2024/08/28 -en 293

Lineáris tápegységek

Az elektronika világában a tápegységek azok az eszközök, amelyek biztosítják, hogy minden simán és helyesen működjön.A rendelkezésre álló különféle típusok közül a lineáris tápegységek ismertek, hogy állandó és megbízható áramot biztosítanak, nagyon kevés zajjal.Ez a cikk elmagyarázza, hogy a lineáris tápegységek hogyan működnek, milyen alkatrészekből készülnek, és hol a leghasznosabbak.Összehasonlítjuk őket más típusú tápegységekkel is, segítve megérteni, hogy miért választják meg őket bizonyos helyzetekben, még akkor is, ha újabb, energiahatékonyabb lehetőségek állnak rendelkezésre.

Katalógus

1. ábra: Lineáris tápegység

Mi az a lineáris tápegység?

A lineáris tápegység olyan típusú tápegység, amely állandó és következetes feszültség kimenetet biztosít az ellenállás folyamatos beállításával.Ez a módszer elkerüli a gyors váltás használatát, egyszerűbbé és ideális a tiszta és megbízható energiaellátáshoz a különféle elektronikus eszközökhöz.

A folyamat egy visszacsatolási rendszerrel kezdődik, amely folyamatosan ellenőrzi a kimeneti feszültséget.Ezt a feszültséget összehasonlítják egy beállított referencia feszültséggel egy differenciális erősítővel, egy olyan áramkörrel, amely segíti a pontosságot.Ha a kimeneti feszültség különbözik a referenciától, az erősítő jelet generál a különbség kijavításához.Ez a jel egy passz elemnek nevezett részt vezérli, amely tranzisztor vagy terepi hatású tranzisztor (FET) lehet.A PASS elem változó ellenállásként működik, beállítva annak ellenállását, hogy a feszültséget a megfelelő szinten tartsa.

Például, ha a bemeneti feszültség növekszik, a PASS elem növeli ellenállását, hogy megakadályozza a kimeneti feszültség emelkedését.Másrészt, ha a bemeneti feszültség csökken, a PASS elem csökkenti az ellenállását, hogy nagyobb áramot engedjen, biztosítva, hogy a kimeneti feszültség stabil maradjon.

Ez a folyamatos beállítás biztosítja, hogy az áramellátás következetes feszültséget biztosítson, még akkor is, ha a bemeneti feszültség vagy a terhelés megváltozik.A lineáris tápegység egyszerűsége megkönnyíti és nagyon kevés elektromos zajt okoz, ami hasznos az olyan eszközök számára, amelyek stabil energiát igényelnek.Az ilyen típusú tápellátás azonban általában kevésbé hatékony, mivel az extra energia hőben szabadul fel, ami azt jelenti, hogy nagyobb hűtési rendszerekre van szükség és nagyobb energiát igényel.

Egy lineáris tápegység alkotóelemei

2. ábra: A lineáris tápegység alkatrészei

Tápegység bemeneti transzformátor

Egy lineáris tápegységben a transzformátor az első komponens, amely kölcsönhatásba lép a hálózati hálózati teljesítménygel.Fő feladata az, hogy Változtassa meg a feszültséget olyan szintre, amely alkalmas az eszközhöz, akár leengedve (ami gyakoribb), vagy növeli azt, az eszköz igényeitől függően.A transzformátor védelmet nyújt azáltal, hogy elválasztja az áramellátást a hálózattól, csökkentve az elektromos veszélyek kockázatát.Magasabb teljesítményű alkalmazások esetén a transzformátor meglehetősen nagy lehet, ami növeli a tápegység teljes méretét és súlyát.A tápegység tervezésének módjától függően a transzformátor rendelkezhet Egy vagy több másodlagos tekercs különböző kimeneti feszültségek előállításához.

Egyenirányító

Miután a transzformátor beállította a feszültséget, az AC teljesítményt DC teljesítménygé kell konvertálni, amelyet az egyenirányító végez.Az egyenirányító az áramellátás kulcsfontosságú része, és különböző beállításokban érkezik. Félhullámú kijavítás Egyetlen diódát használ az AC -ciklus csak felének DC -ként történő átalakításához, így kevésbé hatékony, és több ingadozást eredményez a kimenetben, amelyet nehezebben lehet simítani. Teljes hullámú javítás hatékonyabb, és az AC ciklus mindkét felét használja.Ez megtehető egy középső tapintású transzformátorral és két diódával, vagy egy híd egyenirányító beállítással, amely négy diódát használ.A híd egyenirányítóját gyakrabban használják a modern mintákban, mert hatékonyabb.A modern egyenirányítók általában használják félvezető diódák Mint a PN Junction diódák vagy a Schottky diódák.A Schottky -diódákat gyakran választják, mert kevesebb feszültséget veszítenek, amikor az áram áthalad rajta, ami hatékonyabbá teszi őket, bár lehetővé teszik, hogy bizonyos áramok kiszivárogjanak, és alacsonyabb feszültségküszöböt kapjanak, mielőtt lebomlanak.

Kondenzátor simító kondenzátor

Miután az egyenirányító átalakítja az AC -t DC -re, a kimenet nem tökéletesen sima, és olyan feszültség ingadozásait tartalmazza, amelyek nem kívánatosak a legtöbb elektronikus áramkör számára.A simító kondenzátor segít akár ezeket az ingadozásokat is azáltal, hogy feltölti a helyesbített hullámforma magas pontjait és a felszabadító töltést, amikor a hullámforma csökken.Ez segít Tartsa a DC feszültséget stabilabban-Noha a kondenzátor nagymértékben csökkenti az ingadozásokat, az nem távolítja el őket.A kondenzátor azon képessége, hogy csökkentse ezeket az ingadozásokat, annak méretétől és a terheléshez szükséges árammennyiségtől függ.

Feszültségszabályozó

A feszültségszabályozó a lineáris tápegység fő alkotóeleme, biztosítva, hogy a kimeneti feszültség állandó maradjon, még akkor is, ha a bemeneti feszültség vagy a terhelés megváltozik.A lineáris szabályozóknak két fő típusa van: Shunt -szabályozó és sorozatszabályozó-

A shunt -szabályozó kevésbé gyakori, és úgy működik, hogy egy változó alkatrészt helyez a terhelésre, amely elnyeli az extra áramot, hogy a kimeneti feszültség állandó maradjon.Az ilyen típusú szabályozót akkor használják, ha pontos feszültségre van szükség, annak ellenére, hogy nem lehet nagyon hatékony.Az alacsonyabb hatékonyság miatt általában csak konkrét helyzetekben használják.

A sorozatszabályozó a legszélesebb körben használt lineáris szabályozó típus.Ebben a beállításban egy változó ellenállást helyeznek el sorba a terheléssel, és a vezérlőáramkör beállítja az ellenállást a kívánt kimeneti feszültség fenntartása érdekében.A sorozatszabályozó egyszerűsége és hatékonysága miatt népszerű választás sok lineáris tápegység tervezéséhez.Jó feszültségszabályozást biztosít, viszonylag egyértelmű kialakítással, így sokféle felhasználásra alkalmas.

A lineáris tápegységek előnyei és hátrányai

Előnyök

A lineáris tápegységeknek számos előnye van, különösen olyan helyzetekben, amikor stabilitásra és csendes működésre van szükség.Az egyik fő előnye az, hogy létrehoznak Nagyon kevés zaj-Ellentétben a kapcsoló tápegységekkel, amelyek gyorsan be- és kikapcsolják az áramot, a lineáris tápegységek folyamatosan folyamatosan áramlanak.Ez a gyors váltás hiánya azt jelenti, hogy nem hoznak létre sok elektromágneses interferenciát, így jó választásuk lesz azok finom elektronikus eszközök, mint audiorendszerek, orvosi berendezések és műszerek, amelyek pontos méréseket igényelnek.

Egy másik előnye az övék megbízható teljesítmény-A lineáris tápegységek már régóta léteznek, és technológiájuk közismert és megbízható.Mivel oly sok éve használják őket, teljesítményük következetes és jól érthető.A mérnökök és a tervezők számíthatnak ezekre a kellékekre, hogy következetesen működjenek, ami nagyon hasznos olyan helyzetekben, amikor a megbízhatóság kötelező.

Hátrányok

A lineáris tápegységeknek azonban van némi hátránya, főleg akkor, ha az energiát és a méretüket használják.Az egyik legnagyobb hátrány az övék alacsony hatékonyság-Ezek a kellékek általában csak a bemeneti energia kb. 50% -át használják hatékonyan, a másik felét pedig pazarolják, általában hőként.Ez az alacsony hatékonyság azért történik, mert az ellátás szabályozza a feszültséget azáltal, hogy megszabadul az extra energiától, amely sok energiát pazarol.

Ez az elpazarolt energia egy másik problémához vezet: hőtermelés -A nem használt energia hőt teremt, amelyet meg kell oldani, hogy megakadályozza a tápegység és a csatlakoztatott eszközök sérülését.Ez gyakran azt jelenti, hogy extra alkatrészeket, például hűtőbányászatot vagy hűtőventilátort adunk hozzá, ami a formatervezést bonyolultabbá teheti és növeli a költségeket.

Végül a lineáris tápegységek nagyobb és nehezebb mint a tápegységek váltása.Nagy transzformátorokra van szükségük a feszültség és a további alkatrészek csökkentése érdekében a hő kezeléséhez, és ezek az energiaellátás terjedelmes.Ez nagy hátrányt jelenthet azokban a helyzetekben, amikor a hely és a súly fontos, például hordozható vagy kompakt eszközökben.

A lineáris tápegységek alkalmazása

3. ábra: A lineáris tápegységek alkalmazása

A lineáris tápegységeket, bár nem olyan energiatakarékos, mint a kapcsoló társaik, gyakran választják meg azokat a konkrét helyzeteket, ahol folyamatos és zajmentes teljesítményre van szükség.Ezek a tápegységek különösen hasznosak olyan környezetekben, ahol stabil és tiszta teljesítményre van szükség olyan zavarok nélkül, amelyek kapcsolódhatnak.

Az audiovizuális berendezésekben a lineáris tápegységek nagyon hasznosak a kiváló minőségű audio erősítők és érzékeny audioeszközök számára.Sima és állandó feszültség kimenetet biztosítanak, ami fontos a hangminőség érintetlen tartásában.A kapcsoló tápegységek néha olyan zajt és tüskéket vezethetnek be, amelyek zavarhatják az audiojeleket, ami hangos torzításhoz vagy nem kívánt beavatkozáshoz vezet.Emiatt a lineáris tápegységeket részesítik előnyben a csúcskategóriás audiorendszerekben, ahol fontos, hogy a hangminőség tiszta és tiszta legyen.

A laboratóriumi berendezésekben nagyon fontos a következetes és pontos teljesítmény.Az olyan eszközök, mint a laboratóriumi tápegységek, amelyeket állandó és pontos feszültségkimenetek biztosítása érdekében használnak, gyakran a lineáris szabályozásra támaszkodnak.A lineáris tápegységek által kínált stabilitás biztosítja, hogy a feszültség konzisztens maradjon, ami nagyon fontos a kísérleti és tesztelési környezetben, ahol még a kis változások is helytelen eredményekhez vezethetnek.Ezeket a tápegységeket úgy tervezték, hogy tiszta, zajmentes energiát biztosítsanak, amelyre szükség van az érzékeny mérésekhez és kísérletekhez, amelyek magas pontosságot igényelnek.

A lineáris tápegységeket úgy tervezték, hogy minimális zajjal a következetes feszültséget biztosítsák, így tökéletesen azokra a helyzetekre, ahol az energiaminőség közvetlenül befolyásolja az eszköz működését.Noha lehet, hogy nem olyan energiahatékonyak, mint a tápegységek váltása, a stabil és tiszta energia biztosítására való képességük különösen hasznossá teszi őket specifikus, zajérzékeny alkalmazásokban.Az audiovizuális és laboratóriumi berendezésekben való felhasználásuk azt mutatja, hogy az energiaminőség hogyan játszik kulcsszerepet a teljesítmény és a pontosság fenntartásában ezekben a beállításokban.

Összehasonlítás más tápegység típusokkal

A lineáris tápegységeket az elektromos energia egyik formájáról a másikra történő megváltoztatására használják, általában váltakozó áramot (AC) egyenáramra (DC) változtatnak.Számos típusú tápegység létezik, mindegyiknek megvan a saját jellemzője:

4. ábra: Nem szabályozott lineáris tápegységek

A nem szabályozott lineáris tápegységek a legalapvetőbb típusok.Átalakítják az AC -t DC -re, de nincs extra funkciójuk a feszültség folyamatos megőrzéséhez.Ez azt jelenti, hogy a kimeneti feszültség megváltozhat, ha a bemeneti feszültség megváltozik, vagy ha a felhasznált energia mennyisége (a terhelés) megváltozik.Ha a bemeneti feszültség növekszik, a kimeneti feszültség is növekszik, és ha a terhelés növekszik, akkor a kimeneti feszültség csökkenhet.Emiatt ezek a tápegységek nem ideálisak azokhoz az eszközökhöz, amelyek megfelelő működéséhez stabil feszültségre van szükségük.

5. ábra: Ferresonant tápegység

A ferresonant tápegységek speciális technikát használnak, amely magában foglalja a mágneses mezőket, hogy a kimeneti feszültség állandó maradjon.Ezt egy transzformátor és egy rezonáns áramkör kombinációjával csinálják.A transzformátor mágneses tulajdonságai elősegítik a folyamatos kimeneti feszültség fenntartását, még akkor is, ha a bemeneti feszültség vagy a terhelés megváltozik.Ezeknek a tápegységeknek beépített védelme is van a hirtelen energiatörések ellen, ami megbízhatóvá teszi azokat olyan helyeken, ahol az áramellátás nem stabil.Ezek azonban általában nagyok és nehézek, ami hátrányt jelenthet olyan helyzetekben, amikor a méret és a súly számít.

6. ábra: Kapcsoló üzemmód tápegység (SMP)

A Switch Mode tápegységeket (SMP) úgy tervezték, hogy hatékonyabb legyen, mint a lineáris tápegységek.Úgy működnek, hogy a bemeneti bekapcsolás gyorsan bekapcsolják és kikapcsolják az elektronikus kapcsolókat, például a tranzisztorokat.Ez a módszer lehetővé teszi számukra, hogy hatékonyabban átalakítsák az energiát, ami azt jelenti, hogy kevesebb hőt termelnek, és kisebbek és könnyebbek lehetnek.A nagysebességű váltás miatt azonban az SMP-k elektromos zajt okozhatnak, ami zavarhatja a közeli más elektronikus eszközöket.Az SMP -k szintén bonyolultabbak a tervezésben, és nehezebben javíthatók, ha valami rosszul fordul elő.

Következtetés

A lineáris tápegységek továbbra is választási lehetőségek olyan helyzetekben, amikor állandó és zajmentes tápegységre nagyon szükség van.Egyszerű kialakításuk és megbízható teljesítményük kedvezővé teszi őket olyan területeken, mint audio berendezések és laboratóriumi tesztelés.Ugyanakkor kompromisszumok vannak az energiahatékonyság és a méret szempontjából, ezért fontos gondolkodni azon, hogy mire használja őket.Amikor összehasonlítjuk a lineáris tápegységeket más típusokkal, világossá válik, hogy bár nem mindig lehetnek a legtöbb energiatakarékos lehetőség, a tiszta és következetes energiaellátás képessége azt jelenti, hogy továbbra is hasznosak a mai technológiai világban.Ezeknek a különbségeknek a megértésével jobb döntéseket hozhat, amikor a megfelelő tápegységet választja az Ön egyedi igényeihez.

Gyakran feltett kérdések [GYIK]

1. Hol használják a lineáris tápegységeket?

A lineáris tápegységeket általában olyan környezetekben használják, ahol nagyon szükség van stabil és alacsony zajszintre.Ez magában foglalja a kiváló minőségű audio berendezéseket, orvostechnikai eszközöket, laboratóriumi műszereket és a precíziós mérési eszközöket, ahol még a kis elektromos zaj is zavarhatja a berendezés működését vagy pontosságát.

2. Mi a lineáris tápegység hatékonysága?

A lineáris tápellátás hatékonysága általában alacsony, gyakran körülbelül 50%.Ennek oka az, hogy a tápellátás szabályozza a feszültséget azáltal, hogy a túlzott energiát hővel eloszlatja, ami jelentős energiavesztést eredményez.

3. Melyek a lineáris tápegység előnyei és hátrányai?

A lineáris tápegység fő előnye, hogy képes tiszta, stabil és alacsony zajú energiát biztosítani, ami ideális az érzékeny elektronikához.A hátrányok között szerepel az alacsony hatékonyság, a nagy méret a hőeloszlás szükségessége miatt, és az extra energia pazarolva.

4. Melyek a lineáris feszültségszabályozó hátrányai?

A lineáris feszültségszabályozó hátrányai között szerepel az alacsony hatékonyság, mivel sok energiát pazarol, és nem képes fokozni a feszültséget, vagyis csak a feszültséget csökkentheti a bemeneti szintről.Ezenkívül nagy hőmérsékleten vagy hűtőrendszerre lehet szükségük a termelt hő kezeléséhez, ami terjedelmessé teszi őket.

5. Mi a leghatékonyabb típusú tápegység?

A tápegység leghatékonyabb típusa a kapcsoló üzemmód (SMP).Nagyfrekvenciás váltást használ az energia minimális energiavesztéssel történő átalakításához, ami sokkal nagyobb hatékonyságot eredményez a lineáris tápegységekhez képest.