Cos f kondensaatorite sujuv laadimine. Sujuv võimsusega laadimine: mida valida? Sergei Chemezov: Rostec on juba üks kümnest suurimast insenerikorporatsioonist maailmas

Projekteerimisel võimendi toiteallikad Sageli tekivad probleemid, millel pole midagi pistmist võimendi endaga või mis on tingitud kasutatud elemendi baasist. Nii ka toiteallikates transistor võimendid Suure võimsuse korral tekib sageli probleem toiteallika sujuva sisselülitamise rakendamisel, st elektrolüütkondensaatorite aeglase laadimise tagamisel silumisfiltris, mis võib olla väga suure mahutavusega ja ilma sobivaid meetmeid võtmata lihtsalt. vigastada sisselülitamise hetkel alaldi dioode.

Mis tahes võimsusega lampvõimendite toiteallikates on vaja ette näha toiteviivitus kõrge anoodpinge enne lampide soojendamist, et vältida katoodi enneaegset ammendumist ja sellest tulenevalt lambi eluea olulist lühenemist. Kenotroni alaldi kasutamisel laheneb see probleem muidugi iseenesest. Kuid kui kasutate tavalist LC-filtriga sildalaldit, ei saa te ilma lisaseadmeta hakkama.

Mõlemad ülaltoodud probleemid on lahendatavad lihtsa seadmega, mida saab hõlpsasti ehitada nii transistorisse kui lampvõimendisse.

Seadme skeem.

Pehme käivitusseadme skemaatiline diagramm on näidatud joonisel:

Suurendamiseks klõpsake

Trafo TP1 sekundaarmähise vahelduvpinget alaldab dioodsild Br1 ja stabiliseerib integreeritud stabilisaator VR1. Takisti R1 tagab kondensaatori C3 sujuva laadimise. Kui selle pinge saavutab läviväärtuse, avaneb transistor T1, mis põhjustab relee Rel1 töötamist. Takisti R2 tagab kondensaatori C3 tühjenemise, kui seade on välja lülitatud.

Kaasamise valikud.

Relee kontaktrühm Rel1 on ühendatud sõltuvalt võimendi tüübist ja toiteallika korraldusest.

Näiteks selleks, et tagada toiteallika kondensaatorite sujuv laadimine transistori võimsusvõimendi, saab esitletud seadet kasutada liiteseadisest takistist möödasõitmiseks pärast kondensaatorite laadimist, et kõrvaldada selle võimsuskadu. Võimalik ühendusvõimalus on näidatud diagrammil:

Kaitsme ja liiteseadisega takisti väärtusi pole näidatud, kuna need valitakse võimendi võimsuse ja silumisfiltri kondensaatorite mahtuvuse alusel.

Toruvõimendis aitab esitatud seade korraldada toiteviivitust kõrge anoodpinge enne lampide soojenemist, mis võib nende kasutusiga märkimisväärselt pikendada. Võimalik kaasamise variant on näidatud joonisel:

Siinne viivitusahel lülitatakse sisse samaaegselt hõõgniiditrafoga. Pärast lampide soojenemist lülitub sisse relee Rel1, mille tulemusena antakse anoodtrafole võrgupinge.

Kui teie võimendi kasutab nii lambi hõõgniidi ahelate kui ka anoodi pinge toiteks ühte trafot, tuleks relee kontaktgrupp viia sekundaarmähise ahelasse. anoodi pinge.

Sisselülitamise viivitusahela elemendid (pehme käivitus):

• Kaitsmed: 220V 100mA,
• Trafo: mis tahes väikese võimsusega väljundpingega 12-14 V,
• Dioodsild: mis tahes väikese suurusega sild, mille parameetrid on 35V/1A ja kõrgemad,
• Kondensaatorid: C1 - 1000uF 35V, C2 - 100nF 63V, C3 - 100uF 25V,
• Takistid: R1 - 220 kOhm, R2 - 120 kOhm,
• Transistor: IRF510,
• Integreeritud stabilisaator: 7809, LM7809, L7809, MC7809 (7812),
• Relee: töömähise pingega 9V (7812 puhul 12V) ja vastava võimsusega kontaktrühmaga.

Madala voolutarbimise tõttu saab paigaldada stabilisaatorkiibi ja väljatransistori ilma radiaatoriteta.

Küll aga võib kellelgi tekkida mõte loobuda lisatrafost, ehkki väikesest ja viiteahelat toita hõõgniidi pingest. Arvestades, et hõõgniidi pinge standardväärtus on ~6,3 V, peate L7809 stabilisaatori asendama L7805 vastu ja kasutama releed, mille mähise tööpinge on 5 V. Sellised releed tarbivad tavaliselt märkimisväärset voolu, sel juhul peavad mikroskeem ja transistor olema varustatud väikeste radiaatoritega.

12V mähisega relee kasutamisel (millegipärast levinum) tuleks integreeritud stabilisaatori kiip asendada 7812-ga (L7812, LM7812, MC7812).

Diagrammil näidatud takisti R1 ja kondensaatori C3 väärtustega hilinemisaeg kaasamised on suurusjärgus 20 sekundit. Ajaintervalli suurendamiseks on vaja suurendada kondensaatori C3 mahtuvust.

Artikkel on koostatud ajakirja "Audio Express" materjalide põhjal

RadioGazeta peatoimetaja tasuta tõlge.

Kui ühendate takisti ja kondensaatori, saate võib-olla ühe kõige kasulikuma ja mitmekülgsema vooluahela.

Täna otsustasin rääkida paljudest viisidest, kuidas seda kasutada. Kuid kõigepealt iga elemendi kohta eraldi:

Takisti ülesanne on voolu piiramine. See on staatiline element, mille takistus ei muutu, me ei räägi praegu termilistest vigadest - need pole liiga suured. Takisti läbiv vool määratakse Ohmi seadusega - I=U/R, kus U on takisti klemmide pinge, R on selle takistus.

Kondensaator on huvitavam asi. Sellel on huvitav omadus - tühjenemisel käitub see peaaegu nagu lühis - vool läbib seda piiranguteta, kiirustades lõpmatuseni. Ja pinge sellel kipub nulli minema. Kui see on laetud, muutub see nagu katkendlikuks ja vool lakkab sellest läbi voolamast ning selle peal olev pinge muutub võrdseks laadimisallikaga. Selgub huvitav seos - voolu on, pinget pole, pinget on - voolu pole.

Selle protsessi visualiseerimiseks kujutage ette õhupalli... hm... õhupalli, mis on täidetud veega. Vee vool on hoovus. Veesurve elastsetele seintele on samaväärne stressiga. Nüüd vaadake, kui pall on tühi - vesi voolab vabalt, vool on suur, aga rõhku veel peaaegu pole - pinge on madal. Seejärel, kui pall on täidetud ja hakkab survele vastu pidama, aeglustub seinte elastsuse tõttu voolukiirus ja peatub seejärel täielikult - jõud on võrdsed, kondensaator laetakse. Pinge venitatud seintel on, aga voolu pole!

Kui nüüd eemaldada või vähendada välisrõhku, eemaldada toiteallikas, siis voolab vesi elastsuse mõjul tagasi. Samuti voolab kondensaatori vool tagasi, kui vooluahel on suletud ja allika pinge on kondensaatori pingest madalam.

Kondensaatori mahtuvus. Mis see on?
Teoreetiliselt saab igasse ideaalsesse kondensaatorisse pumbata lõpmatu suurusega laengu. Meie pall lihtsalt venib rohkem ja seinad tekitavad rohkem survet, lõpmatult rohkem survet.
Kuidas siis Faradidega on, mis on kondensaatori küljele mahtuvuse indikaatoriks kirjutatud? Ja see on ainult pinge sõltuvus laengust (q = CU). Väikese kondensaatori puhul on laadimisel tekkiv pingetõus suurem.

Kujutage ette kahte lõpmata kõrgete seintega klaasi. Üks on kitsas, nagu katseklaas, teine ​​on lai, nagu kraanikauss. Veetase neis on pinge. Alumine ala on konteiner. Mõlemat saab täita sama liitri veega – võrdne laeng. Kuid katseklaasis hüppab tase mitu meetrit ja basseinis pritsib see päris põhja. Samuti väikese ja suure mahtuvusega kondensaatorites.
Võite seda täita nii palju kui soovite, kuid pinge on erinev.

Lisaks on tegelikus elus kondensaatoritel läbilöögipinge, mille järel see lakkab olemast kondensaator, vaid muutub kasutatavaks juhiks :)

Kui kiiresti kondensaator laeb?
Ideaalsetes tingimustes, kui meil on lõpmata võimas pingeallikas, millel on null sisetakistus, ideaalsed ülijuhtivad juhtmed ja täiesti veatu kondensaator, toimub see protsess koheselt, ajaga, mis on võrdne 0-ga, nagu ka tühjenemine.

Kuid tegelikkuses on alati olemas otsene takistus, nagu banaalne takisti, või kaudne, näiteks juhtmete takistus või pingeallika sisemine takistus.
Sel juhul sõltub kondensaatori laadimiskiirus vooluahela takistusest ja kondensaatori mahtuvusest ning laeng ise voolab vastavalt eksponentsiaalne seadus.

Ja sellel seadusel on paar iseloomulikku suurust:

• T - ajakonstant, see on aeg, mil väärtus jõuab 63%ni maksimumist. 63% ei tekkinud siin juhuslikult, see on otseselt seotud selle valemiga VÄÄRTUS T =max—1/e*max.
• 3T - ja kolmekordse konstandi korral jõuab väärtus 95% -ni maksimumist.

RC-ahela ajakonstant T=R*C.

Mida väiksem on takistus ja väiksem mahtuvus, seda kiiremini kondensaator laeb. Kui takistus on null, siis laadimisaeg on null.

Arvutame, kui kaua kulub 1 uF kondensaatori laadimiseks 95% -ni läbi 1 kOhm takisti:
T = C*R = 10-6 * 103 = 0,001 c
3T = 0,003 s Pärast seda aega saavutab kondensaatori pinge 95% allika pingest.

Väljalaskmine toimub sama seaduse järgi, ainult tagurpidi. Need. pärast T aega jääb kondensaatorile alles 100% - 63% = 37% algsest pingest ja pärast 3T veelgi vähem - napp 5%.

Noh, pinge tarnimise ja vabastamisega on kõik selge. Mis siis, kui pinget rakendatakse ja seejärel astmeliselt veelgi tõstetakse ja seejärel samuti astmeliselt tühjendada? Olukord siin praktiliselt ei muutu - pinge on tõusnud, kondensaator on sellele laetud sama seaduse järgi, sama ajakonstandiga - 3T aja pärast on selle pinge 95% uuest maksimumist.
See langes veidi - see laeti uuesti ja pärast 3T on pinge sellel 5% kõrgem kui uus miinimum.
Mida ma teile räägin, parem on seda näidata. Siin multisimis lõin nutika sammusignaali generaatori ja andsin selle integreerivasse RC-ahelasse:

Vaata kuidas kõigub :) Pane tähele, et nii laadimine kui tühjendamine on olenemata astme kõrgusest alati sama kestusega!!!

Millise väärtuseni saab kondensaatorit laadida?
Teoreetiliselt ad infinitum, mingi lõputult venivate seintega pall. Tegelikkuses pall varem või hiljem lõhkeb ja kondensaator puruneb ja tekib lühis. Sellepärast on kõigil kondensaatoritel oluline parameeter - ülim pinge. Elektrolüütidel on see sageli küljele kirjutatud, kuid keraamilistel tuleb seda otsida teatmeteostest. Kuid seal on see tavaliselt alates 50 voltist. Üldiselt peate kondensaatori valimisel tagama, et selle maksimaalne pinge ei oleks madalam kui vooluringis. Lisan, et vahelduvpinge kondensaatori arvutamisel tuleks valida 1,4 korda suurem maksimaalne pinge. Sest vahelduvpingel näidatakse efektiivväärtust ja maksimumväärtus ületab selle 1,4 korda.

Mis eeltoodust järeldub? Ja fakt on see, et kui kondensaatorile rakendatakse pidevat pinget, siis see lihtsalt laeb ja kõik. Siin lõbu lõpeb.

Mis siis, kui esitate muutuja? On ilmne, et see kas laeb või tühjendub ja vool liigub ahelas edasi-tagasi. Liikumine! Voolu on olemas!

Selgub, et hoolimata plaatidevahelise ahela füüsilisest katkestusest voolab vahelduvvool kondensaatorist kergesti läbi, alalisvool aga nõrgalt.

Mida see meile annab? Ja asjaolu, et kondensaator võib olla omamoodi eraldaja vahelduv- ja alalisvoolu eraldamiseks vastavateks komponentideks.

Iga ajas muutuvat signaali saab esitada kahe komponendi - muutuva ja konstantse - summana.

Näiteks klassikalisel sinusoidil on ainult muutuv osa ja konstant on null. Alalisvooluga on vastupidi. Mis siis, kui meil on sinusoid nihkunud? Või pidev segamine?

Signaali AC ja DC komponendid on kergesti eraldatavad!
Natuke kõrgemal näitasin, kuidas pinge muutumisel kondensaatorit laetakse ja tühjeneb. Nii et muutuv komponent läheb konderist läbi pauguga, sest ainult see sunnib kondensaatorit aktiivselt oma laengut muutma. Konstant jääb samaks ja jääb kondensaatori külge kinni.

Kuid selleks, et kondensaator eraldaks tõhusalt muutuva komponendi konstandist, ei tohi muutuva komponendi sagedus olla madalam kui 1/T

RC-ahela aktiveerimiseks on kaks võimalikku tüüpi:
Integreerimine ja eristumine. Need on ka madalpääsfiltrid ja kõrgpääsfiltrid.

Madalpääsfilter läbib konstantse komponendi muutusteta (kuna selle sagedus on null, siis madalamat pole kuskil) ja summutab kõik, mis on üle 1/T. Otsene komponent läbib otse ja vahelduv komponent summutatakse kondensaatori kaudu maandusse.
Sellist filtrit nimetatakse ka integreerivaks ahelaks, kuna väljundsignaal on justkui integreeritud. Kas mäletate, mis on integraal? Kurvialune ala! Siin tuleb see välja.

Ja seda nimetatakse diferentseerimisahelaks, kuna väljundis saame sisendfunktsiooni diferentsiaali, mis pole midagi muud kui selle funktsiooni muutumise kiirus.

• Sektsioonis 1 laetakse kondensaator, mis tähendab, et vool voolab läbi selle ja takistis tekib pingelangus.
• Sektsioonis 2 on laadimiskiirus järsult suurenenud, mis tähendab, et vool suureneb järsult, millele järgneb takisti pingelangus.
• Sektsioonis 3 hoiab kondensaator lihtsalt olemasolevat potentsiaali. Seda ei voola läbi, mis tähendab, et takisti pinge on samuti null.
• Noh, neljandas sektsioonis hakkas kondensaator tühjenema, sest ... sisendsignaal on muutunud madalamaks kui selle pinge. Vool on läinud vastupidises suunas ja takistis on juba negatiivne pingelang.

Ja kui rakendame sisendile väga järskude servadega ristkülikukujulist impulssi ja muudame kondensaatori mahtuvuse väiksemaks, näeme selliseid nõelu:

ristkülik. No mida? Täpselt nii – lineaarfunktsiooni tuletis on konstant, selle funktsiooni kalle määrab konstandi märgi.

Ühesõnaga, kui sul on parasjagu matemaatikakursus, siis võid unustada jumalakartmatu Mathcadi, vastiku Maple'i, visata peast välja Matlabi maatriksi ketserlus ja võttes peotäie analoogset lahtist kraami oma varust välja, jootma ennast. tõeliselt TÕELINE analoogarvuti :) Õpetaja saab šoki :)

Tõsi, integraatoreid ja diferentsaatoreid ei tehta tavaliselt ainult takistite abil, siin kasutatakse operatiivvõimendeid. Neid asju saab praegu googeldada, huvitav asi :)

Ja siin andsin tavalise ristkülikukujulise signaali kahele kõrg- ja madalpääsfiltrile. Ja nende väljundid ostsilloskoobile:

Siin on veidi suurem osa:

Käivitamisel kondensaator tühjeneb, seda läbiv vool on täis ja sellel olev pinge tühine - RESET-sisendis on lähtestussignaal. Kuid varsti kondensaator laeb ja aja T pärast on selle pinge juba loogilise tasemel ja lähtestussignaali ei saadeta enam RESET-i - MK hakkab tööle.
Ja selleks AT89C51 on vaja korraldada täpselt vastupidine RESET - esmalt esitage üks ja seejärel null. Siin on olukord vastupidine - kui kondensaatorit ei laeta, siis sellest voolab läbi suur vool, Uc - pingelang sellel on pisike Uc = 0. See tähendab, et RESET-i toitepinge on veidi väiksem kui toitepinge Usupply-Uc=Upsupply.
Aga kui kondensaator on laetud ja selle pinge jõuab toitepingeni (Upit = Uc), siis RESET viigul on juba Upit-Uc = 0

Analoogmõõtmised
Kuid ärge unustage lähtestamiskette, kus on lõbusam kasutada RC-ahela võimet mõõta analoogväärtusi mikrokontrolleritega, millel pole ADC-sid.
See kasutab asjaolu, et kondensaatori pinge kasvab rangelt sama seaduse järgi - eksponentsiaalselt. Olenevalt juhist, takistist ja toitepingest. See tähendab, et seda saab kasutada varem teadaolevate parameetritega etalonpingena.

See toimib lihtsalt, rakendame kondensaatorilt pinge analoogkomparaatorile ja ühendame mõõdetud pinge komparaatori teise sisendiga. Ja kui tahame pinget mõõta, tõmbame kondensaatori tühjendamiseks lihtsalt kontakti alla. Seejärel tagastame selle Hi-Z režiimi, lähtestame selle ja käivitame taimeri. Ja siis hakkab kondensaator takisti kaudu laadima ja niipea, kui komparaator teatab, et RC pinge on mõõdetud pingele järele jõudnud, peatame taimeri.

Teades, millise seaduse järgi RC-ahela etalonpinge ajas suureneb ja teades ka, kui kaua on taimer tiksunud, saame üsna täpselt teada, millega mõõdetud pinge oli võrdne komparaatori käivitamise hetkel. Pealegi pole siin vaja eksponente lugeda. Kondensaatori laadimise algfaasis võime eeldada, et sealne sõltuvus on lineaarne. Või kui soovite suuremat täpsust, siis lähendage eksponenti tükkhaaval lineaarsete funktsioonidega ja vene keeles tõmmake selle ligikaudne kuju mitme sirgjoonega või koostage tabel väärtuse sõltuvusest ajast, ühesõnaga meetodid on lihtsad.

Kui teil on vaja analooglülitit, kuid teil pole ADC-d, ei pea te isegi võrdlusseadet kasutama. Liigutage jalga, millel kondensaator ripub, ja laske sellel läbi muutuva takisti laadida.

Muutes T, mis, lubage mul teile meelde tuletada, T = R * C ja teades, et meil on C = const, saame arvutada R väärtuse. Pealegi pole siin enamusel juhul vaja matemaatilist aparaati ühendada. juhtudel piisab mõõtmiste tegemisest mõne tingimusliku papagoi, näiteks taimer-puugi puhul. Või võib minna teist teed pidi, mitte takistit vahetada, vaid mahtuvust muuta, näiteks oma keha mahtuvust sellega ühendada... mis saab? Täpselt nii – puutetundlikud nupud!

Kui midagi pole selge, siis ärge muretsege, ma kirjutan peagi artikli selle kohta, kuidas ühendada analoogseade mikrokontrolleri külge ilma ADC-d kasutamata. Seletan seal kõike üksikasjalikult.

Sul on lahe ilutulestik käimas. Niipea, kui paar LED-i läbi murda, hüppab LM317 pinge piirini ja tuleb suur pauk.

1000 mikrofaradi 450v juures = 80 džauli. Probleemide korral kuivab kondensaator nii ära, et tundub, et sellest ei piisa. Kuid probleeme tuleb ette, kuna paned absoluutse reservita kondensaatori keskkonda, kus sisendis võib isegi 1kV impulsi lüüa.

Nõuanne - tehke tavaline impulsi draiver. Ja mitte see "oskavate käte" ring ilma galvaanilise isolatsiooni ja filtriteta.

Isegi kui me tinglikult aktsepteerime seda vooluringi õigeks, peate LM317 ümber asetama keraamilised kondensaatorid, et see ei heliseks.

Ja jah, voolu piiramine transistoriga toimub erinevalt - teie vooluringis see lihtsalt plahvatab, sest esialgu ühendatakse E-K ristmikuga võrk.

Ja teie jagaja rakendab EB-ristmikule 236 volti, mis põhjustab ka transistori plahvatuse.

Pärast mitmeid täpsustusi sai lõpuks selgeks, mida soovitakse saavutada: ühine toiteallikas mitmele järjestikku ühendatud LED-i ahelale. Peamiseks probleemiks pidasite filtrikondensaatori sujuvat laadimisplokki. Minu arvates on sellises skeemis mitu palju kriitilisemat kohta. Aga kõigepealt küsimuse teemast.

1000 μF on 0,5...3 amprise koormusvoolu jaoks sobiv väärtus, mitte kümneid milliampreid (seal piisab 22...50 μF). Transistori saab paigaldada, kui on vaja sujuvalt heledust suurendada 4...20 sekundiks - aga sul on mitu vanik! Kas need peavad tõesti algama kogu korteris korraga? Ja lülititest - kas tavaliste ~220 V ahelat lülitavate asemel tahad vahetada ~310 V ahelat, pannes lüliti kondensaatori ja vaniku vahele? See lahendus tundub "targa kodu" jaoks vähemalt kuidagi õigustatud (ja isegi siis pole kõik selles selge), kuid tavalises korteris pole seda mõtet teha. Selles on õigem paigaldada iga vaniku jaoks eraldi toiteallikas - ja siis on palju tulusam kasutada tavalisi üliodavaid (ja palju töökindlamaid!) linte. paralleelselt 12-voldised LED-id ja mitte omatehtud seeriatega, milles ühe dioodi läbipõlemine jätab teid täielikult valgusest ilma.
Sujuva laadimisseadme teine ​​eesmärk on kaitsta alaldi dioode korduva ülekoormuse eest sisselülitamise hetkel, kui kondensaator on täielikult tühjenenud. Kuid selle probleemi saab täielikult lahendada palju lihtsama meetodiga - T1 ja R1, R3 asemel peate sisestama mitmekümne oomise takistusega termistori, mis väheneb soojendamisel 0,5...3 oomini, see on tehtud sadades miljonites arvuti toiteallikates, mis töötavad usaldusväärselt aastaid ligikaudu sama koormusvoolu juures kui teie. Sellise termistori saate igast surnud arvuti toiteallikast.

Ja lõpuks selle kohta, mida teie küsimuses ei ole, kuid see torkab silma - LM317 voolu stabilisaatori kohta, mis neelab üleliigset võrgupinget. Fakt on see, et selline tünn töötab ainult vahemikus 3 kuni 40 volti. Võrgupinge tolerants terves linnavõrgus on 10%, s.o. 198 kuni 242 volti. See tähendab, et kui arvutasite stub alumisel piiril (ja seda tavaliselt tehakse), siis ülemisel piiril ületab stub pinge üle lubatud 40 volti. Kui seate selle vahemiku ülaosale (st 242), siis alumisel piiril langeb tünni pinge alla 3 volti ja see ei stabiliseeri enam voolu. Ja ma ei ütle midagi selle kohta, mis saab sellest skeemist maapiirkondades, kus võrgupinge kõikumine on palju suurem. Nii et selline vooluahel töötab tavaliselt ainult stabiilse võrgupingega - kuid stabiilse võrgu korral pole stabilisaatorit vaja ideaalselt asendada lihtsa takistiga.

Ühendame konstantse pingega U toiteallikaga vooluahela, mis koosneb laadimata kondensaatorist mahtuvusega C ja takistist takistusega R (joon. 16-4).

Kuna sisselülitamise hetkel ei ole kondensaator veel laetud, on selle ületav pinge Seetõttu on ahelas algsel ajahetkel takistuse R pingelangus U ja tekib vool, tugevus. mis

Riis. 16-4. Kondensaatori laadimine.

Voolu i läbimisega kaasneb kondensaatori laengu Q järkjärguline kogunemine, sellele ilmub pinge ja takistuse R pingelangus väheneb:

nagu Kirchhoffi teisest seadusest järeldub. Seega praegune tugevus

väheneb, väheneb ka laengu kogunemise kiirus Q, kuna vooluringis olev vool

Aja jooksul jätkab kondensaatori laadimist, kuid laeng Q ja sellel olev pinge kasvavad üha aeglasemalt (joon. 16-5) ning voolutugevus ahelas väheneb järk-järgult võrdeliselt pinge erinevusega.

Riis. 16-5. Voolu ja pinge muutuste graafik kondensaatori laadimisel.

Pärast piisavalt pikka ajavahemikku (teoreetiliselt lõpmatult pikka) saavutab kondensaatori pinge väärtuse, mis on võrdne toiteallika pingega ja vool muutub nulliks - kondensaatori laadimisprotsess lõpeb.

Kondensaatori laadimisprotsess on pikem, seda suurem on voolu piirava vooluahela R takistus ja seda suurem on kondensaatori C mahtuvus, kuna suure mahtuvuse korral peab kogunema suurem laeng. Protsessi kiirust iseloomustab ahela ajakonstant

mida rohkem, seda aeglasem on protsess.

Ahela ajakonstandil on aja mõõde, kuna

Pärast ajavahemikku alates vooluringi sisselülitamisest, mis on võrdne , jõuab kondensaatori pinge ligikaudu 63% -ni toiteallika pingest ja pärast intervalli võib kondensaatori laadimisprotsessi lugeda lõppenuks.

Kondensaatori pinge laadimisel

st see võrdub toiteallika konstantse pinge ja vaba pinge vahega, mis aja jooksul väheneb eksponentsiaalfunktsiooni seaduse järgi väärtuselt U nullini (joon. 16-5).

Kondensaatori laadimisvool

Vool algväärtusest väheneb järk-järgult vastavalt eksponentsiaalfunktsiooni seadusele (joon. 16-5).

b) Kondensaatori tühjenemine

Vaatleme nüüd kondensaatori C tühjenemise protsessi, mis laeti toiteallikast pingele U läbi takistusega R takisti (joonis 16-6, kus lüliti liigutatakse asendist 1 asendisse 2).

Riis. 16-6. Kondensaatori tühjendamine takistile.

Riis. 16-7. Voolu ja pinge muutuste graafik kondensaatori tühjenemisel.

Algsel hetkel tekib vooluringis vool ja kondensaator hakkab tühjenema ning selle pinge väheneb. Pinge vähenedes väheneb ka voolutugevus ahelas (joon. 16-7). Mõne aja pärast väheneb kondensaatori pinge ja vooluahela vool ligikaudu 1% -ni algväärtustest ja kondensaatori tühjenemise protsessi võib lugeda lõppenuks.

Kondensaatori pinge tühjenemise ajal

st see väheneb vastavalt eksponentsiaalfunktsiooni seadusele (joon. 16-7).

Kondensaatori tühjendusvool

see tähendab, et see, nagu pinge, väheneb vastavalt samale seadusele (joon. 6-7).

Kogu kondensaatori elektriväljas laadimisel salvestatud energia vabaneb tühjenemisel takistuses R soojusena.

Toiteallikast lahti ühendatud laetud kondensaatori elektriväli ei saa kaua muutumatuna püsida, kuna kondensaatori dielektrikul ja selle klemmide vahelisel isolatsioonil on teatav juhtivus.

Kondensaatori tühjenemist dielektriku ja isolatsiooni puuduste tõttu nimetatakse isetühjenemiseks. Ajakonstant kondensaatori isetühjenemise ajal ei sõltu plaatide kujust ja nendevahelisest kaugusest.

Kondensaatori laadimise ja tühjenemise protsesse nimetatakse siirdeprotsessideks.

Sageli tekib erinevates toiteallikates sisselülitamisel käivitusvoolu tõusu piiramine. Põhjused võivad olla erinevad – releekontaktide või lülitite kiire kulumine, filtrikondensaatorite tööea vähenemine jne. Mul oli hiljuti sarnane probleem. Kasutan arvutis head serveri toiteallikat, kuid ooterežiimi sektsiooni ebaõnnestunud rakendamise tõttu kuumeneb see põhitoite väljalülitamisel tugevalt üle. Selle probleemi tõttu pidin juba kaks korda remonti tegema ooterežiimi plaati ja vahetama osa selle kõrval asuvaid elektrolüüte. Lahendus oli lihtne – lülitage toide pistikupesast välja. Kuid sellel oli mitmeid puudusi - sisselülitamisel tekkis kõrgepingekondensaatori kaudu tugev voolu tõus, mis võis seda kahjustada, lisaks hakkas 2 nädala pärast seadme toitepistik läbi põlema. Otsustati teha sisselülitusvoolu piiraja. Paralleelselt selle ülesandega oli mul sarnane ülesanne võimsate helivõimendite jaoks. Võimendite probleemid on samad - lüliti kontaktide põlemine, voolu tõus silddioodide ja filtri elektrolüütide kaudu. Internetist leiab päris palju liigvoolu piirajate ahelaid. Kuid konkreetse ülesande jaoks võib neil olla mitmeid puudusi - vajadus vooluahela elemendid vajaliku voolu jaoks ümber arvutada; võimsate tarbijate jaoks - võimsuselementide valik, mis pakuvad arvutatud eraldatud võimsuse jaoks vajalikud parameetrid. Lisaks on mõnikord vaja ühendatud seadme jaoks ette näha minimaalne käivitusvool, mis suurendab sellise vooluahela keerukust. Selle probleemi lahendamiseks on lihtne ja usaldusväärne lahendus - termistorid.

Joon.1 Termistor

Termistor on pooljuhttakisti, mille takistus muutub kuumutamisel järsult. Meie eesmärkidel vajame negatiivse temperatuurikoefitsiendiga termistoreid - NTC termistore. Kui vool läbib NTC termistori, siis see kuumeneb ja selle takistus langeb.

Joon.2 TKS termistor

Oleme huvitatud järgmistest termistori parameetritest:

Vastupidavus temperatuuril 25˚C

Maksimaalne püsivool

Mõlemad parameetrid on konkreetsete termistoride dokumentatsioonis. Esimese parameetri abil saame määrata minimaalse voolu, mis läbib koormustakistust, kui ühendate selle läbi termistori. Teise parameetri määrab termistori maksimaalne võimsuse hajumine ja koormusvõimsus peab olema selline, et termistori läbiv keskmine vool ei ületaks seda väärtust. Termistori usaldusväärseks tööks peate võtma selle voolu väärtuseks alla 20 protsendi dokumentatsioonis täpsustatud parameetrist. Tundub, et lihtsam oleks valida õige termistor ja seade kokku panna. Kuid peate arvestama mõne punktiga:

1. Termistori jahtumine võtab kaua aega. Kui lülitate seadme välja ja kohe uuesti sisse, on termistori takistus madal ja see ei täida oma kaitsefunktsiooni.
2. Termistoreid ei saa voolu suurendamiseks paralleelselt ühendada - parameetrite leviku tõttu on vool nende kaudu väga erinev. Kuid on täiesti võimalik ühendada vajalik arv termistoreid järjestikku.
3. Töötamise ajal kuumeneb termistor väga kuumaks. Ka selle kõrval olevad elemendid kuumenevad.
4. Maksimaalne püsiseisundi vool läbi termistori peaks olema piiratud selle maksimaalse võimsusega. See valik on dokumentides täpsustatud. Kuid kui termistorit kasutatakse lühisvoolu piiramiseks (näiteks kui toide on algselt sisse lülitatud ja filtri kondensaator laeb), võib impulssvool olla suurem. Siis on termistori valik piiratud selle maksimaalse impulsivõimsusega.

Laetud kondensaatori energia määratakse järgmise valemiga:

E = (C*Vpeak²)/2

kus E on energia džaulides, C on filtri kondensaatori mahtuvus, Vpeak on maksimaalne pinge, milleni filtrikondensaatorit laetakse (meie võrkude puhul võite võtta väärtuse 250V*√2 = 353V).

Kui dokumentatsioonis on näidatud maksimaalne impulsi võimsus, saate selle parameetri alusel valida termistori. Kuid reeglina seda parameetrit ei täpsustata. Seejärel saab juba arvutatud standardseeriate termistoride tabelite põhjal hinnata maksimaalset võimsust, mida termistoriga ohutult laadida.

Võtsin Joyinist tabeli NTC termistoride parameetritega. Tabel näitab:

Rnom- termistori nimitakistus temperatuuril 25°C

Maksimaalne- maksimaalne vool läbi termistori (maksimaalne püsiseisundi vool)

Smax- maksimaalne võimsus testahelas, mis tühjendatakse termistorile ilma seda kahjustamata (testpinge 350v)

Testi läbiviimist näete seitsmendal leheküljel.

Paar sõna parameetri kohta Smax– dokumentatsioonist nähtub, et katseahelas tühjeneb kondensaator läbi termistori ja piirava takisti, mis vabastab lisaenergiat. Seetõttu on maksimaalne ohutu võimsus, mida termistor ilma sellise takistuseta laadida saab, väiksem. Otsisin infot välismaistest teemafoorumitest ja vaatasin tüüpilisi termistoride kujul olevaid piirajatega ahelaid, mille kohta andmed on antud. Selle teabe põhjal saate võtta koefitsiendi Smax reaalses skeemis 0,65, millega korrutada andmed tabelist.

Nimi	Rnom,	max,	Smax,
dläbimõõt 8 mm
läbimõõt 10mm
läbimõõt 13mm
läbimõõt 15mm
läbimõõt 20 mm

Joyini NTC termistoride parameetrite tabel

Ühendades järjestikku mitu identset NTC termistorit, vähendame nõudeid nende igaühe maksimaalsele impulsienergiale.

Lubage mul tuua teile näide. Näiteks peame arvuti toiteallika sisselülitamiseks valima termistori. Arvuti maksimaalne voolutarve on 700 vatti. Tahame piirata käivitusvoolu 2-2,5A-ni. Toiteallikas on 470 µF filterkondensaator.

Arvutame efektiivse vooluväärtuse:

I = 700W/220V = 3,18A

Nagu ma eespool kirjutasin, valime termistori usaldusväärseks tööks dokumentatsioonist maksimaalse püsivoolu voolu, mis on sellest väärtusest 20% suurem.

Imax = 3,8A

Arvutame vajaliku termistori takistuse käivitusvoolule 2,5A

R = (220V*√2)/2,5A = 124 oomi

Tabelist leiame vajalikud termistorid. Meie vajadustele vastavad 6 järjestikku ühendatud JNR15S200L termistorit Maksimaalne, üldine vastupanu. Nende maksimaalne laadimisvõimsus on 680 µF * 6 * 0,65 = 2652 µF, mis on isegi rohkem, kui me vajame. Loomulikult vähenemisega Vpeak, vähendatakse ka termistori maksimaalse impulsi võimsuse nõudeid. Meie sõltuvus on pinge ruudust.

Ja viimane küsimus termistoride valiku kohta. Mis siis, kui oleme valinud maksimaalseks impulsivõimsuseks vajalikud termistorid, kuid need ei sobi meile? Maksimaalne(pidev koormus on nende jaoks liiga suur) või ei vaja me seadmes endas pidevat kütteallikat? Selleks kasutame lihtsat lahendust - lisame ahelasse paralleelselt termistoriga veel ühe lüliti, mille lülitame peale kondensaatori laadimist sisse. Mida ma oma limiteris ka tegin. Minu puhul on parameetrid järgmised: arvuti maksimaalne voolutarve on 400W, käivitusvoolu piirang 3,5A, filtri kondensaator 470uF. Võtsin 6 tükki 15d11 (15 oomi) termistore. Diagramm on näidatud allpool.

Riis. 3 Piiraja ahel

Diagrammi selgitused. SA1 ühendab faasijuhtme lahti. LED VD2 näitab piiraja tööd. Kondensaator C1 tasandab lainetust ja LED ei vilgu võrgusagedusel. Kui te seda ei vaja, eemaldage vooluringist C1, VD6, VD1 ja lihtsalt ühendage LED ja diood paralleelselt samamoodi nagu elemendid VD4, VD5. Kondensaatori laadimisprotsessi näitamiseks on LED VD4 ühendatud paralleelselt termistoridega. Minu puhul kulub arvuti toiteallika kondensaatori laadimisel kogu protsess alla sekundi. Niisiis, kogume.

Joon.4 Koostekomplekt

Toitenäidiku monteerisin otse lüliti kaanesse, visates välja hiina hõõglambi, mis poleks kaua vastu pidanud.

Riis. 5 Toiteindikaator

Joon.6 Termistori plokk

Riis. 7 Kokkupandud piiraja

Selle oleks saanud lõpule viia, kui kõik termistorid poleks pärast nädalast tööd üles öelnud. See nägi välja selline.

Riis. 8 NTC termistoride rike

Vaatamata asjaolule, et lubatud mahtuvuse väärtuse varu oli väga suur - 330 µF * 6 * 0,65 = 1287 µF.

Ostsin termistorid tuntud firmalt ja neil olid erinevad väärtused - kõik defektsed. Tootja teadmata. Kas hiinlased valavad väiksema läbimõõduga termistoreid suurtesse korpustesse või on materjalide kvaliteet väga kehv. Selle tulemusena ostsin veelgi väiksema läbimõõduga - SCK 152 8mm. Sama Hiina, aga juba kaubamärgiga. Meie tabeli järgi on lubatud mahtuvus 100 µF * 6 * 0,65 = 390 µF, mis on isegi veidi väiksem kui vaja. Samas kõik toimib hästi.