Меню

Схема простого источника постоянного тока

Простой источник питания с регулируемым напряжением

Источник питания с регулируемым напряжением

Привет! Это моя первая инструкция! Все мы окружены электрическими приборами с разными спецификациями. Большинство их них работает напрямую от сети 220 В переменного тока. Но что делать, если вы придумываете какой-либо нестандартный прибор, или выполняете проект, для которого требуется конкретное напряжение, да к тому же и с постоянным током. Поэтому у меня и появилось желание изготовить источник питания, выдающий различное напряжение, и использующий регулятор напряжения lm317 на интегральной схеме.

Что делает источник питания?

Вначале необходимо понять назначение источника питания.
• Он должен преобразовывать переменный ток, полученный из сети переменного тока, в постоянный ток.
• Он должен выдавать напряжение по выбору пользователя, в диапазоне от 2 В до 25 В.

Основные преимущества:
• Недорогой.
• Простой и удобный в применении.
• Универсальный.

Список необходимых компонентов

Простой источник питания с регулируемым напряжением

1. Понижающий трансформатор на 2 А (с 220 В до 24 В).
2. Регулятор напряжения lm317 IC с радиатором теплообменника.
3. Конденсаторы (поляризованные):
2200 микрофарад 50 В;
100 микрофарад 50 В;
1 микрофарада 50 В.
(замечание: номинал напряжения конденсаторов должен быть выше напряжения, подаваемого на их контакты).
4. Конденсатор (неполяризованный): 0.1 микрофарад.
5. Потенциометр 10 кОм.
6. Сопротивление 1 кОм.
7. Вольтметр с ЖК-дисплеем.
8. Плавкий предохранитель 2.5 А.
9. Винтовые зажимы.
10. Соединительный провод с вилкой.
11. Диоды 1n5822.
12. Монтажная плата.

Составление электрической схемы

Простой источник питания с регулируемым напряжением

• В верхней части рисунка трансформатор подключен к сети переменного тока. Он понижает напряжение до 24 В, но при этом ток остается переменным с частотой 50 Гц.
• В нижней половине рисунка показано соединение четырех диодов в мост выпрямителя. Диоды 1n5822 пропускают ток при прямом смещении, и блокируют прохождение тока при обратном смещении. В результате выходное напряжение постоянного тока пульсирует с частотой в 100 Гц.

Простой источник питания с регулируемым напряжением

• На этом рисунке добавлен конденсатор емкостью в 2200 микрофарад, который фильтрует выходной ток и обеспечивает устойчивое напряжение в 24 В постоянного тока.
• На этом этапе можно последовательно включить в схему плавкий предохранитель для обеспечения ее защиты.
• Итак, мы имеем:
1. Понижающий трансформатор переменного тока до 24 В.
2. Преобразователь перемененного тока в пульсирующий постоянный ток с напряжением до 24 В.
3. Отфильтрованный ток для получения чистого и стабильного напряжения 24 В.
• Все это будет подключено к схеме регулятора напряжения lm317, описанной ниже

Введение в Lm317

Простой источник питания с регулируемым напряжением

Простой источник питания с регулируемым напряжением

• Теперь наша задача заключается в управлении выходным напряжением, изменяя его в соответствие с нашими нуждами. Для этого мы используем регулятор напряжения lm317.
• Lm317, как показано на рисунке, имеет 3 контакта. Это контакт регулировки (pin1 — ADJUST), контакт вывода (pin2 — OUNPUT), и контакт ввода (pin3 — INPUT).
• Регулятор lm317 во время работы выделяет тепло, поэтому ему требуется радиатор теплообменника
• Радиатор теплообменника представляет собой металлическую пластину, соединенную с интегральной схемой для рассеивания выделяемого ею тепла в окружающее пространство.

Объяснение схемы подключения Lm317

Простой источник питания с регулируемым напряжением

• Это продолжение предыдущей электрической схемы. Для лучшего понимания, схема подключения lm317 показана здесь подробно.
• Для обеспечения фильтрации на входе рекомендуется использовать конденсатор емкостью в 0.1 микрофарады. Очень желательно не размещать его вблизи основного фильтрующего конденсатора (в нашем случае, это конденсатор емкостью 2200 микрофарад).
• Использование конденсатора в 100 микрофарад рекомендуется для улучшения гашения ряби. Он предотвращает усиление ряби, возникающее при увеличении устанавливаемого напряжения.
• Конденсатор емкостью в 1 микрофараду улучшает переходную характеристику, но не является необходимым для стабилизации напряжения.
• Диоды защиты D1 и D2 (оба — 1n5822) обеспечивают путь разряда с низким импедансом, предотвращая разряд конденсатора в выход регулятора напряжения.
• Сопротивления R1 и R2 нужны для установки выходного напряжения
• На рисунке приведено уравнение управления. Здесь сопротивление R1 равно 1 кОм, а сопротивление R2 (потенциометр с сопротивлением 10 кОм) является переменным. Поэтому получаемое на выходе напряжение, согласно данному аппроксимированному уравнению, задается изменением сопротивления R2.
• При необходимости получить дополнительную информацию по характеристикам lm317 на интегральной схеме, такую информацию найти в Интернете.
• Теперь выходное напряжение можно подключить к вольтметру с ЖК-дисплеем, или можно использовать мультиметр для замера напряжения.
• Замечание: Величины сопротивлений R1 и R2 выбираются из соображений удобства. Другими словами, нет какого-либо твердого правила, которое говорило бы, что сопротивление R1 должно всегда быть 1 кОм, а сопротивление R2 должно быть переменным до 10 кОм. Кроме того, если нужно фиксированное выходное напряжение, то можно установить фиксированное сопротивление R2 вместо переменного. Используя приведенную управляющую формулу, можно выбирать параметры R1 и R2 по своему усмотрению.

Читайте также:  Самостоятельная работа по теме сила тока 8 класс 1 вариант

Завершение составления электрической схемы

Простой источник питания с регулируемым напряжением

• Окончательная электрическая схема выглядит так, как показано на рисунке.
• Теперь, пользуясь потенциометром (т.е. R2), можно получать требуемое напряжение на выходе.
• На выходе будет получено чистое, свободное от ряби, стабильное и постоянное напряжение, требуемое для питания конкретной нагрузки.

Источник

Источники постоянного тока

Постоянный ток — это такой ток, который почти (поскольку ничего идеального в мире нет) не изменяется во времени, ни по величине, ни по направлению. Исторически первые источники постоянного тока были исключительно химическими. Сначала они были представлены только гальваническими элементами, а позже появились и аккумуляторы.

Гальванические элементы и аккумуляторы имеют строго определенную полярность, и направление тока в них самопроизвольно не изменяется, поэтому химические источники тока — это принципиально источники постоянного тока.

Источники постоянного тока

Гальванический элемент

Пальчиковая батарейка АА — яркий пример современного гальванического элемента. Цилиндрическая щелочная батарейка ( которую любят называть алкалиновой, тогда как слово «alkaline» переводится как «щелочная») содержит внутри раствор гидроксида калия в качестве электролита. На положительном полюсе батарейки находится диоксид марганца, а на отрицательном — цинк в виде порошка.

Гальванические элементы

Когда внешняя цепь батарейки замыкается на нагрузку, на аноде (отрицательном полюсе) происходит химическая реакция окисления цинка, одновременно с этим на катоде (положительном полюсе) идет реакция восстановления оксида марганца четырехвалентного до оксида марганца трехвалентного.

В результате с отрицательного полюса электроны бегут в сторону положительного полюса через внешнюю цепь нагрузки. Так работает источник постоянного тока — гальванический элемент.

Химический процесс в гальваническом элементе не обратим, то есть пытаться заряжать его бесполезно. Напряжение между полюсами новой пальчиковой батарейки 1,5 вольта, что обусловлено потенциалами веществ, участвующих в химической реакции внутри нее.

Батарейка и лампочка

Аккумулятор

Литий-ионный аккумулятор, в отличие от батарейки, можно после разрядки снова заряжать, поскольку химический процесс в нем обратим. С виду аккумулятор работает как батарейка, то есть тоже дает в цепь нагрузки принципиально только постоянный ток, но емкость у аккумулятора обычно больше чем у батарейки примерно такого же размера.

Аккумуляторы

В ходе разрядки литиевого аккумулятора, химическая реакция на аноде (отрицательном электроде) состоит в отделении лития от углерода и его переходе в состав соли на катоде (положительном электроде). А при зарядке ионы лития вновь переходят к углероду на аноде.

Разность потенциалов между полюсами литий-ионного аккумулятора может доходить до 4,2 вольт. Максимальный ток зависит от площади взаимодействия электродов внутри аккумулятора с электролитом и соответственно друг с другом.

Генератор

В промышленных масштабах постоянный ток получают при помощи генераторов постоянного тока. Как правило, на статоре такой машины расположены неподвижные магниты либо электромагниты, наводящие во вращающихся контурах ЭДС по закону электромагнитной индукции.

Генераторы на электростанции

Вращающиеся контуры соединены каждый с контактными пластинами щеточно-коллекторного узла, через которые посредством неподвижных щеток и снимается в цепь нагрузки генерируемый ток. Поскольку контуры контактируют с положительной и отрицательной щетками только при прохождении мимо определенных магнитных полюсов статора, ток во внешней цепи получается выпрямленным переменным, то есть пульсирующим постоянным.

Величина тока зависит от сечения проводов, индукции магнитного поля статора и площади статора. Величина напряжения — от скорости вращения ротора генератора и от индукции магнитного поля статора.

Солнечный элемент

Солнечные батареи также дают постоянный ток. Фотоны солнечного света попадая на фотоэлемент вызывают движение положительно заряженных дырок и отрицательно заряженных электронов через p-n-переход, и во внешней цепи получается таким образом постоянный ток.

Солнечные элементы

Чем больше совокупная площадь фотоэлементов — тем больше электронов и дырок участвуют в образовании тока, тем больший ток можно получить от солнечной батареи. Генерируемое напряжение солнечной батареи зависит от интенсивности солнечного света и от количества соединенных последовательно фотоэлементов, входящих в конструкцию солнечной батареи.

Трансформатор с выпрямителем

Раньше в электронной аппаратуре для получения постоянного тока, при питании от бытовой сети переменного тока, сплошь и рядом использовались блоки питания с трансформаторами на железе. Переменное сетевое напряжение понижалось при помощи трансформатора, а затем выпрямлялось при помощи лампового или диодного выпрямителя.

Читайте также:  Как в электрическую цепь подключают амперметр для измерения силы тока в ветви

Трансформатор с выпрямителем

После выпрямителя в такой схеме всегда стоит фильтр, состоящий как минимум из конденсатора, а в лучшем случае — из конденсатора и дросселя, да еще и транзисторного стабилизатора напряжения, особенно если источник тока должен быть регулируемым.

Напряжение на выходе такого блока питания зависит от количества витков вторичной обмотки трансформатора, а максимальная величина тока — от номинальной мощности трансформатора.

Источник питания для светодиодной ленты

Импульсный блок питания

Сегодня в радиоэлектронной аппаратуре для получения постоянного тока почти не используют блоки питания с низкочастотными трансформаторами на железе, на замену им пришли импульсные блоки питания. В них выпрямленное сетевое напряжение сначала понижается при помощи высокочастотного трансформатора и транзисторных ключей, а затем выпрямляется. Ток направляется через фильтр в конденсатор фильтра.

Импульсный блок питания

Конструкция импульсного блока питания получается гораздо меньше размером, чем с трансформатором на железе. Но шумов в выходном токе больше. Поэтому особое внимание при конструировании импульсных блоков питания уделяют фильтрации тока на выходе к нагрузке.

Напряжение на выходе импульсного блока питания зависит от устройства электронной схемы, а максимальный ток — от размера высокочастотного трансформатора и качества находящихся на схеме радиоэлектронных компонентов.

Конденсатор и ионистор

Источником постоянного электрического тока можно назвать в определенном смысле электрический конденсатор. Конденсатор накапливает электрическую энергию в форме постоянного электрического поля между своими обкладками, а затем может отдавать эту энергию в форме постоянного тока или импульсного разряда. И то и другое по сути — постоянный ток, отличающийся лишь длительностью проявления.

Ионисторы

Но электролитические конденсаторы сегодня выпускаются на огромные емкости в тысячи и более микрофарад. Особая разновидность конденсатора — ионистор (суперконденсатор) — он занимает промежуточное место между аккумулятором и конденсатором.

Химические процессы в ионисторе протекают практически с такой же скоростью как в конденсаторе, но в отличие от аккумулятора, ионистор обладает меньшим внутренним сопротивлением, что позволяет получать от ионисторов большие постоянные токи на протяжении более длительного времени. Чем больше емкость конденсатора — тем больший по величине и более продолжительный ток можно получить с его помощью.

Источник



Digitrode

цифровая электроника вычислительная техника встраиваемые системы

  • Вычислительная техника
    • Микроконтроллеры микропроцессоры
    • ПЛИС
    • Мини-ПК
  • Силовая электроника
  • Датчики
  • Интерфейсы
  • Теория
    • Программирование
    • ТАУ и ЦОС
  • Перспективные технологии
    • 3D печать
    • Робототехника
    • Искусственный интеллект
    • Криптовалюты

Чтение RSS

Простой источник постоянного тока своими руками

Многие из нас, кто работал с аналоговыми цепями, часто сталкивались с терминами источник напряжения и источник тока в конструкции схемы. В то время как все, что обеспечивает постоянное напряжение, например, простой выход USB 5 В или адаптер 12 В, может рассматриваться как источник напряжения, термин «источник тока» всегда остается загадкой. И многие схемы, особенно те, в которых используются операционные усилители или коммутационные цепи, потребуют от вас использования источника постоянного тока. Так что подразумевается под источником тока? Как это будет работать и зачем это нужно?

Простой источник постоянного тока своими руками

В этом уроке мы найдем ответы на эти вопросы, а также соберем и протестируем простую схему источника постоянного тока с использованием транзистора. Схема, используемая в этом руководстве, сможет выдавать постоянный ток 100 мА на вашу нагрузку, но вы можете изменить его с помощью потенциометра в соответствии с вашими проектными требованиями.

Обычно, когда блок питания управляет нагрузкой, возможны два режима работы: один – в режиме постоянного напряжения (CV), а другой – в режиме постоянного тока (CC).

В режиме CV источник питания обеспечивает постоянство выходного напряжения и изменяет выходной ток в соответствии с сопротивлением нагрузки. Лучшим примером будет ваш USB-порт на 5В, где выходное напряжение зафиксировано на уровне 5В, но в зависимости от нагрузки ток будет меняться. Если вы подключите маленький светодиод, он будет потреблять меньше тока, а если вы подключите больший, он будет потреблять больше тока, но напряжение на светодиоде всегда будет 5 В.

В режиме постоянного тока идеальный источник тока обеспечивает постоянный выходной ток и изменяет выходное напряжение в зависимости от сопротивления нагрузки. Примером этого будет зарядное устройство на 12 В в режиме CC, в котором зарядный ток будет зависеть от напряжения. В случае, если ваша батарея составляет 10,5 В, если вы подключите ее к зарядному устройству на 1 А 12 В, ваш выходной ток от зарядного устройства всегда будет 1 А, но выходное напряжение будет изменяться для поддержания этого тока зарядки 1 А. Так что именно здесь требуются цепи постоянного тока, другим примером может быть схема драйвера светодиода постоянного тока, где ток светодиода должен быть постоянным.

Читайте также:  Чему равен кпд электродвигателя постоянного тока

В этом проекте мы создадим простой транзисторный генератор постоянного тока, используя только 4 компонента. Это очень недорогая схема, которая может обеспечить источник постоянного тока 100 мА с использованием источника питания 5 В. Он также будет иметь потенциометр для управления токовым выходом в диапазоне от 1 до 100 мА. Это обеспечит постоянный ток, даже если есть изменения в сопротивлении нагрузки. Устройство будет полезно для использования, когда цепь нуждается в стабильном питании без колебаний.

Схема состоит только из двух активных компонентов, TL431 и BC547. TL431 является шунтовым регулятором, который использует опорное напряжение 2,5 В. Он поддерживает ток катода 1-100 мА для операций, связанных с шунтом. Другие компоненты являются пассивными компонентами. Резисторы должны иметь допуск 1% для точного вывода. Принципиальная схема источника постоянного тока с использованием транзистора.

Простой источник постоянного тока своими руками. Схема

Вышеприведенная схема полностью подключена к линии 5В. Выходная нагрузка должна быть подключена между выходом и заземлением. На приведенной выше схеме BC547 работает в качестве проходного транзистора. Выходной ток цепи зависит от приведенной ниже формулы, которую можно использовать для расчета выходного тока цепи источника постоянного тока:

Iout = Vref/R4 + Ika

Iout = 100 мА или .100 A
Vref = 2,5 В
Ika = 1 мА или .001 A (Примечание: минимальный ток смещения)

Iout = Vref/R4 + Ika
.100 = 2.5/R4 + .001
.100 — .001 = 2.5/R4
R4 = 2.5/.099
R4 = 25 Ом (приблизительно)

Доступное самое низкое значение R4 составляет 22 Ом. Теперь значение потенциометра можно найти по той же формуле. До этого максимальный доступный ток 100 мА был достигнут резистором 22 Ом. На этот раз потенциометр снизит выходной ток до самого низкого уровня. Поскольку минимальный ток катода, требуемый для TL431, составляет 1 мА, следует предположить, что самый низкий ток будет 2 мА. Следовательно, используя ту же формулу:

Iout = Vref/VR1 + Ika
.002 = 2,5/VR1 + .001
.002 — .001 = 2.5/VR1
.001 = 2,5/VR1
VR1 = 2,5 кОм

Таким образом, доступный потенциометр с минимальным значением 2,2 кОм можно использовать для управления током. Последний расчет заключается в определении значения резистора смещения R1 по следующей формуле:

R1 = Vin/(Iout/hFE + Ika)

Iout = 100 мА (.100A)
Vin = 5 В
hFE = 100 (Максимум)
Ika = 1 мА или .001 A
R1 = Vin/(Iout/hFE + Ika)
R1 = 5/(.100/100 + .001)
R1 = 2,5 кОм

Таким образом, доступное наименьшее значение R1 может составлять 2,2 кОм.

Транзистор BC547 действует как проходной транзистор, который управляется резистором смещения R1 и шунтирующим регулятором TL431. База транзистора фактически подключена через делитель тока. Эта схема делителя тока выполнена с использованием резистора смещения и шунтирующего регулятора. TL431 регулирует постоянный ток посредством измерения опорного напряжения. Схема собранная на макете может выглядеть следующим образом.

Простой источник постоянного тока своими руками

Для проверки схемы использовались разные нагрузки (разные значения резистора). Был использован мультиметр для измерения выходного тока цепи, и выходной ток всегда был около 100 мА, как показано на следующем изображении.

Простой источник постоянного тока своими руками

Источники постоянного тока используются во многих устройствах. В системе светодиодного освещения для операций, связанных с управлением светодиодом, требуется источник постоянного тока. Как и в портативных устройствах, в цепях зарядки аккумуляторов также применяются источники постоянного тока.

Источник

Простейшие схемы источников питания для различной аппаратуры

Здесь много схем на недорогой элементной базе. Блоки питания, преобразователи и т.п.

1. Схема зарядного устройства от аккумуляторного фонаря (опасно для аккумуляторов)

2. Стабилизатор напряжения на ПТ

3. Источники стабильного тока

4. Источник тока

5. Стабилизатор напряжения

6. Источник тока

7. Двухполюсный источник тока

8. Источники стабильного тока

9. Зарядное устройство

10. Преобразователь напряжения

11. Очень хорошее зарядное устройство

12. Вариант замены высоковольтного стабилитрона

13. Простой индикатор радиационной опасности

14. Зарядное устройство

15. Преобразователь напряжения

16. Источник стабильного тока

17. Аналог стабилитрона

18. Стабилизатор напряжения с ограничением тока — источник тока

19. Стабилизатор напряжения для зарядного устройства на солнечной батарее

20. Компенсация пульсаций в блоке питания

21. Зарядное устройство с питанием от свободной энергии

22. Стабилизатор напряжения на логическом элементе

23. Простой источник стабильного тока

24. Импульсный стабилизатор конденсаторного БП

25. Бестрансформаторный источник питания часов на оптронах

26. Структурная схема конденсаторного преобразователя напряжения с умножением тока

27. Ёмкостный преобразователь напряжения

28. Источник тока на интегральном стабилитроне

Источник