Блок живлення (F.A) має функцію подачі адекватної та стабільної напруги та струму на кожен блок електронної системи (комп'ютер, телевізор, сигналізація тощо).
Для початку теми ми пропонуємо аналіз схеми, що за допомогою простого транзистора і стабілітрона ми матимемо стабільну напругу на виході
Ми проходимо крізь діод стабілітрона і вирішуємо проблему
Стабілітрон.
Діоди виготовляються для конкретних напруг, так що діод з напругою 5,1 вольта, поляризований у зворотному напрямку, робить напругу між анодом і катодом незмінною, хоча струм, що проходить через нього, змінюється.
Вправа 1. У наступній схемі обчисліть:
- Вихідна напруга та струм
- Струм через стабіліт
- Потужність, яку споживає транзистор (задана Vce * Ie). Вважайте, що коефіцієнт підсилення β дорівнює 100, а напруга Vbe - 0,7 вольт.
- Потужність, що подається на навантаження (Rl)
- Ефективність системи, що визначається співвідношенням між поставленою потужністю та загальною споживаною системою потужністю
- Якщо навантаженням була лампочка, зробіть схему з дільником напруги, щоб напруга в лампочці була однаковою
- Припустимо, що в двох контурах, які ми маємо (джерело і дільник), ми збільшуємо напругу з 9 до 12 вольт. Яку напругу буде мати зараз лампочка в обох випадках?.
- Зберіть схему крокодила та отримайте контраст
Транзисторні джерела зі змінним виходом
Шрифти також можуть бути розроблені для роботи в певному діапазоні.
У випадку з малюнком ми маємо джерело, яке ми можемо регулювати в діапазоні від 0 до 12 Вольт, залежно від величини опору, паралельного 12-вольтовому стабілітрону.
Насправді джерело не досягне 12 вольт, оскільки нам доведеться відняти напругу від переходу базовий емітер.
Джерела можна уточнити у два типи
1-е лінійне джерело.
Вони є звичайними джерелами, що складаються з модулів:
Трансформатор (який зменшує напругу з 220 вольт до напруги, ближчої до використовуваної)
Випрямляч (отримує позитивні цикли хвилі на одному терміналі)
Система фільтрації (усуває високі частоти, піки напруги тощо)
Кучерявий редуктор (зменшує коливання напруги). Саме конденсатор ставиться на виході діодів
Регулятор (стабілізує вихідну напругу).
Ми покажемо загальну його схему:
У цих джерелах використовуються трансформатори, що працюють на частоті мережі (50 Гц) з великими недоліками, оскільки ці компоненти зазвичай дорогі, з великим обсягом і вагою. Вони також генерують втрати в залізі та міді, породжуючи глобальні втрати в роботі f.a.
Розвиток інтегрованої електроніки призвів до того, що схеми, які раніше займали значний простір, були інтегровані в схеми з відповідними висновками, щоб отримати рішення в п. Відомий випадок - сімейство 78XX, яке з трьома терміналами (вхідним, вихідним та керуючим) стабільно пропонує різні вихідні напруги. Значення вихідного сигналу залежить від припинення його нумерації, тому 7805 має вихідну напругу 5 вольт, а 7812 - вихідний сигнал 12 вольт. Кожен з них має діапазон значень вхідної напруги, який у випадку 7805 становить мінімум 7 вольт і максимум 25 вольт. На наступному зображенні ми маємо схему, яка з'єднала загальну клему з дільником напруги і може запропонувати іншу вихідну напругу.
Вправа 2. Виконайте відповідний аналіз, щоб отримати значення вихідної напруги. Типовий струм через загальну клему становить 80 мА. Візьміть до уваги, що регулятор lm 7805 має напругу між виходом і контрольним значенням 5 вольт. Оскільки до нас підключений потенціометр 1 К, обчисліть максимальну та мінімальну напругу, яку ми маємо на виході.
Іншим важливим блоком є всі джерела - системи захисту від стрибків напруги.
Мережа зазвичай приносить ряд піків напруги від різних джерел, пуск двигуна, перемикання тощо. Ці короткі напруги можуть призвести до пошкодження системи. Типова конфігурація цих блоків показана на наступному зображенні.
Комутаційне джерело живлення
У цьому випадку ми маємо компонент (транзистор), який перемикається на високих частотах для отримання високочастотних квадратних сигналів, які будуть виправлені та відфільтровані.
Як наслідок низької ефективності, яку дають лінійні системи (див. Вправу 1), ці системи дозволяють нам покращити цей коефіцієнт, оскільки транзистори не працюють весь час, як і в попередніх.
У цьому випадку пристрій буде працювати в режимі перемикання (переходячи від зрізу до насичення і навпаки).
У 70-х роках цей тип джерел мав важливий розвиток, працюючи на стороні високої напруги, з високою віддачею (понад 80%), з низькою вартістю та обсягом.
Ефективність:
Ми побачимо, що у звичайному регуляторі, вихідна напруга якого 5 В, а вихід 1 А, якщо вхідна напруга 30 вольт, падіння напруги дорівнює 25 В, що при проходженні через керуючий транзистор потужність розсіюється (25 V * 1 A) = 25 Вт, які втрачаються як тепло. У цьому випадку ми маємо, що для подачі 5 Вт ми маємо загальне споживання 30 Вт (5 поставлених та 25 спожитих). Ефективність:
Ми маємо лише ККД 16,6%
У разі заміни ми маємо прибуток 80%.
У комутованих джерелах живлення ті, хто відповідає за керування потужністю, також є транзисторами, але при роботі в режимі з провідністю виріб, добуток Vce * Ie (у випадку біполярного), ми завжди матимемо добуток високого значення на низьке значення, отже, потужність, що споживається транзистором, є низькою.
Частота перемикання (коли транзистор переходить від граничного значення до насичення), як правило, обмежується у біполярних транзисторах приблизно до 40 кГц., Але якщо використовуються силові MOSFET-транзистори, частота зростає до приблизно 200 кГц, що представляє значну економію в розмірі трансформатори. На наступному зображенні ми показуємо основну схему f.a. переключено
Взагалі кажучи, блок управління (той, що вказує 30 кГц) змушує транзистор переходити від відсікання до насичення і навпаки, контролюючи час активності напівпровідника і, отже, енергію, яка передається первинній частині трансформатор, який збирається вторинним пристроєм і виправляється на другому ступені.
Існує кілька способів управління пристроєм для управління потоком струму. Ми побачимо один з них, який називається Step-Down (Buck Converter).
У цій конфігурації регулювання схоже на регулювання понижуючого трансформатора, вихідна напруга нижча від напруги подачі. Покажемо схему цього ланцюга (аналогічно поясненню реального)
Якщо ми подивимося на попередній малюнок, коли транзистор (представлений перемикачем S) замикається, ми маємо стан Ton, момент, коли струм проходить через індуктор L. З усього струму, який проходить, частина присвячена навантаження, а інший використовується для зарядки конденсатора C. В цей час D має зворотний зсув і не проводить.
Якщо перемикач відкривається, ми маємо новий стан Toff.
Індуктор протистоїть різким змінам струму і, отже, змінить напругу на своїх затискачах, щоб змусити струм продовжувати текти в тому ж напрямку.
У цій новій ситуації діод поляризується прямою і встановлюється круговий струм, який починається від правого краю котушки, проходить через навантаження і повертається через анод діода до лівої клеми котушки. У цей інтервал часу струм, що досягає навантаження, подається через L і C.
Як ми регулюємо вихідну напругу ?
Як ми вже говорили раніше, регулювання напруги на виході досягається шляхом зміни тонового часу транзистора, і одним із способів його досягнення є ШІМ (широкоепульсна модуляція або широтно-імпульсна модуляція).
Ми показуємо загальну схему досягнення цієї мети. На схемі попереднього малюнка Vo (вихідна напруга) має дільник напруги, утворений R1 і R2. Напруга в цій точці порівнюється з напругою, яку ми хочемо отримати, і яка зазвичай надходить від потенціометра.
А1 порівнює ці два значення і генерує диференціальну напругу на його виході. Припустимо, що напруга Vo зростає і, отже, напруга, яка надходить у компаратор. Вихід А1 тепер вищий. Це збільшує час, необхідний для досягнення нового значення, і, отже, залишковий імпульс менший, а на тонну менше часу.
Це зменшує струм індуктивності L і, отже, кількість переданої енергії, для якої Vo стане менше.
Якщо з якихось причин трапляється навпаки, з нижчим Vo, процес той самий:
V0 ↓ >> Диференціальна напруга в A1 ↓ >> Час досягнення значення тригера трикутного сигналу ↓ >> A2 генерує імпульс до >> Занадто ↑ >> Збільшує струм на котушку L >> Напруга V0 ↑
Типове джерело для домашнього використання представлене нижче.
Вправа3: На наступному зображенні напишіть, чому відповідає кожна нумерація, та поясніть її функцію.
Показати/приховати рішення
Вправа 4. Чи можливо для комутаційного джерела генерувати вихідну напругу вище вхідної? Поясніть аргументовано, як можете, якщо це можливо.