Virtalähteiden tyypit
Sähkötekniikassa virtalähde on laite, joka muuntaa sähköenergian liitetyn sähkölaitteen vaatimaksi lähtösähköjännitteeksi, -virraksi ja -taajuudeksi. Se muuntaa vaihtovirran tasavirraksi ja antaa virtaa erilaisille elektronisille laitteille (tietokone, televisio, tulostin, reititin jne.). Virtalähteitä on kahta eri tyyppiä: jännitelähde (antaa vakiojännitteen) ja virtalähde (antaa vakiovirran).
Elektronisten laitteiden virtalähteet voidaan jakaa pääasiassa lineaarisiin ja pulsseihin:
- lineaariset teholähteet, joissa vastaava elementti on muuntaja (on myös lineaarisia teholähteitä ilman muuntajia);
- kytkentävirtalähteet käyttämällä erilaisia elektronisia järjestelmiä (jännitemuuntimet);
Lineaarisilla on suhteellisen yksinkertainen rakenne, joka voi muuttua monimutkaisemmaksi, kun niiden syöttämä virta kasvaa, mutta niiden jännitteen säätö ei ole niille kovin tehokasta.
Virta on olennainen osa monia laitteita. Jotkut päätyypeistä ovat:
- Impulssivirtalähde. Tällä hetkellä suurin osa virtalähteistä valmistetaan hakkuriteholähteinä. Niiden etuna on pääasiassa pienempi paino. Kun puolijohdeohjaus- ja virtalähteitä ei vielä ollut saatavilla, käytettiin raskaampia, kestävämpiä muuntajateholähteitä, jotta mahdollistettiin edullisia hakkuriteholähteitä.
- Tietokoneen virtalähde. Tietokoneissa on hakkurivirtalähde, joka muuntaa jakeluverkon matalan vaihtojännitteen (230 V, 50 Hz) tietokoneen sähköpiireissä käytettäväksi matalaksi jännitteeksi (DC 3,3 V, 5 V ja 12 V).
- Verkkosovitin. Se on pieni kytkentävirtalähde, joka on muotoiltu ja kooltaan kuten tavallinen sähköpistoke (kuten matkapuhelimen laturi), jota käytetään 230 voltin verkkovirtalähteessä ja joka tuottaa tietylle sähkö- tai elektroniikkalaitteelle vaaditun matalan jännitteen. Verkkolaitteita käytetään tyypillisesti sellaisten laitteiden ja laitteiden kanssa, joissa ei ole omaa sisäistä virtalähdettä.
- Hitsausvirtalähde. Hitsauslähteet tarjoavat suuren virran (tyypillisesti satoja ampeeria), joka mahdollistaa metallin paikallisen sulamisen ja siten liittymisen. Aikaisemmin käytettiin niin kutsuttuja hitsausmuuntajia (erityisillä sähkömagneettisilla muuntajilla, jotka on suunniteltu suurille hitsausvirroille), nykyaikaisempia ovat hitsausinvertterit elektronisella ohjauksella.
Virtalähteen sisäinen vastus
Ihanteellinen teholähde jännitelähteenä antaa aina saman jännitteen kytketystä kuormasta riippumatta (eli syöttöjännite on vakio eri virrankulutuksilla).
Täydellistä lähdettä ei kuitenkaan ole, koska sisäinen vastus todellinen lähde rajoittaa suurinta virtaa, joka voi virrata piirin läpi.
Tämä virtalähde voi käyttää jännitesäädintä tuottamaan vakaan lähtöjännitteen, jonka tuottaa jännitehäviö (säätimen tulo- ja lähtöjännitteiden välinen ero). Esimerkki - Kytkentäjännitteen säädin
Joten lähtöjännitteen laadun mukaan virtalähteet erotetaan:
- stabiloidut lähteet, joiden jännite pidetään vakiona virran vaihteluista riippumatta,
- säätelemättömät lähteet, joissa lähtöjännite voi vaihdella virran vaihteluiden mukaan.
Muuntajan lineaariset virtalähteet
Klassiset lineaariset lähteet koostuvat seuraavista elementeistä: muuntaja, tasasuuntaaja, suodatin ja jännitesäädin.
Lineaarisen virtalähteen kaavio
Ensin muuntaja muuntaa verkkojännitteen alennetuksi jännitteeksi ja tuottaa galvaaninen eristys… Kutsutaan piiriä, joka muuntaa vaihtovirran pulssitasavirraksi tasasuuntaaja (tasasuuntaukseen käytetään diodisiltapiirejä), silloin kondensaattoreilla ja induktoreilla varustettu suodatin vähentää aaltoilua. Lisää suodattimista - Tehosuodattimet.
Jännitteen säätö tai stabilointi tiettyyn arvoon saavutetaan käyttämällä ns Jännitteensäädin, jonka rakenteessa transistorit.
Piirin transistori toimii säädettävänä vastuksena.Tämän vaiheen lähdössä aallon suuremman vakauden saavuttamiseksi on toinen suodatusaste (vaikka ei välttämättä, kaikki riippuu suunnitteluvaatimuksista), se voi olla tavanomainen kondensaattori.
Virtalähteiden joukossa on sellaisia, joissa kuormaan syötetty teho on tyristoreilla säädeltysyöttääkseen kuormaan tarvittavan jännitteen ja tehon.
Saksalainen laboratorion virtalähde
Nykyaikaiset lineaariset virtalähteet
Jännitteen stabilointi perustyyppisissä lineaarisissa lähteissä saavutetaan kytkemällä erityinen elementti rinnakkain säätelemättömän korkeamman jännitteen lähteen syöttämän piirin kanssa sopivan vastuksen kautta, jonka virta-jännite-ominaisuus osoittaa jyrkkää virran nousua vaaditulla tasolla. Jännite. Se on sellainen elementti Zener diodi, joka toimii laajalla kynnysjännitteiden alueella.
Zener-diodin teholähteen haittoja ovat suhteellisen alhainen lähtöjännitteen stabiilisuus, suhteellisen pieni virta-alue ja erityisen alhainen hyötysuhde, koska sähköenergia muunnetaan lämmöksi sarjavastuksessa ja itse zener-diodissa.
Nykyaikaisissa lineaarisissa lähteissä (yleensä integroidun piirin muodossa) käytetään säädettävää impedanssielementtiä (lineaarimooditransistoria), jota ohjataan takaisinkytkemällä lähtöjännitteen ja tasajännitteen välisen eron perusteella sisäisestä vertailujännitteestä (diodiin perustuen). piiri, mutta pienellä tasavirralla).
Tyypillisiä lineaarisia lähteitä ovat 78xx IC:t (esim. 7805 on 5V jännitelähde) ja niiden johdannaiset.
Tällaisten lineaaristen teholähteiden haittana on niiden alhainen hyötysuhde (ja koska tehohäviö integroidussa piirissä vaihtelee lämmön ja jäähdytystarpeen mukaan), varsinkin kun tulo- ja lähtöjännitteiden ja suurien virtojen välillä on suuri ero. myös joskus epäedullista, että lähtöjännite on aina pienempi kuin tulojännite.
Etuna ovat niiden alhainen hinta, pieni koko, helppokäyttöisyys ja ulkopuolisten ja sähköpiirien häiriöiden puuttuminen.
Sisäänrakennettu virtalähde sähkötekniikan laboratoriossa
Hakkurivirtalähteet
Pulssiteholähteissä käytetään kenttätransistoria, joka ajoittain sulkeutuu suhteellisen korkealla taajuudella (kymmeniä kHz tai enemmän) ja lisää kelan, kondensaattorin ja diodin yhdistelmästä koostuvan piirin tulojännitettä. Näiden elementtien sopivalla yhdistelmällä on mahdollista saavuttaa jännitteen lasku ja nousu.
Toinen pulssiteholähteen tyyppi on virtalähde, jossa on muuntaja ja sitä seuraava dioditasasuuntaaja, joka hyödyntää nykyaikaisten magneettisten materiaalien (ferriittien) edullisia ominaisuuksia (pienempi koko suurilla virroilla, pienemmät magneettihäviöt) korkeilla taajuuksilla. . Taajuutta muuttamalla voit saavuttaa muutoksen lähtöjännitteessä.
Täten tällainen teholähde sisältää piirin (yleensä integroidun piirin muodossa), joka tarjoaa taajuuden vaihtelun lähtöjännitteen takaisinkytkennän perusteella vakaan lähtöjännitteen aikaansaamiseksi vaihtelevilla kuormituksilla.
Lisää virtalähteiden kytkemisestä: Hakkuriteholähteiden yleiset periaatteet, edut ja haitat
Koska hakkuriteholähteet toimivat neliöaaltojännitteillä ja -virroilla, ne lähettävät tyypillisesti sähkömagneettisia aaltoja laajalla taajuusalueella. Siksi niitä luotaessa ja käytettäessä on noudatettava sähkömagneettisen yhteensopivuuden (EMC) periaatteita.
Laboratoriolaitteet
Pajassa tai laboratoriossa mittaukseen, testaukseen ja vianmääritykseen käytetään tarkkuusvirtalähdettä. Nämä laboratoriovirtalähteet muuntavat, tasasuuntaavat ja säätelevät jännitteitä sekä lähtövirtoja, jotta mittaukset voidaan tehdä vahingoittamatta testattavia laitteita.