Cos f încărcare lină a condensatoarelor. Capacitate lină de încărcare: ce să alegi? Sergey Chemezov: Rostec este deja una dintre cele mai mari zece corporații de inginerie din lume

La proiectare surse de alimentare a amplificatorului Adesea apar probleme care nu au nicio legătură cu amplificatorul în sine sau care sunt o consecință a elementului de bază utilizat. Deci în surse de alimentare amplificatoare cu tranzistori Cu o putere mare, apare adesea problema implementării unei porniri lină a sursei de alimentare, adică asigurarea unei încărcări lente a condensatoarelor electrolitice în filtrul de netezire, care poate avea o capacitate foarte semnificativă și, fără a lua măsurile adecvate, va pur și simplu deteriorați diodele redresoare în momentul pornirii.

În sursele de alimentare pentru amplificatoare cu tuburi de orice putere, este necesar să se asigure o întârziere de alimentare voltaj anodic ridicatînainte de încălzirea lămpilor, pentru a evita epuizarea prematură a catodului și, ca urmare, o reducere semnificativă a duratei de viață a lămpii. Desigur, atunci când utilizați un redresor kenotron, această problemă este rezolvată de la sine. Dar dacă utilizați un redresor convențional în punte cu filtru LC, nu vă puteți lipsi de un dispozitiv suplimentar.

Ambele probleme de mai sus pot fi rezolvate printr-un dispozitiv simplu care poate fi ușor încorporat atât într-un tranzistor, cât și într-un amplificator cu tuburi.

Diagrama dispozitivului.

Schema schematică a dispozitivului de pornire progresivă este prezentată în figură:

Click pentru a mari

Tensiunea alternativă de pe înfășurarea secundară a transformatorului TP1 este redresată de puntea de diode Br1 și stabilizată de stabilizatorul integrat VR1. Rezistorul R1 asigură încărcarea lină a condensatorului C3. Când tensiunea pe ea atinge o valoare de prag, tranzistorul T1 se va deschide, determinând funcționarea releului Rel1. Rezistorul R2 asigură descărcarea condensatorului C3 atunci când dispozitivul este oprit.

Opțiuni de includere.

Grupul de contacte releu Rel1 este conectat în funcție de tipul de amplificator și de organizarea sursei de alimentare.

De exemplu, pentru a asigura o încărcare lină a condensatorilor din sursa de alimentare amplificator de putere tranzistor, dispozitivul prezentat poate fi folosit pentru a ocoli rezistorul de balast după încărcarea condensatoarelor pentru a elimina pierderile de putere pe acesta. O posibilă opțiune de conectare este prezentată în diagramă:

Valorile siguranței și rezistenței de balast nu sunt indicate, deoarece sunt selectate pe baza puterii amplificatorului și a capacității condensatoarelor filtrului de netezire.

Într-un amplificator cu tub, dispozitivul prezentat va ajuta la organizarea unei întârzieri de alimentare voltaj anodic ridicatînainte ca lămpile să se încălzească, ceea ce le poate prelungi semnificativ durata de viață. O posibilă opțiune de includere este prezentată în figură:

Circuitul de întârziere aici este pornit simultan cu transformatorul de filament. După ce lămpile s-au încălzit, releul Rel1 se va porni, drept urmare tensiunea de rețea va fi furnizată transformatorului anodic.

Dacă amplificatorul dvs. folosește un transformator pentru a alimenta atât circuitele filamentului lămpii, cât și tensiunea anodului, atunci grupul de contact al releului trebuie mutat în circuitul de înfășurare secundară. tensiunea anodului.

Elemente ale circuitului de întârziere la pornire (pornire ușoară):

• Siguranță: 220V 100mA,
• Transformator: orice putere mică cu o tensiune de ieșire de 12-14V,
• Punte de diode: orice de dimensiuni mici cu parametri 35V/1A și mai mari,
• Condensatori: C1 - 1000uF 35V, C2 - 100nF 63V, C3 - 100uF 25V,
• Rezistoare: R1 - 220 kOhm, R2 - 120 kOhm,
• Tranzistor: IRF510,
• Stabilizator integral: 7809, LM7809, L7809, MC7809 (7812),
• Releu: cu o tensiune de înfășurare de funcționare de 9V (12V pentru 7812) și un grup de contact de puterea corespunzătoare.

Datorită consumului scăzut de curent, se pot monta cip stabilizator și tranzistor cu efect de câmp fara calorifere.

Cu toate acestea, cineva poate avea ideea să abandoneze transformatorul suplimentar, deși de dimensiuni mici, și să alimenteze circuitul de întârziere de la tensiunea filamentului. Având în vedere că valoarea standard a tensiunii filamentului este de ~6,3V, va trebui să înlocuiți stabilizatorul L7809 cu un L7805 și să utilizați un releu cu o tensiune de funcționare a înfășurării de 5V. Astfel de relee consumă de obicei un curent semnificativ, caz în care microcircuitul și tranzistorul vor trebui echipate cu radiatoare mici.

Când utilizați un releu cu o înfășurare de 12 V (cumva mai comună), cipul stabilizator integrat trebuie înlocuit cu un 7812 (L7812, LM7812, MC7812).

Cu valorile rezistenței R1 și condensatorului C3 indicate în diagramă timp de intarziere incluziunile sunt de ordin 20 de secunde. Pentru a crește intervalul de timp, este necesar să creșteți capacitatea condensatorului C3.

Articolul a fost pregătit pe baza materialelor din revista „Audio Express”

Traducere gratuită de către redactorul-șef RadioGazeta.

Dacă conectați un rezistor și un condensator, obțineți poate unul dintre cele mai utile și versatile circuite.

Astăzi m-am hotărât să vă vorbesc despre numeroasele modalități de utilizare. Dar mai întâi, despre fiecare element separat:

Sarcina rezistorului este de a limita curentul. Acesta este un element static a cărui rezistență nu se modifică; nu vorbim acum despre erori termice - nu sunt prea mari. Curentul printr-un rezistor este determinat de legea lui Ohm - I=U/R, unde U este tensiunea la bornele rezistenței, R este rezistența acestuia.

Condensatorul este un lucru mai interesant. Are o proprietate interesantă - atunci când este descărcat, se comportă aproape ca un scurtcircuit - curentul circulă fără restricții, grăbindu-se la infinit. Iar tensiunea de pe el tinde spre zero. Când este încărcat, devine ca o întrerupere și curentul încetează să mai curgă prin el, iar tensiunea peste el devine egală cu sursa de încărcare. Se dovedește o relație interesantă - există curent, fără tensiune, există tensiune - fără curent.

Pentru a vizualiza acest proces, imaginați-vă un balon... um... un balon care este umplut cu apă. Curgerea apei este un curent. Presiunea apei pe pereții elastici este echivalentul stresului. Acum uite, când mingea este goală - apa curge liber, există un curent mare, dar aproape că nu există încă presiune - tensiunea este scăzută. Apoi, când mingea este umplută și începe să reziste la presiune, datorită elasticității pereților, debitul va încetini și apoi se va opri complet - forțele sunt egale, condensatorul este încărcat. Este tensiune pe pereții întinși, dar fără curent!

Acum, dacă eliminați sau reduceți presiunea externă, îndepărtați sursa de alimentare, atunci apa va curge înapoi sub influența elasticității. De asemenea, curentul de la condensator va curge înapoi dacă circuitul este închis și tensiunea sursei este mai mică decât tensiunea din condensator.

Capacitatea condensatorului. Ce este asta?
Teoretic, o sarcină de dimensiune infinită poate fi pompată în orice condensator ideal. Doar că mingea noastră se va întinde mai mult și pereții vor crea mai multă presiune, infinit mai multă presiune.
Dar atunci cu Farads, ce este scris pe partea condensatorului ca indicator al capacității? Și aceasta este doar dependența tensiunii de sarcină (q = CU). Pentru un condensator mic, creșterea tensiunii de la încărcare va fi mai mare.

Imaginează-ți două pahare cu pereți infinit de înalți. Una este îngustă, ca o eprubetă, cealaltă este lată, ca un lighean. Nivelul apei din ele este tensiune. Zona de jos este containerul. Ambele pot fi umplute cu același litru de apă - încărcare egală. Dar într-o eprubetă nivelul va sări cu câțiva metri, iar într-un bazin va stropi chiar în fund. De asemenea, în condensatoare cu capacitate mică și mare.
Puteți să-l umpleți cât doriți, dar tensiunea va fi diferită.

În plus, în viața reală, condensatoarele au o tensiune de avarie, după care încetează să mai fie un condensator, dar se transformă într-un conductor utilizabil :)

Cât de repede se încarcă un condensator?
În condiții ideale, când avem o sursă de tensiune infinit de puternică cu rezistență internă zero, fire superconductoare ideale și un condensator absolut impecabil, acest proces se va produce instantaneu, cu timp egal cu 0, precum și descărcarea.

Dar, în realitate, există întotdeauna rezistență, explicită - ca un rezistor banal, sau implicită, cum ar fi rezistența firelor sau rezistența internă a unei surse de tensiune.
În acest caz, rata de încărcare a condensatorului va depinde de rezistența din circuit și de capacitatea condensatorului, iar încărcarea în sine va curge în funcție de legea exponenţială.

Și această lege are câteva mărimi caracteristice:

• T - timpul constant, acesta este momentul în care valoarea atinge 63% din maximul său. 63% nu a fost luată întâmplător; este direct legată de formula VALOARE T =max—1/e*max.
• 3T - iar la trei ori constanta valoarea va ajunge la 95% din maximul ei.

Constanta de timp pentru circuitul RC T=R*C.

Cu cât rezistența este mai mică și capacitatea mai mică, cu atât condensatorul se încarcă mai repede. Dacă rezistența este zero, atunci timpul de încărcare este zero.

Să calculăm cât timp va dura un condensator de 1uF pentru a fi încărcat la 95% printr-un rezistor de 1kOhm:
T= C*R = 10 -6 * 10 3 = 0,001c
3T = 0,003s După acest timp, tensiunea condensatorului va atinge 95% din tensiunea sursei.

Descărcarea va urma aceeași lege, doar pe dos. Acestea. după timpul T, doar 100% - 63% = 37% din tensiunea inițială rămâne pe condensator, iar după 3T chiar mai puțin - un mizerabil 5%.

Ei bine, totul este clar cu alimentarea și eliberarea tensiunii. Ce se întâmplă dacă tensiunea a fost aplicată și apoi crescută în trepte și apoi descărcată și în trepte? Situația de aici practic nu se va schimba - tensiunea a crescut, condensatorul a fost încărcat conform aceleiași legi, cu aceeași constantă de timp - după un timp de 3T tensiunea sa va fi de 95% din noul maxim.
A scazut putin - a fost reincarcat si dupa 3T tensiunea pe el va fi cu 5% mai mare decat noul minim.
Ce-ți spun, e mai bine să-l arăți. Aici, în multisim, am creat un generator de semnal pas inteligent și l-am alimentat lanțului RC de integrare:

Vezi cum se clătinește :) Vă rugăm să rețineți că atât încărcarea, cât și descărcarea, indiferent de înălțimea treptei, sunt întotdeauna de aceeași durată!!!

La ce valoare poate fi încărcat un condensator?
În teorie, la infinit, un fel de minge cu pereți întinși la nesfârșit. În realitate, mingea va sparge mai devreme sau mai târziu, iar condensatorul va sparge și va scurtcircuita. De aceea, toți condensatorii au un parametru important - tensiune finală. Pe electroliți este adesea scris pe lateral, dar pe cei ceramici trebuie căutat în cărțile de referință. Dar acolo este de obicei de la 50 de volți. În general, atunci când alegeți un condensator, trebuie să vă asigurați că tensiunea maximă a acestuia nu este mai mică decât cea din circuit. Voi adăuga că atunci când calculați un condensator pentru tensiune alternativă, ar trebui să alegeți o tensiune maximă de 1,4 ori mai mare. Deoarece pe tensiune alternativă este indicată valoarea efectivă, iar valoarea instantanee la maxim o depășește de 1,4 ori.

Ce rezultă din cele de mai sus? Și adevărul este că, dacă se aplică o tensiune constantă condensatorului, acesta se va încărca pur și simplu și atât. Aici se termină distracția.

Ce se întâmplă dacă trimiteți o variabilă? Este evident că se va încărca sau se va descărca, iar curentul va curge înainte și înapoi în circuit. Circulaţie! Există curent!

Se pare că, în ciuda întreruperii fizice a circuitului dintre plăci, curentul alternativ trece ușor prin condensator, dar curentul continuu curge slab.

Ce ne oferă asta? Și faptul că un condensator poate servi ca un fel de separator pentru a separa curentul alternativ și curentul continuu în componentele corespunzătoare.

Orice semnal care variază în timp poate fi reprezentat ca suma a două componente - variabilă și constantă.

De exemplu, o sinusoidă clasică are doar o parte variabilă, iar constanta este zero. Cu curent continuu este invers. Ce se întâmplă dacă avem o sinusoidă deplasată? Sau constantă cu interferența?

Componentele AC și DC ale semnalului sunt ușor separate!
Puțin mai sus, v-am arătat cum se încarcă și se descarcă un condensator atunci când se schimbă tensiunea. Deci componenta variabilă va trece prin conder cu un bang, pentru că doar că forțează condensatorul să-și schimbe în mod activ sarcina. Constanta va rămâne așa cum a fost și va fi blocată pe condensator.

Dar pentru ca condensatorul să separe efectiv componenta variabilă de constantă, frecvența componentei variabile nu trebuie să fie mai mică de 1/T

Sunt posibile două tipuri de activare a lanțului RC:
Integrarea și diferențierea. Sunt, de asemenea, un filtru trece-jos și un filtru trece-înalt.

Filtrul trece jos trece componenta constantă fără modificări (deoarece frecvența sa este zero, nu este nicăieri mai mică) și suprimă totul mai mare de 1/T. Componenta directă trece direct, iar componenta alternativă este stinsă la masă printr-un condensator.
Un astfel de filtru se mai numește și lanț de integrare, deoarece semnalul de ieșire este, parcă, integrat. Îți amintești ce este o integrală? Zona sub curbă! Aici iese.

Și se numește circuit de diferențiere deoarece la ieșire obținem diferența funcției de intrare, care nu este nimic mai mult decât rata de schimbare a acestei funcții.

• În secțiunea 1, condensatorul este încărcat, ceea ce înseamnă că curge curent prin el și va exista o cădere de tensiune pe rezistor.
• În secțiunea 2, există o creștere bruscă a vitezei de încărcare, ceea ce înseamnă că curentul va crește brusc, urmată de o cădere de tensiune pe rezistor.
• În secțiunea 3, condensatorul pur și simplu deține potențialul existent. Nu trece curent prin el, ceea ce înseamnă că tensiunea pe rezistor este, de asemenea, zero.
• Ei bine, în secțiunea a 4-a condensatorul a început să se descarce, pentru că... semnalul de intrare a devenit mai mic decât tensiunea sa. Curentul a mers în direcția opusă și există deja o cădere de tensiune negativă pe rezistor.

Și dacă aplicăm un impuls dreptunghiular la intrare, cu margini foarte abrupte, și facem capacitatea condensatorului mai mică, vom vedea ace ca acesta:

dreptunghi. Deci ce? Așa este - derivata unei funcții liniare este o constantă, panta acestei funcții determină semnul constantei.

Pe scurt, dacă în prezent urmați un curs de matematică, atunci puteți uita de Mathcad-ul fără Dumnezeu, dezgustătorul Maple, puteți arunca din cap erezia matricială a Matlabului și, scoțând o mână de lucruri analogice libere din depozit, să vă lipiți. un computer analog cu adevărat ADEVĂRAT :) Profesorul va fi șocat :)

Adevărat, integratorii și diferențiatorii nu sunt de obicei realizate folosind doar rezistențe; aici se folosesc amplificatoare operaționale. Poți căuta aceste lucruri pe google deocamdată, lucru interesant :)

Și aici am transmis un semnal dreptunghiular obișnuit la două filtre trece-înalt și trece-jos. Și ieșirile de la ele către osciloscop:

Iată o secțiune puțin mai mare:

La pornire, condensatorul este descărcat, curentul prin acesta este plin, iar tensiunea de pe acesta este neglijabilă - există un semnal de resetare la intrarea RESET. Dar în curând condensatorul se va încărca și după timpul T tensiunea lui va fi deja la nivelul logic și semnalul de resetare nu va mai fi trimis la RESET - MK-ul va porni.
Si pentru AT89C51 este necesar să organizați exact opusul RESET - mai întâi trimiteți un unu, apoi un zero. Aici situația este inversă - în timp ce condensatorul nu este încărcat, apoi trece un curent mare prin el, Uc - căderea de tensiune pe el este mică Uc = 0. Aceasta înseamnă că RESET este alimentat cu o tensiune puțin mai mică decât tensiunea de alimentare Usupply-Uc=Upsupply.
Dar când condensatorul este încărcat și tensiunea de pe acesta atinge tensiunea de alimentare (Upit = Uc), atunci la pinul RESET va exista deja Upit-Uc = 0

Măsurători analogice
Dar nu contează lanțurile de resetare, unde este mai distractiv să folosești capacitatea circuitului RC de a măsura valori analogice cu microcontrolere care nu au ADC.
Aceasta folosește faptul că tensiunea de pe condensator crește strict conform aceleiași legi - exponențială. În funcție de conductor, rezistență și tensiune de alimentare. Aceasta înseamnă că poate fi folosit ca tensiune de referință cu parametri cunoscuți anterior.

Funcționează simplu, aplicăm tensiune de la condensator la un comparator analog și conectăm tensiunea măsurată la a doua intrare a comparatorului. Și când vrem să măsurăm tensiunea, pur și simplu tragem mai întâi știftul în jos pentru a descărca condensatorul. Apoi îl întoarcem în modul Hi-Z, îl resetam și pornim cronometrul. Și apoi condensatorul începe să se încarce prin rezistor și, de îndată ce comparatorul raportează că tensiunea de la RC a ajuns din urmă cu cea măsurată, oprim cronometrul.

Știind după ce lege tensiunea de referință a circuitului RC crește în timp și, de asemenea, știind cât timp a bifat temporizatorul, putem afla destul de precis cu ce tensiunea măsurată a fost egală în momentul în care a fost declanșat comparatorul. Mai mult, nu este necesar să numărăm exponenții aici. La etapa inițială de încărcare a condensatorului, putem presupune că dependența acolo este liniară. Sau, dacă doriți o precizie mai mare, aproximați exponentul cu funcții liniare pe bucăți, iar în rusă, desenați forma aproximativă a acestuia cu mai multe linii drepte sau creați un tabel al dependenței unei valori de timp, pe scurt, metodele sunt simple.

Dacă trebuie să aveți un comutator analogic, dar nu aveți un ADC, atunci nici măcar nu trebuie să utilizați un comparator. Agitați piciorul de care atârnă condensatorul și lăsați-l să se încarce printr-un rezistor variabil.

Schimbând T, care, permiteți-mi să vă reamintesc, T = R * C și știind că avem C = const, putem calcula valoarea lui R. Mai mult, din nou, nu este necesar să conectăm aici aparatul matematic, în majoritatea cazuri este suficient să se efectueze măsurători la unii papagali condiționali, cum ar fi căpușele cronometrului. Sau poți merge în altă direcție, nu schimbând rezistența, ci schimbând capacitatea, de exemplu, conectând capacitatea corpului tău la ea... ce se va întâmpla? Așa este - butoane atingeți!

Dacă ceva nu este clar, atunci nu vă faceți griji, voi scrie în curând un articol despre cum să atașați un echipament analogic la un microcontroler fără a utiliza un ADC. O să explic totul în detaliu acolo.

Ai niște artificii grozave. De îndată ce câteva leduri trec, tensiunea de pe LM317 va sări la limită și va fi un bang grozav.

1000 microfarad la 450v = 80 Jouli. În caz de probleme, condensatorul se usucă atât de mult încât nu pare suficient. Dar vor fi probleme, deoarece puneți condensatorul fără absolut nicio rezervă într-un mediu în care chiar și 1kV poate fi prins într-un impuls la intrare.

Sfat - faceți un driver de puls normal. Și nu acest cerc de „mâini pricepute” fără izolație galvanică și filtre.

Chiar dacă acceptăm condiționat acest circuit ca fiind corect, trebuie să plasați condensatori ceramici în jurul LM317, astfel încât să nu sune.

Și da, limitarea curentului de către un tranzistor se face diferit - în circuitul tău va exploda pur și simplu, deoarece inițial o rețea va fi atașată la joncțiunea E-K.

Și divizorul dvs. va aplica 236 de volți la joncțiunea EB, ceea ce va duce, de asemenea, la o explozie a tranzistorului.

După mai multe clarificări, a devenit în sfârșit clar ce vrei să obții: o sursă de alimentare comună pentru mai multe circuite de LED-uri conectate în serie. Ați considerat că principala problemă este unitatea de încărcare lină a condensatorului de filtru. După părerea mea, există câteva locuri mult mai critice într-o astfel de schemă. Dar mai întâi, pe tema întrebării.

1000 μF este o valoare potrivită pentru un curent de sarcină de 0,5...3 amperi și nu zeci de miliamperi (22...50 μF sunt suficiente acolo). Tranzistorul poate fi instalat dacă trebuie să faceți o creștere lină a luminozității timp de 4...20 de secunde - dar aveți mai multe ghirlande! Chiar trebuie să înceapă în tot apartamentul în același timp? Și despre comutatoare - în loc de cele standard care comută circuitul de ~ 220 de volți, doriți să comutați circuitul de ~ 310 de volți punând un comutator între condensator și ghirlandă? Această soluție pare cel puțin justificată pentru o „casă inteligentă” (și chiar și atunci nu totul este clar), dar într-un apartament obișnuit nu are rost să facem acest lucru. În ea, este mai corect să instalați pentru fiecare ghirlandă propria sa sursă de alimentare separată - și apoi este mult mai profitabil să folosiți benzi obișnuite super-ieftine (și mult mai fiabile!) cu paralel LED-uri de 12 volți, și nu cu cele de serie de casă, în care arderea unei diode te privează complet de lumină.
Un alt scop al unității de încărcare netedă este acela de a proteja diodele redresoare de suprasarcini repetate în momentul pornirii, când condensatorul este complet descărcat. Dar această problemă poate fi rezolvată complet printr-o metodă mult mai simplă - în loc de T1 și R1, R3, trebuie să introduceți un termistor cu o rezistență de câteva zeci de ohmi, care scade la încălzire până la 0,5...3 ohmi, aceasta se realizează în sute de milioane de surse de alimentare pentru computer care funcționează fiabil ani de zile la aproximativ același curent de sarcină ca al tău. Puteți obține un astfel de termistor de la orice sursă de alimentare moartă a computerului.

Și, în sfârșit, despre ceea ce nu este în întrebarea dvs., dar vă atrage atenția - despre stabilizatorul de curent de pe LM317, care absoarbe tensiunea de rețea în exces. Faptul este că un astfel de stub este operațional numai în intervalul de la 3 la 40 de volți. Toleranța pentru tensiunea de rețea într-o rețea de oraș sănătoasă este de 10%, adică. de la 198 la 242 volți. Aceasta înseamnă că, dacă ați calculat stub-ul la limita inferioară (și acest lucru se face de obicei), atunci la limita superioară tensiunea de la stub va depăși 40 de volți permisi. Dacă îl setați la vârful intervalului (adică, 242), atunci la limita inferioară tensiunea de pe stub va scădea sub 3 volți și nu va mai stabiliza curentul. Și nu voi spune nimic despre ce se va întâmpla cu această schemă în zonele rurale, unde fluctuațiile tensiunii rețelei sunt mult mai mari. Deci, un astfel de circuit va funcționa în mod normal numai cu o tensiune de rețea stabilă - dar cu o rețea stabilă, nu este necesar un stabilizator; acesta poate fi înlocuit perfect cu un rezistor simplu.

Să conectăm un circuit format dintr-un condensator neîncărcat cu o capacitate C și un rezistor cu o rezistență R la o sursă de alimentare cu o tensiune constantă U (Fig. 16-4).

Deoarece în momentul pornirii condensatorului nu este încă încărcat, tensiunea pe el. Prin urmare, în circuit în momentul inițial de timp, căderea de tensiune pe rezistența R este egală cu U și apare un curent, puterea de care

Orez. 16-4. Încărcarea condensatorului.

Trecerea curentului i este însoțită de o acumulare treptată a sarcinii Q pe condensator, pe acesta apare o tensiune și căderea de tensiune pe rezistența R scade:

după cum rezultă din a doua lege a lui Kirchhoff. Prin urmare, puterea actuală

scade, scade și rata de acumulare a sarcinii Q, deoarece curentul din circuit

În timp, condensatorul continuă să se încarce, dar încărcarea Q și tensiunea de pe acesta cresc din ce în ce mai lent (Fig. 16-5), iar curentul din circuit scade treptat proporțional cu diferența de tensiune

Orez. 16-5. Graficul modificărilor curentului și tensiunii la încărcarea unui condensator.

După un interval de timp suficient de mare (teoretic infinit de lung), tensiunea condensatorului atinge o valoare egală cu tensiunea sursei de alimentare, iar curentul devine egal cu zero - procesul de încărcare a condensatorului se termină.

Procesul de încărcare a unui condensator este mai lung, cu atât rezistența circuitului R, care limitează curentul este mai mare și capacitatea condensatorului C este mai mare, deoarece cu o capacitate mare trebuie să se acumuleze o sarcină mai mare. Viteza procesului este caracterizată de constanta de timp a circuitului

cu cât mai mult, cu atât procesul este mai lent.

Constanta de timp a circuitului are dimensiunea timpului, din moment ce

După un interval de timp din momentul pornirii circuitului, egal cu , tensiunea de pe condensator atinge aproximativ 63% din tensiunea sursei de alimentare, iar după interval, procesul de încărcare a condensatorului poate fi considerat încheiat.

Tensiune pe condensator la încărcare

adică este egală cu diferența dintre tensiunea constantă a sursei de alimentare și tensiunea liberă, care scade în timp conform legii unei funcții exponențiale de la valoarea U la zero (Fig. 16-5).

Curent de încărcare a condensatorului

Curentul de la valoarea inițială scade treptat conform legii funcției exponențiale (Fig. 16-5).

b) Descărcarea condensatorului

Să luăm acum în considerare procesul de descărcare a condensatorului C, care a fost încărcat de la sursa de alimentare la tensiunea U printr-un rezistor cu rezistență R (Fig. 16-6, Unde comutatorul este mutat din poziția 1 în poziția 2).

Orez. 16-6. Descărcarea unui condensator la o rezistență.

Orez. 16-7. Graficul modificărilor curentului și tensiunii la descărcarea unui condensator.

În momentul inițial, în circuit va apărea un curent și condensatorul va începe să se descarce, iar tensiunea pe el va scădea. Pe măsură ce tensiunea scade, și curentul din circuit va scădea (Fig. 16-7). După un interval de timp, tensiunea la condensator și curentul circuitului vor scădea la aproximativ 1% din valorile inițiale și procesul de descărcare a condensatorului poate fi considerat finalizat.

Tensiunea condensatorului în timpul descărcării

adică scade conform legii funcției exponențiale (Fig. 16-7).

Curentul de descărcare a condensatorului

adică ea, ca și tensiunea, scade după aceeași lege (Fig. 6-7).

Toată energia stocată la încărcarea unui condensator în câmpul său electric este eliberată sub formă de căldură în rezistența R în timpul descărcării.

Câmpul electric al unui condensator încărcat, deconectat de la sursa de alimentare, nu poate rămâne neschimbat mult timp, deoarece dielectricul condensatorului și izolația dintre bornele sale au o anumită conductivitate.

Descărcarea unui condensator din cauza imperfecțiunii dielectricului și a izolației se numește autodescărcare. Constanta de timp în timpul autodescărcării unui condensator nu depinde de forma plăcilor și de distanța dintre ele.

Procesele de încărcare și descărcare a unui condensator se numesc procese tranzitorii.

Adesea, în diferite surse de alimentare apare sarcina de a limita creșterea curentului de pornire atunci când este pornită. Motivele pot fi diferite - uzura rapidă a contactelor releului sau a comutatoarelor, durata de viață redusă a condensatoarelor de filtru etc. Am avut recent o problemă similară. Folosesc o sursă de alimentare bună pentru server în computerul meu, dar din cauza implementării nereușite a secțiunii de așteptare, se supraîncălzește puternic atunci când alimentarea principală este oprită. Din cauza acestei probleme, a trebuit să repar placa de așteptare deja de două ori și să schimb unii dintre electroliții aflați lângă ea. Soluția a fost simplă - opriți sursa de alimentare de la priză. Dar avea o serie de dezavantaje - la pornire, a existat o creștere puternică a curentului prin condensatorul de înaltă tensiune, care l-ar putea deteriora, în plus, după 2 săptămâni, ștecherul unității a început să se ardă. S-a decis realizarea unui limitator de curent de pornire. În paralel cu această sarcină, am avut o sarcină similară pentru amplificatoare audio puternice. Problemele la amplificatoare sunt aceleași - arderea contactelor comutatorului, creșterea curentului prin diodele punte și electroliții de filtru. Puteți găsi destul de multe circuite de limitare a curentului de supratensiune pe Internet. Dar pentru o sarcină specifică, acestea pot avea o serie de dezavantaje - necesitatea de a recalcula elementele circuitului pentru curentul necesar; pentru consumatori puternici - selecția elementelor de putere care oferă parametrii necesari pentru puterea alocată calculată. În plus, uneori este necesar să se asigure un curent minim de pornire pentru dispozitivul conectat, ceea ce crește complexitatea unui astfel de circuit. Pentru a rezolva această problemă, există o soluție simplă și fiabilă - termistori.

Fig.1 Termistor

Un termistor este un rezistor semiconductor a cărui rezistență se modifică brusc atunci când este încălzit. Pentru scopurile noastre, avem nevoie de termistori cu un coeficient de temperatură negativ - termistori NTC. Când curentul trece prin termistorul NTC, acesta se încălzește și rezistența sa scade.

Fig.2 Termistor TKS

Suntem interesați de următorii parametri ai termistorului:

Rezistenta la 25˚C

Curent constant maxim

Ambii parametri sunt în documentația pentru termistori specifici. Folosind primul parametru, putem determina curentul minim care va trece prin rezistența de sarcină atunci când o conectăm printr-un termistor. Al doilea parametru este determinat de puterea maximă de disipare a termistorului, iar puterea de sarcină trebuie să fie astfel încât curentul mediu prin termistor să nu depășească această valoare. Pentru o funcționare fiabilă a termistorului, trebuie să luați valoarea acestui curent mai mică de 20 la sută din parametrul specificat în documentație. S-ar părea că ar fi mai ușor să selectați termistorul potrivit și să asamblați dispozitivul. Dar trebuie să luați în considerare câteva puncte:

1. Termistorul durează mult să se răcească. Dacă opriți dispozitivul și îl porniți imediat din nou, termistorul va avea rezistență scăzută și nu își va îndeplini funcția de protecție.
2. Nu puteți conecta termistori în paralel pentru a crește curentul - datorită răspândirii parametrilor, curentul prin aceștia va varia foarte mult. Dar este foarte posibil să conectați numărul necesar de termistori în serie.
3. În timpul funcționării, termistorul devine foarte fierbinte. Elementele de lângă el se încălzesc și ele.
4. Curentul maxim în stare constantă prin termistor ar trebui limitat de puterea maximă a acestuia. Această opțiune este specificată în documentație. Dar dacă termistorul este utilizat pentru a limita supratensiunile scurte de curent (de exemplu, atunci când sursa de alimentare este inițial pornită și condensatorul filtrului se încarcă), atunci curentul de impuls poate fi mai mare. Atunci alegerea termistorului este limitată de puterea maximă a impulsului.

Energia unui condensator încărcat este determinată de formula:

E = (C*Vpeak²)/2

unde E este energia în jouli, C este capacitatea condensatorului de filtru, Vpeak este tensiunea maximă la care se va încărca condensatorul de filtru (pentru rețelele noastre puteți lua valoarea 250V*√2 = 353V).

Dacă documentația indică puterea maximă a impulsului, atunci pe baza acestui parametru puteți selecta un termistor. Dar, de regulă, acest parametru nu este specificat. Apoi, capacitatea maximă care poate fi încărcată în siguranță cu un termistor poate fi estimată din tabelele deja calculate pentru termistorii din seria standard.

Am luat un tabel cu parametrii termistorilor NTC de la Joyin. Tabelul arată:

Rnom- rezistenta nominala a termistorului la o temperatura de 25°C

Imax- curent maxim prin termistor (curent maxim în regim permanent)

Smax- capacitate maximă în circuitul de testare care este descărcată pe termistor fără a-l deteriora (tensiune de testare 350v)

Puteți vedea cum se efectuează testul la pagina șapte.

Câteva cuvinte despre parametru Smax– documentația arată că în circuitul de testare condensatorul este descărcat printr-un termistor și un rezistor limitator, care eliberează energie suplimentară. Prin urmare, capacitatea maximă de siguranță pe care o poate încărca un termistor fără o astfel de rezistență va fi mai mică. Am căutat informații pe forumuri tematice străine și m-am uitat la circuite tipice cu limitatoare sub formă de termistori, pentru care sunt date date. Pe baza acestor informații, puteți lua coeficientul pentru Smaxîntr-o schemă reală 0,65, prin care să se înmulțească datele din tabel.

Nume	Rnom,	Imax,	Smax,
ddiametru 8 mm
diametru 10 mm
diametru 13 mm
diametru 15 mm
diametru 20 mm

Tabelul parametrilor termistorilor NTC de la Joyin

Prin conectarea mai multor termistori NTC identici în serie, reducem cerințele pentru energia maximă a impulsului fiecăruia dintre ei.

Să vă dau un exemplu. De exemplu, trebuie să selectăm un termistor pentru a porni sursa de alimentare a computerului. Consumul maxim de energie al computerului este de 700 de wați. Vrem să limităm curentul de pornire la 2-2,5A. Sursa de alimentare conține un condensator de filtru de 470 µF.

Calculăm valoarea curentă efectivă:

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

După cum am scris mai sus, pentru funcționarea fiabilă a termistorului, vom selecta din documentație curentul maxim în regim permanent care este cu 20% mai mare decât această valoare.

Imax = 3,8A

Calculăm rezistența termistorului necesară pentru un curent de pornire de 2,5 A

R = (220V*√2)/2,5A = 124 Ohm

Din tabel găsim termistorii necesari. 6 bucăți de termistori JNR15S200L conectați în serie se potrivesc nevoilor noastre Imax, rezistenta generala. Capacitatea maximă pe care o pot încărca va fi de 680 µF * 6 * 0,65 = 2652 µF, ceea ce este chiar mai mult decât avem nevoie. Desigur, cu o scădere Vpic, cerințele pentru puterea maximă a impulsului a termistorului sunt de asemenea reduse. Dependența noastră este de pătratul tensiunii.

Și ultima întrebare despre alegerea termistorilor. Ce se întâmplă dacă am selectat termistorii necesari pentru puterea maximă a impulsului, dar nu sunt potriviti pentru noi? Imax(sarcina constantă este prea mare pentru ei) sau nu avem nevoie de o sursă de încălzire constantă în dispozitivul în sine? Pentru a face acest lucru, vom folosi o soluție simplă - vom adăuga un alt comutator la circuit în paralel cu termistorul, pe care îl vom porni după încărcarea condensatorului. Ceea ce am făcut cu limitatorul meu. În cazul meu, parametrii sunt următorii: consumul maxim de energie al computerului este de 400W, limitarea curentului de pornire este de 3,5A, condensatorul de filtru este de 470uF. Am luat 6 bucăți de termistori de 15d11 (15 ohmi). Diagrama este prezentată mai jos.

Orez. 3 Circuit limitator

Explicații pentru diagramă. SA1 deconectează firul de fază. LED VD2 servește pentru a indica funcționarea limitatorului. Condensatorul C1 netezește ondulațiile, iar LED-ul nu pâlpâie la frecvența rețelei. Dacă nu aveți nevoie, eliminați C1, VD6, VD1 din circuit și conectați pur și simplu LED-ul și dioda în paralel, în același mod ca elementele VD4, VD5. Pentru a indica procesul de încărcare a condensatorului, LED-ul VD4 este conectat în paralel cu termistorii. În cazul meu, la încărcarea condensatorului sursei de alimentare a computerului, întregul proces durează mai puțin de o secundă. Deci, hai să colectăm.

Fig.4 Kit de asamblare

Am asamblat indicatorul de alimentare direct în capacul comutatorului, aruncând o lampă cu incandescență chinezească, care nu ar fi rezistat mult.

Orez. 5 Indicator de alimentare

Fig.6 Bloc termistor

Orez. 7 Limitator asamblat

Acest lucru ar fi putut fi finalizat dacă toți termistorii nu s-ar fi defectat după o săptămână de lucru. Arăta așa.

Orez. 8 Defecțiunea termistorilor NTC

În ciuda faptului că marja pentru valoarea capacității permise a fost foarte mare - 330 µF * 6 * 0,65 = 1287 µF.

Am cumpărat termistorii de la o companie cunoscută, cu valori diferite - toate defecte. Producător necunoscut. Fie chinezii toarnă termistori cu diametre mai mici în carcase mari, fie calitatea materialelor este foarte slabă. Drept urmare, am cumpărat un diametru și mai mic - SCK 152 8mm. Aceeași China, dar deja marcată. Conform tabelului nostru, capacitatea admisă este de 100 µF * 6 * 0,65 = 390 µF, care este chiar puțin mai mică decât este necesar. Totuși, totul funcționează bine.