Cos f vienmērīga kondensatoru uzlāde. Vienmērīga jaudas uzlāde: ko izvēlēties? Sergejs Čemezovs: Rostec jau ir viena no desmit lielākajām inženierzinātņu korporācijām pasaulē

Projektējot pastiprinātāju barošanas avoti Bieži rodas problēmas, kurām nav nekāda sakara ar pašu pastiprinātāju vai arī tās ir izmantotās elementu bāzes sekas. Tātad barošanas blokos tranzistoru pastiprinātāji Ar lielu jaudu bieži rodas problēma nodrošināt vienmērīgu barošanas avota ieslēgšanu, tas ir, nodrošināt lēnu elektrolītisko kondensatoru uzlādi izlīdzinošā filtrā, kam var būt ļoti ievērojama jauda un, neveicot atbilstošus pasākumus, vienkārši ieslēgšanas brīdī sabojāt taisngrieža diodes.

Barošanas blokos jebkuras jaudas lampu pastiprinātājiem ir jānodrošina padeves aizkave augsts anoda spriegums pirms lampu uzsildīšanas, lai izvairītos no priekšlaicīgas katoda noplicināšanas un līdz ar to ievērojama lampas kalpošanas laika samazināšanās. Protams, izmantojot kenotron taisngriezi, šī problēma tiek atrisināta pati par sevi. Bet, ja izmantojat parasto tilta taisngriezi ar LC filtru, jūs nevarat iztikt bez papildu ierīces.

Abas iepriekš minētās problēmas var atrisināt ar vienkāršu ierīci, kuru var viegli iebūvēt gan tranzistorā, gan lampas pastiprinātājā.

Ierīces diagramma.

Mīkstās palaišanas ierīces shematiskā diagramma ir parādīta attēlā:

Noklikšķiniet, lai palielinātu

Maiņspriegums transformatora TP1 sekundārajā tinumā tiek iztaisnots ar diodes tiltu Br1 un stabilizēts ar integrēto stabilizatoru VR1. Rezistors R1 nodrošina vienmērīgu kondensatora C3 uzlādi. Kad spriegums pāri tam sasniedz sliekšņa vērtību, tranzistors T1 atvērsies, izraisot releja Rel1 darbību. Rezistors R2 nodrošina kondensatora C3 izlādi, kad ierīce ir izslēgta.

Iekļaušanas iespējas.

Releju kontaktu grupa Rel1 ir pievienota atkarībā no pastiprinātāja veida un barošanas avota organizācijas.

Piemēram, lai nodrošinātu vienmērīgu kondensatoru uzlādi barošanas blokā tranzistora jaudas pastiprinātājs, uzrādīto ierīci var izmantot, lai apietu balasta rezistoru pēc kondensatoru uzlādes, lai novērstu jaudas zudumus uz tā. Iespējamā savienojuma iespēja ir parādīta diagrammā:

Drošinātāja un balasta rezistoru vērtības nav norādītas, jo tās ir izvēlētas, pamatojoties uz pastiprinātāja jaudu un izlīdzinošo filtru kondensatoru kapacitāti.

Caurules pastiprinātājā piedāvātā ierīce palīdzēs organizēt padeves aizkavēšanos augsts anoda spriegums pirms lampas sasilst, kas var ievērojami pagarināt to kalpošanas laiku. Iespējamā iekļaušanas iespēja ir parādīta attēlā:

Aizkaves ķēde šeit tiek ieslēgta vienlaikus ar kvēldiega transformatoru. Pēc lampu uzsilšanas ieslēgsies relejs Rel1, kā rezultātā tīkla spriegums tiks piegādāts anoda transformatoram.

Ja jūsu pastiprinātājs izmanto vienu transformatoru, lai darbinātu gan lampas kvēldiega ķēdes, gan anoda spriegumu, tad releja kontaktu grupa jāpārvieto uz sekundāro tinumu ķēdi. anoda spriegums.

Ieslēgšanās aizkaves ķēdes elementi (mīkstā palaišana):

• Drošinātājs: 220V 100mA,
• Transformators: jebkurš mazjaudas ar izejas spriegumu 12-14V,
• Diodes tilts: jebkurš mazs ar parametriem 35V/1A un augstāks,
• Kondensatori: C1 - 1000uF 35V, C2 - 100nF 63V, C3 - 100uF 25V,
• Rezistori: R1 - 220 kOhm, R2 - 120 kOhm,
• Tranzistors: IRF510,
• Integrētais stabilizators: 7809, LM7809, L7809, MC7809 (7812),
• Relejs: ar darba tinuma spriegumu 9V (12V 7812) un atbilstošas ​​jaudas kontaktgrupu.

Zemā strāvas patēriņa dēļ var uzstādīt stabilizatora mikroshēmu un lauka efekta tranzistoru bez radiatoriem.

Tomēr kādam var rasties doma atteikties no papildu, kaut arī maza izmēra, transformatora un darbināt aizkaves ķēdi no kvēldiega sprieguma. Ņemot vērā, ka kvēldiega sprieguma standarta vērtība ir ~6.3V, nāksies nomainīt L7809 stabilizatoru pret L7805 un izmantot releju ar tinuma darba spriegumu 5V. Šādi releji parasti patērē ievērojamu strāvu, un tādā gadījumā mikroshēma un tranzistors būs jāaprīko ar maziem radiatoriem.

Izmantojot releju ar 12V tinumu (kaut kā biežāk), integrētā stabilizatora mikroshēma jāaizstāj ar 7812 (L7812, LM7812, MC7812).

Ar rezistora R1 un kondensatora C3 vērtībām, kas norādītas diagrammā kavēšanās laiks ieslēgumi ir pēc kārtas 20 sekundes. Lai palielinātu laika intervālu, ir nepieciešams palielināt kondensatora C3 kapacitāti.

Raksts sagatavots pēc žurnāla "Audio Express" materiāliem

RadioGazeta galvenā redaktora bezmaksas tulkojums.

Ja savienojat rezistoru un kondensatoru, jūs, iespējams, iegūsit vienu no visnoderīgākajām un daudzpusīgākajām shēmām.

Šodien es nolēmu runāt par daudzajiem tā izmantošanas veidiem. Bet vispirms par katru elementu atsevišķi:

Rezistora uzdevums ir ierobežot strāvu. Tas ir statisks elements, kura pretestība nemainās; mēs tagad nerunājam par termiskām kļūdām - tās nav pārāk lielas. Strāvu caur rezistoru nosaka Ohma likums - I=U/R, kur U ir spriegums rezistoru spailēs, R ir tā pretestība.

Kondensators ir interesantāka lieta. Tam ir interesanta īpašība - izlādējoties, tas uzvedas gandrīz kā īssavienojums - strāva plūst caur to bez ierobežojumiem, steidzoties līdz bezgalībai. Un spriegumam uz tā ir tendence uz nulli. Kad tas ir uzlādēts, tas kļūst kā pārtraukums un strāva pārstāj plūst caur to, un spriegums pāri tai kļūst vienāds ar uzlādes avotu. Izrādās interesantas attiecības - ir strāva, nav sprieguma, ir spriegums - nav strāvas.

Lai vizualizētu šo procesu, iedomājieties balonu... hm... balonu, kas ir piepildīts ar ūdeni. Ūdens plūsma ir straume. Ūdens spiediens uz elastīgajām sienām ir līdzvērtīgs stresam. Tagad paskaties, kad bumba ir tukša - ūdens plūst brīvi, ir liela strāva, bet spiediena vēl gandrīz nav - spriegums ir zems. Tad, kad bumba ir piepildīta un sāk pretoties spiedienam, sienu elastības dēļ plūsmas ātrums palēnināsies un pēc tam apstāsies pavisam - spēki ir vienādi, kondensators tiek uzlādēts. Uz izstieptajām sienām ir spriedze, bet nav strāvas!

Tagad, ja noņemat vai samazinat ārējo spiedienu, noņemiet strāvas avotu, tad ūdens elastības ietekmē plūdīs atpakaļ. Arī strāva no kondensatora plūst atpakaļ, ja ķēde ir aizvērta un avota spriegums ir zemāks par spriegumu kondensatorā.

Kondensatora jauda. Kas tas ir?
Teorētiski bezgalīga izmēra lādiņu var iesūknēt jebkurā ideālā kondensatorā. Vienkārši mūsu bumba izstiepsies vairāk un sienas radīs lielāku spiedienu, bezgalīgi lielāku spiedienu.
Kā tad ar Faradu, kas uz kondensatora sāniem rakstīts kā kapacitātes rādītājs? Un tā ir tikai sprieguma atkarība no lādiņa (q = CU). Mazam kondensatoram sprieguma pieaugums no uzlādes būs lielāks.

Iedomājieties divas glāzes ar bezgala augstām sienām. Viens ir šaurs, kā mēģene, otrs ir plats, kā baseins. Ūdens līmenis tajos ir spriedze. Apakšējā zona ir konteiners. Abus var uzpildīt ar vienu un to pašu litru ūdens – vienāds lādiņš. Bet mēģenē līmenis lēks par vairākiem metriem, un baseinā tas šļakstīsies pašā apakšā. Arī kondensatoros ar mazu un lielu kapacitāti.
Jūs varat to pildīt, cik vēlaties, bet spriegums būs atšķirīgs.

Turklāt reālajā dzīvē kondensatoriem ir pārrāvuma spriegums, pēc kura tas pārstāj būt kondensators, bet pārvēršas par lietojamu vadītāju :)

Cik ātri uzlādējas kondensators?
Ideālos apstākļos, kad mums ir bezgala jaudīgs sprieguma avots ar nulles iekšējo pretestību, ideāli supravadošie vadi un absolūti nevainojams kondensators, šis process notiks uzreiz, ar laiku, kas vienāds ar 0, kā arī izlāde.

Bet patiesībā vienmēr ir pretestība, skaidra - kā banāls rezistors, vai netieša, piemēram, vadu pretestība vai sprieguma avota iekšējā pretestība.
Šajā gadījumā kondensatora uzlādes ātrums būs atkarīgs no ķēdes pretestības un kondensatora kapacitātes, un pati uzlāde plūst saskaņā ar eksponenciālais likums.

Un šim likumam ir pāris raksturīgi lielumi:

• T - laika konstante, šis ir laiks, kurā vērtība sasniedz 63% no maksimālās vērtības. 63% nebija nejauši, tas ir tieši saistīts ar formulu VĒRTĪBA T =max—1/e*max.
• 3T - un pie trīs reizes lielākas konstantes vērtība sasniegs 95% no maksimālās vērtības.

Laika konstante RC ķēdei T=R*C.

Jo mazāka pretestība un mazāka kapacitāte, jo ātrāk kondensators uzlādējas. Ja pretestība ir nulle, tad uzlādes laiks ir nulle.

Aprēķināsim, cik ilgs laiks būs nepieciešams, lai 1 uF kondensators tiktu uzlādēts līdz 95%, izmantojot 1 kOhm rezistoru:
T= C*R = 10-6 * 103 = 0,001c
3T = 0,003 s Pēc šī laika spriegums uz kondensatora sasniegs 95% no avota sprieguma.

Izlāde notiks pēc tā paša likuma, tikai otrādi. Tie. pēc T laika uz kondensatora paliek tikai 100% - 63% = 37% no sākotnējā sprieguma, bet pēc 3T vēl mazāk - niecīgi 5%.

Nu ar sprieguma padevi un atlaišanu viss skaidrs. Kā būtu, ja spriegums tiktu pielikts un pēc tam palielināts pa soļiem un pēc tam arī izlādēts pa soļiem? Situācija šeit praktiski nemainīsies - spriegums ir cēlies, kondensators uz to ir uzlādēts pēc tā paša likuma, ar tādu pašu laika konstanti - pēc 3T laika tā spriegums būs 95% no jaunā maksimuma.
Nedaudz nokritās - tika uzlādēts un pēc 3T spriegums uz tā būs par 5% lielāks par jauno minimumu.
Ko es jums saku, labāk to parādīt. Šeit multisim es izveidoju gudru soļu signālu ģeneratoru un ievadīju to integrējošajai RC ķēdei:

Paskaties, kā šūpojas :) Lūgums ņemt vērā, ka gan uzlāde, gan izlāde neatkarīgi no soļa augstuma vienmēr ir vienāda ilguma!!!

Līdz kādai vērtībai var uzlādēt kondensatoru?
Teorētiski ad infinitum, sava veida bumba ar bezgalīgi stieptām sienām. Patiesībā bumba agri vai vēlu pārsprāgs, un kondensators izlauzīsies un radīsies īssavienojums. Tāpēc visiem kondensatoriem ir svarīgs parametrs - galīgais spriegums. Uz elektrolītiem tas bieži ir rakstīts uz sāniem, bet uz keramikas tas ir jāmeklē uzziņu grāmatās. Bet tur tas parasti ir no 50 voltiem. Kopumā, izvēloties kondensatoru, jums jāpārliecinās, ka tā maksimālais spriegums nav zemāks par ķēdē esošo. Piebildīšu, ka, aprēķinot kondensatoru maiņstrāvai, jāizvēlas 1,4 reizes lielāks maksimālais spriegums. Jo uz maiņstrāvas sprieguma tiek norādīta efektīvā vērtība, un momentānā vērtība tās maksimumā pārsniedz to 1,4 reizes.

Kas izriet no iepriekš minētā? Un fakts ir tāds, ka, ja kondensatoram tiek pievienots pastāvīgs spriegums, tas vienkārši uzlādēsies, un viss. Šeit jautrība beidzas.

Ko darīt, ja iesniedzat mainīgo? Ir skaidrs, ka tas vai nu uzlādēsies, vai izlādēsies, un strāva ķēdē plūst uz priekšu un atpakaļ. Kustība! Ir strāva!

Izrādās, ka, neskatoties uz fizisku pārtraukumu ķēdē starp plāksnēm, maiņstrāva viegli plūst caur kondensatoru, bet līdzstrāva plūst vāji.

Ko tas mums dod? Un fakts, ka kondensators var kalpot kā sava veida separators, lai nodalītu maiņstrāvu un līdzstrāvu attiecīgajās komponentēs.

Jebkuru laikā mainīgu signālu var attēlot kā divu komponentu summu - mainīgo un nemainīgo.

Piemēram, klasiskajam sinusoīdam ir tikai mainīga daļa, un konstante ir nulle. Ar līdzstrāvu tas ir pretējs. Ko darīt, ja mums ir nobīdīts sinusoīds? Vai pastāvīgi ar traucējumiem?

Signāla maiņstrāvas un līdzstrāvas komponenti ir viegli atdalāmi!
Nedaudz augstāk es parādīju, kā kondensators tiek uzlādēts un izlādējies, mainoties spriegumam. Tātad mainīgais komponents izies cauri konderam ar blīkšķi, jo tikai tas liek kondensatoram aktīvi mainīt lādiņu. Konstante paliks tāda, kāda tā bija, un būs iestrēdzis uz kondensatora.

Bet, lai kondensators efektīvi atdalītu mainīgo komponentu no konstantes, mainīgās komponentes frekvence nedrīkst būt zemāka par 1/T

Ir iespējami divi RC ķēdes aktivizēšanas veidi:
Integrējot un diferencējot. Tie ir arī zemas caurlaidības filtrs un augstfrekvences filtrs.

Zemfrekvences filtrs izlaiž nemainīgo komponentu bez izmaiņām (tā kā tā frekvence ir nulle, nekur zemāka nav) un nomāc visu, kas ir augstāks par 1/T. Tiešais komponents iet tieši, un mainīgais komponents tiek dzēsts uz zemi caur kondensatoru.
Šādu filtru sauc arī par integrējošu ķēdi, jo izejas signāls ir it kā integrēts. Vai atceries, kas ir integrālis? Laukums zem līknes! Šeit tas iznāk.

Un to sauc par diferencēšanas ķēdi, jo izejā mēs iegūstam ievades funkcijas diferenciāli, kas ir nekas vairāk kā šīs funkcijas izmaiņu ātrums.

• 1. sadaļā kondensators ir uzlādēts, kas nozīmē, ka caur to plūst strāva, un rezistoram būs sprieguma kritums.
• 2. sadaļā ir krasi palielināts uzlādes ātrums, kas nozīmē, ka strāva strauji palielināsies, kam sekos sprieguma kritums pāri rezistoram.
• 3. sadaļā kondensators vienkārši satur esošo potenciālu. Caur to neplūst strāva, kas nozīmē, ka spriegums pāri rezistoram arī ir nulle.
• Nu 4. sekcijā kondensators sāka izlādēties, jo... ieejas signāls ir kļuvis zemāks par tā spriegumu. Strāva ir aizgājusi pretējā virzienā un jau ir negatīvs sprieguma kritums pāri rezistoram.

Un, ja ievadei pieliekam taisnstūrveida impulsu ar ļoti stāvām malām un samazinām kondensatora kapacitāti, mēs redzēsim šādas adatas:

taisnstūris. Nu ko? Tieši tā – lineāras funkcijas atvasinājums ir konstante, šīs funkcijas slīpums nosaka konstantes zīmi.

Īsāk sakot, ja šobrīd mācies matemātikas kursos, tad vari aizmirst par bezdievīgo Mathcad, pretīgo Kļavu, izmest no galvas Matlab matricas ķecerību un, izvelkot no krātuvē sauju analogu birstošu lietu, pielodēt sevi. tiešām ĪSTS analogais dators :) Skolotāja būs šokā :)

Tiesa, integratori un diferenciatori parasti netiek izgatavoti, izmantojot tikai rezistorus, šeit tiek izmantoti darbības pastiprinātāji. Pagaidām vari meklēt šīs lietas, interesanti :)

Un šeit es padevu parastu taisnstūra signālu diviem augstas un zemas caurlaidības filtriem. Un izvadi no tiem uz osciloskopu:

Šeit ir nedaudz lielāka sadaļa:

Iedarbinot, kondensators tiek izlādēts, strāva caur to ir pilna, un spriegums uz tā ir niecīgs - RESET ieejā ir atiestatīšanas signāls. Bet drīz kondensators uzlādēsies un pēc laika T tā spriegums jau būs loģiskā līmenī un atiestatīšanas signāls vairs netiks nosūtīts uz RESET - MK sāksies.
Un priekš AT89C51 ir nepieciešams organizēt tieši pretējo RESET - vispirms iesniedziet vienu un pēc tam nulli. Šeit situācija ir pretēja - kamēr kondensators nav uzlādēts, tad caur to plūst liela strāva, Uc - sprieguma kritums tam ir niecīgs Uc = 0. Tas nozīmē, ka RESET tiek piegādāts ar spriegumu, kas ir nedaudz mazāks par barošanas spriegumu Usupply-Uc=Upsupply.
Bet, kad kondensators ir uzlādēts un spriegums uz tā sasniedz barošanas spriegumu (Upit = Uc), tad pie RESET tapas jau būs Upit-Uc = 0

Analogie mērījumi
Bet neņemiet vērā atiestatīšanas ķēdes, kur ir daudz jautrāk izmantot RC ķēdes spēju izmērīt analogās vērtības ar mikrokontrolleriem, kuriem nav ADC.
Tas izmanto faktu, ka spriegums uz kondensatora aug stingri saskaņā ar to pašu likumu - eksponenciāli. Atkarībā no vadītāja, rezistora un barošanas sprieguma. Tas nozīmē, ka to var izmantot kā atsauces spriegumu ar iepriekš zināmiem parametriem.

Tas darbojas vienkārši, mēs pieslēdzam spriegumu no kondensatora analogajam salīdzinājumam un savienojam izmērīto spriegumu ar salīdzinājuma otro ieeju. Un, kad mēs vēlamies izmērīt spriegumu, mēs vienkārši vispirms pavelkam tapu uz leju, lai izlādētu kondensatoru. Pēc tam atgriežam to Hi-Z režīmā, atiestatām un iedarbinām taimeri. Un tad kondensators sāk uzlādēt caur rezistoru, un, tiklīdz salīdzinājums ziņo, ka spriegums no RC ir sasniedzis izmērīto, mēs apturam taimeri.

Zinot, saskaņā ar kuru likumu RC ķēdes atsauces spriegums laika gaitā palielinās, kā arī zinot, cik ilgi ir tikšķējis taimeris, mēs varam diezgan precīzi noskaidrot, ar kādu izmērītais spriegums bija vienāds komparatora iedarbināšanas brīdī. Turklāt šeit nav nepieciešams skaitīt eksponentus. Sākotnējā kondensatora uzlādes posmā mēs varam pieņemt, ka atkarība tur ir lineāra. Vai arī, ja vēlaties lielāku precizitāti, tuviniet eksponentu ar pa daļām lineārām funkcijām un krievu valodā uzzīmējiet tā aptuveno formu ar vairākām taisnām līnijām vai izveidojiet vērtības atkarības no laika tabulu, īsi sakot, metodes ir vienkāršas.

Ja jums ir nepieciešams analogais slēdzis, bet nav ADC, jums pat nav jāizmanto salīdzinājums. Izkustiniet kāju, uz kuras karājas kondensators, un ļaujiet tai uzlādēties caur mainīgu rezistoru.

Mainot T, kas, ļaujiet man atgādināt, T = R * C un zinot, ka mums ir C = const, mēs varam aprēķināt R vērtību. Turklāt šeit atkal nav nepieciešams savienot matemātisko aparātu, vairumā gadījumu gadījumos pietiek ar mērījumiem dažiem nosacītajiem papagaiļiem, piemēram, taimera ērcēm. Vai arī var iet citu ceļu, nemainot rezistoru, bet mainot kapacitāti, piemēram, pieslēdzot tam sava ķermeņa kapacitāti... kas notiks? Tieši tā – skārienpogas!

Ja kaut kas nav skaidrs, neuztraucieties, es drīz uzrakstīšu rakstu par to, kā pievienot analogo aprīkojumu mikrokontrolleram, neizmantojot ADC. Tur es visu sīki paskaidrošu.

Jums notiek forša uguņošana. Tiklīdz pāris gaismas diodes izlauzīsies cauri, LM317 spriegums uzlēks līdz robežai un būs liels sprādziens.

1000 mikrofarādes pie 450 V = 80 džouli. Problēmu gadījumā kondensators tik ļoti izžūst, ka šķiet, ka nepietiek. Bet būs problēmas, jo jūs ievietojat kondensatoru bez absolūti nekādas rezerves vidē, kur pie ieejas var noķert impulsu pat 1 kV.

Padoms - uztaisi parastu pulsa draiveri. Un ne šis “prasmīgo roku” loks bez galvaniskās izolācijas un filtriem.

Pat ja mēs nosacīti pieņemam šo shēmu kā pareizu, jums ir jānovieto keramiskie kondensatori ap LM317, lai tas nezvanītu.

Un jā, strāvas ierobežošana ar tranzistoru tiek veikta citādi - jūsu ķēdē tas vienkārši eksplodēs, jo sākotnēji E-K krustojumam tiks pievienots tīkls.

Un jūsu dalītājs pieliks 236 voltus EB krustojumam, kas arī novedīs pie tranzistora eksplozijas.

Pēc vairākiem precizējumiem beidzot kļuva skaidrs, ko vēlaties panākt: kopīgu strāvas avotu vairākām virknē savienotām gaismas diožu shēmām. Par galveno problēmu jūs uzskatījāt vienmērīgu filtra kondensatora uzlādes bloku. Manuprāt, šādā shēmā ir vairākas daudz kritiskākas vietas. Bet vispirms par jautājuma tēmu.

1000 μF ir vērtība, kas piemērota slodzes strāvai 0,5...3 ampēri, nevis desmitiem miliampēru (tur pietiek ar 22...50 μF). Tranzistoru var uzstādīt, ja nepieciešams vienmērīgi palielināt spilgtumu uz 4...20 sekundēm - bet jums ir vairākas vītnes! Vai tiešām tām jāsāk visā dzīvoklī vienlaikus? Un par slēdžiem - vai standarta vietā, kas pārslēdz ~220 voltu ķēdi, vēlaties pārslēgt ~ 310 voltu ķēdi, novietojot slēdzi starp kondensatoru un vītni? Šis risinājums izskatās vismaz kaut kā pamatots “gudrai mājai” (un pat tad ne viss tajā ir skaidrs), taču parastā dzīvoklī to darīt nav jēgas. Tajā pareizāk ir uzstādīt katrai vītnei savu atsevišķu barošanas avotu - un tad daudz izdevīgāk ir izmantot parastās super lētas (un daudz uzticamākas!) lentes ar paralēli 12 voltu gaismas diodes, nevis ar paštaisītām sērijām, kurās vienas diodes izdegšana pilnībā atņem jums gaismu.
Vēl viens vienmērīgas uzlādes bloka mērķis ir aizsargāt taisngriežu diodes no atkārtotas pārslodzes ieslēgšanas brīdī, kad kondensators ir pilnībā izlādējies. Bet šo problēmu var pilnībā atrisināt ar daudz vienkāršāku metodi - T1 un R1, R3 vietā jāievieto termistors ar vairāku desmitu omu pretestību, kas samazinās, uzsildot līdz 0,5...3 omiem, šis tiek darīts simtiem miljonu datoru barošanas blokos, kas uzticami darbojas gadiem ilgi ar aptuveni tādu pašu slodzes strāvu kā jūsu. Jūs varat iegūt šādu termistoru no jebkura miruša datora barošanas avota.

Un visbeidzot par to, kas nav jūsu jautājumā, bet tas piesaista jūsu uzmanību - par strāvas stabilizatoru uz LM317, kas absorbē lieko tīkla spriegumu. Fakts ir tāds, ka šāds izvads darbojas tikai diapazonā no 3 līdz 40 voltiem. Tīkla sprieguma pielaide veselīgā pilsētas tīklā ir 10%, t.i. no 198 līdz 242 voltiem. Tas nozīmē, ka, ja jūs aprēķinājāt stublu pie apakšējās robežas (un tas parasti tiek darīts), tad pie augšējās robežas spriegums pie stūres pārsniegs pieļaujamos 40 voltus. Ja iestatāt to uz diapazona augšējo robežu (t.i., 242), tad pie apakšējās robežas spriegums uz stub nokritīsies zem 3 voltiem, un tas vairs nestabilizēs strāvu. Un es neko neteikšu par to, kas notiks ar šo shēmu laukos, kur tīkla sprieguma svārstības ir daudz plašākas. Tātad šāda ķēde normāli darbosies tikai ar stabilu tīkla spriegumu - bet ar stabilu tīklu stabilizators nav vajadzīgs, to var lieliski aizstāt ar vienkāršu rezistoru.

Savienosim ķēdi, kas sastāv no neuzlādēta kondensatora ar kapacitāti C un rezistora ar pretestību R, strāvas avotam ar nemainīgu spriegumu U (16.-4. att.).

Tā kā ieslēgšanas brīdī kondensators vēl nav uzlādēts, spriegums tam pāri.Tāpēc ķēdē sākotnējā laika momentā sprieguma kritums pāri pretestībai R ir vienāds ar U un rodas strāva, stiprums kuras

Rīsi. 16-4. Kondensatora uzlādēšana.

Strāvas i pāreju pavada pakāpeniska lādiņa Q uzkrāšanās uz kondensatora, uz tā parādās spriegums un sprieguma kritums pāri pretestībai R samazinās:

kā izriet no Kirhhofa otrā likuma. Tāpēc pašreizējais spēks

samazinās, samazinās arī lādiņa uzkrāšanas ātrums Q, jo strāva ķēdē

Laika gaitā kondensators turpina uzlādēties, bet lādiņš Q un spriegums uz tā aug arvien lēnāk (16.-5. att.), un strāva ķēdē pakāpeniski samazinās proporcionāli sprieguma starpībai.

Rīsi. 16-5. Strāvas un sprieguma izmaiņu grafiks, uzlādējot kondensatoru.

Pēc pietiekami liela laika intervāla (teorētiski bezgalīgi gara) spriegums uz kondensatora sasniedz vērtību, kas vienāda ar strāvas avota spriegumu, un strāva kļūst vienāda ar nulli - kondensatora uzlādes process beidzas.

Kondensatora uzlādes process ir garāks, jo lielāka ir ķēdes R pretestība, kas ierobežo strāvu, un jo lielāka ir kondensatora C kapacitāte, jo ar lielu kapacitāti ir jāuzkrāj lielāks lādiņš. Procesa ātrumu raksturo ķēdes laika konstante

jo vairāk, jo lēnāks process.

Ķēdes laika konstantei ir laika dimensija, kopš

Pēc laika intervāla no ķēdes ieslēgšanas brīža, kas vienāds ar , kondensatora spriegums sasniedz aptuveni 63% no strāvas avota sprieguma, un pēc intervāla kondensatora uzlādes procesu var uzskatīt par pabeigtu.

Spriegums pāri kondensatoram uzlādes laikā

i., tas ir vienāds ar starpību starp strāvas avota pastāvīgo spriegumu un brīvo spriegumu, kas laika gaitā samazinās saskaņā ar eksponenciālās funkcijas likumu no vērtības U līdz nullei (16.-5. att.).

Kondensatora uzlādes strāva

Strāva no sākotnējās vērtības pakāpeniski samazinās saskaņā ar eksponenciālās funkcijas likumu (16.-5. att.).

b) Kondensatora izlāde

Tagad aplūkosim kondensatora C izlādes procesu, kas tika uzlādēts no strāvas avota līdz spriegumam U caur rezistoru ar pretestību R (16-6. att., Kur slēdzis tiek pārvietots no 1. pozīcijas uz 2. pozīciju).

Rīsi. 16-6. Kondensatora izlāde uz rezistoru.

Rīsi. 16-7. Strāvas un sprieguma izmaiņu grafiks, izlādējot kondensatoru.

Sākotnējā brīdī ķēdē radīsies strāva, un kondensators sāks izlādēties, un spriegums tajā samazināsies. Samazinoties spriegumam, samazināsies arī strāvas stiprums ķēdē (16.-7. att.). Pēc laika intervāla kondensatora spriegums un ķēdes strāva samazināsies līdz aptuveni 1% no sākotnējām vērtībām, un kondensatora izlādes procesu var uzskatīt par pabeigtu.

Kondensatora spriegums izlādes laikā

i., tas samazinās atbilstoši eksponenciālās funkcijas likumam (16.-7. att.).

Kondensatora izlādes strāva

tas ir, tas, tāpat kā spriegums, samazinās saskaņā ar to pašu likumu (6.-7. att.).

Visa enerģija, kas uzkrāta, uzlādējot kondensatoru tā elektriskajā laukā, izlādes laikā izdalās kā siltums pretestībā R.

Uzlādēta kondensatora elektriskais lauks, kas atvienots no strāvas avota, nevar ilgstoši palikt nemainīgs, jo kondensatora dielektriķim un izolācijai starp tā spailēm ir zināma vadītspēja.

Kondensatora izlādi dielektriķa un izolācijas nepilnības dēļ sauc par pašizlādi. Laika konstante kondensatora pašizlādes laikā nav atkarīga no plākšņu formas un attāluma starp tām.

Kondensatora uzlādes un izlādes procesus sauc par pārejošiem procesiem.

Bieži dažādos barošanas avotos rodas uzdevums ierobežot starta strāvas pārspriegumu, kad tas ir ieslēgts. Iemesli var būt dažādi - releja kontaktu vai slēdžu ātrs nodilums, samazināts filtra kondensatoru kalpošanas laiks utt. Man nesen bija līdzīga problēma. Datorā izmantoju labu servera barošanas bloku, taču neveiksmīgas gaidstāves sadaļas ieviešanas dēļ, atslēdzot galveno strāvu, tas stipri pārkarst. Šīs problēmas dēļ man jau divas reizes nācās salabot gaidstāves paneli un nomainīt dažus blakus esošos elektrolītus. Risinājums bija vienkāršs – izslēdziet strāvas padevi no kontaktligzdas. Bet tam bija vairāki trūkumi - ieslēdzot, caur augstsprieguma kondensatoru bija spēcīgs strāvas pārrāvums, kas to varēja sabojāt, turklāt pēc 2 nedēļām sāka izdegt ierīces strāvas spraudnis. Tika nolemts izgatavot ieslēgšanas strāvas ierobežotāju. Paralēli šim uzdevumam man bija līdzīgs uzdevums jaudīgiem audio pastiprinātājiem. Problēmas pastiprinātājos ir tādas pašas - slēdžu kontaktu degšana, strāvas pārspriegums caur tilta diodēm un filtru elektrolītiem. Internetā var atrast diezgan daudz pārsprieguma strāvas ierobežotāju ķēžu. Bet konkrētam uzdevumam tiem var būt vairāki trūkumi - nepieciešamība pārrēķināt ķēdes elementus vajadzīgajai strāvai; jaudīgiem patērētājiem - jaudas elementu izvēle, kas nodrošina nepieciešamos parametrus aprēķinātajai piešķirtajai jaudai. Turklāt dažreiz ir nepieciešams nodrošināt pievienotās ierīces minimālo palaišanas strāvu, kas palielina šādas ķēdes sarežģītību. Lai atrisinātu šo problēmu, ir vienkāršs un uzticams risinājums - termistori.

1. att. Termistors

Termistors ir pusvadītāju rezistors, kura pretestība strauji mainās sildot. Mūsu vajadzībām mums ir nepieciešami termistori ar negatīvu temperatūras koeficientu - NTC termistori. Kad strāva plūst caur NTC termistoru, tas uzsilst un tā pretestība samazinās.

2. att. TKS termistors

Mūs interesē šādi termistora parametri:

Izturība pie 25˚C

Maksimālā vienmērīgā strāva

Abi parametri ir norādīti konkrētu termistoru dokumentācijā. Izmantojot pirmo parametru, mēs varam noteikt minimālo strāvu, kas iet caur slodzes pretestību, pievienojot to caur termistoru. Otro parametru nosaka termistora maksimālā jaudas izkliede, un slodzes jaudai jābūt tādai, lai vidējā strāva caur termistoru nepārsniegtu šo vērtību. Lai termistora darbība būtu droša, šīs strāvas vērtība ir mazāka par 20 procentiem no dokumentācijā norādītā parametra. Šķiet, ka būtu vieglāk izvēlēties pareizo termistoru un salikt ierīci. Bet jums ir jāņem vērā daži punkti:

1. Termistora atdzišana prasa ilgu laiku. Ja izslēdzat ierīci un nekavējoties to atkal ieslēdzat, termistoram būs zema pretestība un tas nepildīs savu aizsargfunkciju.
2. Termistorus nevar savienot paralēli, lai palielinātu strāvu - parametru izplatības dēļ strāva caur tiem ievērojami atšķirsies. Bet ir pilnīgi iespējams savienot virknē nepieciešamo termistoru skaitu.
3. Darbības laikā termistors ļoti sakarst. Uzsilst arī blakus esošie elementi.
4. Maksimālā līdzsvara stāvokļa strāva caur termistoru jāierobežo ar tā maksimālo jaudu. Šī opcija ir norādīta dokumentācijā. Bet, ja termistoru izmanto, lai ierobežotu īsu strāvas pārspriegumu (piemēram, kad barošanas avots ir sākotnēji ieslēgts un filtra kondensators tiek uzlādēts), tad impulsa strāva var būt lielāka. Tad termistora izvēli ierobežo tā maksimālā impulsa jauda.

Uzlādēta kondensatora enerģiju nosaka pēc formulas:

E = (C*Vpeak²)/2

kur E ir enerģija džoulos, C ir filtra kondensatora kapacitāte, Vpeak ir maksimālais spriegums, līdz kuram tiks uzlādēts filtra kondensators (mūsu tīkliem varat ņemt vērtību 250V*√2 = 353V).

Ja dokumentācijā ir norādīta maksimālā impulsa jauda, ​​tad, pamatojoties uz šo parametru, varat izvēlēties termistoru. Bet, kā likums, šis parametrs nav norādīts. Tad no jau aprēķinātajām standarta sēriju termistoru tabulām var novērtēt maksimālo jaudu, ko var droši uzlādēt ar termistoru.

Paņēmu no Joyin tabulu ar NTC termistoru parametriem. Tabulā parādīts:

Rnom- termistora nominālā pretestība 25°C temperatūrā

Maksimālais- maksimālā strāva caur termistoru (maksimālā līdzsvara stāvokļa strāva)

Smax- maksimālā jauda testa ķēdē, kas tiek izvadīta uz termistoru, to nesabojājot (pārbaudes spriegums 350v)

Jūs varat redzēt, kā tests tiek veikts septītajā lappusē.

Daži vārdi par parametru Smax– dokumentācija liecina, ka testa ķēdē kondensators tiek izlādēts caur termistoru un ierobežojošo rezistoru, kas atbrīvo papildu enerģiju. Tāpēc maksimālā drošā jauda, ​​ko termistors var uzlādēt bez šādas pretestības, būs mazāka. Meklēju informāciju ārzemju tematiskajos forumos un apskatīju tipiskas shēmas ar ierobežotājiem termistoru veidā, par kurām tiek doti dati. Pamatojoties uz šo informāciju, jūs varat ņemt koeficientu par Smax reālā shēmā 0,65, ar ko reizināt datus no tabulas.

Vārds	Rnom,	Maksimums,	Smaks,
ddiametrs 8 mm
diametrs 10mm
diametrs 13mm
diametrs 15mm
diametrs 20mm

Joyin NTC termistoru parametru tabula

Savienojot virknē vairākus identiskus NTC termistorus, mēs samazinām prasības katra no tiem maksimālajai impulsa enerģijai.

Ļaujiet man sniegt jums piemēru. Piemēram, mums ir jāizvēlas termistors, lai ieslēgtu datora barošanas avotu. Maksimālais datora enerģijas patēriņš ir 700 vati. Mēs vēlamies ierobežot starta strāvu līdz 2-2,5A. Barošanas blokā ir 470 µF filtra kondensators.

Mēs aprēķinām efektīvo strāvas vērtību:

I = 700 W/220 V = 3,18 A

Kā jau rakstīju iepriekš, uzticamai termistora darbībai mēs no dokumentācijas atlasīsim maksimālo līdzsvara stāvokļa strāvu, kas ir par 20% lielāka par šo vērtību.

Maksimālais = 3,8 A

Mēs aprēķinām nepieciešamo termistora pretestību starta strāvai 2,5A

R = (220V*√2)/2,5A = 124 omi

No tabulas atrodam nepieciešamos termistorus. 6 JNR15S200L termistori, kas savienoti virknē, atbilst mūsu vajadzībām Maksimālais, vispārējā pretestība. Maksimālā jauda, ​​ko tie var uzlādēt, būs 680 µF * 6 * 0,65 = 2652 µF, kas ir pat vairāk, nekā mums nepieciešams. Protams, ar samazināšanos Vpeak, tiek samazinātas arī prasības termistora maksimālajai impulsa jaudai. Mūsu atkarība ir no sprieguma kvadrāta.

Un pēdējais jautājums par termistoru izvēli. Ko darīt, ja esam izvēlējušies termistorus, kas nepieciešami maksimālai impulsa jaudai, bet tie mums nav piemēroti? Maksimālais(pastāvīgā slodze viņiem ir pārāk liela), vai arī mums nav nepieciešams pastāvīgas apkures avots pašā ierīcē? Lai to izdarītu, izmantosim vienkāršu risinājumu - paralēli termistoram pievienosim ķēdei vēl vienu slēdzi, kuru ieslēgsim pēc kondensatora uzlādes. Tas ir tas, ko es izdarīju savā ierobežotājā. Manā gadījumā parametri ir sekojoši: datora maksimālais jaudas patēriņš 400W, starta strāvas ierobežojums 3.5A, filtra kondensators 470uF. Paņēmu 6 gabalus 15d11 (15 omi) termistorus. Diagramma ir parādīta zemāk.

Rīsi. 3 Ierobežotāja ķēde

Paskaidrojumi diagrammai. SA1 atvieno fāzes vadu. LED VD2 kalpo, lai norādītu ierobežotāja darbību. Kondensators C1 izlīdzina viļņus, un gaismas diode nemirgo pie tīkla frekvences. Ja jums tas nav nepieciešams, noņemiet no ķēdes C1, VD6, VD1 un vienkārši pievienojiet LED un diodi paralēli tāpat kā elementus VD4, VD5. Lai norādītu uz kondensatora uzlādes procesu, LED VD4 ir pievienots paralēli termistoriem. Manā gadījumā, uzlādējot datora barošanas avota kondensatoru, viss process aizņem mazāk nekā sekundi. Tātad, apkoposim.

4. att. Montāžas komplekts

Strāvas indikatoru saliku tieši slēdža vāciņā, izmetot ķīniešu kvēlspuldzi, kas ilgi nebūtu izturējusi.

Rīsi. 5 Strāvas indikators

6. att. Termistora bloks

Rīsi. 7 Samontēts ierobežotājs

To varēja pabeigt, ja pēc nedēļas darba nebūtu sabojājušies visi termistori. Tas izskatījās šādi.

Rīsi. 8 NTC termistoru atteice

Neskatoties uz to, ka pieļaujamās kapacitātes vērtības rezerve bija ļoti liela - 330 µF * 6 * 0,65 = 1287 µF.

Termistorus nopirku no pazīstama uzņēmuma, ar dažādām vērtībām - visi ar defektiem. Ražotājs nav zināms. Vai nu ķīnieši lej mazāka diametra termistorus lielos korpusos, vai arī materiālu kvalitāte ir ļoti slikta. Rezultātā nopirku vēl mazāku diametru - SCK 152 8mm. Tā pati Ķīna, bet jau ar zīmolu. Saskaņā ar mūsu tabulu pieļaujamā kapacitāte ir 100 µF * 6 * 0,65 = 390 µF, kas ir pat nedaudz mazāka nekā nepieciešams. Tomēr viss darbojas labi.