Karena f pengisian kapasitor lancar. Pengisian kapasitas lancar: apa yang harus dipilih? Sergey Chemezov: Rostec sudah menjadi salah satu dari sepuluh perusahaan teknik terbesar di dunia

Saat mendesain catu daya penguat Seringkali muncul masalah yang tidak ada hubungannya dengan amplifier itu sendiri, atau akibat dari basis elemen yang digunakan. Jadi dalam pasokan listrik penguat transistor Dengan daya tinggi, masalah yang sering muncul dalam penerapan penyalaan catu daya dengan lancar, yaitu, memastikan pengisian kapasitor elektrolitik yang lambat dalam filter penghalusan, yang dapat memiliki kapasitas yang sangat signifikan dan, tanpa mengambil tindakan yang tepat, hanya akan merusak dioda penyearah pada saat dinyalakan.

Dalam catu daya untuk amplifier tabung dengan daya apa pun, penundaan umpan harus disediakan tegangan anoda tinggi sebelum memanaskan lampu, untuk menghindari penipisan katoda dini dan, sebagai akibatnya, pengurangan masa pakai lampu secara signifikan. Tentu saja, ketika menggunakan penyearah kenotron, masalah ini teratasi dengan sendirinya. Tetapi jika Anda menggunakan penyearah jembatan konvensional dengan filter LC, Anda tidak dapat melakukannya tanpa perangkat tambahan.

Kedua masalah di atas dapat diselesaikan dengan perangkat sederhana yang dapat dengan mudah dipasang pada transistor dan penguat tabung.

Diagram perangkat.

Diagram skema perangkat soft start ditunjukkan pada gambar:

klik untuk memperbesar

Tegangan bolak-balik pada belitan sekunder transformator TP1 disearahkan oleh jembatan dioda Br1 dan distabilkan oleh stabilizer terintegrasi VR1. Resistor R1 memastikan kelancaran pengisian kapasitor C3. Ketika tegangan yang melewatinya mencapai nilai ambang batas, transistor T1 akan terbuka, menyebabkan relai Rel1 beroperasi. Resistor R2 memastikan pelepasan kapasitor C3 saat perangkat dimatikan.

Opsi penyertaan.

Grup kontak relai Rel1 terhubung tergantung pada jenis amplifier dan organisasi catu daya.

Misalnya, untuk memastikan kelancaran pengisian kapasitor pada catu daya penguat daya transistor, perangkat yang disajikan dapat digunakan untuk mem-bypass resistor pemberat setelah mengisi kapasitor untuk menghilangkan kehilangan daya di dalamnya. Opsi koneksi yang memungkinkan ditunjukkan pada diagram:

Nilai sekering dan resistor pemberat tidak ditunjukkan, karena dipilih berdasarkan daya penguat dan kapasitansi kapasitor filter penghalus.

Dalam amplifier tabung, perangkat yang disajikan akan membantu mengatur penundaan umpan tegangan anoda tinggi sebelum lampu memanas, yang dapat memperpanjang masa pakainya secara signifikan. Opsi penyertaan yang memungkinkan ditunjukkan pada gambar:

Rangkaian penundaan di sini dihidupkan bersamaan dengan trafo filamen. Setelah lampu memanas, relai Rel1 akan menyala, sehingga tegangan listrik akan disuplai ke trafo anoda.

Jika amplifier Anda menggunakan satu trafo untuk memberi daya pada rangkaian filamen lampu dan tegangan anoda, maka grup kontak relai harus dipindahkan ke rangkaian belitan sekunder. tegangan anoda.

Elemen rangkaian penundaan penyalaan (soft start):

• Sekering: 220V 100mA,
• Transformator: daya rendah apa pun dengan tegangan keluaran 12-14V,
• Jembatan dioda: jembatan berukuran kecil dengan parameter 35V/1A dan lebih tinggi,
• Kapasitor: C1 - 1000uF 35V, C2 - 100nF 63V, C3 - 100uF 25V,
• Resistor: R1 - 220 kOhm, R2 - 120 kOhm,
• Transistor: IRF510,
• Penstabil integral: 7809, LM7809, L7809, MC7809 (7812),
• Relai: dengan tegangan belitan operasi 9V (12V untuk 7812) dan grup kontak dengan daya yang sesuai.

Karena konsumsi arus yang rendah, chip stabilizer dan transistor efek medan dapat dipasang tanpa radiator.

Namun, seseorang mungkin memiliki ide untuk meninggalkan transformator ekstra, meskipun berukuran kecil, dan memberi daya pada rangkaian penundaan dari tegangan filamen. Mengingat nilai standar tegangan filamen adalah ~6,3V, Anda harus mengganti stabilizer L7809 dengan L7805 dan menggunakan relai dengan tegangan operasi belitan 5V. Relai seperti itu biasanya mengkonsumsi arus yang signifikan, dalam hal ini sirkuit mikro dan transistor harus dilengkapi dengan radiator kecil.

Saat menggunakan relai dengan belitan 12V (lebih umum), chip stabilizer terintegrasi harus diganti dengan 7812 (L7812, LM7812, MC7812).

Dengan nilai resistor R1 dan kapasitor C3 ditunjukkan pada diagram waktu penundaan inklusi adalah pesanan 20 detik. Untuk menambah selang waktu, perlu menambah kapasitansi kapasitor C3.

Artikel ini disusun berdasarkan materi dari majalah "Audio Express"

Terjemahan gratis oleh Pemimpin Redaksi RadioGazeta.

Jika Anda menghubungkan resistor dan kapasitor, Anda mungkin mendapatkan salah satu rangkaian yang paling berguna dan serbaguna.

Hari ini saya memutuskan untuk berbicara tentang banyak cara untuk menggunakannya. Tapi pertama-tama, tentang setiap elemen secara terpisah:

Tugas resistor adalah membatasi arus. Ini adalah elemen statis yang resistansinya tidak berubah; kita tidak berbicara tentang kesalahan termal sekarang - kesalahan tersebut tidak terlalu besar. Arus yang melalui resistor ditentukan oleh hukum Ohm - Saya=U/R, di mana U adalah tegangan pada terminal resistor, R adalah resistansinya.

Kapasitor adalah hal yang lebih menarik. Ia memiliki sifat yang menarik - ketika habis, ia berperilaku hampir seperti korsleting - arus mengalir melaluinya tanpa batasan, mengalir deras hingga tak terbatas. Dan tegangan di atasnya cenderung nol. Ketika diisi, itu menjadi seperti putus dan arus berhenti mengalir melaluinya, dan tegangan yang melewatinya menjadi sama dengan sumber pengisian. Ternyata hubungan yang menarik - ada arus, tidak ada tegangan, ada tegangan - tidak ada arus.

Untuk memvisualisasikan proses ini, bayangkan sebuah balon... um... balon yang berisi air. Aliran air adalah arus. Tekanan air pada dinding elastis setara dengan tegangan. Sekarang lihat, ketika bola kosong - air mengalir deras, arusnya besar, tetapi hampir tidak ada tekanan - tegangannya rendah. Kemudian, ketika bola terisi dan mulai menahan tekanan, karena elastisitas dinding, laju aliran akan melambat, dan kemudian berhenti sama sekali - gaya-gayanya sama, kapasitor terisi. Ada ketegangan pada dinding yang diregangkan, tapi tidak ada arus!

Sekarang, jika Anda menghilangkan atau mengurangi tekanan luar, menghilangkan sumber listrik, maka air akan mengalir kembali di bawah pengaruh elastisitas. Selain itu, arus dari kapasitor akan mengalir kembali jika rangkaian ditutup dan tegangan sumber lebih rendah dari tegangan pada kapasitor.

Kapasitas kapasitor. Apa ini?
Secara teoritis, muatan dengan ukuran tak terhingga dapat dipompa ke kapasitor ideal mana pun. Hanya saja bola kita akan lebih meregang dan dinding akan menciptakan lebih banyak tekanan, tekanan yang jauh lebih besar.
Lalu bagaimana dengan Farad, apa yang tertulis di sisi kapasitor sebagai indikator kapasitansi? Dan ini hanyalah ketergantungan tegangan pada muatan (q = CU). Untuk kapasitor kecil, kenaikan tegangan dari pengisian akan lebih tinggi.

Bayangkan dua gelas dengan dinding yang tingginya tak terhingga. Yang satu sempit, seperti tabung reaksi, yang satu lagi lebar, seperti baskom. Ketinggian air di dalamnya adalah ketegangan. Area paling bawah adalah wadahnya. Keduanya dapat diisi dengan liter air yang sama - muatannya sama. Namun di dalam tabung reaksi, ketinggiannya akan melonjak beberapa meter, dan di dalam baskom akan terciprat ke dasar. Juga pada kapasitor dengan kapasitansi kecil dan besar.
Anda dapat mengisinya sebanyak yang Anda suka, tetapi voltasenya akan berbeda.

Ditambah lagi, dalam kehidupan nyata, kapasitor memiliki tegangan tembus, setelah itu tidak lagi menjadi kapasitor, tetapi berubah menjadi konduktor yang dapat digunakan :)

Seberapa cepat kapasitor terisi?
Dalam kondisi ideal, ketika kita memiliki sumber tegangan yang sangat kuat dengan resistansi internal nol, kabel superkonduktor ideal, dan kapasitor yang benar-benar sempurna, proses ini akan terjadi secara instan, dengan waktu sama dengan 0, begitu juga dengan pelepasan.

Namun pada kenyataannya, selalu ada hambatan, eksplisit - seperti resistor biasa, atau implisit, seperti hambatan kabel atau hambatan internal sumber tegangan.
Dalam hal ini, laju pengisian kapasitor akan bergantung pada resistansi pada rangkaian dan kapasitansi kapasitor, dan muatan itu sendiri akan mengalir sesuai dengan hukum eksponensial.

Dan hukum ini memiliki beberapa besaran karakteristik:

• T - konstan waktu, ini adalah waktu dimana nilainya mencapai 63% dari maksimumnya. 63% tidak diambil secara kebetulan, melainkan berkaitan langsung dengan rumus VALUE T =maks—1/e*maks.
• 3T - dan pada konstanta tiga kali nilainya akan mencapai 95% dari maksimumnya.

Konstanta waktu untuk rangkaian RC T=R*C.

Semakin rendah resistansi dan semakin rendah kapasitansi, semakin cepat kapasitor terisi. Jika resistansinya nol, maka waktu pengisiannya juga nol.

Mari kita hitung berapa lama waktu yang dibutuhkan kapasitor 1uF untuk mengisi daya hingga 95% melalui resistor 1kOhm:
T= C*R = 10 -6 * 10 3 = 0,001c
3T = 0,003s Setelah waktu tersebut, tegangan pada kapasitor akan mencapai 95% dari tegangan sumber.

Pelepasannya akan mengikuti hukum yang sama, hanya saja terbalik. Itu. setelah waktu T, hanya 100% - 63% = 37% dari tegangan asli yang tersisa pada kapasitor, dan setelah 3T bahkan lebih sedikit lagi - hanya 5%.

Nah, semuanya jelas dengan suplai dan pelepasan tegangan. Bagaimana jika tegangan diberikan, lalu dinaikkan secara bertahap, dan kemudian dilepaskan secara bertahap juga? Situasi di sini praktis tidak akan berubah - tegangan telah meningkat, kapasitor telah diisi sesuai dengan hukum yang sama, dengan konstanta waktu yang sama - setelah waktu 3T tegangannya akan menjadi 95% dari maksimum yang baru.
Turun sedikit - diisi ulang dan setelah 3T tegangannya akan 5% lebih tinggi dari minimum baru.
Apa yang saya katakan, lebih baik tunjukkan. Di sini, di multisim saya membuat generator sinyal langkah yang cerdas dan memasukkannya ke rantai RC yang terintegrasi:

Lihat bagaimana goyangannya :) Harap dicatat bahwa pengisian dan pengosongan, terlepas dari ketinggian langkahnya, selalu memiliki durasi yang sama!!!

Berapa nilai kapasitor yang dapat diisi?
Secara teori, ad infinitum, sejenis bola dengan dinding yang membentang tanpa henti. Kenyataannya, cepat atau lambat bola akan meledak, dan kapasitor akan putus dan mengalami korsleting. Itu sebabnya semua kapasitor memiliki parameter penting - tegangan akhir. Untuk elektrolit sering ditulis di samping, tetapi untuk keramik harus dicari di buku referensi. Tapi disana biasanya dari 50 volt. Secara umum, ketika memilih kondensor, Anda perlu memastikan bahwa tegangan maksimumnya tidak lebih rendah dari tegangan di sirkuit. Saya akan menambahkan bahwa ketika menghitung kapasitor untuk tegangan bolak-balik, Anda harus memilih tegangan maksimum 1,4 kali lebih tinggi. Karena pada tegangan bolak-balik nilai efektif ditunjukkan, dan nilai sesaat pada maksimumnya melebihi 1,4 kali lipat.

Apa yang berikut dari penjelasan di atas? Dan faktanya adalah jika tegangan konstan diterapkan ke kapasitor, maka kapasitor akan terisi dan hanya itu. Di sinilah kesenangan berakhir.

Bagaimana jika Anda mengirimkan variabel? Jelas bahwa ia akan mengisi atau mengosongkan, dan arus akan mengalir bolak-balik di sirkuit. Pergerakan! Ada arus!

Ternyata, meskipun ada kerusakan fisik pada rangkaian antar pelat, arus bolak-balik dengan mudah mengalir melalui kapasitor, tetapi arus searah mengalir dengan lemah.

Apa manfaatnya bagi kita? Dan fakta bahwa kapasitor dapat berfungsi sebagai semacam pemisah untuk memisahkan arus bolak-balik dan arus searah menjadi komponen-komponen yang sesuai.

Setiap sinyal yang berubah terhadap waktu dapat direpresentasikan sebagai jumlah dari dua komponen - variabel dan konstan.

Misalnya, sinusoidal klasik hanya memiliki bagian variabel, dan konstanta adalah nol. Dengan arus searah justru sebaliknya. Bagaimana jika sinusoidal kita bergeser? Atau konstan dengan gangguan?

Komponen sinyal AC dan DC mudah dipisahkan!
Sedikit lebih tinggi, saya menunjukkan kepada Anda bagaimana kapasitor diisi dan dikosongkan ketika tegangan berubah. Jadi komponen variabel akan melewati conder dengan keras, karena hanya saja hal itu memaksa kapasitor untuk secara aktif mengubah muatannya. Konstanta tersebut akan tetap seperti semula dan akan tertahan pada kapasitor.

Tetapi agar kapasitor dapat secara efektif memisahkan komponen variabel dari komponen konstan, frekuensi komponen variabel harus tidak lebih rendah dari 1/T

Dua jenis aktivasi rantai RC dimungkinkan:
Mengintegrasikan dan membedakan. Mereka juga merupakan filter lolos rendah dan filter lolos tinggi.

Filter low-pass melewati komponen konstan tanpa perubahan (karena frekuensinya nol, tidak ada tempat yang lebih rendah) dan menekan segala sesuatu yang lebih tinggi dari 1/T. Komponen langsung dilewatkan secara langsung, dan komponen bolak-balik dipadamkan ke ground melalui kapasitor.
Filter semacam ini juga disebut rantai pengintegrasian karena sinyal keluarannya seolah-olah terintegrasi. Masih ingatkah kamu apa itu integral? Area di bawah kurva! Di sinilah keluarnya.

Dan disebut rangkaian pembeda karena pada keluarannya kita memperoleh diferensial dari fungsi masukan, yang tidak lebih dari laju perubahan fungsi tersebut.

• Pada bagian 1, kapasitor diisi, yang berarti arus mengalir melaluinya dan akan terjadi penurunan tegangan pada resistor.
• Pada bagian 2, terjadi peningkatan tajam pada kecepatan pengisian, yang berarti arus akan meningkat tajam, diikuti dengan penurunan tegangan pada resistor.
• Pada bagian 3, kapasitor hanya menampung potensial yang ada. Tidak ada arus yang mengalir melaluinya, yang berarti tegangan pada resistor juga nol.
• Nah, pada bagian ke 4 kapasitor mulai kosong, karena... sinyal input menjadi lebih rendah dari tegangannya. Arus mengalir ke arah yang berlawanan dan sudah ada penurunan tegangan negatif pada resistor.

Dan jika kita menerapkan pulsa persegi panjang ke input, dengan tepi yang sangat curam, dan memperkecil kapasitansi kapasitor, kita akan melihat jarum seperti ini:

persegi panjang. Nah, apa? Benar - turunan fungsi linier adalah konstanta, kemiringan fungsi ini menentukan tanda konstanta.

Singkatnya, jika saat ini Anda sedang mengambil kursus matematika, maka Anda dapat melupakan Mathcad yang tidak bertuhan, Maple yang menjijikkan, membuang matriks bid'ah Matlab dari kepala Anda dan, mengambil beberapa barang analog yang lepas dari simpanan Anda, menyolder diri Anda sendiri komputer analog yang benar-benar BENAR :) Guru akan terkejut :)

Benar, integrator dan pembeda biasanya tidak dibuat hanya dengan menggunakan resistor, penguat operasional digunakan di sini. Anda dapat mencari di Google untuk hal-hal ini untuk saat ini, hal yang menarik :)

Dan di sini saya memasukkan sinyal persegi panjang biasa ke dua filter lolos tinggi dan rendah. Dan keluarannya ke osiloskop:

Inilah bagian yang sedikit lebih besar:

Saat memulai, kondensor dilepaskan, arus yang melaluinya penuh, dan tegangan di atasnya dapat diabaikan - ada sinyal reset pada input RESET. Tetapi segera kapasitor akan terisi dan setelah waktu T tegangannya sudah berada pada level logis dan sinyal reset tidak lagi dikirim ke RESET - MK akan mulai.
Dan untuk AT89C51 perlu untuk mengatur kebalikan dari RESET - pertama masukkan satu, lalu nol. Di sini situasinya sebaliknya - ketika kondensor tidak diisi, maka arus besar mengalir melaluinya, Uc - penurunan tegangan yang melewatinya sangat kecil Uc = 0. Artinya RESET disuplai dengan tegangan sedikit lebih kecil dari tegangan suplai Usupply-Uc=Upsupply.
Namun ketika kondensor terisi dan tegangan di atasnya mencapai tegangan suplai (Upit = Uc), maka pada pin RESET sudah ada Upit-Uc = 0

Pengukuran analog
Namun jangan pedulikan rantai reset, yang lebih asyik menggunakan kemampuan rangkaian RC untuk mengukur nilai analog dengan mikrokontroler yang tidak memiliki ADC.
Ia menggunakan fakta bahwa tegangan melintasi kapasitor tumbuh secara ketat sesuai dengan hukum yang sama - eksponensial. Tergantung pada konduktor, resistor dan tegangan suplai. Artinya dapat digunakan sebagai tegangan acuan dengan parameter yang telah diketahui sebelumnya.

Cara kerjanya sederhana, kita menerapkan tegangan dari kapasitor ke komparator analog, dan menghubungkan tegangan terukur ke input kedua komparator. Dan ketika kita ingin mengukur tegangan, kita cukup menarik pin ke bawah terlebih dahulu untuk melepaskan kapasitor. Kemudian kami mengembalikannya ke mode Hi-Z, mengatur ulang dan memulai pengatur waktu. Dan kemudian kondensor mulai mengisi daya melalui resistor, dan segera setelah komparator melaporkan bahwa tegangan dari RC telah sesuai dengan tegangan yang diukur, kami menghentikan pengatur waktu.

Mengetahui hukum mana yang menyebabkan tegangan referensi rangkaian RC meningkat dari waktu ke waktu, dan juga mengetahui berapa lama pengatur waktu telah berdetak, kita dapat mengetahui dengan cukup akurat berapa tegangan yang diukur pada saat komparator dipicu. Selain itu, eksponen tidak perlu dihitung di sini. Pada tahap awal pengisian kapasitor, kita dapat mengasumsikan bahwa ketergantungannya linier. Atau, jika Anda ingin lebih akurat, perkirakan eksponen dengan fungsi linier sepotong-sepotong, dan dalam bahasa Rusia, gambar perkiraan bentuknya dengan beberapa garis lurus atau buat tabel ketergantungan suatu nilai terhadap waktu, singkatnya, caranya sederhana.

Jika Anda perlu memiliki saklar analog, tetapi tidak memiliki ADC, Anda bahkan tidak perlu menggunakan komparator. Goyangkan kaki tempat kapasitor digantung dan biarkan terisi melalui resistor variabel.

Dengan mengubah T, yang, izinkan saya mengingatkan Anda, T = R * C dan mengetahui bahwa kita mempunyai C = const, kita dapat menghitung nilai R. Selain itu, sekali lagi, tidak perlu menghubungkan peralatan matematika di sini, di sebagian besar dalam kasus ini cukup melakukan pengukuran pada beberapa burung beo bersyarat, seperti pengatur waktu. Atau Anda bisa sebaliknya, tidak mengganti resistornya, tetapi mengganti kapasitansinya, misalnya dengan menghubungkan kapasitansi tubuh Anda ke resistor tersebut... apa yang akan terjadi? Benar - tombol sentuh!

Jika ada yang belum jelas jangan khawatir, segera saya akan menulis artikel tentang cara memasang peralatan analog ke mikrokontroler tanpa menggunakan ADC. Saya akan menjelaskan semuanya secara detail di sana.

Anda sedang mengadakan kembang api keren. Segera setelah beberapa LED menerobos, tegangan pada LM317 akan melonjak hingga batasnya dan akan terjadi ledakan besar.

1000 mikrofarad pada 450v = 80 Joule. Jika terjadi masalah, kapasitor akan mengering sehingga tidak cukup. Tapi akan ada masalah, karena Anda menempatkan kapasitor tanpa cadangan sama sekali di lingkungan di mana bahkan 1kV dapat ditangkap dalam pulsa input.

Saran - jadikan driver pulsa normal. Dan bukan lingkaran “tangan-tangan terampil” tanpa isolasi dan filter galvanis.

Meskipun kami secara kondisional menerima rangkaian ini sebagai benar, Anda perlu menempatkan kapasitor keramik di sekitar LM317 agar tidak berdering.

Dan ya, pembatasan arus oleh transistor dilakukan secara berbeda - di sirkuit Anda ia akan meledak karena pada awalnya jaringan akan dihubungkan ke persimpangan E-K.

Dan pembagi Anda akan menerapkan 236 volt ke persimpangan EB, yang juga akan menyebabkan ledakan transistor.

Setelah beberapa klarifikasi, akhirnya menjadi jelas apa yang ingin Anda capai: sumber daya umum untuk beberapa rangkaian LED yang dihubungkan secara seri. Anda menganggap masalah utama adalah kelancaran pengisian unit kapasitor filter. Menurut pendapat saya, ada beberapa hal yang lebih penting dalam skema seperti itu. Tapi pertama-tama, tentang topik pertanyaannya.

1000 μF adalah nilai yang sesuai untuk arus beban 0,5...3 ampere, dan bukan puluhan miliampere (22...50 μF sudah cukup di sana). Transistor dapat dipasang jika Anda perlu meningkatkan kecerahan secara bertahap selama 4...20 detik - tetapi Anda memiliki beberapa karangan bunga! Apakah mereka benar-benar harus memulai di seluruh apartemen pada waktu yang bersamaan? Dan tentang sakelar - alih-alih sakelar standar yang mengganti rangkaian ~220 volt, apakah Anda ingin mengganti sirkuit ~310 volt dengan menempatkan sakelar antara kapasitor dan karangan bunga? Solusi ini setidaknya terlihat dapat dibenarkan untuk "rumah pintar" (dan bahkan tidak semua isinya jelas), tetapi di apartemen biasa tidak ada gunanya melakukan ini. Di dalamnya, lebih tepat untuk memasang catu daya terpisah untuk setiap karangan bunga - dan kemudian jauh lebih menguntungkan menggunakan kaset biasa yang super murah (dan jauh lebih andal!) dengan paralel LED 12 volt, dan bukan LED seri buatan sendiri, di mana satu dioda yang terbakar benar-benar membuat Anda kehilangan cahaya.
Tujuan lain dari unit pengisian halus adalah untuk melindungi dioda penyearah dari beban berlebih yang berulang pada saat penyalaan, ketika kapasitor benar-benar habis. Tetapi masalah ini dapat diselesaikan sepenuhnya dengan metode yang lebih sederhana - alih-alih T1 dan R1, R3, Anda perlu memasukkan termistor dengan resistansi beberapa puluh ohm, yang berkurang saat dipanaskan hingga 0,5...3 ohm, ini dilakukan di ratusan juta catu daya komputer yang bekerja dengan andal selama bertahun-tahun pada arus beban yang kira-kira sama dengan milik Anda. Anda bisa mendapatkan termistor seperti itu dari catu daya komputer mana pun yang mati.

Dan terakhir, tentang apa yang tidak ada dalam pertanyaan Anda, tetapi menarik perhatian Anda - tentang pengatur arus pada LM317, yang menyerap tegangan listrik berlebih. Faktanya adalah rintisan seperti itu hanya berfungsi dalam kisaran 3 hingga 40 volt. Toleransi tegangan listrik pada jaringan kota yang sehat adalah 10%, yaitu. dari 198 hingga 242 volt. Artinya jika Anda menghitung stub pada batas bawah (dan ini biasanya dilakukan), maka pada batas atas tegangan pada stub akan melampaui batas yang diperbolehkan yaitu 40 volt. Jika Anda menyetelnya ke kisaran teratas (yaitu 242), maka pada batas bawah tegangan pada stub akan turun di bawah 3 volt, dan arus tidak lagi stabil. Dan saya tidak akan mengatakan apa pun tentang apa yang akan terjadi pada skema ini di daerah pedesaan, di mana fluktuasi tegangan jaringan jauh lebih luas. Jadi rangkaian seperti itu akan bekerja secara normal hanya dengan tegangan jaringan yang stabil - tetapi dengan jaringan yang stabil, stabilizer tidak diperlukan; dapat diganti dengan sempurna dengan resistor sederhana.

Mari kita sambungkan rangkaian yang terdiri dari kapasitor tak bermuatan dengan kapasitansi C dan resistor dengan resistansi R ke sumber listrik dengan tegangan konstan U (Gbr. 16-4).

Karena pada saat kapasitor dinyalakan, tegangan yang melintasinya belum terisi, oleh karena itu, dalam rangkaian pada saat awal, penurunan tegangan pada resistansi R sama dengan U dan timbul arus, kekuatan yang

Beras. 16-4. Mengisi kapasitor.

Aliran arus i disertai dengan akumulasi muatan Q secara bertahap pada kapasitor, tegangan muncul padanya dan penurunan tegangan pada resistansi R berkurang:

sebagai berikut dari hukum kedua Kirchhoff. Oleh karena itu, kekuatan saat ini

menurun, laju akumulasi muatan Q juga menurun, karena arus dalam rangkaian

Seiring waktu, kapasitor terus mengisi daya, tetapi muatan Q dan tegangan di atasnya tumbuh semakin lambat (Gbr. 16-5), dan arus dalam rangkaian secara bertahap berkurang sebanding dengan perbedaan tegangan.

Beras. 16-5. Grafik perubahan arus dan tegangan pada saat pengisian kapasitor.

Setelah selang waktu yang cukup lama (secara teoritis sangat lama), tegangan melintasi kapasitor mencapai nilai yang sama dengan tegangan sumber listrik, dan arus menjadi sama dengan nol - proses pengisian kapasitor berakhir.

Proses pengisian kapasitor semakin lama, semakin besar hambatan rangkaian R yang membatasi arus, dan semakin besar kapasitansi kapasitor C, karena dengan kapasitansi yang besar maka muatan yang lebih besar harus terakumulasi. Kecepatan proses dicirikan oleh konstanta waktu rangkaian

semakin banyak, semakin lambat prosesnya.

Konstanta waktu rangkaian mempunyai dimensi waktu, karena

Setelah selang waktu sejak rangkaian dihidupkan sama dengan , tegangan pada kapasitor mencapai kurang lebih 63% dari tegangan sumber listrik, dan setelah selang waktu tersebut proses pengisian kapasitor dianggap selesai.

Tegangan melintasi kapasitor saat mengisi daya

yaitu, sama dengan perbedaan antara tegangan konstan sumber listrik dan tegangan bebas, yang menurun seiring waktu menurut hukum fungsi eksponensial dari nilai U ke nol (Gbr. 16-5).

Arus pengisian kapasitor

Arus dari nilai awal berangsur-angsur berkurang menurut hukum fungsi eksponensial (Gbr. 16-5).

b) Pelepasan kapasitor

Sekarang mari kita perhatikan proses pengosongan kapasitor C, yang diisi dari sumber listrik ke tegangan U melalui resistor dengan resistansi R (Gbr. 16-6, Dimana saklar dipindahkan dari posisi 1 ke posisi 2).

Beras. 16-6. Mengosongkan kapasitor ke resistor.

Beras. 16-7. Grafik perubahan arus dan tegangan saat kapasitor dikosongkan.

Pada saat awal, arus akan muncul di rangkaian dan kapasitor akan mulai terlepas, dan tegangan yang melewatinya akan berkurang. Dengan menurunnya tegangan, arus pada rangkaian juga akan berkurang (Gbr. 16-7). Setelah selang waktu tertentu, tegangan pada kapasitor dan arus rangkaian akan berkurang hingga kurang lebih 1% dari nilai awal dan proses pengosongan kapasitor dapat dianggap selesai.

Tegangan kapasitor selama pengosongan

yaitu berkurang menurut hukum fungsi eksponensial (Gbr. 16-7).

Arus pelepasan kapasitor

yaitu, seperti tegangan, berkurang menurut hukum yang sama (Gbr. 6-7).

Semua energi yang tersimpan saat kapasitor diisi dalam medan listriknya dilepaskan sebagai panas dalam resistansi R selama pelepasan.

Medan listrik kapasitor bermuatan, yang terputus dari sumber listrik, tidak dapat tetap tidak berubah dalam waktu lama, karena dielektrik kapasitor dan insulasi antara terminalnya memiliki konduktivitas tertentu.

Pelepasan kapasitor karena ketidaksempurnaan dielektrik dan isolasi disebut self-discharge. Konstanta waktu selama self-discharge kapasitor tidak bergantung pada bentuk pelat dan jarak antar pelat.

Proses pengisian dan pengosongan kapasitor disebut proses transien.

Seringkali di berbagai catu daya muncul tugas untuk membatasi lonjakan arus awal saat dihidupkan. Alasannya mungkin berbeda - keausan cepat pada kontak atau sakelar relai, berkurangnya masa pakai kapasitor filter, dll. Saya baru-baru ini mengalami masalah serupa. Saya menggunakan catu daya server yang bagus di komputer saya, tetapi karena implementasi bagian siaga tidak berhasil, komputer menjadi terlalu panas ketika daya utama dimatikan. Karena masalah ini, saya sudah dua kali memperbaiki papan siaga dan mengganti beberapa elektrolit yang terletak di sebelahnya. Solusinya sederhana - matikan listrik dari stopkontak. Namun memiliki beberapa kelemahan - ketika dinyalakan, terjadi lonjakan arus yang kuat melalui kapasitor tegangan tinggi, yang dapat merusaknya, selain itu, setelah 2 minggu, steker listrik unit mulai padam. Diputuskan untuk membuat pembatas arus masuk. Sejalan dengan tugas ini, saya memiliki tugas serupa untuk amplifier audio yang kuat. Masalah pada amplifier sama - terbakarnya kontak sakelar, lonjakan arus melalui dioda jembatan dan filter elektrolit. Rangkaian pembatas arus lonjakan dapat Anda temukan cukup banyak di Internet. Tetapi untuk tugas tertentu, mereka mungkin memiliki sejumlah kelemahan - kebutuhan untuk menghitung ulang elemen rangkaian untuk arus yang diperlukan; untuk konsumen yang kuat - pemilihan elemen daya yang menyediakan parameter yang diperlukan untuk daya alokasi yang dihitung. Selain itu, terkadang perlu untuk menyediakan arus awal minimum untuk perangkat yang terhubung, yang meningkatkan kompleksitas rangkaian tersebut. Untuk mengatasi masalah ini, ada solusi sederhana dan andal - termistor.

Gambar.1 Termistor

Termistor adalah resistor semikonduktor yang resistansinya berubah tajam saat dipanaskan. Untuk tujuan kita, kita memerlukan termistor dengan koefisien suhu negatif - termistor NTC. Ketika arus mengalir melalui termistor NTC, ia memanas dan resistansinya turun.

Gambar.2 Termistor TKS

Kami tertarik dengan parameter termistor berikut:

Ketahanan pada suhu 25˚C

Arus stabil maksimum

Kedua parameter tersebut ada dalam dokumentasi untuk termistor tertentu. Dengan menggunakan parameter pertama, kita dapat menentukan arus minimum yang akan melewati resistansi beban ketika dihubungkan melalui termistor. Parameter kedua ditentukan oleh disipasi daya maksimum termistor dan daya beban harus sedemikian rupa sehingga arus rata-rata yang melalui termistor tidak melebihi nilai ini. Untuk pengoperasian termistor yang andal, Anda perlu mengambil nilai arus ini kurang dari 20 persen dari parameter yang ditentukan dalam dokumentasi. Tampaknya akan lebih mudah untuk memilih termistor yang tepat dan merakit perangkat. Namun Anda perlu mempertimbangkan beberapa hal:

1. Termistor membutuhkan waktu lama untuk menjadi dingin. Jika Anda mematikan perangkat dan segera menyalakannya kembali, termistor akan memiliki resistansi rendah dan tidak akan menjalankan fungsi pelindungnya.
2. Anda tidak dapat menghubungkan termistor secara paralel untuk meningkatkan arus - karena penyebaran parameter, arus yang melaluinya akan sangat bervariasi. Tetapi sangat mungkin untuk menghubungkan jumlah termistor yang diperlukan secara seri.
3. Selama pengoperasian, termistor menjadi sangat panas. Elemen di sebelahnya juga memanas.
4. Arus keadaan tunak maksimum yang melalui termistor harus dibatasi oleh daya maksimumnya. Opsi ini tercantum dalam dokumentasi. Tetapi jika termistor digunakan untuk membatasi lonjakan arus pendek (misalnya, ketika catu daya pertama kali dihidupkan dan kapasitor filter sedang diisi), maka arus pulsa mungkin lebih besar. Kemudian pilihan termistor dibatasi oleh daya pulsa maksimumnya.

Energi kapasitor bermuatan ditentukan dengan rumus:

E = (C*Vpuncak²)/2

di mana E adalah energi dalam joule, C adalah kapasitansi kapasitor filter, Vpeak adalah tegangan maksimum yang akan digunakan untuk mengisi kapasitor filter (untuk jaringan kami, Anda dapat mengambil nilai 250V*√2 = 353V).

Jika dokumentasi menunjukkan daya pulsa maksimum, maka berdasarkan parameter ini Anda dapat memilih termistor. Namun, sebagai aturan, parameter ini tidak ditentukan. Kemudian kapasitas maksimum yang dapat diisi dengan aman menggunakan termistor dapat diperkirakan dari tabel yang telah dihitung untuk termistor seri standar.

Saya mengambil tabel dengan parameter termistor NTC dari Joyin. Tabel tersebut menunjukkan:

Nomor- resistansi nominal termistor pada suhu 25°C

maksimal- arus maksimum yang melalui termistor (arus kondisi tunak maksimum)

maksimal- kapasitas maksimum dalam rangkaian uji yang dibuang ke termistor tanpa merusaknya (tegangan uji 350v)

Cara pelaksanaan tes dapat Anda lihat pada halaman tujuh.

Beberapa kata tentang parameter maksimal– dokumentasi menunjukkan bahwa dalam rangkaian uji, kapasitor dilepaskan melalui termistor dan resistor pembatas, yang melepaskan energi tambahan. Oleh karena itu, kapasitas aman maksimum yang dapat diisi oleh termistor tanpa hambatan tersebut akan menjadi lebih kecil. Saya mencari informasi di forum tematik asing dan melihat rangkaian khas dengan pembatas dalam bentuk termistor, yang datanya diberikan. Berdasarkan informasi ini, Anda dapat mengambil koefisiennya maksimal dalam skema nyata 0,65, untuk mengalikan data dari tabel.

Nama	nomor,	Imaks,	maksimal,
Ddiameter 8mm
diameter 10mm
diameter 13mm
diameter 15mm
diameter 20mm

Tabel parameter termistor NTC dari Joyin

Dengan menghubungkan beberapa termistor NTC yang identik secara seri, kami mengurangi persyaratan energi pulsa maksimum masing-masing termistor.

Izinkan saya memberi Anda sebuah contoh. Misalnya, kita perlu memilih termistor untuk menghidupkan catu daya komputer. Konsumsi daya maksimum komputer adalah 700 watt. Kami ingin membatasi arus awal menjadi 2-2.5A. Catu daya berisi kapasitor filter 470 µF.

Kami menghitung nilai efektif saat ini:

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

Seperti yang saya tulis di atas, untuk pengoperasian termistor yang andal, kami akan memilih arus tunak maksimum dari dokumentasi yang 20% ​​lebih besar dari nilai ini.

Imaks = 3,8A

Kami menghitung resistansi termistor yang diperlukan untuk arus awal 2,5A

R = (220V*√2)/2,5A = 124 Ohm

Dari tabel kami menemukan termistor yang diperlukan. 6 buah termistor JNR15S200L yang dihubungkan secara seri sesuai dengan kebutuhan kita maksimal, perlawanan umum. Kapasitas maksimum yang dapat diisi adalah 680 µF * 6 * 0,65 = 2652 µF, yang bahkan lebih besar dari yang kita perlukan. Wajar saja dengan penurunan V puncak, persyaratan daya pulsa maksimum termistor juga berkurang. Ketergantungan kita terletak pada kuadrat tegangan.

Dan pertanyaan terakhir tentang pilihan termistor. Bagaimana jika kita telah memilih termistor yang diperlukan untuk daya pulsa maksimum, tetapi termistor tersebut tidak cocok untuk kita? maksimal(beban konstan terlalu tinggi untuk mereka), atau apakah kita tidak memerlukan sumber pemanas konstan di dalam perangkat itu sendiri? Untuk melakukan ini, kita akan menggunakan solusi sederhana - kita akan menambahkan saklar lain ke rangkaian secara paralel dengan termistor, yang akan kita nyalakan setelah mengisi kapasitor. Itulah yang saya lakukan di limiter saya. Dalam kasus saya, parameternya adalah sebagai berikut: konsumsi daya maksimum komputer adalah 400W, batasan arus awal adalah 3,5A, kapasitor filter adalah 470uF. Saya mengambil 6 buah termistor 15d11 (15 ohm). Diagramnya ditunjukkan di bawah ini.

Beras. 3 Rangkaian pembatas

Penjelasan untuk diagramnya. SA1 memutus kabel fasa. LED VD2 berfungsi untuk menunjukkan pengoperasian limiter. Kapasitor C1 menghaluskan riak dan LED tidak berkedip pada frekuensi listrik. Jika Anda tidak membutuhkannya, lepaskan C1, VD6, VD1 dari rangkaian dan cukup sambungkan LED dan dioda secara paralel dengan cara yang sama seperti elemen VD4, VD5. Untuk menunjukkan proses pengisian kapasitor, LED VD4 dihubungkan secara paralel dengan termistor. Dalam kasus saya, saat mengisi kapasitor catu daya komputer, seluruh proses memakan waktu kurang dari satu detik. Jadi, mari kita kumpulkan.

Gbr.4 Kit perakitan

Saya memasang indikator daya langsung di penutup sakelar, membuang lampu pijar Cina, yang tidak akan bertahan lama.

Beras. 5 Indikator daya

Gambar.6 Blok termistor

Beras. 7 Pembatas rakitan

Ini bisa diselesaikan jika semua termistor tidak rusak setelah seminggu bekerja. Itu terlihat seperti ini.

Beras. 8 Kegagalan termistor NTC

Terlepas dari kenyataan bahwa margin untuk nilai kapasitansi yang diizinkan sangat besar - 330 µF * 6 * 0,65 = 1287 µF.

Saya membeli termistor dari perusahaan terkenal, dengan nilai berbeda - semuanya rusak. Produsen tidak diketahui. Entah orang Cina menuangkan termistor berdiameter lebih kecil ke dalam wadah besar, atau kualitas bahannya sangat buruk. Hasilnya, saya membeli diameter yang lebih kecil - SCK 152 8mm. China sama, tapi sudah branded. Berdasarkan tabel kami, kapasitansi yang diizinkan adalah 100 µF * 6 * 0,65 = 390 µF, yang bahkan sedikit lebih kecil dari yang dibutuhkan. Namun, semuanya berfungsi dengan baik.