Sursa de alimentare (F.A) are funcția de a furniza tensiunea și curentul adecvat și stabil la fiecare bloc al unui sistem electronic (computer, televizor, sistem de alarmă etc.).

Pentru a începe subiectul, vom propune analiza unui circuit, care, cu un tranzistor simplu și un zener, vom avea o tensiune stabilă la ieșire

Trecem prin dioda zener și rezolvăm problema

diodă Zener.

Prin urmare
Am văzut că acest tip de diodă este util atunci când funcționează în zona inversă, unde avem o zonă (zona zener) în care tensiunea rămâne foarte stabilă.

Diodele sunt fabricate pentru tensiuni specifice, astfel încât o diodă de 5,1 volți polarizată în sens invers face ca tensiunea dintre anod și catod să rămână la acea tensiune, chiar dacă curentul care trece prin el variază.

Exercitiul 1 . În următorul circuit, calculați:

  1. Tensiunea și curentul de ieșire
  2. Curentul prin zener
  3. Puterea consumată de tranzistor (dată de Vce * Ie). Să considerăm că câștigul β este 100 și tensiunea Vbe este 0,7 volți.
  4. Puterea livrată sarcinii (Rl)
  5. Eficiența sistemului, dată de relația dintre puterea livrată și puterea totală consumată de sistem
  6. Dacă sarcina ar fi un bec, faceți un circuit cu un divizor de tensiune, astfel încât tensiunea din bec să fie aceeași
  7. Să presupunem că în cele două circuite pe care le avem (sursa și divizorul), creștem tensiunea de la 9 la 12 volți. Ce tensiune va avea acum becul în ambele cazuri?.
  8. Asamblați circuitul crocodilului și contrastați rezultatele

Sursele tranzistorului cu ieșire variabilă

Fonturile pot fi, de asemenea, proiectate pentru a funcționa într-un anumit interval.

În cazul figurii, avem o sursă pe care o putem regla între 0 și 12 volți, în funcție de valoarea rezistenței care este în paralel cu zenerul de 12 volți.

De fapt, sursa nu va atinge 12 volți, deoarece trebuie să scăzem tensiunea din joncțiunea bază-emițător.

Sursele pot fi clarificate în două tipuri

Prima sursă liniară.

Acestea sunt sursele convenționale, alcătuite din modulele:

Transformator (care reduce tensiunea de la 220 volți la o tensiune mai apropiată de cea de utilizare)

Redresor (obține ciclurile pozitive ale undei la un terminal)

Sistem de filtrare (elimină frecvențele înalte, vârfurile de tensiune etc.)

Reductor buclat (reduce variațiile de tensiune). Condensatorul este pus la ieșirea diodelor

Regulator (stabilizează tensiunea de ieșire).

Arătăm o schemă generală a acesteia:

Aceste surse folosesc transformatoare care funcționează la frecvența rețelei (50 Hz) cu dezavantaje mari, deoarece aceste componente sunt de obicei scumpe, cu volum și greutate mari. De asemenea, generează pierderi de fier și cupru, dând naștere la pierderi globale în performanța f.a.

Dezvoltarea electronicii integrate a făcut ca circuitele care anterior ocupau un spațiu considerabil să fie integrate în circuite cu pinii corespunzători pentru a da soluții în f.a. Un caz bine cunoscut este familia 78XX, care cu trei terminale (intrare, ieșire și control), oferă diferite tensiuni de ieșire într-un mod stabil. Valoarea ieșirii depinde de încetarea numerotării sale, deci 7805 are o ieșire de 5 volți sau 7812 are o ieșire de 12 volți. Fiecare dintre ele are o gamă de valori ale tensiunii de intrare, care în cazul modelului 7805 este de minimum 7 volți și maxim de 25 de volți. În imaginea următoare avem un circuit, care a conectat terminalul comun la un divizor de tensiune, poate oferi o tensiune de ieșire diferită.

Exercițiul 2. Efectuați analiza adecvată pentru a obține valoarea tensiunii de ieșire. Curentul tipic prin terminalul comun este de 80 mA. Luați în considerare faptul că regulatorul lm 7805 are o tensiune între ieșire și valoarea de referință de 5 volți. Deoarece avem conectat un potențiometru de 1 K, calculați tensiunea maximă și minimă pe care o avem la ieșire.

Un alt bloc important este că toate sursele sunt sistemele de protecție a vârfurilor de tensiune.

Rețeaua aduce de obicei o serie de vârfuri de tensiune din diverse surse, pornire motor, comutare etc. Aceste tensiuni ridicate de scurtă durată pot provoca daune sistemului. O configurație tipică a acestor blocuri este prezentată în următoarea imagine.

Alimentare comutată

În acest caz, avem o componentă (tranzistor) care comută la frecvențe înalte pentru a obține semnale pătrate de înaltă frecvență care vor fi rectificate și filtrate.

Ca o consecință a eficienței reduse date de sistemele liniare (a se vedea exercițiul 1), aceste sisteme ne permit să îmbunătățim acest factor, deoarece tranzistoarele nu funcționează tot timpul, ca și în cele anterioare.

În acest caz, dispozitivul va funcționa în modul de comutare (trecând de la tăiere la saturație și invers).

În anii '70, acest tip de sursă a avut o dezvoltare importantă, funcționând pe partea de înaltă tensiune, cu randamente mari (peste 80%), cu cost și volum redus.

Eficienţă:

Vom vedea că într-un regulator convențional, a cărui tensiune de ieșire este de 5 V și ieșire 1 A, dacă tensiunea de intrare este de 30 volți, căderea de tensiune este de 25 V, că la trecerea prin tranzistorul de comandă, o putere este disipată de (25 V * 1 A) = 25 W, care se pierd ca căldură. În acest caz, avem că pentru o livrare de 5 wați, avem un consum total de 30 W (5 livrați și 25 consumați). Eficiența este:

Avem doar o eficiență de 16,6%

În cazul navetați, avem randamente de 80%.

În sursele de alimentare comutate, cei responsabili cu controlul puterii sunt, de asemenea, tranzistoare, dar atunci când lucrăm în modul de conducere - tăiere, produsul Vce * Ie (în cazul unui bipolar) vom avea întotdeauna produsul de o valoare ridicată cu un valoare scăzută, prin urmare, puterea consumată de tranzistor este mică.

Frecvența de comutare (de câte ori tranzistorul trece de la întrerupere la saturație) este de obicei limitată în tranzistoarele bipolare la aproximativ 40 KHz. Dar dacă se utilizează MOSFET-uri de putere, frecvența crește la aproximativ 200 KHz, ceea ce reprezintă o economie considerabilă în dimensiunea transformatoare. În imaginea următoare arătăm o diagramă de bază a unui f.a. comutat

În linii mari, blocul de control (cel care indică 30 Khz) face ca tranzistorul să treacă de la întrerupere la saturație și invers, controlând timpul în care semiconductorul este activ și, prin urmare, energia care este trecută la primarul transformator, care este colectat de secundar și rectificat într-o a doua etapă.

Există mai multe moduri de a controla dispozitivul pentru a controla fluxul curent. Vom vedea unul dintre ei, numit Step-Down (Buck Converter).

În această configurație, reglarea este similară cu cea a unui transformator descendent, cu o tensiune de ieșire mai mică decât tensiunea de livrare. Arătăm schema acestui circuit (similar pentru a explica cel real)

Dacă ne uităm la figura anterioară, când tranzistorul (reprezentat de comutatorul S) se închide, avem starea Ton, moment în care un curent trece prin inductorul L. Din tot curentul care trece, o parte este dedicată încărcare și altul este folosit pentru a încărca condensatorul C. În acest moment, D este polarizat invers și nu conduce.

Dacă comutatorul se deschide, avem noua stare Toff.

Un inductor se opune schimbărilor bruște de curent și, prin urmare, va schimba tensiunea terminalelor sale pentru a determina curentul să continue să curgă în aceeași direcție.

În această nouă situație, dioda este polarizată direct și se stabilește un curent circular care pornește de la marginea dreaptă a bobinei, trece prin sarcină și revine prin anodul diodei la terminalul stâng al bobinei. În acest interval de timp, curentul care ajunge la sarcină este furnizat de L și de C.

Cum reglăm tensiunea de ieșire ?

Așa cum am spus mai devreme, reglarea tensiunii la ieșire se realizează prin modificarea timpului Ton al tranzistorului, iar una dintre modalitățile de realizare a acestuia este prin PWM (Modularea lățimii impulsurilor sau Modularea lățimii impulsurilor).

Arătăm o schemă generală pentru a atinge acest scop. În schema din figura anterioară, Vo (tensiunea de ieșire) are un divizor de tensiune format din R1 și R2. Tensiunea în acel moment este comparată cu tensiunea pe care dorim să o obținem și care provine în mod normal de la un potențiometru.

A1 compară aceste două valori și generează o tensiune diferențială la ieșire. Să presupunem că tensiunea Vo crește și, prin urmare, tensiunea care intră în comparator. Producția A1 este acum mai mare. Acest lucru mărește timpul necesar pentru a atinge noua valoare și, prin urmare, pulsul rămas este mai mic, cu o Tonă de timp mai puțin.

Aceasta reduce curentul inductor L și, în consecință, cantitatea de energie transferată, pentru care Vo va deveni mai mic.

Dacă din anumite motive se întâmplă opusul, cu un Vo mai mic, procesul este același:

V0 ↓ >> Tensiunea diferențială în A1 ↓ >> Timpul pentru atingerea valorii de declanșare a semnalului triunghiular ↓ >> A2 generează un impuls înainte >> Prea ↑ >> Crește curentul pe bobină L >> Tensiunea V0 ↑

O sursă tipică de uz casnic este reprezentată mai jos.

Exercițiul 3: În imaginea următoare, scrieți la ce corespunde fiecare numerotare și explicați funcția pe care o are.

Afișați/ascundeți soluția

Exercițiul 4. Este posibil ca o sursă de comutare să genereze o tensiune de ieșire mai mare decât tensiunea de intrare? Explicați într-un mod raționat, cum puteți, dacă este posibil.