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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Regulador de potência Triac. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Reguladores de potência, termômetros, estabilizadores de calor Um controlador eletrônico compacto que permite alterar suavemente e em uma faixa bastante ampla o brilho do brilho dos filamentos das lâmpadas incandescentes, a potência de um aquecedor elétrico doméstico ou a velocidade de rotação do eixo de um motor CA, mesmo um rádio amador inexperiente pode fazer. Afinal, o dispositivo proposto é baseado em uma solução técnica conhecida por muitos das publicações de análogos anteriores e comprovada: em um triac com controle econômico pelo método de pulso de fase. Além disso, o diagrama de circuito é complementado por uma topologia de placa de circuito impresso minuciosamente desenvolvida com uma especificação da localização dos elementos de montagem. Sim, e os componentes de rádio no design são bastante comuns. Entre as vantagens, destaca-se também o uso de microcircuitos CMOS, que permitem reduzir a corrente consumida pelo sistema de controle em todos os modos a um mínimo de 1,5 mA e, portanto, não desconectá-lo completamente da rede. E a substituição de uma chave seletora típica por um botão de tamanho pequeno, localizado junto com um indicador LED próximo à carga, aumenta a comodidade de ligá-la e desligá-la. Claro, isso ainda não é o ideal. Nem todos os elementos lógicos dos microcircuitos estão envolvidos no trabalho. As entradas não utilizadas devem ser conectadas ao fio "comum". Quase todo o circuito é alimentado por uma fonte DC coletada em VD1-VD3, C2, C4 e C5. Além disso, o capacitor C2 atua como uma reatância de extinção. Os diodos VD1, VD2 formam um retificador de onda completa, cuja tensão é mantida em 10 V pelo diodo zener VD3 e suavizada pela capacitância total C4 e C5. O capacitor C4 desvia principalmente a interferência de alta frequência proveniente da fonte de alimentação doméstica, mas não é suprimida por um "eletrólito" de grande capacidade devido à sua indutância parasita significativa. A próxima característica desta fonte de alimentação está diretamente relacionada aos triacs. De fato, a maioria desses dispositivos semicondutores característicos pode ser aberta (com uma tensão "positiva" no ânodo) por pulsos de qualquer polaridade aplicados ao eletrodo de controle em relação ao cátodo e com Ua "negativo" - apenas negativo. Portanto, o terminal positivo da fonte de energia em questão é conectado apenas ao cátodo triac, e pulsos negativos serão formados no eletrodo de controle em uma tensão de qualquer polaridade no ânodo. Para esclarecer a essência, acho útil lembrar que o método de pulso de fase permite controlar a potência na carga alterando a parte do meio ciclo da tensão da rede durante a qual o triac passa a corrente. Isso significa que, para o correto funcionamento do dispositivo, é necessário primeiro destacar o início de cada meio ciclo (que corresponde à tensão instantânea na rede igual ou próxima de zero) e depois por 10 ms ( a duração do meio ciclo da tensão de rede com frequência de 50 Hz) para formar um impulso. E quanto mais cedo abrirmos o triac, mais energia será alocada para a carga. O modelador de pulso com frequência de 100 Hz é montado nos elementos VT1, VT2, R3, R4, R7. Com o advento de um meio ciclo positivo no fio de rede superior (de acordo com o circuito), a tensão da polaridade de "abertura" é aplicada à junção do emissor do transistor \/T1. O triodo semicondutor realmente se abre e seu Uk se aproxima de Ue. A queda de tensão no resistor R3 se aproxima de 1 V da junção aberta do emissor do transistor VT1, de modo que a junção do emissor "inversamente polarizada" do transistor \/T2 não rompe. Com um semiciclo negativo, os triodos semicondutores mudam de função. O resistor R4 limita a corrente através das bases dos transistores. E R7, sendo uma carga de coletor \ / T1 e VT2, define o potencial zero na entrada 1 do elemento lógico DD1.1 (com triodos semicondutores fechados).
Nos momentos em que o Unnetwork está próximo de zero, a corrente não circula pelos transistores acima, pois a queda de tensão no resistor R3 não é suficiente para desbloqueá-los. Isso significa que Uk acaba sendo igual à tensão no terminal negativo da fonte de alimentação. Como resultado, são obtidos pulsos negativos curtos correspondentes ao início de cada meio ciclo da rede. No estado ligado na entrada 2 DD1.1 nível de alta tensão. Portanto, os pulsos negativos que chegam na primeira entrada são invertidos pelo elemento lógico e através do seguidor do emissor (transistor \/T5) carregam o capacitor C8 quase até a tensão da fonte de alimentação. Descarga - através da corrente R8R9 e \/ T4. Quando a tensão cai para os elementos de limite DD1.2, DD1.3 comutam. O "declínio", proveniente do elemento DD1.3, é diferenciado pelo circuito C9R12 e, já em forma de pulso com duração de cerca de 12 μs, liga (através do inversor DD1.4 e do \/ transistor T6 operando como amplificador de corrente) o triac VS1. O resistor variável R9 regula a duração da descarga do capacitor C8, o que significa que eles mudam no momento em que o triac é ligado e a tensão efetiva na carga. A capacitância do capacitor C9 determina a própria duração do pulso de abertura do triac, o resistor R12 define o potencial na entrada do elemento lógico DD1.4. Quanto ao diodo zener VD6, ele fornece uma inicialização confiável do dispositivo. No inversor DD2.1 e no gatilho DD3.1 montado nó - desligue o regulador. Do mesmo nó, os sinais de controle vão para outras partes do circuito. O transistor VT4 é usado para ligar suavemente a carga e os elementos DD2.2, DD2.3 junto com VT7 e VD5 fornecem iluminação de botão. Quando o dispositivo é ligado inicialmente ou após uma falha de energia, o circuito C3R2 gera um pulso positivo na entrada R do elemento lógico DD3.1, colocando-o no estado zero, momento em que a carga é desligada. Executando as funções de um T-trigger, o DD3.1 é sensível a quedas de tensão positivas na entrada C. A cada ocorrência dessa queda, esse elemento lógico muda seu estado para o oposto. A cadeia R1C1 suprime o salto de contato e o resistor R1 incluído nela define o potencial desejado na entrada do inversor DD2.1. Pressionar qualquer um dos botões SB causa uma queda de tensão positiva na saída deste elemento, fazendo com que o gatilho DD3 fique em estado único. O sinal de alto nível resultante vai para DD1.1, permitindo que funcione. Isso cria condições favoráveis para carregar o capacitor C6 para 10 V através do resistor R6. A resistência do canal do transistor VT4 diminui gradualmente e após 5-7 s atinge seu mínimo. Mas o canal do transistor VT4 está conectado em série com o resistor R9 no circuito de descarga do capacitor C8 e, com o aumento da tensão na porta do VT4, a potência na carga aumentará gradativamente até o nível definido por o resistor R9. O resistor R10 cria uma polarização de porta negativa mínima para desligar totalmente o regulador quando o resistor R9 tem resistência zero. A necessidade dessa tensão de polarização se deve ao fato de que, após ligar o dispositivo, não deve haver tempo para ocorrer uma situação de emergência quando a carga ainda está desenergizada e o capacitor C7 atua como um shunt de tensão alternada para o resistor R10, excluindo-o do circuito de descarga do C8 acima. Um nível baixo da saída do gatilho inverso fecha o VT3 e desabilita a comutação dos inversores DD2.2, DD2.3. Um nível alto é mantido no transistor VT7 e o LED VD5 está desligado. A próxima pressão em qualquer um dos botões SB novamente muda o gatilho para o estado zero. A lógica "0" da saída 13 do gatilho proibirá a comutação do elemento DD1.1, sua saída será ajustada para um nível alto. Conseqüentemente, o transistor VT6 estará constantemente aberto, o capacitor C8 será carregado e a própria carga (por exemplo, uma lâmpada) será desenergizada. A unidade lógica, proveniente da saída 12 do gatilho através do resistor limitador de corrente R6, abrirá o transistor VT3, através do qual o capacitor C6 se descarregará rapidamente, e isso garantirá que o dispositivo esteja pronto para uma nova ativação. Um nível alto nas entradas 13 e 9 dos elementos lógicos DD2.2, DD2.3 permitirá que eles passem pulsos negativos dos transistores VT1, VT2. Esses pulsos abrem o transistor VT7 por um curto período de tempo e o LED acende. O resistor R13 limita a corrente média através de VD5 (para não sobrecarregar a fonte de alimentação, caso contrário a tensão que produz começará a cair). Quase todo o regulador caseiro (com exceção dos conectores, fusível, triac e LED) é montado em uma placa de circuito impresso feita de fibra de vidro de folha unilateral. Os transistores VT1, VT2, VT7 podem ser silício de baixa potência, mas sempre estruturas rp-r, com um coeficiente de transferência de corrente superior a 100. Quase os mesmos requisitos para a escolha de VT3, VT6, exceto pela própria estrutura. Ela está aqui n-pn. Como VT5, um triodo semicondutor da série KT201 (com qualquer índice de letras no final) é aceitável. Você também pode usar transistores de silício de baixa potência da estrutura np-n, garantindo essa substituição ligando o VD4 (na figura, isso é destacado por um contorno tracejado). O diodo protegerá a junção do emissor da quebra de tensão reversa, que aparece após o fechamento do transistor VT5. No lugar do VT4, todos os transistores de efeito de campo da série KP305 funcionam igualmente bem. Critérios não muito rígidos para a seleção de outros componentes de rádio. O diodo zener VT3 não é exceção aqui - qualquer pessoa com uma tensão de estabilização de 10 V serve. Diodos das séries KD509, KD510, KD522. Capacitores: tipo C5 K50 - 24, K50 - 29; C6, C7 - K53; C3 - qualquer óxido; C4, C9 - silício; C1, C2, C8 - tipos de filme metálico K70 - K78 (além disso, C2 tem uma tensão operacional nominal de pelo menos 250 V). Um resistor variável - de qualquer tipo, seu corpo é conectado ao fio "positivo" do circuito de energia para fins de blindagem. Resistores fixos - tipo C2 - 33N, MLT. Quanto ao fusível FU1, é claro que ele deve corresponder à corrente de uma determinada carga. A depuração do dispositivo é reduzida à seleção do resistor R10 de acordo com o seguinte método (é apresentado de forma concisa). O pino 2 do elemento DD1.1 é temporariamente desconectado do circuito e conectado ao pino 1. Ao instalar um resistor variável de 10 kΩ em vez de R100, reduza sua resistência a zero. Eles ligam o regulador triac na rede e esperam um ou dois minutos até que o capacitor eletrolítico C2 seja carregado através do C10 de "baixa capacidade" para uma tensão nominal de 5V. Ao controlar a forma dos pulsos na carga usando o osciloscópio, a resistência do resistor variável é aumentada - substituindo R10 até que o triac pare de abrir. Em seguida, a carga é ligada e desligada várias vezes, usando os elementos de ajuste existentes, para que o transistor / T4, funcionando corretamente, trave o VS1 com segurança. Depois disso, o resistor variável é substituído por um constante e a conexão da saída 2 DD1.1 é restaurada conforme o diagrama. A prática mostra: instalando e selecionando o resistor R11, é possível conseguir que a resistência máxima do resistor R9, operando como reostato, corresponda à tensão zero na carga. E para minimizar a queda de tensão no triac quando a carga está totalmente ligada, ele deve ser aberto após o início do meio ciclo o mais rápido possível. Isso significa que o modelador de pulso de tensão de rede de cruzamento zero deve gerar pulsos suficientemente curtos. Para minimizá-los, você deve aumentar a resistência do resistor R3 e selecionar R7. É indesejável seguir o caminho de diminuir a classificação R4 - isso é desperdício de energia. E ainda mais. Ao estabelecer e praticamente usar um controlador triac, não se deve esquecer que quando o dispositivo está conectado à rede, tudo, inclusive o resistor variável, está sob sua alta tensão. E eles não brincam com corrente alternada de 220 V, mesmo que o corpo de um produto eletrônico caseiro seja feito de material isolante de boa qualidade. Autor: A.Rudenko
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