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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Cálculo de fontes de alimentação. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Radioamador iniciante A grande maioria dos projetos de rádio amador é alimentada pela rede elétrica através da fonte de alimentação. Geralmente contém um transformador de rede T1 (Fig. 45), um retificador de diodo VD1 -VD4 e um capacitor de suavização de óxido de alta capacidade C1. Dispositivos auxiliares, mas necessários, incluem o interruptor SA1, o fusível FU1 e o indicador de ligado - uma lâmpada incandescente HL1 em miniatura, com tensão nominal, uma tensão ligeiramente maior do enrolamento secundário do transformador (lâmpadas que queimam com baixo calor duram muito mais ). Um regulador de tensão, se presente, é conectado entre a saída do retificador e a carga. A tensão em sua saída, via de regra, é menor que Uout, e uma potência perceptível é gasta no estabilizador. Vamos começar com o cálculo do transformador de rede. Suas dimensões e peso são totalmente determinados pela potência que a fonte de alimentação deve fornecer: Рout = Uout ·Iout. Se houver vários enrolamentos secundários, é necessário somar todas as potências consumidas por cada um dos enrolamentos. Para a potência calculada, adicione a potência da luz indicadora Rind e as perdas de potência nos diodos retificadores Rvyp = 2Upr Iout onde Unp é a queda de tensão direta em um diodo, para diodos de silício é 0,6 ... 1 V, dependendo da corrente. Unp pode ser determinado a partir das características dos diodos fornecidas nos livros de referência. Da rede, o transformador consumirá energia, um pouco maior do que a calculada, que está associada a perdas no próprio transformador. Existem "perdas no cobre" - para aquecer os enrolamentos quando a corrente passa por eles - são perdas comuns causadas pela resistência ativa dos enrolamentos e "perdas no ferro" causadas pelo trabalho de remagnetização do núcleo e correntes parasitas em suas placas. A relação entre a potência consumida da rede e a potência de saída é igual à eficiência do transformador η. A eficiência dos transformadores de baixa potência é baixa e chega a 60 ... 65%, aumentando para 90% ou mais apenas para transformadores com potência de várias centenas de watts. Então, Рtr \uXNUMXd (Pout + Rind + Rvyp) / η Agora é possível determinar a área da seção transversal da haste central do núcleo (passando pela bobina) usando a fórmula empírica: S2=Ptp. As designações dos circuitos magnéticos já contêm dados para determinar a seção transversal. Por exemplo, W25x40 significa que a largura da parte central da placa em forma de W é de 25 mm e a espessura do conjunto de placas é de 40 mm. Dado o ajuste frouxo das placas umas às outras e a camada de isolamento nas placas, a seção transversal desse núcleo pode ser estimada em 8 ... 9 cm2, e a potência do transformador enrolada nele - em 65 .. .80 W. A área da seção transversal do núcleo central do circuito magnético do transformador S determina o próximo parâmetro importante - o número de voltas por volt. Não deve ser muito pequeno, caso contrário, a indução magnética no circuito magnético aumenta, o material do núcleo entra em saturação, enquanto a corrente ociosa do enrolamento primário aumenta acentuadamente e sua forma se torna não senoidal - grandes picos de corrente aparecem no topo de as meias-ondas positivas e negativas. O campo disperso e a vibração das placas aumentam acentuadamente. O outro extremo - um número excessivo de voltas por volt - leva ao consumo excessivo de cobre e ao aumento da resistência ativa dos enrolamentos. Também é necessário reduzir o diâmetro do fio para que os enrolamentos caibam na janela do circuito magnético. Estas questões são consideradas em mais detalhes em [1]. O número de voltas por volt n para transformadores de fábrica enrolados em um núcleo padrão de placas em forma de W é geralmente calculado a partir da razão n \u45d (50 ... 2) / S, onde S é medido em cm10. Determinando n e multiplicando-o pela tensão nominal do enrolamento, obtém-se seu número de voltas. Para enrolamentos secundários, a tensão deve ser tomada XNUMX% a mais que a tensão nominal para levar em consideração a queda de tensão em sua resistência ativa. Todas as tensões nos enrolamentos do transformador (UI e UII na Fig. 45) são tomadas em valores efetivos.
O valor da amplitude das tensões será 1,41 vezes maior. Se o enrolamento secundário estiver carregado no retificador da ponte, a tensão na saída do retificador Uout em marcha lenta é quase igual à amplitude no enrolamento secundário. Sob carga, a tensão retificada diminui e se torna igual a: Uout = 1,41UII-2Unp-Ioutrtrp. Aqui rtp é a resistência do transformador do lado do enrolamento secundário. Com precisão suficiente para a prática, podemos definir rtp = (0,03 ... 0,07) Uout / Iout, e coeficientes menores são considerados para transformadores mais potentes. Tendo determinado o número de voltas, deve-se encontrar as correntes nos enrolamentos. Corrente do enrolamento secundário Iii = Iind + Pout/UII. Corrente ativa do enrolamento primário (devido à corrente de carga) Iia = Ptr / UI. Além disso, uma corrente reativa "magnetizante" também flui no enrolamento primário, criando um fluxo magnético no núcleo, quase igual à corrente sem carga do transformador. Seu valor é determinado pela indutância L do enrolamento primário: Iip = Ui/2πfL Na prática, a corrente sem carga é determinada experimentalmente - para um transformador devidamente projetado de média e alta potência, é (0,1 ... 0,3) IiA. A corrente reativa depende do número de voltas por volt, diminuindo à medida que n aumenta. Para transformadores de baixa potência, Iip = (0,5 ... 0,7) IiA é permitido. As correntes ativa e reativa do enrolamento primário são somadas em quadratura, então a corrente total do enrolamento primário Ii2 = Iiai2 + Iipi2. Determinadas as correntes dos enrolamentos, é necessário encontrar o diâmetro do fio com base na densidade de corrente permitida para transformadores de 2 ... 3 A / mm2. O cálculo é facilitado pelo gráfico mostrado na Fig. 46 [2].
A possibilidade de colocar os enrolamentos na janela é avaliada da seguinte forma: medindo a altura da janela (largura da bobina), determina-se o número de voltas de uma camada de cada enrolamento e, a seguir, o número necessário de camadas. Multiplicando o número de camadas pelo diâmetro do fio e adicionando a espessura dos espaçadores isolantes, obtém-se a espessura do enrolamento. A espessura de todos os enrolamentos não deve ser maior que a largura da janela. Além disso, como é impossível enrolar manualmente, a espessura resultante dos enrolamentos deve ser aumentada em 1,2 ... 1,4 vezes. Em conclusão, apresentamos um cálculo simplificado do retificador (Fig. 45). A corrente média direta permitida dos diodos no circuito da ponte deve ser de pelo menos 0,5Iout; na prática, são escolhidos diodos com uma grande corrente direta (para confiabilidade). A tensão reversa permitida não deve ser inferior a 0,71 Uii + 0,5Uout, mas como em marcha lenta Uout atinge 1,41Uii, é aconselhável escolher a tensão reversa dos diodos não inferior a esse valor, ou seja, o valor da amplitude da tensão no enrolamento secundário. Também é útil levar em consideração possíveis flutuações na tensão da rede. A amplitude da ondulação de tensão retificada em volts pode ser estimada usando uma fórmula simplificada: Pulso = 5Iout/S. A corrente de saída é substituída em amperes, a capacitância do capacitor C1 está em microfarads. Em correntes de carga de várias dezenas de miliamperes ou menos, é permitido limitar o dispositivo mais simples com um diodo zener. Para altas correntes de carga, recomendamos o uso de um estabilizador um pouco mais complexo, cujo circuito é mostrado na Fig. 47.
Como você pode ver, aqui, ao estabilizador mais simples nos elementos R1, VD1, é adicionado um seguidor de emissor, montado em um transistor VT1. Se no estabilizador mais simples a corrente de carga não pode ser maior que a corrente do diodo zener, aqui pode exceder a corrente do diodo zener em h21e vezes, onde h21e é o coeficiente de transferência de corrente estática da base do transistor em um Circuito com emissor comum. Para aumentá-lo, um transistor composto é freqüentemente usado no lugar do VT1. A tensão de saída do estabilizador é 0,6 V menor que a tensão de estabilização VD1 (1,2 V para um transistor composto). Recomenda-se iniciar o cálculo de uma fonte de alimentação estabilizada com um estabilizador. Com base na tensão necessária e na corrente de carga, o transistor VT1 e o diodo zener VD1 são selecionados. A corrente de base do transistor será: Ib \u21d Iout / hXNUMXe. Será a corrente de saída do estabilizador mais simples nos elementos R1 e VD1. Em seguida, avalie a tensão mínima na saída do retificador Uout-Upulse - deve ser 2 ... 3 V a mais que a tensão necessária na carga, mesmo na tensão de rede mínima permitida. Além disso, o cálculo é realizado da maneira descrita. Esquemas mais avançados e cálculos de estabilizadores são apresentados em [3]. Perguntas de autoteste 1. Usando as informações das seções anteriores (a resposta ao impulso do circuito RC), obtenha a fórmula acima para a amplitude da ondulação na saída de um retificador não regulado. Neste caso, considere a duração da descarga do capacitor para a carga do retificador de 0,01 s (frequência de pulso 100 Hz) e use a aproximação et/RC - 1 - t/RC. 2. Tendo encontrado um transformador de rede antigo (pode estar queimado), desmonte e desenrole, lembrando ou mesmo anotando como funciona (isso será útil ao fazer você mesmo os transformadores). Estime o número de voltas dos enrolamentos e o diâmetro do fio. Calcule este transformador de acordo com o método descrito e compare os resultados. 3. Calcule uma fonte de alimentação totalmente regulada para uma tensão de 13,5 V e uma corrente de 1 A. Respostas A forma de onda de tensão na saída de um retificador de onda completa sem um capacitor de suavização é mostrada em arroz 64 linha fina. Vemos que a tensão pulsa de zero a Um com frequência de 100 Hz. Na presença de um capacitor, ele é carregado nos picos da tensão retificada para um valor ligeiramente menor que Um, e descargas entre picos. O valor médio da tensão retificada é denotado como UO. amplitude de pulsação - Upulso.
Durante a descarga do capacitor, a tensão nele muda de acordo com a lei especificada na condição do valor UO + vocêpulso até o valor UO - VOCÊpulso Portanto, pode-se escrever UO - VOCÊpulso =(vocêO + vocêpulso)e-t / RC-(VOCÊO + vocêpulso).(1 - t/RC), onde t = 0,01 s; R é a resistência de carga do retificador; C é a capacitância do capacitor de suavização. Abrindo colchetes, encurtando UO e desprezando o termo Upulsot/RC devido à sua pequenez (amplitude de pulsação é menor que UO) obtemos 2Upulso =UOt/RC. Observe agora que UO/R é igual à corrente de carga I, e substitua t: Upulso = 5 10-3l/C, onde todas as quantidades devem ser substituídas em unidades básicas - volts, amperes e farads. Se a corrente for tomada em miliampères e a capacitância estiver em microfarads, obtemos a fórmula acima para a tensão de ondulação em volts: Upulso= 5 l/C. Literatura
Autor: V.Polyakov
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