Dažnas pradedantysis elektronikos mėgėjas, gamindamas vienokį ar kitokį elektroninį įrenginį, tik paskutiniuoju momentu susimąsto kaip jį maitins. Neretai pasireiškia nekantrumas, kuo greičiau išbandyti savo kūrinį, ir kaip tik dėl šios priežasties gali būti parinktas atsitiktinis maitinimo šaltinis. Vėliau gali paaiškėti, kad būtent dėl netinkamo maitinimo šaltinio, pagamintas įtaisas veikė blogai ar net iš viso neveikė. Ne gana to, dėl blogo veikimo ar visiško neveikimo, gali būti apkaltintas visai ne maitinimo šaltinis, o įtaisas, kurį jis maitina. Toks scenarijus ypač tikėtinas, jei konstruktorius yra dar nepatyręs. Iš karto reikia pasakyti, kad jau prieš gaminant elektroninį įrenginį, būtina apsispręsti ir dėl maitinimo šaltinio. Taigi, apie maitinimo šaltinius nuo pradžių ir paprastai.

Kokios yra maitinimo įtampos?

Didžioji dalis elektroninių įtaisų yra maitinami nuolatine įtampa, kuri dažniausiai gaunama iš kintamosios įtampos. Kuo gi skiriasi nuolatinė įtampa nuo kintamosios? Kad būtų lengviau įsivaizduoti, pažvelkime į 1 paveikslą. Kaip matyti kintamoji įtampa periodiškai keičia savo poliarumo ženklą (tam tikrame intervale būna „plius“, po to seka „minus“ ir t.t.). Dėl šios priežasties kintamoji įtampa pasiskirsto į teigiamus ir neigiamus pusperiodžius. Nuolatinės gi poliarumo ženklas visais laiko momentais nesikeičia, t.y. jis visada būna arba „plius“, arba „minus“. Pirmame paveiksle parodyta nuolatinė įtampa– su „pliuso“ ženklu.

Kodėl beveik visiems elektroniniams įrenginiams maitinti reikalinga nuolatinė įtampa? Atsakymas paprastas: daugumoje elektroninių įrenginių yra naudojamos detalės, kurioms įtampos ženklo pasikeitimas yra pražūtingas. Kaip pavyzdžius galima paminėti tranzistorius ir įvairias mikroschemas. Yra ne kartą tekę stebėti, kai žmogus, praktiškai nieko neišmanantis apie elektroniką, bando prie maitinimo šaltinio prijungti elektroninį įrenginį. Neretai tai atliekama paprasčiausiu bandymo būdu, t.y. maitinimo šaltinis jungiamas nekreipiant dėmesio į įtampos poliarumą, manant, kad, jei įtaisas neveiks pajungus vienaip, tai viskas pasitaisys jį pajungus atvirkščiai. Ir iš tiesų gali taip atsitikti, bet tik tuomet, jei įtaise numatyta apsauga nuo tokių „eksperimentų“ arba jis pritaikytas maitinti iš kintamos įtampos tinklo. Vis tik, dažniausiai neatspėjus poliarumo, įtaisas paleisdamas dūmų kamuolį, kuriuos neretai gali lydėti ir garso „efektai“, „praneša“, kad mažų mažiausiai jį teks remontuoti, o gal ir išmesti.

Taigi išsiaiškinome, kad elektroniniams įtaisams maitinti dažniausiai reikia nuolatinės įtampos, be to prijungiant įrenginius jokiu būdu negalima supainioti maitinimo poliarumo.

Pirmame paveiksle parodytą nuolatinę įtampą, paprastai tariant, galima vadinti idealia, nes visais laiko momentais jos reikšmė visiškai nesikeičia. Tokiomis idealiomis įtampomis pasižymi tik įvairūs akumuliatoriai ir galvaniniai elementai (žargonu vadinami „batarkėmis“). Minėti elementai ko gero tiktų visiems gyvenimo atvejams, jei po kurio laiko jų netektų išmesti (beje, ne į šiukšlių dėžę, o į tam skirtas vietas) dėl susidėvėjimo. Tai pagrindinė priežastis, dėl kurios verta pasigaminti nuo paprasto elektros tinklo veikiantį nuolatinės įtampos maitinimo šaltinį.

Pastaruoju metu egzistuoja dvi pagrindinės tokių šaltinių rūšys: analoginiai maitinimo šaltiniai ir impulsiniai šaltiniai. Pradedančiajam elektronikui siūlytina pradėti nuo analoginių, nes jų veikimas, o tuo pačiu ir sukonstravimas žymiai paprastesnis nei impulsinių.

Paprasčiausi analoginiai nestabilizuoti maitinimo šaltiniai

Konstruojant paprasčiausią analoginį nuolatinės įtampos maitinimo šaltinį prireiks transformatoriaus, saugiklio, lygintuvinių diodų ir elektrolitinio kondensatoriaus (pastarasis nėra būtinas, bet naudojamas labai dažnai). Turint tokį detalių rinkinį galima gauti nestabilizuotą nuolatinę įtampą. Tai reiškia, kad šaltinio išėjimo įtampa svyruos tam tikrose ribose priklausomai nuo tinklo įtampos svyravimų, apkrovos pasikeitimų ir pan. Tokio šaltinio bene populiariausia principinė schema parodyta 2 paveiksle. Ši schema dažniausiai vadinama tilteline lygintuvine schema.

Transformatorius sumažins tinklo įtampą iki reikiamos reikšmės. Parenkant transformatoriaus antrinės apvijos įtampą U2 (galioja 2 paveiksle parodytai schemai), patartina vadovautis tokia išraiška:

                                         (1),

čia U0– maitinimo šaltinio išėjimo nuolatinė įtampa.

Nors pastaruoju metu prekyboje galima surasti pakankamai didelį transformatorių asortimentą, tačiau akivaizdu, kad visiems gyvenimo atvejams jų nėra prigaminta. Iš išraiškos (1) nesunku apskaičiuoti kokio dydžio nuolatinę įtampą U0 gausime, esant vienokiai ar kitokiai transformatoriaus antrinės apvijos įtampai U2, todėl, jei išraiška (1) netenkinama, reikia transformatorių parinkti su tokia įtampa U2, kad įtampa U0 nebūtų per didelė (pavojinga) apkrovai Ra. Mažesnė U0 nei turėtų būti neleis gauti maksimalaus numatyto apkrovos galingumo. Neretai esant per didelei U2 tiesiog nuvyniojama dalis vijų nuo antrinės transformatoriaus apvijos, tačiau, jei įmanoma, tai reikėtų atlikti neišardant transformatoriaus šerdies, nes pakartotinai ją surinkus kaip taisyklė atsiranda transformatoriaus „zyzimas“. To priežastis atsiradę įvairūs laisvumai ar tarpeliai tarp šerdies plokštelių.

Labai svarbu, kad transformatoriaus antrinės apvijos srovė I2, prijungus maksimalią apkrovą, neviršytų leistinos. Paprastai tariant transformatoriaus galia turi būti didesnė nei numatomos naudoti apkrovos maksimali galia. Taigi antrinės apvijos srovė parenkama su rezervu:

                                                  (2).

I0 dydį užduoda maksimali apkrovos galia, kuri dažniausiai visada yra žinoma. Tuomet:

                                                   (3),

čia P0– maksimali apkrovos galia.

Dar reikia parbrėžti, kad lygtimi (3) visiškai galima pasikliauti, kai apkrova yra aktyvinio pobūdžio (induktyvinės ir talpuminės dedamosios lyginant su aktyvine dedamąja yra daug kartų mažesnės). Taip pat reikia atsiminti, kad kuo I2 bus didesnė už lygties (2) dešiniąją pusę, tuo ir transformatoriaus geometriniai išmatavimai bus didesni, todėl racionaliausia, kai I2 artima lygties (2) dešiniajai pusei.

Saugiklio F1 suveikimo srovė turėtų būti  didesnė nei transformatoriaus pirminės apvijos darbinė srovė (įjungimo momentu ši srovė dažniausiai būna gerokai didesnė už darbinę srovę). Transformatoriaus pirminės apvijos darbinę srovę galima apskaičiuoti:

                                         (4).

Tirpūs saugikliai ne visuomet garantuoja elektroninių komponentų pilną apsaugą, nes jų suveikimo laikas gana ilgas.

Tęsiame pažintį su kitais 2 paveiksle parodytoje schemoje esamais elementais. Nors šioje schemoje visi elementai labai svarbūs, tačiau būtent puslaidininkinių diodų tiltelis VD1-VD4 atlieka pagrindinį darbą keičiant kintamą įtampą nuolatine. Yra išnaudojama pagrindinė lygintuvinio diodo savybė: praleisti srovę tik viena kryptimi. Tai būtų galima palyginti su paprastu automobilio ar dviračio padangos ventiliu. Visi žinome, kad ventilis praleidžia orą į padangos vidų, bet neleidžia jam išeiti atgal. Dėl tokio panašumo lygintuviniai diodai neretai vadinami tiesiog ventiliais.

Diodai (3 pav.) turi du išvadus, kurie vadinami anodu ir katodu. Dažnai anodas vadinamas tiesiog „pliusu“, o katodas– „minusu“. Tam, kad atskirti diodų išvadus, jų korpusai yra specialiai pažymimi. Juostelė ant diodo korpuso reiškia, kad arčiau jos esantis išvadas yra katodas arba „minusas“. Ši taisyklė negalioja diodams pagamintiems Rusijoje.

Grįžkime prie 2 paveiksle parodytos schemos. Parenkant diodus šiai schemai būtina atkreipti dėmesį į šiuos diodų parametrus:

• atgalinė diodo įtampa turi tenkinti sąlygą: ;
• vidutinė srovė per diodą bus: .

Apibūdinti diodo parametrai negali būti mažesnių reikšmių nei gaunama juos apskaičiavus. Parametrus nesunku surasti žinynuose (internete juos galima surasti gamintojų parengtose techninėse dokumentacijose, dar vadinamose „datasheet“) arba paprasčiausiai perkant paprašyti su reikiamais minėtais parametrais.

Iš transformatoriaus antrinės apvijos į diodų tiltelį VD1-VD4 patenka kintama įtampa. Akivaizdu, kad diodai VD2 ir VD4 praleis srovę tik tada, kai jų anodus veiks teigiamas įtampos pusperiodis (žiūr. 1 pav.). Per diodus VD1 ir VD3 yra uždaromas srovės ratas. Tarkime, kad taške tarp diodų VD1 ir VD2 kintamos įtampos pusperiodis yra teigiamas, vadinasi taške tarp diodų VD3 ir VD4 bus neigiamas įtampos pusperiodis. Kaip žinia, yra priimta laikyti, kad srovė teka iš teigiamo šaltinio poliaus į neigiamą polių. Todėl šiuo atveju srovės tekėjimo kelias bus toks: transformatoriaus antrinė apvija, diodas VD2, apkrova Ra, diodas VD3, transformatoriaus antrinė apvija. Kai taške tarp diodų VD3 ir VD4 bus teigiamas kintamos įtampos pusperiodis, tuomet taške tarp diodų VD1 ir VD2 bus neigiamas pusperiodis. Dabar srovė tekės: transformatoriaus antrinė apvija, diodas VD4, apkrova Ra, diodas VD1, transformatoriaus antrinė apvija. Rezultate diodų tiltelio išėjime gaunama įtampa kaip parodyta 5 paveiksle (kol kas įsivaizduokime, kad kondensatorius C1 dar neprijungtas). Jei palyginsime nuolatinę įtampą, kuri parodyta 1 paveiksle (kaip prisimename tai akumuliatoriaus ar galvaninio elemento įtampa) su ką tik gauta nuolatine įtampa (5 pav.) (taip, taip tai– nuolatinė įtampa, nes jos poliarumo ženklas nesikeičia) neabejotinai pastebėsime didžiulį skirtumą. Ką tik gauta nuolatinė įtampa yra pulsuojanti. Nežiūrint to, tokios formos nuolatinė įtampa jau turi pritaikymo sritis. Dažniausiai būtent tokios formos nuolatine įtampa yra kraunami įvairūs akumuliatoriai, puikiausiai veiks ir nuolatinės srovės varikliai, taip pat sėkmingai galima maitinti įvairias lemputes, šviesos diodus (beje lemputėms ir šviesos diodams tinka ir kintamoji įtampa, tačiau ypač lemputės, maitinamos nuolatine įtampa, tarnaus ilgiau).

Įjungus maitinimo šaltinį kondensatorius C1 įsikrauna iki maksimalios įtampos reikšmės. Nuo to momento kai įtampa (mėlyna spalva) pradeda mažėti, kondensatorius pradeda išsikrauti (atiduoda sukauptą energiją), tačiau, jei kondensatoriaus talpa pakankamai didelė, jis neišsikraus pilnai, ką ir matome 6 paveiksle (juoda spalva). Akivaizdu, kad nuolatinė įtampa vis dar pulsuoja, bet jau ženkliai mažiau nei tada, kai kondensatorius neprijungtas. Paprastai tariant, kuo kondensatoriaus talpa bus didesnė tuo nuolatinės įtampos pulsavimas bus mažesnis. Vis tik būtina pabrėžti, kad pulsacijos tiesiogiai susiję ir su apkrovos galia.

(Laukite tęsinio, kuriame bus paaiškinta kaip parinkti kondensatoriaus talpą, kad būtų užtikrintas pageidaujamas pulsacijų koeficientas, taip pat bus apžvelgiamos kitos dažnai praktikoje naudojamos maitinimo šaltinių schemos)

Komentarai (0)