzisztor által fogyasztott teljesítmény alacsony.
A kapcsolási frekvencia (amikor a tranzisztor átvág a leválasztásról a telítettségre) általában korlátozott a bipoláris tranzisztorokban kb. 40 KHz-re. transzformátorok. A következő képen egy f.a. alapdiagramját mutatjuk be. váltott
Általánosságban elmondható, hogy a vezérlőblokk (amely 30 Khz értéket jelez) a tranzisztort átvágja a leválasztásról a telítettségre és fordítva, szabályozva a félvezető aktív idejét, és ezért azt az energiát, amelyet a transzformátor, amelyet a szekunder összegyűjt és egy második szakaszban egyenirányít.
Számos módja van az eszköz vezérlésének az áramlás szabályozására. Meglátjuk az egyiket, úgynevezett Step-Down (Buck Converter).
Ebben a konfigurációban a szabályozás hasonló a lépcsőzetes transzformátor szabályozásához, amelynek kimeneti feszültsége alacsonyabb, mint a szállítási feszültség. Megmutatjuk ennek az áramkörnek a sémáját (hasonlóan a valós magyarázatához)
Ha az előző ábrát figyeljük meg, amikor a tranzisztor (amelyet az S kapcsoló képvisel) bezáródik, akkor megkapjuk a Ton állapotot, amelyben egy áram áthalad az L induktivitáson. egy másik pedig a C kondenzátor töltésére szolgál. Ebben az időben D fordított előfeszítésű és nem vezet.
Ha a kapcsoló megnyílik, akkor új Toff állapotunk van.
Az induktor ellenzi az áram hirtelen változását, és ezért megváltoztatja a kapcsainak feszültségét, hogy az áram továbbra is ugyanabba az irányba áramoljon.
Ebben az új helyzetben a dióda egyenesen polarizálódik, és létrejön egy köráram, amely a tekercs jobb szélétől indul, áthalad a terhelésen és visszatér a dióda anódján keresztül a tekercs bal kapcsa felé. Ebben az időintervallumban a terhelést elérő áramot L és C táplálja.
Hogyan szabályozzuk a kimeneti feszültséget ?
Mint már korábban említettük, a kimenet feszültségének szabályozása a tranzisztor Ton idejének módosításával érhető el, és ennek egyik módja a PWM (impulzusszéles moduláció vagy impulzusszélesség-moduláció).
Mutatunk egy általános rendszert ennek a célnak az elérésére. Az előző ábra sémájában a Vo (kimeneti feszültség) R1 és R2 által alkotott feszültségosztóval rendelkezik. Az ebben a pontban lévő feszültséget összehasonlítjuk azzal a feszültséggel, amelyet meg akarunk szerezni, és amely általában egy potenciométerből származik.
Az A1 összehasonlítja ezt a két értéket, és differenciális feszültséget generál a kimenetén. Tegyük fel, hogy a Vo feszültség növekszik, és ezért a komparátorba belépő feszültség. Az A1 kimenete most nagyobb. Ez megnöveli az új érték eléréséhez szükséges időt, ezért a fennmaradó impulzus kevesebb, egy tonnával kevesebb idő.
Ez csökkenti az L induktív áramot és következésképpen az átadott energia mennyiségét, amelyhez a Vo kevesebb lesz.
Ha valamilyen okból éppen ellenkezőleg fordul elő, alacsonyabb Vo esetén a folyamat ugyanaz:
V0 ↓ >> Differenciálfeszültség A1-ben ↓ >> A triggerváltás elérésének ideje a háromszögjel ↓ >> A2 impulzust generál, mielőtt >> Túl ↑ >> Növeli az áramot tekercsenként L >> A feszültség V0 ↑
A háztartási felhasználás tipikus forrását az alábbiakban mutatjuk be.
3. gyakorlat: A következő képbe írja be, hogy mi minden számozás felel meg, és magyarázza el a funkcióját.
Megoldás megjelenítése/elrejtése
4. gyakorlat. Képes-e egy kapcsolóforrás a bemeneti feszültségnél magasabb kimeneti feszültséget előállítani? Indokolt módon magyarázza el, hogyan lehet, ha lehetséges.