ELMÉLETI ELEKTRONIKA Áramellátási áramkörök
C1.1 Első megközelítés
C1.2. Szerepek és általános korlátozások
Amint elektronikus eszközökről vagy áramkörökről értesülünk, biztosan találkozunk benne egy áramellátó alkatrésszel. Valójában még az érvelést is megfordíthatjuk. Amint áramellátásra van szükség, elektronikai eszközzel vagy áramkörrel kell megküzdenünk.
Egyetlen elektronikus áramkör sem képes semmit biztosítani, ha valahonnan nem tud áramot meríteni! Az "asztal" néven ismert rögzített eszközök az elektromos hálózaton keresztül veszik az elektromos energiát, míg a hordozható eszközök elemekkel vagy akkumulátorokkal fogadják.
A fenti vázlatos ábra már kiemeli az első korlátot a tápfeszültség áramkörökön:
A készülék (vagy áramkör) kimenetén rendelkezésre álló összes elektromos energiát, és ennélfogva az összes elektromos energiát kívülről veszi, és teljes mértékben áthalad az áramellátást alkotó áramkörökön.
Alapvető fontosságú, hogy az áramkörök úgy legyenek méretezve, hogy ellenálljanak ennek az átmenő erőnek, és mindenekelőtt, hogy csak minimális veszteséget eredményezzenek. Ahogy a fizika tanít minket, minden veszteség hővé válik. A hatékonyság fogalma fontos lesz az áramkörtervezők számára.
C1.3 Fő részek
Bizonyos motorok és nagy ipari gépek kivételével minden elektronikus áramkör közvetlen feszültséget (vagy áramot) igényel. Az "asztali" eszközök túlnyomó többsége azonban az elektromos hálózathoz csatlakozik, a gyakorlatban azt mondjuk, hogy az "ágazathoz" vannak csatlakoztatva.
Az elektromos hálózat feszültsége a 230 V-os tartományunkban váltakozik, 50 Hz-es frekvencián oszcillál. Ez a feszültség (vagy az áram) egyenirányító rendszerét rója a tápfeszültség áramkörökre.
Transzformátor jelen lehet több váltakozó, különböző értékű feszültség leadására és a galván elválasztására. A galvanikus elválasztás abból áll, hogy elválasztják a készülék vázának fémrészeit, az úgynevezett "keretnek" vagy a készülék "tömegének". "Forró keretről" beszélünk, ha nincs elválasztás vagy másképp hideg keret. A galvanikus elválasztás lehetővé teszi az alváz csatlakoztatását a készülék külső csatlakozóihoz is.
Mindig van egy első kondenzátor közvetlenül az egyenirányító kimenetén, az úgynevezett pufferkondenzátor. Megakadályozza, hogy a kijavított váltakozás nullára csökkenjen. Ez növeli az átlagos egyenfeszültséget és következésképpen csökkenti a maradék hullámfeszültséget.
Végül az elektronikus áramkörök nem elégedettek semmilyen áramellátással, de a megfelelő működéshez nagyon nagy stabilitású folyamatos feszültségre (vagy áramra) van szükség. Ezért találkozunk stabilizációs vagy szabályozó áramkörökkel. Az oszcilloszkóp segítségével megtekinthető időbeli ábrázolások szemléltetik ezt a korlátozást: Az 1. jel egyenfeszültség-szintje egyenlő nulla volt U DCIN = 0V. Ez a 230V/50Hz hálózat példája.
Az egyenirányított U DCMOY2 feszültség nagyobb, mint az U DCMOY3 feszültség .
De az U ond/U DCMOY aránynak kell a lehető legkisebbnek lennie.
A nagyon stabil áramellátás iránti igény megköveteli az áramköröket még a hordozható eszközökben is, amelyeket azonban folyamatos generátorok (elemek vagy akkumulátorok) működtetnek.
Az alábbiakban ismertetett három alapvető egyenirányító áramkör áttekintést nyújt a gyakorlatban tapasztalt elrendezések túlnyomó többségéről.
C1.4 Félhullámú egyenirányítás
Ezt az egyenirányítást R d terhelési ellenállással soros diódával lehet elérni. Ez a legegyszerűbb egyenirányító áramkör, amellyel találkozhatunk.
A bemeneti feszültség pozitív félhulláma alatt a D dióda vezet, és a kapcsain 0,6 V van. A bemeneti feszültséget az R ch terhelési ellenállásra alkalmazzák. Az R ch áramának értéke Î Rch = Û - 0,6/R ch lesz .
ha Û >> U j, akkor Î Rch = Û/R ch
Az R ch-n mérhető folyamatos átlagos érték:
U DCavg = (Û-0,6). 1/o
és ha Û >> 0,6 V, akkor U DCavg = Û. 1/o
A bemeneti feszültség negatív félhulláma alatt a D dióda blokkolva van, és megakadályozza az áram áramlását. Tehát az R ch feszültsége 0V lesz, és a diódán át
U D INV-MAX = Û.
C1.5 Teljes hullámú egyenirányítás
C1.5.1 Áramkör két diódával és transzformátorral, középponttal
Ez az első blokkvázlat egy olyan átalakítást mutat be, amely transzformátort igényel. A szekunder tekercselés egy további csatlakozással történik, amelyet középpontnak hívnak. Ezt az egyenirányító rendszert teljes hullámú egyenirányításnak nevezzük két diódával és középpontú transzformátorral.
A transzformátort váltakozó feszültségek kettős generátorának kell tekinteni, amelynek kimeneti feszültsége U S1 = U S2, ugyanakkora polaritásúak.
Diódák esetében viszont az U AM feszültség pozitív a D 1 anódjánál, míg az U BM feszültség negatív a D 2 anódjánál .
Az U AM pozitív félhulláma alatt a D 1 dióda vezet, és az áramkört R ch és a transzformátor középpontja zárja le. Az R ch árama megéri
Î Rch = Û S1 - 0,6/R ch
és ha Û >> U j, akkor Î Rch = Û S1/R ch
Az R ch terhelési ellenállás átlagos közvetlen feszültsége ebben az egyenirányító rendszerben megéri a félhullámú egyenirányítás dupláját, azaz
U DCavg = Û S1. 2/p (ha U S1 >> 0,6 V)
A negatív félhullám alatt a D1 dióda blokkolva van (U D INV. = Û S1), és a D 2 dióda bekapcsol. Az áramkör R ch-vel és a középponttal záródik. Az R ch áramának értéke és iránya megegyezik a pozitív félhulláméval.
A szerelvény működéséhez a transzformátor kötelező.
C1.5.2 Négy diódás híd áramkör, az úgynevezett GRAETZ híd.
Ebben az esetben a nagy áramok esetében a leggyakoribb két dióda vezet egyszerre, míg a másik kettő blokkolva van.
A két váltakozás R ch-n található és azonos polaritású. A két váltakozás kiegyenesedik, mint az előző esetben.
A diódáknak ellenállniuk kell az U DINV = Û csúcsfeszültséggel megegyező fordított feszültségnek, és a terhelési ellenállás átlagos feszültségének értéke
U DCavg = (Û - 1,2). 2/o
és U DCavg = Û. 2/p (ha Û >> 1,2 V)
Ezen egyenirányító áramkörök mindegyikének megvannak a maga előnyei és hátrányai, mindannyian audio-video eszközökben találkozunk velük.