28.08.2024 294

Lineaariset virtalähteet

Elektroniikan maailmassa virtalähteet ovat laitteita, jotka varmistavat, että kaikki toimii sujuvasti ja oikein.Käytettävissä olevista erityypeistä lineaariset virtalähteet tunnetaan tarjoavan tasaisen ja luotettavan sähkövirtauksen hyvin vähän melua.Tämä artikkeli selittää, kuinka lineaariset virtalähteet toimivat, mistä osista ne ovat tekemiä ja missä ne ovat hyödyllisimpiä.Vertaamme niitä myös muun tyyppisiin virtalähteisiin, auttaen sinua ymmärtämään, miksi ne valitaan edelleen tiettyihin tilanteisiin, vaikkakin on saatavana uudempia, energiatehokkaampia vaihtoehtoja.

Luettelo

Kuva 1: Lineaarinen virtalähde

Mikä on lineaarinen virtalähde?

Lineaarinen virtalähde on tyyppinen virtalaite, joka tarjoaa tasaisen ja tasaisen jännitesätön säätämällä jatkuvasti vastusta.Tämä menetelmä välttää nopean kytkemisen käytön, mikä tekee siitä yksinkertaisemman ja ihanteellisen puhtaan ja luotettavan tehon toimittamiseen erilaisille elektronisille laitteille.

Prosessi alkaa palautejärjestelmällä, joka tarkistaa jatkuvasti lähtöjännitteen.Tätä jännitettä verrataan asetettuun vertailujännitteeseen käyttämällä differentiaalivahvistinta, piiriä, joka auttaa varmistamaan tarkkuuden.Jos lähtöjännite on erilainen kuin referenssi, vahvistin tuottaa signaalin eron korjaamiseksi.Tämä signaali hallitsee Pass-elementtiä kutsuvaa osaa, joka voi olla transistori tai kenttävaikutteinen transistori (FET).Pass -elementti toimii kuin muuttuva vastus, säätämällä sen vastus pitämään jännite oikealla tasolla.

Esimerkiksi, jos tulojännite kasvaa, ohituselementti lisää vastustustaan ​​estämään lähtöjännitteen nousun.Toisaalta, jos syöttöjännite pienenee, pass -elementti alentaa sen vastusmahdollisuutta salliakseen enemmän virtaa, varmistaen, että lähtöjännite pysyy vakaana.

Tämä jatkuva säätö varmistaa, että virtalähde tarjoaa tasaisen jännitteen, jopa kun tulojännite tai kuorma muuttuu.Lineaarisen virtalähteen yksinkertaisuus tekee siitä luotettavan ja tuottaa hyvin vähän sähkömelua, josta on hyötyä laitteille, jotka tarvitsevat vakaa tehoa.Tämäntyyppinen virtalähde on kuitenkin yleensä vähemmän tehokas, koska ylimääräinen energia vapautuu lämmönä, mikä tarkoittaa, että se saattaa tarvita suurempia jäähdytysjärjestelmiä ja käyttää enemmän virtaa.

Lineaarisen virtalähteen komponentit

Kuva 2: Lineaarisen virtalähteen komponentit

Virtalähteen syöttömuuntaja

Lineaarisessa virtalähteessä muuntaja on ensimmäinen komponentti, joka on vuorovaikutuksessa verkkovirtavirran kanssa.Sen päätehtävä on Vaihda jännite laitteelle sopivalle tasolle joko laskemalla sitä (mikä on yleisempi) tai lisäämällä sitä laitteen tarpeista riippuen.Muuntaja tarjoaa myös suojaa erottamalla virtalähde verkkovirrasta vähentämällä sähkövaarojen riskiä.Suuremmissa tehosovelluksissa muuntaja voi olla melko suuri, mikä lisää virtalähteen kokonaiskokoa ja painoa.Virtalähteen suunnittelusta riippuen muuntajalla voi olla yksi tai useampi toissijainen käämitys erilaisten lähtöjännitteiden tuottaminen.

Tasasuuntaaja

Kun muuntaja on säätänyt jännitettä, vaihtovirta on muunnettava tasavirtavirtaan, jonka tasasuuntaaja tekee.Tasasuuntaaja on tärkeä osa virtalähdettä, ja se tulee eri asennuksiin. Puoliaallon korjaus käyttää yhtä diodia muuntamaan vain puolet vaihtovirtasyklistä tasavirtaksi, mikä tekee siitä vähemmän tehokasta ja tuottaa enemmän lähtöä, joita on vaikeampi tasoittaa. Täyden aallon korjaus on tehokkaampi ja käyttää AC -syklin molempia puoliskoja.Tämä voidaan tehdä keskikohdassa olevalla muuntajalla ja kahdella diodilla tai sillan tasasuuntaajan kokoonpanolla, joka käyttää neljää diodia.Siltasuuntaajaa käytetään yleisemmin nykyaikaisissa malleissa, koska se on tehokkaampi.Nykyaikaiset tasasuuntaajat yleensä käyttävät puolijohde -diodit Kuten PN -risteys diodit tai Schottky -diodit.Schottky -diodit valitaan usein, koska ne menettävät vähemmän jännitettä, kun virta kulkee niiden läpi, mikä tekee niistä tehokkaampia, vaikka ne saattavat antaa jonkin verran virtaa vuotaa ja niillä on alhaisempi jännitekynnys ennen hajoamista.

Tasoituskondensaattori

Kun tasasuuntaaja muuntaa AC: n tasavirtaan, lähtö ei ole täysin sileä ja sisältää jännitteen vaihtelut, jotka eivät ole toivottavia useimmille elektronisille piireille.Tasoituskondensaattori auttaa tasoittaa nämä vaihtelut lataamalla korjatun aaltomuodon korkeiden pisteiden aikana ja vapauttamalla varaus aaltomuodon putoamisen aikana.Tämä auttaa Pidä tasavirtajännite tasaisempana.Vaikka kondensaattori vähentää huomattavasti vaihtelua, se ei poista niitä kokonaan.Kondensaattorin kyky vähentää näitä vaihteluita riippuu sen koosta ja kuorman vaatimasta virran määrästä.

Jännitesäädin

Jännitesäädin on lineaarisen virtalähteen pääkomponentti, varmistaen, että lähtöjännite pysyy vakaana, vaikka tulojännite tai kuorma muuttuisi.Lineaarisia säätimiä on kahta päätyyppiä: Shunt -säädin ja sarjan säädin.

Shunt -säädin on vähemmän yleistä ja toimii asettamalla muuttuvan komponentin kuorman poikki, mikä absorboi ylimääräistä virtaa pitämään lähtöjännite tasaisena.Tämän tyyppistä säätelijää käytetään, kun jännitettä tarvitaan tarkkaa hallintaa, vaikka se ei ehkä ole kovin tehokas.Alemman tehokkuuden vuoksi sitä käytetään tyypillisesti vain tietyissä tilanteissa.

Sarjan säädin on laajimmin käytetty lineaarinen säädin.Tässä asennuksessa muuttuva vastus sijoitetaan sarjaan kuorman kanssa, ja ohjauspiiri säätää vastus haluttua lähtöjännitettä.Sarjan säätimen yksinkertaisuus ja tehokkuus tekevät siitä suositun valinnan monille lineaarisille virtalähteille.Se tarjoaa hyvän jännitteenohjauksen suhteellisen suoraviivaisella suunnittelulla, mikä tekee siitä sopivan laajaan käyttötarkoitukseen.

Lineaaristen virtalähteiden edut ja haitat

Edut

Lineaarisilla virtalähteillä on useita etuja, etenkin tilanteissa, joissa vakavuus ja hiljainen toiminta ovat välttämättömiä.Yksi tärkeimmistä eduista on, että ne luovat hyvin vähän melua.Toisin kuin virtalähteet, jotka kytkevät virran päälle ja pois nopeasti, lineaariset virtalähteet pitävät virran virtaavan tasaisesti.Tämä nopea kytkentä puute tarkoittaa, että ne eivät aiheuta paljon sähkömagneettisia häiriöitä, mikä tekee niistä hyvän valinnan herkille elektronisille laitteille, kuten äänijärjestelmille, lääketieteellisille laitteille ja välineille, jotka tarvitsevat tarkkoja mittauksia.

Toinen etu on heidän luotettava suorituskyky.Lineaariset virtalähteet ovat olleet olemassa jo pitkään, ja niiden tekniikka on tunnettu ja luotettava.Koska niitä on käytetty niin monta vuotta, heidän suorituksensa on johdonmukaista ja hyvin ymmärretty.Insinöörit ja suunnittelijat voivat luottaa siihen, että nämä tarvikkeet toimivat johdonmukaisesti, mikä on erittäin hyödyllistä tilanteissa, joissa luotettavuus on välttämätöntä.

Haitat

Lineaarisilla virtalähteillä on kuitenkin joitain haittoja lähinnä, kun kyse on siitä, kuinka hyvin he käyttävät energiaa ja niiden kokoa.Yksi suurimmista haitoista on heidän alhainen tehokkuus.Nämä tarvikkeet käyttävät yleensä vain noin 50% syöttöenergiasta tehokkaasti, kun toinen puoli on hukkaan, yleensä lämmönä.Tämä pieni hyötysuhde tapahtuu, koska syöttö hallitsee jännitettä päästämällä eroon ylimääräisestä energiasta, mikä tuhlaa paljon energiaa.

Tämä hukkaan energia johtaa toiseen ongelmaan: lämmöntuotanto .Käytettävä energia luo lämpöä, jota on hallittava estämään virtalähde ja kytkettyjä laitteita vaurioitumasta.Tämä tarkoittaa usein lisäosien, kuten jäähdytyselementtien tai jäähdytyspuhaltimien, lisäämistä, mikä voi tehdä suunnittelusta monimutkaisemman ja lisätä kustannuksia.

Viimeiseksi lineaariset virtalähteet ovat isompi ja raskaampi kuin virtalähteiden vaihtaminen.He tarvitsevat suuria muuntajia jännitteen ja lisäosien vähentämiseksi lämmön hallitsemiseksi, mikä tekee näistä virtalähteistä tilaa vieviä.Tämä voi olla suuri haitta tilanteissa, joissa tila ja paino ovat tärkeitä, kuten kannettavissa tai kompakteissa laitteissa.

Lineaaristen virtalähteiden sovellukset

Kuva 3: Lineaaristen virtalähteiden sovellukset

Lineaariset virtalähteet, vaikka ne eivät ole niin energiatehokkaita kuin niiden kytkentäverit, valitaan usein tietyille tilanteille, joissa on välttämätöntä tasainen ja meluttoman tehon tehon.Nämä virtalähteet ovat erityisen hyödyllisiä ympäristöissä, joissa tarvitaan vakaa ja puhdasta voimaa ilman häiriöitä, jotka voivat liittyä virtalähteiden vaihtamiseen.

Audiovisuaalisissa laitteissa lineaariset virtalähteet ovat erittäin hyödyllisiä korkealaatuisille äänenvahvistimille ja herkille äänilaitteille.Ne tarjoavat tasaisen ja tasaisen jännitteen lähdön, mikä on tärkeää äänen laadun pitämiseksi ehjänä.Virtalähteiden vaihtaminen voi joskus tuoda esiin melua ja piikkejä, jotka voivat häiritä äänisignaaleja, mikä johtaa äänen vääristymiseen tai ei -toivottuihin häiriöihin.Tämän vuoksi lineaariset virtalähteet ovat parempia huippuluokan äänijärjestelmissä, joissa on tärkeää pitää äänen laatu puhtaana ja selkeänä.

Laboratoriolaitteissa johdonmukainen ja tarkka voima on erittäin tärkeä.Laitteet, kuten laboratorion virtalähteet, joita käytetään tarjoamaan tasaisia ​​ja tarkkoja jännitesäkkeitä, luottavat usein lineaariseen säätelyyn.Lineaaristen virtalähteiden tarjoama vakaus varmistaa, että jännite pysyy johdonmukaisena, mikä on erittäin tärkeää kokeellisissa ja testausympäristöissä, joissa jopa pienet muutokset voivat johtaa vääriin tuloksiin.Nämä virtalähteet on suunniteltu toimittamaan puhdasta, melutonta voimaa, jota tarvitaan herkille mittauksille ja kokeille, jotka vaativat korkeaa tarkkuutta.

Lineaariset virtalähteet on suunniteltu toimittamaan johdonmukainen jännite minimaalisella melulla, mikä tekee niistä täydellisiä tilanteisiin, joissa tehonlaatu vaikuttaa suoraan laitteen toimintaan.Vaikka ne eivät välttämättä ole yhtä energiatehokkaita kuin virtalähteiden vaihtaminen, niiden kyky tarjota vakaa ja puhdas teho tekee niistä erityisen hyödyllisiä tietyissä, melaherkissä sovelluksissa.Niiden käyttö audiovisuaalisissa ja laboratoriolaitteissa osoittaa, kuinka voimanlaatu on avainasemassa näiden asetusten suorituskyvyn ja tarkkuuden ylläpitämisessä.

Vertailu muihin virtalähdetyyppeihin

Lineaarisia virtalähteitä käytetään vaihtamaan sähköenergiaa muodosta toiseen, yleensä vaihtavan virran (AC) kääntämiseen suorapuheena (DC).Virtalähdettä on useita tyyppejä, jokaisella on omat ominaisuutensa:

Kuva 4: Sääntelemättömät lineaariset virtalähteet

Sääntelemättömät lineaariset virtalähteet ovat perustyyppisiä.He muuntavat AC: n tasavirtaksi, mutta heillä ei ole ylimääräisiä ominaisuuksia, jotta jännitteet pysyisivät vakaana.Tämä tarkoittaa, että lähtöjännite voi muuttua, jos tulojännite muuttuu tai jos käytetyn tehon määrä (kuorma) muuttuu.Jos tulojännite nousee, myös lähtöjännite nousee, ja jos kuorma kasvaa, lähtöjännite saattaa pudota.Tämän vuoksi nämä virtalähteet eivät ole ihanteellisia laitteille, jotka tarvitsevat vakaan jännitteen toimimaan kunnolla.

Kuva 5: Ferroresonantin virtalähde

Ferroresonantti virtalähteet käyttävät erityistä tekniikkaa, joka sisältää magneettikentät, jotta lähtöjännite on tasainen.He tekevät tämän muuntajan ja resonanssipiirin yhdistelmällä.Muuntajan magneettiset ominaisuudet auttavat ylläpitämään tasaista lähtöjännitettä, vaikka tulojännite tai kuorma muuttuu.Näillä virtalähteillä on myös sisäänrakennettu suoja äkillisiltä voimanpiikiltä, ​​mikä tekee niistä luotettavia paikoissa, joissa virtalähde ei ole vakaa.Ne ovat kuitenkin yleensä suuria ja raskaita, mikä voi olla haitta tilanteissa, joissa koko ja paino on merkitystä.

Kuva 6: Kytkentätilan virtalähde (SMPS)

Kytkentätilan virtalähteet (SMP) on suunniteltu tehokkaammaksi kuin lineaariset virtalähteet.Ne toimivat kytkemällä syöttöteho nopeasti päälle ja pois päältä käyttämällä elektronisia kytkimiä, kuten transistoreita.Tämä menetelmä antaa heille mahdollisuuden muuntaa tehoa tehokkaammin, mikä tarkoittaa, että ne tuottavat vähemmän lämpöä ja voidaan tehdä pienemmäksi ja kevyemmäksi.Nopean kytkemisen takia SMP: t voivat kuitenkin luoda sähkömelua, mikä saattaa häiritä muita lähellä olevia elektronisia laitteita.SMP: t ovat myös monimutkaisempia suunnittelussa ja ne voivat olla vaikeampi korjata, jos jokin menee pieleen.

Johtopäätös

Lineaariset virtalähteet ovat edelleen valinta tilanteissa, joissa tasaista ja melutonta virtalähdettä tarvitaan erittäin paljon.Niiden yksinkertainen suunnittelu ja luotettava suorituskyky tekevät niistä suosikki aloilla, kuten äänilaitteilla ja laboratoriotestauksissa.Heillä on kuitenkin kompromisseja energiatehokkuuden ja koon suhteen, joten on tärkeää miettiä, mitä käytät niitä.Kun vertaamme lineaarisia virtalähteitä muihin tyyppeihin, käy selväksi, että vaikka ne eivät aina ole eniten energiansäästövaihtoehtoja, niiden kyky toimittaa puhdasta ja johdonmukaista voimaa tarkoittaa, että ne ovat edelleen hyödyllisiä nykypäivän teknologiamaailmassa.Ymmärtämällä nämä erot voit tehdä parempia päätöksiä valittaessa oikeaa virtalähdettä tarpeitasi varten.

Usein kysyttyjä kysymyksiä [UKK]

1. Missä lineaarisia virtalähteitä käytetään?

Lineaarisia virtalähteitä käytetään yleisesti ympäristöissä, joissa vakaa ja matalan kohinan teho on erittäin paljon tarpeen.Tähän sisältyy korkealaatuisia äänilaitteita, lääkinnällisiä laitteita, laboratorioinstrumentteja ja tarkkuusmittausvälineitä, joissa jopa pieni sähkömelu voi häiritä laitteiden toimintaa tai tarkkuutta.

2. Mikä on lineaarisen virtalähteen tehokkuus?

Lineaarisen virtalähteen tehokkuus on yleensä alhainen, usein noin 50% tai vähemmän.Tämä johtuu siitä, että virtalähde säätelee jännitettä hajottamalla ylimääräistä energiaa lämmönä, mikä johtaa merkittävään energian menetykseen.

3. Mitkä ovat lineaarisen virtalähteen edut ja haitat?

Lineaarisen virtalähteen tärkein etu on sen kyky tarjota puhdasta, vakaa ja matala-kohinaa, mikä on ihanteellinen herkälle elektroniikoille.Haitat sisältävät alhaisen hyötysuhteen, suuren koon lämmön hajoamisen tarpeen ja ylimääräisen energian hukkaantumisen vuoksi.

4. Mitkä ovat lineaarisen jännitesäätimen haitat?

Lineaarisen jännitesäätimen haitat sisältävät alhaisen hyötysuhteen, koska se tuhlaa paljon voimaa lämmönä ja sen kyvyttömyys lisätä jännitettä, mikä tarkoittaa, että se voi vain vähentää jännitettä syöttötasolta.Lisäksi ne voivat vaatia suuria jäähdytyselementtejä tai jäähdytysjärjestelmiä tuotetun lämmön hallitsemiseksi, mikä tekee niistä tilaa vieviä.

5. Mikä on tehokkain virtalähteen tyyppi?

Tehokkain virtalähde on kytkentämoodin virtalähde (SMPS).Se käyttää korkeataajuista kytkemistä muuntaa tehoa minimaalisella energiahäviöllä, mikä johtaa paljon suurempaan tehokkuuteen lineaarisiin virtalähteisiin verrattuna.