Power Supply: Definition, Functions & Components

Chcesz stworzyć stronę? Find Free WordPress Themes and plugins.

Definicja: Zasilacz to układ elektroniczny przeznaczony do dostarczania różnych napięć ac i dc do pracy sprzętu.

Prawidłowa praca sprzętu elektronicznego wymaga szeregu napięć źródłowych. Niskie napięcia dc są potrzebne do obsługi układów scalonych i tranzystorów. Wysokie napięcia są potrzebne do obsługi kineskopów i innych urządzeń. Baterie mogą dostarczyć wszystkie te napięcia.

Jednakże, energia elektryczna dla urządzeń elektrycznych i elektronicznych jest powszechnie dostarczana przez lokalną firmę energetyczną. Ta moc wychodzi z gniazdka przy 115 V ac, z częstotliwością 60 herców. Do działania niektórych urządzeń potrzebne są różne napięcia.

Funkcje zasilacza

Kompletny obwód zasilacza może wykonywać następujące funkcje:

  1. Podwyższanie lub obniżanie napięcia, poprzez działanie transformatora, do wymaganego napięcia linii prądu przemiennego.
  2. Zapewnienie pewnej metody podziału napięcia w celu spełnienia potrzeb sprzętu.
  3. Zmiana napięcia ac na pulsujące napięcie dc poprzez prostowanie półfalowe lub pełnofalowe.
  4. Filtrowanie pulsującego napięcia dc do czystego stałego napięcia dc do użytku sprzętowego.
  5. Regulowanie mocy wyjściowej zasilacza proporcjonalnie do zastosowanego obciążenia.

Komponenty zasilacza

Schemat blokowy ilustrujący te funkcje jest przedstawiony na rysunku 1. Należy zauważyć, że niektóre funkcje nie występują w każdym zasilaczu. Zobacz rysunek 2, aby zobaczyć typowe komponenty zasilacza komercyjnego.

Schemat blokowy komponentów zasilacza. Schemat blokowy elementów zasilacza. Napięcie wejściowe wynosi 117 V ac. Procesy wykorzystywane w typowym zasilaczu są pokazane poniżej bloków. Wyjście zasilacza może być dc lub ac. Wyjście tego zasilacza to pięć woltów dc.

Rysunek 2. Regulowany zasilacz prądu stałego. (Knight Electronics)

Transformatory mocy Diody

Pierwszym urządzeniem w zasilaczu jest transformator. Jego zadaniem jest zwiększanie lub zmniejszanie napięcia zmiennego źródła do wartości potrzebnych w radiu, telewizji, komputerze lub innych układach elektronicznych.

Większość transformatorów nie posiada żadnego połączenia elektrycznego pomiędzy uzwojeniem wtórnym i pierwotnym. Patrz rysunek 3. Oznacza to, że transformator izoluje obwód podłączony do uzwojenia pierwotnego od obwodu podłączonego do uzwojenia wtórnego.

Izolacja to termin oznaczający brak połączeń elektrycznych pomiędzy uzwojeniem pierwotnym i wtórnym w transformatorze.

Rysunek 3. Izolacja w transformatorze.

Transformator separacyjny to transformator, którego specyficznym celem jest izolowanie obwodu pierwotnego od obwodu wtórnego.

Używanie transformatora izolacyjnego jest elementem bezpieczeństwa, ponieważ pomaga zapobiegać porażeniom w obwodzie wtórnym. Nasze ciało lub ręce muszą być połączone przez oba przewody połączeń wtórnych, aby otrzymać porażenie.

Warunek bezpieczeństwa opisany powyżej nie ma zastosowania w pierwotnym z komercyjnym ac dostarczanym przez firmę energetyczną. Jedno połączenie jest gorące, co oznacza, że połączenie jest elektrycznie pod napięciem. Drugie jest uziemione, lub neutralne. Stanie na ziemi podczas dotykania gorącego połączenia spowoduje porażenie. Dotknięcie samego uziemienia nie spowoduje porażenia.

Drugie uzwojenia mogą być odczepiane w celu zapewnienia różnych napięć. Odczep umieszczony w połowie odległości między dwoma końcami uzwojenia wtórnego nazywany jest odczepem środkowym.

W wielu zasilaczach stosuje się odczep środkowy uzwojenia wtórnego transformatora. Odgałęzione napięcia, Rysunek 4, są o 180 stopni w fazie w odniesieniu do środkowego zaczepu.

Różne transformatory można znaleźć w prawie wszystkich urządzeniach elektronicznych. Powinieneś zrozumieć podstawową teorię i przeznaczenie transformatora. W razie potrzeby przejrzyj rozdział 12.

Lekcja bezpieczeństwa

Transformatory wytwarzają wysokie napięcia, które mogą być bardzo niebezpieczne. Podczas pracy z wysokimi napięciami lub ich pomiaru należy zawsze zachowywać należyty szacunek i szczególną ostrożność.

Rysunek 4. Transformator o środkowym zaczepie.

Prostowanie półfalowe i pełnofalowe

Po przejściu napięcia przez transformator zasilacza, kolejnym etapem jest prostowanie.

Proces zmiany prądu zmiennego na pulsujący prąd stały nazywamy prostowaniem.

Przy zmianie sygnału ac na dc, istnieją dwa rodzaje prostowania: prostowanie półfalowe i prostowanie pełnofalowe.

W przypadku prostownika półfalowego, tylko połowa sygnału wejściowego przechodzi dalej przez prostownik. W przypadku prostownika pełnozakresowego, cała fala wejściowa jest przepuszczana.

Prostowanie półfalowe

Na rysunku 5, wyjście transformatora jest podłączone do diody i rezystora obciążenia, które są połączone szeregowo. Napięcie wejściowe do transformatora pojawia się jako sinusoida.

Polaryzacja fali odwraca się przy częstotliwości przyłożonego napięcia. Napięcie wyjściowe z wtórnika transformatora również pojawia się jako sinusoida. Wielkość fali zależy od współczynnika skręcenia transformatora. Napięcie wyjściowe jest o 180 stopni poza fazą z pierwotnym.

Górna część transformatora (punkt A) jest połączona z anodą diody. Zauważ, że strona B transformatora jest połączona z masą.

Podczas pierwszego półcyklu punkt A jest dodatni. Dioda przewodzi, wytwarzając spadek napięcia na rezystorze R równy IR. Podczas drugiego półcyklu, punkt A jest ujemny. Anoda diody jest również ujemna. Nie zachodzi przewodzenie i nie pojawia się spadek IR na rezystorze R.

Rysunek 5. Podstawowy schemat prostownika diodowego.

Oscyloskop podłączony do R wytwarza przebieg pokazany po prawej stronie na rysunku 6. Wyjście tego obwodu składa się z impulsów prądu płynącego tylko w jednym kierunku i ma taką samą częstotliwość jak napięcie wejściowe. Wyjściem jest pulsujący prąd stały.

Rysunek 6. Przebiegi wejściowe i wyjściowe prostownika diodowego.

Tylko jedna połowa wejściowej fali ac jest wykorzystywana do wytworzenia napięcia wyjściowego. Ten typ prostownika nazywany jest prostownikiem półfalowym.

Spójrz na biegunowość napięcia wyjściowego na rysunku 6. Jeden koniec rezystora R jest podłączony do masy. Prąd płynie od masy do katody. To połączenie sprawia, że koniec R połączony z katodą jest dodatni, jak pokazano na rysunku 5.

Prostownik ujemny można wykonać przez odwrócenie diody w obwodzie, rysunek 7. Dioda przewodzi, gdy katoda staje się ujemna, powodując, że anoda staje się dodatnia.

Prąd przez R płynąłby od anody do masy, przez co koniec anodowy R byłby ujemny, a koniec masowy R bardziej dodatni.

Wolty pobierane zza R, wyjście, byłyby ujemne w odniesieniu do masy. Ten obwód jest nazywany diodą odwróconą. Stosuje się go, gdy wymagane jest ujemne napięcie zasilania.

Rysunek 7. Odwrócona dioda wytwarza napięcie ujemne.

Możliwe jest posiadanie zasilacza, który zapewnia prostowanie półfalowe bez użycia transformatora. Obwód ten nie jest izolowany. Nie ma step up lub step down napięć prądowych. Obwód ten jest prostszy, mniej kosztowny, a ponieważ nie ma transformatora, może być stosowany w mniejszych przestrzeniach, Rysunek 8.

Rysunek 8. Prostowanie półfalowe bez transformatora.

Prostowanie pełnofalowe

Pulsujące napięcie stałe na wyjściu prostownika półfalowego może być odfiltrowane do czystego napięcia stałego. Jednakże, prostownik półfalowy wykorzystuje tylko jedną połowę wejściowej fali ac.

Lepsze działanie filtrujące można uzyskać poprzez zastosowanie dwóch diod. W takim układzie można wykorzystać obie połówki cyklu fali wejściowej.

Obie połówki cyklu na wyjściu mają taką samą polaryzację w tym prostowniku pełnofalowym. Rysunek 9 przedstawia pierwszy półcykl. Rysunek 10 przedstawia drugi półcykl.

Rysunek 9. Strzałki pokazują kierunek prądu w prostowniku pełnofalowym podczas pierwszego półcyklu.

Rysunek 10. Kierunek prądu podczas drugiego półcyklu.

Aby wytworzyć to prostowanie pełnofalowe, na uzwojeniu wtórnym wykonuje się odczep środkowy. Odczep ten jest dołączony do masy.

Na rysunku 9 punkt A jest dodatni, a anoda diody D1 jest dodatnia. Przepływ elektronów jest pokazany strzałkami. Podczas drugiej połowy cyklu wejściowego, punkt B jest dodatni, anoda diody D2 jest dodatnia, a prąd płynie jak pokazano na rysunku 10.

Niezależnie od tego, która dioda przewodzi, prąd przez rezystor obciążenia R jest zawsze w tym samym kierunku. Zarówno dodatnie, jak i ujemne półcykle napięcia wejściowego powodują, że prąd przez R płynie w tym samym kierunku.

Napięcie wyjściowe tego prostownika pełnofalowego jest pobierane z powierzchni R. Składa się ono z impulsów prądu stałego o częstotliwości dwukrotnie większej niż częstotliwość napięcia wejściowego, rysunek 11. Aby wytworzyć to pełnofalowe prostowanie w tym obwodzie, napięcie wtórne zostało obcięte o połowę przez środkowy zaczep.

Rysunek 11. Przebiegi na wejściu i wyjściu pełnofalowego prostownika diodowego.

Diody, D1 i D2, użyte na rysunkach 9 i 10, są pakowane zarówno pojedynczo, jak i parami. Rysunek 12 przedstawia pakiet dwóch prostowników. Środkowe wyprowadzenie jest wykorzystywane jako połączenie dla katod. Katody są połączone razem.

Rysunek 12. Podwójne diody z odczepem środkowym.

Prostowniki mostkowe

Nie zawsze konieczne jest stosowanie transformatora z odczepem środkowym do prostowania pełnofalowego. Pełne napięcie wtórne może być wyprostowane przy użyciu czterech diod w układzie zwanym prostownikiem mostkowym, rysunek 13 i 14. Pokazane są dwa obwody, aby można było obserwować prąd w każdym półcyklu.

Rysunek 13. Prąd w mostku prostowniczym podczas pierwszego półcyklu.

Rysunek 14. Prąd w mostku prostowniczym podczas drugiego półcyklu.

Na rysunku 13 punkt A wtórnika transformatora jest dodatni. Prąd płynie zgodnie z kierunkiem strzałek. Gdy punkt B jest dodatni, prąd płynie jak na rysunku 14.

Znowu zauważ, że prąd przez R płynie zawsze w jednym kierunku. Obie połówki napięcia wejściowego są prostowane i wykorzystywane jest pełne napięcie transformatora.

Prostowniki mostkowe mogą być stosowane w obwodach bez transformatorów. Bez transformatorów, napięcie lub prąd nie będą stopniowane w górę lub w dół. Nie będzie izolacji. Obwody te są również nazywane obwodami mostkowymi z zasilaniem liniowym, rysunek 15.

Uwaga

Podłączenie oscyloskopu bezpośrednio do prostownika mostkowego z zasilaniem liniowym spowoduje powstanie martwej masy, gdy masa oscyloskopu zostanie podłączona do mostka napięciowego linii. Należy zastosować transformator izolacyjny o stosunku 1 do 1, aby zapobiec podłączeniu przewodu masy lunety do gorącego przewodu.

Rysunek 15. Obwód prostownika mostkowego zasilanego z sieci.

Wyjściem prostownika półfalowego lub pełnofalowego jest napięcie pulsujące. Zanim będzie można je zastosować w innych obwodach, należy zredukować pulsacje. Potrzebne jest bardziej stabilne napięcie stałe. Można go uzyskać stosując sieć filtrów.

Na rysunku 16 linia, Eavg, pokazuje średnie napięcie pulsującej fali dc. Jest ono równe 0,637 × napięcie szczytowe. Zacieniowana część fali powyżej linii średniej ma taką samą powierzchnię jak zacieniowana część poniżej linii.

Przemieszczanie się powyżej i poniżej napięcia średniego nazywane jest tętnieniem prądu przemiennego. To właśnie to tętnienie wymaga filtrowania.

Procentowy udział tętnień w porównaniu z napięciem wyjściowym musi być utrzymywany na niewielkim poziomie. Procent tętnień można znaleźć korzystając ze wzoru:

Rysunek 16. Wartość średnia wyjścia prostownika pełnofalowego.

Filtry kondensatorowe

Kondensator podłączony w poprzek wyjścia prostownika zapewnia pewne działanie filtrujące, rysunek 17. Kondensator jest w stanie przechowywać elektrony.

Kiedy dioda lub prostownik przewodzi, kondensator ładuje się szybko do wartości bliskiej napięciu szczytowemu fali. Jest on ograniczony jedynie przez rezystancję prostownika i reaktancję uzwojeń transformatora.

Pomiędzy pulsacjami fali napięcie z prostownika spada. Kondensator rozładowuje się wtedy przez rezystancję obciążenia.

Kondensator, w efekcie, jest komorą do przechowywania elektronów. Przechowuje on elektrony przy szczytowym napięciu, a następnie dostarcza je do obciążenia, gdy moc wyjściowa prostownika jest niska. Patrz rysunek 18.

Rysunek 17. Działanie filtrujące kondensatora.

Rysunek 18. Wejście i wyjście filtra kondensatorowego pokazujące zmianę kształtu fali.

Kondensatory stosowane do tego celu są typu elektrolitycznego, ponieważ duże pojemności są potrzebne w ograniczonej przestrzeni. Typowe wartości kondensatorów wahają się od 4 do 2000 mikrofaradów. Napięcia robocze kondensatorów powinny przekraczać napięcie szczytowe z prostownika.

Filtry LC

Działanie filtrujące można poprawić przez dodanie dławika szeregowo z obciążeniem. Taki obwód filtru LC jest przedstawiony na rysunku 19. Dławik filtrujący składa się z wielu zwojów drutu nawiniętego na laminowany żelazny rdzeń.

Rysunek 19. Dalsze filtrowanie jest wytwarzane przez dławik połączony szeregowo z obciążeniem.

Przypomnijmy, że indukcyjność to ta właściwość obwodu, która stawia opór przy zmianie prądu. Wzrost prądu indukował przeciwny emf, który przeciwstawiał się wzrostowi. Spadek prądu indukował przeciwny emf, który przeciwstawiał się spadkowi. W rezultacie dławik nieustannie przeciwstawia się wszelkim zmianom prądu. Jednak oferuje on bardzo niewielki opór dla prądu stałego.

Dławiki stosowane w radioodbiornikach mają wartości od 8 do 30 henrysów. Prąd znamionowy wynosi od 50 do 200 miliamperów.

Większe dławiki mogą być stosowane w nadajnikach i innych urządzeniach elektronicznych. Działanie filtrujące w wyniku zastosowania dławika filtrującego przedstawiono na rysunku 20.

Rysunek 20. Przebiegi pokazują działanie filtrujące kondensatora i dławika razem.

Drugi kondensator może być użyty w sekcji filtrującej za dławikiem, aby zapewnić większe działanie filtrujące. Patrz rysunek 21. Działanie tego kondensatora jest podobne do działania pierwszego kondensatora. Konfiguracja układu pojawia się jako grecka litera π. Filtr jest nazywany filtrem o przekroju pi (π).

Rysunek 21. Filtr o przekroju Pi (π).

Gdy pierwszym elementem filtrującym jest kondensator, układ nazywamy filtrem wejściowym kondensatorowym. Gdy pierwszym elementem filtrującym jest dławik, układ nazywany jest filtrem wejściowym dławikowym, rysunek 22. Filtr wejściowy z dławikiem wygląda jak odwrócone L, więc jest również nazywany filtrem o przekroju L. Kilka takich sekcji filtrujących można stosować szeregowo w celu zapewnienia dodatkowego filtrowania.

Rysunek 22. Wejściowy filtr L dławikowy

W wejściowym filtrze kondensatorowym kondensator ładuje się do napięcia szczytowego fali wyprostowanej. W filtrze wejściowym z dławikiem prąd ładowania kondensatora jest ograniczony przez dławik. Kondensator nie ładuje się do napięcia szczytowego. W efekcie napięcie wyjściowe zasilacza wykorzystującego filtr wejściowy z kondensatorem jest wyższe niż tego wykorzystującego filtr wejściowy z dławikiem.

Znalazłeś apk dla androida? Możesz znaleźć nowe Darmowe Gry i Aplikacje Android.

Leave a Comment

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *