Инвертор на транзисторе схема: Простые автогенераторные преобразователи напряжения на транзисторах

Простые автогенераторные преобразователи напряжения на транзисторах

В генераторах с самовозбуждением (автогенераторах) для возбуждения электрических колебаний обычно используется положительная обратная связь. Существуют также автогенераторы на активных элементах с отрицательным динамическим сопротивлением, однако в качестве преобразователей они практически не используются.

Наиболее простая схема однокаскадного преобразователя напряжения на основе автогенератора показана на рис. 9.1. Этот вид генераторов получил название блокинг-генераторов. Фазовый сдвиг для обеспечения условия возникновения колебаний в нем обеспечивается определенным включением обмоток.

принципиальная схема

Рис. 9.1. Схема преобразователя напряжения с трансформаторной обратной связь.

Аналог транзистора 2N3055 — КТ819ГМ. Блокинг-генератор позволяет получать короткие импульсы при большой скважности. По форме эти импульсы приближаются к прямоугольным. Емкости колебательных контуров блокинг-гене-ратора, как правило, невелики и обусловлены межвитковыми емкостями и емкостью монтажа. Предельная частота генерации блокинг-генератора — сотни кГц. Недостатком этого вида генераторов является выраженная зависимость частоты генерации от изменения питающего напряжения.

Резистивный делитель в цепи базы транзистора преобразователя (рис. 9.1) предназначен для создания начального смещения. Несколько видоизмененный вариант преобразователя с трансформаторной обратной связью представлен на рис. 9.2.

принципиальная схема

Рис. 9.2. Схема основного (промежуточного) блока источника высоковольтного напряжения на основе автогенераторного преобразователя.

Автогенератор работает на частоте примерно 30 кГц. На выходе преобразователя формируется напряжение амплитудой до 1 кВ (определяется числом витков повышающей обмотки трансформатора).

Трансформатор Т1 выполнен на диэлектрическом каркасе, вставляемом в броневой сердечник Б26 из феррита М2000НМ1 (М1500НМ1). Первичная обмотка содержит 6 витков; вторичная обмотка — 20 витков провода ГІЭЛШО диаметром 0,18 мм (0,12...0,23 мм). Повышающая обмотка для достижения выходного напряжения величиной 700...800 В имеет примерно 1800 витков провода ПЭЛ диаметром 0,1 мм. Через каждые 400 витков при намотке укладывается диэлектрическая прокладка из конденсаторной бумаги, слои пропитывают конденсаторным или трансформаторным маслом. Места выводов катушки заливают парафином.

Этот преобразователь может быть использован в качестве промежуточного для питания последующих ступеней формирования высокого напряжения (например с электрическими разрядниками или тиристорами).

Следующий преобразователь напряжения (США) также выполнен на одном транзисторе (рис. 9.3). Стабилизация напряжения смещения базы осуществляется тремя последовательно включенными диодами VD1 — VD3 (прямое смещение).

принципиальная схема

Рис. 9.3. Схема преобразователя напряжения с трансформаторной обратной связью.

Коллекторный переход транзистора VT1 защищен конденсатором С2, кроме того, параллельно коллекторной обмотке трансформатора Т1 подключена цепочка из диода VD4 и стабилитрона VD5.

Генератор вырабатывает импульсы, по форме близкие к прямоугольным. Частота генерации составляет 10 кГц и определяется величиной емкости конденсатора СЗ. Аналог транзистора 2N3700 — КТ630А.

Схема двухтактного трансформаторного преобразователя напряжения показана на рис. 9.4. Аналог транзистора 2N3055 — КТ819ГМ.

Трансформатор высоковольтного преобразователя (рис. 9.4) может быть выполнен с использованием ферритового незамкнутого сердечника круглого или прямоугольного сечения, а также на основе телевизионного строчного трансформатора. При использовании ферритового сердечника круглой формы диаметром 8 мм число витков высоковольтной обмотки в зависимости от требуемой величины выходного напряжения может достигать 8000 витков провода диаметром 0,15...0,25 мм. Коллекторные обмотки содержат по 14 витков провода диаметром 0,5...0,8 мм.

принципиальная схема

Рис. 9.4. Схема двухтактного преобразователя с трансформаторной обратной связью.

принципиальная схема

Рис. 9.5. Вариант схемы высоковольтного преобразователя с трансформаторной обратной связью.

Обмотки обратной связи (базовые обмотки) содержат по 6 витков такого же провода. При подключении обмоток следует соблюдать их фази-ровку. Выходное напряжение преобразователя — до 8 кВ.

В качестве транзисторов преобразователя могут быть использованы транзисторы отечественного производства, например, КТ819 и им подобные.

Вариант схемы аналогичного преобразователя напряжения показан на рис. 9.5. Основное различие заключается в цепях подачи смещения на базы транзисторов.

Число витков первичной (коллекторной) обмотки — 2x5 витков диаметром 1,29 мм\ вторичной — 2x2 витков диаметром 0,64 мм. Выходное напряжение преобразователя целиком определяется числом витков повышающей обмотки и может достигать 10...30 кВ.

Преобразователь напряжения А. Чаплыгина не содержит резисторов (рис. 9.6). Он питается от батареи напряжением 5 6 и способен отдавать в нагрузку до 1 А при напряжении 12 В.

принципиальная схема

Рис. 9.6. Схема простого высокоэффективного преобразователя напряжения с питанием от батареи 5 В.

Диодами выпрямителя служат переходы транзисторов автогенератора.

Устройство способно работать и при пониженном до 1 В напряжении питания. Для маломощных вариантов преобразователя можно использовать транзисторы типа КТ208, КТ209, КТ501 и другие. Максимальный ток нагрузки не должен превышать максимального тока базы транзисторов.

Диоды VD1 и VD2 — не обязательны, однако позволяют получить на выходе дополнительное напряжение 4,2 В отрицательной полярности. КПД устройства около 85%.

Трансформатор Т1 выполнен на кольце К18x8x5 2000НМ1. Обмотки I и II имеют по 6, III и IV — по 10 витков провода ПЭЛ-2 0,5.

Преобразователь напряжения (рис. 9.7) выполнен по схеме индуктивной трехточки и предназначен для измерений высокоомных сопротивлений и позволяет получить на выходе не-стабилизированное напряжение 120... 150 В. Потребляемый преобразователем ток около 3...5 мА при напряжении питания 4,5 В. Трансформатор для этого устройства может быть создан на основе телевизионного трансформатора БТК-70. Его вторичную обмотку удаляют, взамен нее наматывают низковольтную обмотку преобразователя — 90 витков (два слоя по 45 витков) провода ПЭВ-1 0,19...0,23 мм. Отвод от 70-го витка снизу по схеме. Резистор R1 — величиной 12...51 кОм.

принципиальная схема

Рис. 9.7. Схема преобразователя напряжения по схеме индуктивной трехтонки.

принципиальная схема

Рис. 9.8. Схема преобразователя напряжения 1,5 В/-9 В.

Преобразователь (рис. 9.8) представляет собой однотакт-ный релаксационный генератор с емкостной положительной обратной связью (С2, СЗ). В коллекторную цепь транзистора VT2 включен повышающий автотрансформатор Т1. В преобразователе использовано обратное включение выпрямительного диода VD1, т.е. при открытом транзисторе VT2 к обмотке автотрансформатора приложено напряжение питания Un, и на выходе автотрансформатора появляется импульс напряжения. Однако включенный в обратном направлении диод VD1 в это время закрыт, и нагрузка отключена от преобразователя.

В момент паузы, когда транзистор закрывается, полярность напряжения на обмотках Т1 изменяется на противоположную, диод VD1 открывается, и выпрямленное напряжение прикладывается к нагрузке. При последующих циклах, когда транзистор VT2 запирается, конденсаторы фильтра (С4, С5) разряжаются через нагрузку, обеспечивая протекание постоянного тока. Индуктивность повышающей обмотки автотрансформатора Т1 при этом играет роль дросселя сглаживающего фильтра.

Для устранения подмагничивания сердечника автотрансформатора постоянным током транзистора VT2 используется перемагничивание сердечника автотрансформатора за счет включения параллельно его обмотке конденсаторов С2 и СЗ, которые одновременно являются делителем напряжения обратной связи. Когда транзистор VT2 закрывается, конденсаторы С2 и СЗ в течение паузы разряжаются через часть обмотки трансформатора, пе-ремагничивая сердечник Т1 током разряда.

Частота генерации зависит от напряжения на базе транзистора ѴТ1. Стабилизация выходного напряжения осуществляется за счет отрицательной обратной связи (ООС) по постоянному напряжению посредством R2. При понижении выходного напряжения увеличивается частота генерируемых импульсов при примерно одинаковой их длительности. В результате увеличивается частота подзарядки конденсаторов фильтра С4 и С5 и падение напряжения на нагрузке компенсируется. При увеличении выходного напряжения частота генерации, наоборот, уменьшается. Так, после заряда накопительного конденсатора С5 частота генерации падает в десятки раз. Остаются лишь редкие импульсы, компенсирующие разряд конденсаторов в режиме покоя. Такой способ стабилизации позволил уменьшить ток покоя преобразователя до 0,5 мА.

Транзисторы ѴТ1 и ѴТ2 должны иметь возможно больший коэффициент усиления для повышения экономичности. Обмотка автотрансформатора намотана на ферритовом кольце К10x6x2 из материала 2000НМ и имеет 300 витков провода ПЭЛ-0,08 с отводом от 50-го витка (считая от «заземленного» вывода). Диод VD1 должен быть высокочастотным и иметь малый обратный ток.

Налаживание преобразователя сводится к установке выходного напряжения равным -9 В путем подбора резистора R2.

На рис. 9.9 показана схема преобразователя стабилизированного напряжения с широтно-импульсным управлением. Преобразователь сохраняет работоспособность при уменьшении напряжения батареи с 9.... 12 до 3В. Такой преобразователь оказывается наиболее пригодным при батарейном питании аппаратуры.

КПД стабилизатора — не менее 70%. Стабилизация сохраняется при уменьшении напряжения источника питания ниже выходного стабилизированного напряжения преобразователя, чего не может обеспечить традиционный стабилизатор напряжения. Принцип стабилизации, использованный в данном преобразователе напряжения.

принципиальная схема

Рис. 9.9. Схема преобразователя стабилизированного напряжения.

При включении преобразователя ток через резистор R1 открывает транзистор ѴТ1, коллекторный ток которого, протекая через обмотку II трансформатора Т1, открывает мощный транзистор ѴТ2. Транзистор ѴТ2 входит в режим насыщения, и ток через обмотку I трансформатора линейно увеличивается. В трансформаторе происходит накопление энергии. Через некоторое время транзистор ѴТ2 переходит в активный режим, в обмотках трансформатора возникает ЭДС самоиндукции, полярность которой противоположна приложенному к ним напряжению (магнитопровод трансформатора не насыщается). Транзистор ѴТ2 лавинообразно закрывается и ЭДС самоиндукции обмотки I через диод VD2 заряжает конденсатор СЗ. Конденсатор С2 способствует более четкому закрыванию транзистора. Далее процесс повторяется.

Через некоторое время напряжение на конденсаторе СЗ увеличивается настолько, что открывается стабилитрон VD1, и базовый ток транзистора ѴТ1 уменьшается, при этом уменьшается ток базы, а значит, и коллекторный ток транзистора ѴТ2. Поскольку накопленная в трансформаторе энергия определяется коллекторным током транзистора ѴТ2, дальнейшее увеличение напряжения на конденсаторе СЗ прекращается. Конденсатор разряжается через нагрузку. Таким образом на выходе преобразователя поддерживается постоянное напряжение.

Выходное напряжение задает стабилитрон VD1. Частота преобразования изменяется в пределах 20... 140 кГц.

Преобразователь напряжения, схема которого показана на рис. 9.10, отличается тем, что в нем цепь нагрузки гальванически развязана от цепи управления. Это позволяет получить несколько вторичных стабильных напряжений. Использование интегрирующего звена в цепи обратной связи позволяет улучшить стабилизацию вторичного напряжения.

принципиальная схема

Рис. 9.10. Схема преобразователя стабилизированного напряжения с биполярным выходом.

Частота преобразования уменьшается почти линейно при уменьшении питающего напряжения. Это обстоятельство усиливает обратную связь в преобразователе и повышает стабильность вторичного напряжения. Напряжение на сглаживающих конденсаторах вторичных цепей зависит от энергии импульсов, получаемых от трансформатора. Наличие резистора R2 делает напряжение на накопительном конденсаторе СЗ зависимым и от частоты следования импульсов, причем степень зависимости (крутизна) определяется сопротивлением этого резистора. Таким образом, подстроечным резистором R2 можно устанавливать желаемую зависимость изменения напряжения вторичных обмоток от изменения напряжения питания. Полевой транзистор ѴТ2 — стабилизатор тока. КПД преобразователя может доходить до 70... 90%.

Нестабильность выходного напряжения при напряжении питания 4... 12 В не более 0,5%, а при изменении температуры окружающего воздуха от -40 до +50°С — не более 1,5%. Максимальная мощность нагрузки — 2 Вт.

При налаживании преобразователя резисторы R1 и R2 устанавливаются в положение минимального сопротивления и подключают эквиваленты нагрузок RH. На вход устройства подается напряжение питания 12 В и с помощью резистора R1 на нагрузке Rн устанавливается напряжение 15 В. Далее напряжение питания уменьшают до 4В и резистором R2 добиваются напряжения на выходе также 15 В. Повторяя этот процесс несколько раз, добиваются стабильного напряжения на выходе.

Обмотки I и II и магнитопровод трансформатора у обоих вариантов преобразователи одинаковы. Обмотки намотаны на броневом магнитопроводе Б26 из феррита 1500НМ. Обмотка I содержит 8 витков провода ПЭЛ 0,8, а II — 6 витков провода ПЭЛ 0,33 (каждая из обмоток III и IV состоит из 15 витков провода ПЭЛ 0,33 мм).

принципиальная схема

Рис. 9.11. Схема понижающего преобразователя напряжения на основе блокинг-генератора.

Схема простого малогабаритного преобразователя сетевого напряжения, выполненного из доступных элементов, показана на рис. 9.11. В основе устройства обычный блокинг-генера-тор на транзисторе VT1 (КТ604, КТ605А, КТ940).

Трансформатор Т1 намотан на броневом сердечнике Б22 из феррита М2000НН. Обмотки Іа и Іб содержат 150+120 витков провода ПЭЛШО 0,1 мм. Обмотка II имеет 40 витков провода ПЭЛ 0,27 мм III — 11 витков провода ПЭЛШО 0,1 мм. Вначале наматывается обмотка Іа, затем — II, после — обмотка lb, и, наконец, обмотка III.

Источник питания не боится короткого замыкания или обрыва в нагрузке, однако имеет большой коэффициент пульсаций напряжения, низкий КПД, небольшую выходную мощность (до 1 Вт) и значительный уровень электромагнитных помех. Питать преобразователь можно и от источника постоянного тока напряжением 120 6. В этом случае резисторы R1 и R2 (а также диод VD1) следует исключить из схемы.

Слаботочный преобразователь напряжения для питания газоразрядного счетчика Гейгера-Мюллера может быть собран по схеме на рис. 9.12. Преобразователь представляет собой транзисторный блокинг-генератор с дополнительной повышающей обмоткой. Импульсы с этой обмотки заряжают конденсатор СЗ через выпрямительные диоды VD2, VD3 до напряжения 440 В. Конденсатор СЗ должен быть либо слюдяным, либо керамическим, на рабочее напряжение не ниже 500 В. Длительность импульсов блокинг-генератора примерно 10 мкс. Частота следования импульсов (десятки Гц) зависит от постоянной времени цепи R1, С2.

принципиальная схема

Рис. 9.12. Схема слаботочного преобразователя напряжения для питания газоразрядного счетчика Гейгера-Мюллера.

Магнитопровод трансформатора Т1 изготавливают из двух склеенных вместе ферритовых колец К16x10x4,5 3000НМ и изолируют его слоем лакоткани, тефлона или фторопласта. Вначале наматывают внавал обмотку III — 420 витков провода ПЭВ-2 0,07, заполняя магнитопровод равномерно. Поверх обмотки III накладывают слой изоляции. Обмотки I (8 витков) и II (3 витка) наматывают любым проводом поверх этого слоя, их также следует возможно равномернее распределить по кольцу.

Следует обратить внимание на правильную фазировку обмоток, она должна быть выполнена до первого включения. При сопротивлении нагрузки порядка единиц МОм преобразователь потребляет ток 0,4... 1,0 мА.

Преобразователь напряжения (рис. 9.13) предназначен для питания фотовспышки. Трансформатор Т1 выполнен на магнитопроводе из двух сложенных вместе пермаллоевых колец К40х28х6. Обмотка коллекторной цепи транзистора VT1 имеет 16 витков ПЭВ-2 0,6 мм; его базовой цепи — 12 витков такого же провода. Повышающая обмотка содержит 400 витков ПЭВ-2 0,2.

принципиальная схема

Рис. 9.13. Схема преобразователя напряжения для фотовспышки.

Неоновая лампа HL1 использована от стартера лампы дневного света. Выходное напряжение преобразователя плавно повышается на конденсаторе фотовспышки до 200 В за 50 секунд. Устройство при этом потребляет ток до 0,6 А.

Для питания ламп-вспышек предназначен преобразователь напряжения ПН-70, являющийся основой описываемого ниже устройства (рис. 9.14). Обычно энергия батарей преобразователя расходуется с минимальной эффективностью. Вне зависимости от частоты следования вспышек света генератор работает непрерывно, расходуя большое количество энергии и разряжая батареи.

принципиальная схема

Рис. 9.14. Схема модифицированного преобразователя напряжения ПН-70.

Перевести работу преобразователя в ждущий режим удалось О. Панчику, который включил на выходе преобразователя резистивный делитель R5, R6 и подал сигнал с него через стабилитрон VD1 на электронный ключ, выполненный на транзисторах VT1 — ѴТЗ по схеме Дарлингтона. Как только напряжение на конденсаторе фотовспышки (на схеме не показан) достигнет номинального значения, определяемого значением резистора R6, стабилитрон VD1 пробьется, а транзисторный ключ отключит батарею питания (9 В) от преобразователя. Когда напряжение на выходе преобразователя понизится в результате саморазряда или разряда конденсатора на лампу-вспышку, стабилитрон VD1 перестанет проводить ток, произойдет включение ключа и, соответственно, преобразователя.

Транзистор ѴТ1 должен быть установлен на медном радиаторе размерами 50x22x0,5 мм.

Источник: Шустов М. А. Практическая схемотехника. Преобразователи напряжения.

Простые автогенераторные преобразователи напряжения на транзисторах

Принципиальные схемы простых преобразователей напряжения на основе автогенераторов, построены с использованием транзисторов.

В генераторах с самовозбуждением (автогенераторах) для возбуждения электрических колебаний обычно используется положительная обратная связь. Существуют также автогенераторы на активных элементах с отрицательным динамическим сопротивлением, однако в качестве преобразователей они практически не используются.

Содержание

Однокаскадные преобразователи напряжения

Наиболее простая схема однокаскадного преобразователя напряжения на основе автогенератора показана на рис. 1. Этот вид генераторов получил название блокинг-генераторов. Фазовый сдвиг для обеспечения условия возникновения колебаний в нем обеспечивается определенным включением обмоток.

Схема преобразователя напряжения с трансформаторной обратной связь

Рис. 1. Схема преобразователя напряжения с трансформаторной обратной связь.

Аналог транзистора 2N3055 — КТ819ГМ. Блокинг-генератор позволяет получать короткие импульсы при большой скважности. По форме эти импульсы приближаются к прямоугольным.

Емкости колебательных контуров блокинг-гене-ратора, как правило, невелики и обусловлены межвитковыми емкостями и емкостью монтажа. Предельная частота генерации блокинг-генератора — сотни кГц. Недостатком этого вида генераторов является выраженная зависимость частоты генерации от изменения питающего напряжения.

Резистивный делитель в цепи базы транзистора преобразователя (рис. 1) предназначен для создания начального смещения. Несколько видоизмененный вариант преобразователя с трансформаторной обратной связью представлен на рис. 2.

Схема основного (промежуточного) блока источника высоковольтного напряжения на основе автогенераторного преобразователя

Рис. 2. Схема основного (промежуточного) блока источника высоковольтного напряжения на основе автогенераторного преобразователя.

Автогенератор работает на частоте примерно 30 кГц. На выходе преобразователя формируется напряжение амплитудой до 1 кВ (определяется числом витков повышающей обмотки трансформатора).

Трансформатор Т1 выполнен на диэлектрическом каркасе, вставляемом в броневой сердечник Б26 из феррита М2000НМ1 (М1500НМ1). Первичная обмотка содержит 6 витков; вторичная обмотка — 20 витков провода ПЭЛШО диаметром 0,18 мм (0,12...0,23 мм).

Повышающая обмотка для достижения выходного напряжения величиной 700...800 В имеет примерно 1800 витков провода ПЭЛ диаметром 0,1 мм. Через каждые 400 витков при намотке укладывается диэлектрическая прокладка из конденсаторной бумаги, слои пропитывают конденсаторным или трансформаторным маслом. Места выводов катушки заливают парафином.

Этот преобразователь может быть использован в качестве промежуточного для питания последующих ступеней формирования высокого напряжения (например с электрическими разрядниками или тиристорами).

Следующий преобразователь напряжения (США) также выполнен на одном транзисторе (рис. 3). Стабилизация напряжения смещения базы осуществляется тремя последовательно включенными диодами VD1 — VD3 (прямое смещение).

Схема преобразователя напряжения с трансформаторной обратной связью

Рис. 3. Схема преобразователя напряжения с трансформаторной обратной связью.

Коллекторный переход транзистора VT1 защищен конденсатором С2, кроме того, параллельно коллекторной обмотке трансформатора Т1 подключена цепочка из диода VD4 и стабилитрона VD5.

Генератор вырабатывает импульсы, по форме близкие к прямоугольным. Частота генерации составляет 10 кГц и определяется величиной емкости конденсатора C3. Аналог транзистора 2N3700 — КТ630А.

Двухтактные преобразователи напряжения

Схема двухтактного трансформаторного преобразователя напряжения показана на рис. 4. Аналог транзистора 2N3055 — КТ819ГМ. Трансформатор высоковольтного преобразователя (рис. 4) может быть выполнен с использованием ферритового незамкнутого сердечника круглого или прямоугольного сечения, а также на основе телевизионного строчного трансформатора.

При использовании ферритового сердечника круглой формы диаметром 8 мм число витков высоковольтной обмотки в зависимости от требуемой величины выходного напряжения может достигать 8000 витков провода диаметром 0,15...0,25 мм. Коллекторные обмотки содержат по 14 витков провода диаметром 0,5...0,8 мм.

Схема двухтактного преобразователя с трансформаторной обратной связью

Рис. 4. Схема двухтактного преобразователя с трансформаторной обратной связью.

Вариант схемы высоковольтного преобразователя с трансформаторной обратной связью

Рис. 5. Вариант схемы высоковольтного преобразователя с трансформаторной обратной связью.

Обмотки обратной связи (базовые обмотки) содержат по 6 витков такого же провода. При подключении обмоток следует соблюдать их фазировку. Выходное напряжение преобразователя — до 8 кВ.

В качестве транзисторов преобразователя могут быть использованы транзисторы отечественного производства, например, КТ819 и им подобные.

Вариант схемы аналогичного преобразователя напряжения показан на рис. 5. Основное различие заключается в цепях подачи смещения на базы транзисторов.

Число витков первичной (коллекторной) обмотки — 2x5 витков диаметром 1,29 мм, вторичной — 2x2 витков диаметром 0,64 мм. Выходное напряжение преобразователя целиком определяется числом витков повышающей обмотки и может достигать 10...30 кВ.

Преобразователь напряже

Инвертор напряжения ⋆ diodov.net

Программирование микроконтроллеров Курсы

С развитием альтернативных источников энергии, в частности с массовым внедрением солнечных панелей, инвертор напряжения находит все более широкое применение. Поскольку применяется как постоянный, так и переменный ток, то часто возникает необходимость в преобразовании энергии одного рода в другой. Устройства, преобразующие переменный ток в постоянный называются выпрямителями. В качестве выпрямителя чаще всего применяют диодный мост. А устройство, преобразующее постоянный ток в переменный называют инвертором.

Структура инвертора напряжения

По ряду положительный свойств большую популярность завоевал инвертор напряжения. Особенно широко он используется с целью преобразования электрической энергии постоянного тока аккумуляторной, солнечной батареи или суперконденсатор в переменное напряжение 230 В, 50 Гц для питания большинства промышленных устройств.

Принцип работы инвертора напряжения

Представим, что у нас имеется источник электрической энергии постоянного тока такой, как аккумулятор или гальванический элемент и потребитель (нагрузка), который работает только от переменного напряжения. Как преобразовать один вид энергии в другой? Решение было найдено довольно просто. Достаточно подключить аккумулятор к потребителю сначала одной полярностью, а затем через короткий промежуток отключить аккумулятор, а потом снова подключить, но уже обратной полярностью. И такие переключения повторять все время через равные промежутки времени. Если выполнять таких переключений 50 раз за секунду, то на потребитель будет подаваться переменное напряжение частотой 50 Гц. Роль переключателей чаще всего выполняют транзисторы или тиристоры, работающие в ключевом режиме.

На схеме, приведенной ниже, изображен источника питания Uип с клеммами 1-2 и потребитель RнLн, обладающий активно-индуктивным характером, с клеммами 3-4. В один момент времени потребитель клеммами 3-4 подключается к клеммам 1-2 Uип, при этом I от Uип протекает в направлении LнRн, а в следующий момент клеммы 3-4 изменяют свое положение и I протекает в противоположном направлении относительно потребителя электрической энергии.

Схема преобразования постоянного напряжения в переменное

Схема инвертора напряжения

Наиболее распространённая схема инвертора напряжения состоит из четырех IGBT транзисторов VT1…VT4, включенных по схеме моста, и четырех обратных диодов, обозначенных VD1…VD4, параллельно соединенных с управляемыми полупроводниковыми ключами во встречном направлении. Преобразователь питает активно-индуктивную нагрузку. Именно она является самой распространенной, поэтому была взята за основу.

Схема инвертора напряжения

Входные клеммы инвертора подключаются к Uип. Если таким источником служит диодный выпрямитель, то выход его обязательно шунтируется конденсатором C.

В силовой электронике наибольшее применение нашли транзисторы с изолированным затвором IGBT (именно они показаны на схеме) и GTO, IGCT тиристоры. При оперировании меньшими мощностями вне конкуренции полевые транзисторы MOSFET.

В момент времени t1 открываются VT1 и VT4, а VT2 и VT3 – закрыты. Образуется единственный путь для протекания тока через нагрузку: «+» Uип – VT1 – нагрузка RнLн VT4«-» Uип. Таким образом, на интервале времени t1 ‑ t2 создается замкнутая цепь для протекания iн в соответствующем направлении.

Инвертор напряжения

Режим работы схемы

Для изменения направления iн снимаются управляющие импульсы с баз VT1 и VT4 и подаются сигналы на открытие второго и третьего VT2,3. В точке t2 на оси времени t, первый и четвертый VT1,4 закрыты, а второй и третий – открыты. Однако, поскольку нагрузка активно-индуктивная, то iн не может мгновенно изменить направление на противоположное. Этому будет препятствовать энергия, запасенная на индуктивности Lн. Поэтому он будет сохранять прежнее направление до тех пор, пока не рассеется все энергия, запасенная на индуктивности в виде магнитного поля, равная Wм = (Lн∙i2)/2.

Автономный инвертор напряжения

В связи с этим, на отрезке времени t2 – t3 ток будет протекать через диоды VD2 и VD3, сохраняя прежнее направление на RнLн, но пройдет в обратном направлении через Uип или конденсатор C, если источником энергии является диодный выпрямитель. Поэтому следует обязательно установить конденсатор C, если преобразователь подключен к диодному выпрямителю. Иначе прервется путь протекания iн, в результате чего возникнут сильное перенапряжение, которое может повредить изоляцию потребителя и выведет из строя полупроводниковые приборы.

В момент времени t3 вся запасенная на индуктивности энергия снизится до нуля. Начиная с момента t3 до момента t4 под действием приложенного Uип через открытые полупроводниковые ключи VT2 и VT3 будет протекать iн через LнRн уже в другую сторону.

Схема автономного инвертора напряжения

В точке t4, расположенной на оси времени t, снимается управляющий сигнал с VT1,3, а VT1 и VT4 открываются. Однако iн продолжает протекать в ту же сторону, пока не расходуется энергия, запасенная в индуктивности. Это будет происходить на интервале времени t4 – t5.

Принцип работы инвертора напряжения

Работа схемы

Начиная с момента tiн изменить направление и потечет от Uип через LнRн по пути через VT1 и VT4. Далее все процессы, протекающие в электрической цепи, будут повторяться. На LнRн форма напряжения будет прямоугольной, но ток на активно-индуктивной нагрузке будет иметь пилообразную форму за счет наличия индуктивности, которая не позволяет ему мгновенно вырасти и снизиться. Если потребитель имеет чисто активный характер (индуктивность и емкость практически равны нулю), то формы iн и uн будет в виде прямоугольников.

Поскольку VT1…VT4 попарно открывались на всей протяженности соответствующих полупериодов, то на выходе преобразователя формировалось максимально возможное uн, поэтому через LнRн протекал iн максимальной величины. Однако часто требуется обеспечить плавное нарастание мощности на потребителе, например для постепенного увеличения яркости освещения или частоты вращения вала двигателя.

Следует пояснить, что сигналы, поступающие из системы управления СУ, подаются не сразу на базы полупроводниковых ключей, а посредством драйвера. Так как современные СУ построены на безе микроконтроллеров, которые выдают маломощные сигналы, не способные открыть IGBT, то для увеличения мощности открывающего импульса применяется промежуточное звено – драйвер. Кроме того на часто драйвер выполняет множество дополнительных функций – защищает транзистор от короткого замыкания, перегрева и т.п.

Инвертор напряжения с регулированием выходных параметров

Самый простой способ изменить величину uн заключается в регулировании величины подводимого Uип, если такая возможность имеется. Например, для регулируемого выпрямителя это не проблема. Но такие источники электрической энергии как аккумуляторная батарея, суперконденсатор или солнечная батарея не имеют данной возможности. Поэтому регулировка частоты и величины выходного uн полностью возлагается на инвертор.

Для регулирования величины uн одну пару диагонально противоположных транзисторов следует открыть несколько ранее, чем в рассмотренном выше случае. Поэтому алгоритмом системы управления следует предусмотреть сдвигу управляющих сигналов. Например, подаваемых на открытие VT1 и VT4 относительно импульсов управления, подаваемых на базы VT2 и VT3, на некоторый угол, называемый углом управления α.

Алгоритм управления транзисторами инвертора напряжения

Обратите внимание, что амплитудное значение uн остается неизменной величины и приблизительно равно значению Uип, но действующее значение uн будет снижаться по мере увеличения угла управления α. Рассмотрим, как это работает.

На интервале времени от t1 до t2 открыта пара транзисторов VT1 и VT4; iн протекает справа налево, как показано на схеме. В момент t2 закрывается первый транзистор и открывается второй. Ток сохраняет прежнее направление, а нагрузка оказывается замкнутой, в результате чего напряжение на ней падает практически до нуля, соответственно снижается и iн.

Схема инвертора напряжения на транзисторах

Схема преобразователя напряжения

Принцип работы преобразователя напряжения

Схема преобразователя напряжения на транзисторах

Далее из системы управления поступает команда и VT2 открывается, а VT4 закрывается. Однако накопленная в индуктивности энергия не позволяет току iн изменить свое направление, и он протекает по прежней цепи, только уже через диоды VD2 и VD3 встречно источнику питания. Длительность этого процесса продолжается до точки времени t4. В точке t4 под действием приложенного Uип iн изменяет знак на противоположный.

Широтно-импульсная модуляция

Такой алгоритм работы полупроводниковых ключей в отличие от предыдущего алгоритма формирует паузу определенной длительности, которая в конечном итоге приводит к снижению действующего значения uн. Для формирования iн синусоидальной формы применяется широтно-импульсная модуляция ШИМ. Преобразователь с ШИМ, а точнее алгоритм его работы, предусматривающий ШИМ, мы рассмотрим отдельно.

Также следует заметить, что рассмотренный алгоритм управления полупроводниковыми ключами называется широтно-импульсным регулированием ШИР, который часто путают с ШИМ, хотя разница огромная.

В преобразовательной технике ШИМ практически вытеснила ШИР, поскольку обладает рядом положительных свойств, благодаря которым повышается КПД всего устройства и снижается уровень электромагнитных помех. Поэтому в дальнейшем мы рассмотрим инвертор напряжения с ШИМ.

Электроника для начинающих

Еще статьи по данной теме

схема и преимущество использования в сварке

Применение высоковольтных мощных полупроводников позволило создавать компактные производительные сварочные инверторы. Последним словом в этой области после MOSFET инверторов стали сварочные аппараты на IGBT транзисторах.

Полевые полупроводники

Используемые в инверторах полупроводники по MOSFET технологии – это полевые силовые транзисторы с изолированным затвором. Управление полупроводником осуществляется напряжением, в отличие от биполярных транзисторов, управляемых током. Канал ключа имеет высокую проводимость 1 мОм. В закрытом виде у них огромное входное сопротивление.

Изначально полевые полупроводники использовались и до сих пор применяются как ключи. В схемах импульсных источников питания применяются полевики с индуцированным затвором. В таком исполнении при нулевом напряжении на затвор-исток канал закрыт.

Для открытия ключа требуется подать потенциал определенной полярности. Для управления ключом не требуется силовых источников. Данные полупроводники часто используются в источниках питания и инверторах.

Биполярный прибор

IGBT – это биполярный транзистор с изолированным затвором, применяемый в инверторе. Фактически он состоит из двух транзисторов на одной подложке. Биполярный прибор образует силовой канал, а полевой является каналом управления.

Соединение полупроводников двух видов позволяет совместить в одном устройстве преимущества полевых и биполярных приборов. Комбинированный прибор может, как биполярный, работать с высокими потенциалами, проводимость канала обратно пропорциональна току, а не его квадрату, как в полевом транзисторе.

При этом IGBT транзистор имеет экономичное управление полевого прибора. Силовые электроды называются, как в биполярном, а управляющий получил название затвора, как в МОП приборе.

IGBT транзисторы для сварочных инверторов и силовых приводов, где приходится работать при высоких напряжениях, стали использовать, как только отладили технологию их производства. Они сократили габариты, увеличили производительность и мощность инверторов. Иногда они заменяют даже тиристоры.

В IGBT инверторе для обеспечения работы мощных переключателей применяются драйверы – микросхемы, усиливающие управляющий сигнал и ускоряющие быструю зарядку затвора.

Некоторые модели IGBT транзисторов работают с напряжением от 100 В до 10 кВ и токами от 20 до 1200 А. Поэтому их больше применяют в силовых электроприводах, сварочных аппаратах.

Полевые транзисторы больше применяют в импульсных источниках и однофазных сварочных инверторах. При токовых параметрах 400-500 В и 30-40 А они имеют лучшие рабочие характеристики. Но так как IGBT приборы могут применяться в более тяжелых условиях, их все чаще применяют в сварочных инверторах.

Применение в сварке

Простой сварочный инвертор представляет собой импульсный источник питания. В однофазном инверторном источнике питания переменный ток напряжением 220 В и частотой 50 или 60 Гц выпрямляется с помощью мощных диодов, схема включения мостовая.

Затем инвертор преобразует постоянное напряжение в переменное, но уже высокой частоты (от 30 кГц до 120 кГц). Проходя через понижающий высокочастотный трансформатор (преобразователь), напряжение понижается до нескольких десятков вольт. Потом этот ток преобразуется обратно в постоянный.

Все преобразования необходимы для уменьшения габаритов сварочного аппарата. Традиционная схема сварочного инвертора получалась надежной, но имела очень большие габариты и вес. Кроме этого, характеристики сварочного тока с традиционным источником питания были значительно хуже, чем у инвертора.

Передача электроэнергии на высокой частоте позволяет использовать малогабаритные трансформаторы. Для получения высокой частоты постоянный ток преобразуется с помощью высоковольтных, мощных силовых транзисторов в переменный частотой 50-80 кГц.

Для работы мощных транзисторов напряжение 220 В выпрямляется, проходя через мостовую схему и фильтр из конденсаторов, который уменьшает пульсации. На управляющий электрод полупроводника подается переменный сигнал с генератора прямоугольных импульсов, который открывает/закрывает электронные ключи.

Выходы силовых транзисторов подключаются к первичной обмотке понижающего трансформатора. Благодаря тому, что они работают на большой частоте, их габариты уменьшаются в несколько раз.

Силовой инверторный блок

Переменное напряжение 220 В – это некоторое усредненное значение, которое показывает, что оно имеет такую же энергию, как и постоянный ток в 220 В. Фактически амплитуда равна 310 В. Из-за этого в фильтрах используются емкости на 400 В.

Мостовая выпрямительная сборка монтируется на радиатор. Требуется охлаждение диодов, поскольку через них протекают большие токи. Для защиты диодов от перегрева на радиаторе имеется предохранитель, при достижении критической температуры он отключает мост от сети.

В качестве фильтра используются электролитические конденсаторы, емкостью от 470 мкФ и рабочим напряжением 400 В. После фильтра напряжение поступает на инвертор.

Во время переключения ключей происходят броски импульсного тока вызывающие высокочастотные помехи. Чтобы они не проникали в сеть и не портили ее качество, сеть защищают фильтром электромагнитной совместимости. Он представляет собой набор конденсаторов и дросселя.

Сам инвертор собирается по мостовой схеме. В качестве ключевых элементов применяются IGBT транзисторы на напряжения от 600 В и токи соответствующие данному инвертору.

Они тоже с помощью специальной термопасты монтируются на радиаторы. При переключениях этих транзисторов возникают броски напряжения. Чтобы их погасить применяются RC фильтры.

Полученный на выходе электронных ключей переменный ток поступает на первичную обмотку высокочастотного понижающего трансформатора. На выходе вторичной обмотки получается переменный ток напряжением 50-60 В.

Под нагрузкой, когда идет сварка, он может выдавать ток до нескольких сотен ампер. Вторичная обмотка обычно выполняется ленточным проводом для уменьшения габаритов.

На выходе трансформатора стоит еще один мощный диодный мост. С него уже снимается необходимый сварочный ток. Здесь используются быстродействующие силовые диоды, другие использовать нельзя, потому что они сильно греются и выходят из строя. Для защиты от импульсных бросков напряжения используются дополнительные RC цепи.

Мягкий пуск

Для питания блока управления инвертора применяется стабилизатор на микросхеме с радиатором. Напряжение питания поступает с главного выпрямителя через резистивный делитель.

При включении сварочного инвертора конденсаторы начинают заряжаться. Токи достигают таких больших величин, что могут сжечь диоды. Чтобы этого не произошло, используется схема ограничения заряда.

В момент пуска ток проходит через мощный резистор, который ограничивает пусковой ток. После зарядки конденсаторов резистор с помощью реле отключается, шунтируется.

Блок управления и драйвер

Управление инвертором осуществляет микросхема широтно-импульсного модулятора. Она подает высокочастотный сигнал на управляющий электрод биполярного транзистора с изолированным затвором. Для защиты силовых транзисторов от перегрузок дополнительно устанавливаются стабилитроны между затвором и эмиттером.

Для контроля напряжения сети и выходного тока используется операционный усилитель, на нем происходит суммирование значений контролируемых параметров. При превышении или понижении от допустимых значений срабатывает компаратор, который отключает аппарат.

Для ручной регулировки сварочного тока предусмотрен переменный резистор, регулировочная ручка которого выводится на панель управления.

Сварочное оборудование на IGBT транзисторах имеет наилучшие характеристики по надежности. По сравнению с полевыми ключами биполярные транзисторы с изолированными затворами имеют преимущество больше 1000 В и 200 А.

При использовании в бытовых приборах и сварочных инверторах для домашнего пользования первое место до недавнего времени оставалось за сварочным оборудованием с MOSFET полупроводниками. Эта технология давно используется и хорошо отработана. Но у нее нет перспектив роста, в отличие от оборудования на IGBT транзисторах.

Новые модели уже ничем не уступают устройствам с полевыми приборами и на малых напряжениях. Только по цене первенство остается за аппаратами с полевыми транзисторами с индуцированным затвором.

cxema.org - Самый простой сварочный инвертор

Сварочный инвертор был разработан на популярном форуме человеком под ником тимвал, ветка до сих пор очень активна. Именно эта схема популярна по причине простоты. Мой вариант сварочного инвертора рассчитан на ток всего в 100 ампер, это мало, но для моих задач больше не нужно.

Самый простой сварочный инвертор, принципиальная схема

Схема представляет из себя однотактный прямоходовый инвертор всего на одном IGBT транзисторе IRG4PC50KD.

Самый простой сварочный инвертор, транзистор IRG4PC50KD

Инвертор состоит из нескольких частей:

  • Входной выпрямитель с накопительными конденсаторами и системой плавного пуска;
  • Системы управления с драйвером на основе комплементарной пары составных транзисторов средней мощности;
  • Силовая часть состоящая из IGBT транзистора и трансформатора;
  • Выходная часть, состоящая из дросселя с выпрямителем.

Сетевое напряжение выпрямляется входным диодным мостом KBPC3510

Самый простой сварочный инвертор, диодный мост KBPC3510Самый простой сварочный инвертор, диодный мост KBPC3510

и сглаживается ёмкими электролитами.

Самый простой сварочный инвертор, диодный мост KBPC3510Самый простой сварочный инвертор, диодный мост KBPC3510

Важно заметить, что питание в начальный момент времени поступает не напрямую, а через балластный резистор R12, это нужно для плавной зарядки конденсаторов, иначе бросок тока может вывести из строя входной диодный мост и выбить автоматы.

Одновременно питание от конденсаторов через другой балластный резистор R11 поступает на линию питания микросхемы ШИМ.

Сердцем схемы является ШИМ контроллер UC3844,

Самый простой сварочный инвертор, ШИМ контроллер UC3844

который работает на частоте около 30кГц, сигнал с микросхемы сначала поступает на драйвер, выполненный на транзисторах VT2 и VT3, а затем на силовой транзистор VT4.

Напряжение на конденсаторах растет, растет и питание микросхемы и как только оно дойдет до порогового значения, для UC3844 оно составляет около 16 вольт, микросхема начнет вырабатывать управляющие импульсы, что приведет к запуску всего инвертора.

Во вторичных обмотках трансформатора появиться напряжение, это приведет к тому, что сработает силовое реле К1 и своими контактами замкнёт балластный резистор R12, и сетевое напряжение будет поступать напрямую на схему. Планый запуск длиться всего пару секунд. После плавного запуска инвертор будет работать в штатном режиме. Выходное напряжение инвертора около 60 вольт, этого достаточно для нормального розжига дуги.

Если во время сварки вращать регулятор ограничения тока (резистор R3), моментально сработает система обратной связи (цепь, состоящая из токового трансформатора ТТ, диодов VD2-VD4, резисторов R5 и R7, конденсатора С4).

Токовый трансформатор намотан на тороидальном ферритовом сердечнике небольших размеров, он имеет две обмотки, первичная - всего один виток и вторичная.

Самый простой сварочный инвертор, трансформатор токаСамый простой сварочный инвертор, трансформатор тока

Самый простой сварочный инвертор, трансформатор токаСамый простой сварочный инвертор, трансформатор тока

Силовой трансформатор выполнен на сердечнке EPCOS E55/28/25 феррит №87.

Самый простой сварочный инвертор, EPCOS E55/28/25Самый простой сварочный инвертор, EPCOS E55/28/25

Сердечник был без каркаса, поэтому его пришлось сделать самому из мтеклотекстолита.

Самый простой сварочный инвертор, EPCOS E55/28/25 каркасСамый простой сварочный инвертор, EPCOS E55/28/25 каркас

Трансформатор имеет 4 обмотки:

  • сетевая;
  • вторичная силовая;
  • фиксирующая;
  • обмотка самозапитки для системы управления.

В моём варианте обмотка самозапитки не используется, взамен применен небольшой импульсный источник питания на 24 вольта с током 1-1,5 Ампера.

Самый простой сварочный инвертор, импульсный источник питания 24В 1,5А

Начала всех обмоток на схеме указаны точками, я советую промаркировать начало намотки, например одевая на обмотку красную термоусадку, чтобы потом не гадать где начала, а где концы намоток.

В самом начале мотается сетевая обмотка, но не полностью, а по частям. В моем случае для намотки этой обмотки был использован провод диаметром 1,20мм 25 витков. Провод нужно уложить равномерно, виток к витку.

Самый простой сварочный инвертор, первичная обмотка силового трансформатораСамый простой сварочный инвертор, первичная обмотка силового трансформатора

Затем обмотка изолируется, но перед этим заливается эпоксидной смолой. Смола будет заполнять все пустоты. Т.к. из-за сильных магнитных полей в трансформаторе будут образоваться вибрации и изоляция провода со временем может пострадать, а со смолой обмотка будет полностью неподвижной.

Ставим изоляцию каптоновым термостойким скотчем и мотаем остальную часть первичной обмотки. Количество витков, провод и направление намотки тоже самое.

Опять все заливаем смолой, а поверх ставим изоляцию. Позже, уже на плате концы этих обмоток соединяются параллельно.

Самый простой сварочный инвертор, первичная обмотка силового трансформатораСамый простой сварочный инвертор, первичная обмотка силового трансформатора

После мотаем фиксирующую обмотку, диаметр провода 0,5мм. Количество витков 25-26, то есть тоже самое, что и в случае первичной обмотки. Эта обмотка намотана так, чтобы провод попадал между витками первичной обмотки. Фиксирующая обмотка равномерно растянута по всему каркасу. Аналогичным образом поступаем и с этой обмоткой, смола, изоляция. К стати ранее я ставил изоляцию в 2-3 слоя, а после намотки фиксирующей обмотки изоляция нужна более серьезная, слоя 4-5.

Ну и наконец силовая обмотка, самая трудоемкая. Ее можно намотать медной шиной либо что еще лучше - лентой. Наиболее эффективно работает литцендрат — провод, который состоит из большого количества параллельных тонких изолированных друг от друга проводов, такая намотка делается для минимизации влияния скин эффекта. Но при частотах в 30кГц, этот эффект не столь ощутимый, поэтому при большом желании можно взять пару тройку медных проводов большого диаметра, но такой провод очень трудно уложить, поэтому мой выбор остановился на литцендрате.

Обмотка состоит из 100 параллельных жил провода 0,5мм. Скручиваем все это дело дрелью и покрываем дополнительной изоляцией, опят же каптоновый скотч.

Самый простой сварочный инвертор, литцендрат, состоит из 100 параллельных жил провода 0,5ммСамый простой сварочный инвертор, литцендрат, состоит из 100 параллельных жил провода 0,5мм

Количество витков всего 9, по расчетам этого хватит для того, чтобы напряжение холостого хода инвертора было в районе 60 вольт. После намотки её так же следует  залить смолой.

Схема однотактная и между половинками сердечника нужен немагнитный зазор. В моем случае для получения необходимого зазора под всеми кернами были установлены прокладки, обычный чек от банкомата.

Самый простой сварочный инвертор, немагнитный зазор в силовом трансформаторе

Далее трансформатор собирается, половинки сердечника надежно стягиваются, можно даже приклеить.

Самый простой сварочный инвертор, силовой трансформатор в сбореСамый простой сварочный инвертор, силовой трансформатор в сборе

Самый простой сварочный инвертор, силовой трансформатор в сборе

Трансформатор тока. Ферритовое колечко,проницаемость может быть от 1500 до 3000. Размеры моего кольца R18х8х6. Важно, чтобы оно было ферритовым, схожие кольца можно найти в некоторых импульсных блоках питания, они стоят по входу в качестве дросселя и на них как правило две обмотки. Желто-белые, зелено-синие кольца не подойдут, материал там иной.

Сначала сердечник изолируют, в моем случае каптноновым скотчем, затем мотают вторичную обмотку. Провод в лаковой изоляции, диаметр может быть от 0,25 до 0,5мм. Количество витков в моем случае 76.

Самый простой сварочный инвертор, трансформатор токаСамый простой сварочный инвертор, трансформатор тока

Далее обмотку нужно изолировать, можно просто залить эпоксидной смолой. Первичная обмотка - один виток из двух параллельных жил провода 1,20мм идущий к силовому трансформатору.

Самый простой сварочный инвертор, трансформатор токаСамый простой сварочный инвертор, трансформатор тока

Выходной выпрямитель классический для этой топологии. Два диода прямой и замыкающий, притом замыкающий нужен более мощный, но можно не заморачиватся и сразу воткнуть два диода типа 150EBU04 на 150 ампер с обратным напряжением 400 вольт. Диоды из этой линейки как правило применяют именно в сварочных инверторах. Диоды обязательно нужны ультра быстрые. Можно применить диодные сборки STTh30003.

Самый простой сварочный инвертор, STTh30003Самый простой сварочный инвертор, STTh30003

В каждом корпусе два независимых друг от друга ультра быстрых диода, каждый на 100 Ампер с обратным напряжением 300 вольт. Они даже лучше, чем 150EBU04 т.к. площадь подложки у них гораздо больше и толще. Соединение винтовое, что очень удобно.

Самый простой сварочный инвертор, STTh30003

Дроссель. Тут все не так однозначно и по факту дроссель довольно критичен Чем больше его индуктивность, тем хорошо будет зажигаться дуга даже при малых токах. По схеме дроссель на 40мкГн, его хватит, но уверенный розжиг дуги я получил при токах от 30 ампер и в принципе этого хватит.

Честно сказать для дросселя пробовал разные материалы - алсифер, неизвестные кольца которые по всей видимости применяются в качестве фильтра в частотных преобразователях и наконец сердечник набранный из трансформаторных пластин.

Наилучшим решением является применение сердечников из порошкового железа, они специально созданы для работы в качестве дросселя, но кольцо нужно приличных размеров, и их найти не так уж и просто и стоят они приличных денег. В итоге по совету коллеги Тимура, который ранее собирал данный сварочник, мой выбор остановился на пакете из железных трансформаторных пластин.

Самый простой сварочный инвертор, сердечник набранный из трансформаторных пластинСамый простой сварочный инвертор, Дроссель

Фишка в том, что сердечник фактически невозможно загнать в насыщение, то есть можно увеличить индуктивность и получить уверенный розжиг дуги при сварочных токах хоть 5 ампер, я понимаю, что на таких токах никто не варит, но все же.

Пакет собирал из того что было, в итоге сердечник получился с размерами 86х30х17мм. Пластины обмотал каптоноым скотчем, затем бумажный и намотал обмотку. Обмотка к сожалению алюминиевая, да медь лучше, но алюминиевый был в наличии. Обмотка намотана в три ряда, каждый ряд по 10-12 витков. После намотки каждого ряда обмотку покрывал лаком в несколько слоев и ставил изоляцию из ткани. Итоговая индуктивность дросселя около 80мкГн. Недостаток такого дросселя - большие размеры и вес, но в моем случае все получилось достаточно компактно, и даже умудрился зафиксировать его на плате. Выводы дросселя были обжаты медными луженными клеммами, ключевое слово луженными иначе такое соединение долго не проработает, будет перегреваться и окисляться.

Самый простой сварочный инвертор, готовый дроссельСамый простой сварочный инвертор, дроссель на плате

Входная часть. Диодный мост взят готовый, сборка KBPC3510, мост на 35 ампер, обратное напряжение 1000 вольт, устанавливается на радиатор.

Самый простой сварочный инвертор, KBPC3510Самый простой сварочный инвертор, KBPC3510 на плате

Силовое реле в схеме плавного пуска с катушкой 24 вольта, рассчитан на ток в 15-30 реальных ампер, если сварочник планируете на токи более 120 ампер, то реле желательно использовать именно 30-и амперное.

Самый простой сварочный инвертор, реле 30АСамый простой сварочный инвертор, реле 30А

Входные электролитические конденсаторы на 450 вольт, в моем случае 2штуки по 470мкФ, желательно установить три, хуже не будет. Подбирайте конденсаторы от хорошего производителя с минимально возможным внутренним сопротивлением.

Самый простой сварочный инвертор, конденсатор 470мкФ 450ВСамый простой сварочный инвертор, конденсатор 470мкФ 450В

Ограничительный резистор по входу желательно взять на 10 ватт, сопротивление от 10 до 30 Ом.

Самый простой сварочный инвертор, балластный резистор 10Вт 10Ом

Диоды VD7, VD8 и VD9 в схеме преобразователя нужны ультра быстрые, именно на тот ток и напряжение, которые по схеме.

Сборку конденсаторов я заменил одним, емкостью 0,33мкФ, конденсатор специального назначения созданный для работы в импульсных схемах, такие применяют в индукционных нагревателях. Обычные пленочные конденсаторы ставить сюда крайне не желательно.

Самый простой сварочный инвертор, конденсатор 0,33мФ 630ВСамый простой сварочный инвертор, конденсатор 0,33мФ 630В

Микросхема ШИМ у меня установлена на панельку для беспаячного монтажа, после полной наладки микросхему обязательно нужно запаять на плату.

Самый простой сварочный инвертор, UC3844Самый простой сварочный инвертор, UC3844

Силовые дорожки на плате просто залудить и усилить припоем не достаточно, нужно их армировать медным проводом.

Самый простой сварочный инвертор, усиление силовых дорожекСамый простой сварочный инвертор, усиление силовых дорожек

НАЛАДКА

Обязательно разряжайте входные конденсаторы перед началом наладочных работ!

Подаем сначала напряжение 24 вольт для управления, сетевое питания в тот момент отключено. Проверяем сигнал на затворе IGBT транзистора, к стати во время наладки можно использовать полевые транзисторы, я к примеру ставил IRF840, он слабый, но наладить схему можно. Транзистор обязательно должен быть установлен на радиаторе.

Проверяем наличие управляющих импульсов на затворе полевого ключа относительно массы питания, импульсы должны быть примерно с заполнением 45-47%, частототой около 30кГц, если они есть, то все нормально идем далее.

Первый запуск схемы делаем через страховочную лампу накаливания на 100 ватт. Схему управления желательно питать от отдельного внешнего источника питания на 24 вольта, отлично подходит лабораторный блок питания, притом родную систему питания можно исключить, повторюсь это только во время наладочных работ.

Нагрузочный резистор в схеме обратной связи по току заменяем на 10-и омный 1-2 ватт, это нужно, чтобы была возможность наладить схему при малых выходных токах.

Подключаем силу, то есть втыкаем вилку в розетку, лампа на момент вспыхнет, т.к. конденсаторы в начальный момент заряжаются достаточно большим током. Проверяем напряжение на выходе инвертора, оно должно быть около 60 вольт, напомню, что это напряжение холостого хода без выходной нагрузки. Регулятор тока ставим в минимальное положение.

Нагружаем инвертор, например нихромовой спиралью или лампочкой, нагрузку сначала даем небольшую, затем постепенно увеличиваем до тех пор, пока не сработает ограничение тока, то есть длительность управляющих импульсов резко не уменьшиться. Притом схема должна реагировать на вращение переменного резистора, длительность импульсов должна плавно меняться в зависимости от положения ползунка переменного резистора. Если этого не происходит, меняем местами концы вторичной обмотки трансформатора тока. Далее меняем страховочную лампу на более мощную (около 300 ватт).

Можно воткнуть более мощный полевой транзистор либо IGBT, но помните, что у нас по прежнему схема не до конца налажена. Сопротивление нагрузочного резистора можно уменьшить раза в два и повторяем то же самое, только на более больших токах. Можно попробовать инвертор на короткое замыкание при малых значениях тока, на этом этапе мы уже понимаем, что собрали сварку и можно разжечь небольшую дугу.

Если регулировка тока происходит в штатном режиме, то все сделано правильно. Помним о том, что инвертор без охлаждения и долго не балуемся.

Сейчас нам нужно привести инвертор в нормальное состояние. Только на этом этапе, после полной наладки схемы устанавливаем силовой IGBT транзистор. Радиаторы охлаждения целесообразно взять от процессоров ПК, они довольно добротные. Выходной выпрямитель у меня без изолирующей прокладки, термопаста имеется. А вот радиатор с силовым транзистором и одним из быстродействующих диодов, находятся на втором радиаторе и они обязательно должны быть изолированы теплопроводящей изоляционной прокладкой.

Самый простой сварочный инвертор, в сбореСамый простой сварочный инвертор, в сборе

Силовой трансформатор, дроссель и радиаторы нужно надежно зафиксировать. Трансформатор и дроссель достаточно затянуть пластиковыми хомутами, можно дополнительно приклеить их к плате.

Самый простой сварочный инвертор, в сбореСамый простой сварочный инвертор, в сборе

Радиаторы же желательно прикрутить к плате и обеспечить изоляцию друг от друга, чтобы они ни в коем случае не соприкасались во время вибраций или падений.

Очень важным моментом является охлаждение, не экономьте на вентиляторах, ставьте мощные высокооборотистые большого диаметра.

Правильно собранная схема во время работы не должна издавать свистов и шумов, если есть подобного рода проблемы, скорее всего проблема в трансформаторе, неправильный зазор, неверное количество витков или неправильная фазировка.

Самый простой сварочный инвертор, в сбореСамый простой сварочный инвертор, в сборе

Проверим напряжение холостого хода, видим,что оно около 60 вольт, притом если нагрузка отсутствует вращая регулятор выходное напряжение не меняется. Ток потребления системы управления на холостом ходу от источника 24 вольта всего 80мА, с учетом тока потребления катушки реле.

Нагружаем инвертор для проверки системы ограничения тока. Нагрузкой служит мощный реостат, сопротивление выставлено меньше пол ома. Ток должен регулироваться достаточно плавно. Выставляем минимальный ток и попробуем зажечь дугу. Берём двух миллиметровый электрод и попробуем поварить на токах около 50-70 Ампер.

Видео по сборке и наладке сварочного инвертора:

С уважением - АКА КАСЬЯН

cxema.org - Самый простой сварочный инвертор

Сварочный инвертор был разработан на популярном форуме человеком под ником тимвал, ветка до сих пор очень активна. Именно эта схема популярна по причине простоты. Мой вариант сварочного инвертора рассчитан на ток всего в 100 ампер, это мало, но для моих задач больше не нужно.

Самый простой сварочный инвертор, принципиальная схема

Схема представляет из себя однотактный прямоходовый инвертор всего на одном IGBT транзисторе IRG4PC50KD.

Самый простой сварочный инвертор, транзистор IRG4PC50KD

Инвертор состоит из нескольких частей:

  • Входной выпрямитель с накопительными конденсаторами и системой плавного пуска;
  • Системы управления с драйвером на основе комплементарной пары составных транзисторов средней мощности;
  • Силовая часть состоящая из IGBT транзистора и трансформатора;
  • Выходная часть, состоящая из дросселя с выпрямителем.

Сетевое напряжение выпрямляется входным диодным мостом KBPC3510

Самый простой сварочный инвертор, диодный мост KBPC3510Самый простой сварочный инвертор, диодный мост KBPC3510

и сглаживается ёмкими электролитами.

Самый простой сварочный инвертор, диодный мост KBPC3510Самый простой сварочный инвертор, диодный мост KBPC3510

Важно заметить, что питание в начальный момент времени поступает не напрямую, а через балластный резистор R12, это нужно для плавной зарядки конденсаторов, иначе бросок тока может вывести из строя входной диодный мост и выбить автоматы.

Одновременно питание от конденсаторов через другой балластный резистор R11 поступает на линию питания микросхемы ШИМ.

Сердцем схемы является ШИМ контроллер UC3844,

Самый простой сварочный инвертор, ШИМ контроллер UC3844

который работает на частоте около 30кГц, сигнал с микросхемы сначала поступает на драйвер, выполненный на транзисторах VT2 и VT3, а затем на силовой транзистор VT4.

Напряжение на конденсаторах растет, растет и питание микросхемы и как только оно дойдет до порогового значения, для UC3844 оно составляет около 16 вольт, микросхема начнет вырабатывать управляющие импульсы, что приведет к запуску всего инвертора.

Во вторичных обмотках трансформатора появиться напряжение, это приведет к тому, что сработает силовое реле К1 и своими контактами замкнёт балластный резистор R12, и сетевое напряжение будет поступать напрямую на схему. Планый запуск длиться всего пару секунд. После плавного запуска инвертор будет работать в штатном режиме. Выходное напряжение инвертора около 60 вольт, этого достаточно для нормального розжига дуги.

Если во время сварки вращать регулятор ограничения тока (резистор R3), моментально сработает система обратной связи (цепь, состоящая из токового трансформатора ТТ, диодов VD2-VD4, резисторов R5 и R7, конденсатора С4).

Токовый трансформатор намотан на тороидальном ферритовом сердечнике небольших размеров, он имеет две обмотки, первичная - всего один виток и вторичная.

Самый простой сварочный инвертор, трансформатор токаСамый простой сварочный инвертор, трансформатор тока

Самый простой сварочный инвертор, трансформатор токаСамый простой сварочный инвертор, трансформатор тока

Силовой трансформатор выполнен на сердечнке EPCOS E55/28/25 феррит №87.

Самый простой сварочный инвертор, EPCOS E55/28/25Самый простой сварочный инвертор, EPCOS E55/28/25

Сердечник был без каркаса, поэтому его пришлось сделать самому из мтеклотекстолита.

Самый простой сварочный инвертор, EPCOS E55/28/25 каркасСамый простой сварочный инвертор, EPCOS E55/28/25 каркас

Трансформатор имеет 4 обмотки:

  • сетевая;
  • вторичная силовая;
  • фиксирующая;
  • обмотка самозапитки для системы управления.

В моём варианте обмотка самозапитки не используется, взамен применен небольшой импульсный источник питания на 24 вольта с током 1-1,5 Ампера.

Самый простой сварочный инвертор, импульсный источник питания 24В 1,5А

Начала всех обмоток на схеме указаны точками, я советую промаркировать начало намотки, например одевая на обмотку красную термоусадку, чтобы потом не гадать где начала, а где концы намоток.

В самом начале мотается сетевая обмотка, но не полностью, а по частям. В моем случае для намотки этой обмотки был использован провод диаметром 1,20мм 25 витков. Провод нужно уложить равномерно, виток к витку.

Самый простой сварочный инвертор, первичная обмотка силового трансформатораСамый простой сварочный инвертор, первичная обмотка силового трансформатора

Затем обмотка изолируется, но перед этим заливается эпоксидной смолой. Смола будет заполнять все пустоты. Т.к. из-за сильных магнитных полей в трансформаторе будут образоваться вибрации и изоляция провода со временем может пострадать, а со смолой обмотка будет полностью неподвижной.

Ставим изоляцию каптоновым термостойким скотчем и мотаем остальную часть первичной обмотки. Количество витков, провод и направление намотки тоже самое.

Опять все заливаем смолой, а поверх ставим изоляцию. Позже, уже на плате концы этих обмоток соединяются параллельно.

Самый простой сварочный инвертор, первичная обмотка силового трансформатораСамый простой сварочный инвертор, первичная обмотка силового трансформатора

После мотаем фиксирующую обмотку, диаметр провода 0,5мм. Количество витков 25-26, то есть тоже самое, что и в случае первичной обмотки. Эта обмотка намотана так, чтобы провод попадал между витками первичной обмотки. Фиксирующая обмотка равномерно растянута по всему каркасу. Аналогичным образом поступаем и с этой обмоткой, смола, изоляция. К стати ранее я ставил изоляцию в 2-3 слоя, а после намотки фиксирующей обмотки изоляция нужна более серьезная, слоя 4-5.

Ну и наконец силовая обмотка, самая трудоемкая. Ее можно намотать медной шиной либо что еще лучше - лентой. Наиболее эффективно работает литцендрат — провод, который состоит из большого количества параллельных тонких изолированных друг от друга проводов, такая намотка делается для минимизации влияния скин эффекта. Но при частотах в 30кГц, этот эффект не столь ощутимый, поэтому при большом желании можно взять пару тройку медных проводов большого диаметра, но такой провод очень трудно уложить, поэтому мой выбор остановился на литцендрате.

Обмотка состоит из 100 параллельных жил провода 0,5мм. Скручиваем все это дело дрелью и покрываем дополнительной изоляцией, опят же каптоновый скотч.

Самый простой сварочный инвертор, литцендрат, состоит из 100 параллельных жил провода 0,5ммСамый простой сварочный инвертор, литцендрат, состоит из 100 параллельных жил провода 0,5мм

Количество витков всего 9, по расчетам этого хватит для того, чтобы напряжение холостого хода инвертора было в районе 60 вольт. После намотки её так же следует  залить смолой.

Схема однотактная и между половинками сердечника нужен немагнитный зазор. В моем случае для получения необходимого зазора под всеми кернами были установлены прокладки, обычный чек от банкомата.

Самый простой сварочный инвертор, немагнитный зазор в силовом трансформаторе

Далее трансформатор собирается, половинки сердечника надежно стягиваются, можно даже приклеить.

Самый простой сварочный инвертор, силовой трансформатор в сбореСамый простой сварочный инвертор, силовой трансформатор в сборе

Самый простой сварочный инвертор, силовой трансформатор в сборе

Трансформатор тока. Ферритовое колечко,проницаемость может быть от 1500 до 3000. Размеры моего кольца R18х8х6. Важно, чтобы оно было ферритовым, схожие кольца можно найти в некоторых импульсных блоках питания, они стоят по входу в качестве дросселя и на них как правило две обмотки. Желто-белые, зелено-синие кольца не подойдут, материал там иной.

Сначала сердечник изолируют, в моем случае каптноновым скотчем, затем мотают вторичную обмотку. Провод в лаковой изоляции, диаметр может быть от 0,25 до 0,5мм. Количество витков в моем случае 76.

Самый простой сварочный инвертор, трансформатор токаСамый простой сварочный инвертор, трансформатор тока

Далее обмотку нужно изолировать, можно просто залить эпоксидной смолой. Первичная обмотка - один виток из двух параллельных жил провода 1,20мм идущий к силовому трансформатору.

Самый простой сварочный инвертор, трансформатор токаСамый простой сварочный инвертор, трансформатор тока

Выходной выпрямитель классический для этой топологии. Два диода прямой и замыкающий, притом замыкающий нужен более мощный, но можно не заморачиватся и сразу воткнуть два диода типа 150EBU04 на 150 ампер с обратным напряжением 400 вольт. Диоды из этой линейки как правило применяют именно в сварочных инверторах. Диоды обязательно нужны ультра быстрые. Можно применить диодные сборки STTh30003.

Самый простой сварочный инвертор, STTh30003Самый простой сварочный инвертор, STTh30003

В каждом корпусе два независимых друг от друга ультра быстрых диода, каждый на 100 Ампер с обратным напряжением 300 вольт. Они даже лучше, чем 150EBU04 т.к. площадь подложки у них гораздо больше и толще. Соединение винтовое, что очень удобно.

Самый простой сварочный инвертор, STTh30003

Дроссель. Тут все не так однозначно и по факту дроссель довольно критичен Чем больше его индуктивность, тем хорошо будет зажигаться дуга даже при малых токах. По схеме дроссель на 40мкГн, его хватит, но уверенный розжиг дуги я получил при токах от 30 ампер и в принципе этого хватит.

Честно сказать для дросселя пробовал разные материалы - алсифер, неизвестные кольца которые по всей видимости применяются в качестве фильтра в частотных преобразователях и наконец сердечник набранный из трансформаторных пластин.

Наилучшим решением является применение сердечников из порошкового железа, они специально созданы для работы в качестве дросселя, но кольцо нужно приличных размеров, и их найти не так уж и просто и стоят они приличных денег. В итоге по совету коллеги Тимура, который ранее собирал данный сварочник, мой выбор остановился на пакете из железных трансформаторных пластин.

Самый простой сварочный инвертор, сердечник набранный из трансформаторных пластинСамый простой сварочный инвертор, Дроссель

Фишка в том, что сердечник фактически невозможно загнать в насыщение, то есть можно увеличить индуктивность и получить уверенный розжиг дуги при сварочных токах хоть 5 ампер, я понимаю, что на таких токах никто не варит, но все же.

Пакет собирал из того что было, в итоге сердечник получился с размерами 86х30х17мм. Пластины обмотал каптоноым скотчем, затем бумажный и намотал обмотку. Обмотка к сожалению алюминиевая, да медь лучше, но алюминиевый был в наличии. Обмотка намотана в три ряда, каждый ряд по 10-12 витков. После намотки каждого ряда обмотку покрывал лаком в несколько слоев и ставил изоляцию из ткани. Итоговая индуктивность дросселя около 80мкГн. Недостаток такого дросселя - большие размеры и вес, но в моем случае все получилось достаточно компактно, и даже умудрился зафиксировать его на плате. Выводы дросселя были обжаты медными луженными клеммами, ключевое слово луженными иначе такое соединение долго не проработает, будет перегреваться и окисляться.

Самый простой сварочный инвертор, готовый дроссельСамый простой сварочный инвертор, дроссель на плате

Входная часть. Диодный мост взят готовый, сборка KBPC3510, мост на 35 ампер, обратное напряжение 1000 вольт, устанавливается на радиатор.

Самый простой сварочный инвертор, KBPC3510Самый простой сварочный инвертор, KBPC3510 на плате

Силовое реле в схеме плавного пуска с катушкой 24 вольта, рассчитан на ток в 15-30 реальных ампер, если сварочник планируете на токи более 120 ампер, то реле желательно использовать именно 30-и амперное.

Самый простой сварочный инвертор, реле 30АСамый простой сварочный инвертор, реле 30А

Входные электролитические конденсаторы на 450 вольт, в моем случае 2штуки по 470мкФ, желательно установить три, хуже не будет. Подбирайте конденсаторы от хорошего производителя с минимально возможным внутренним сопротивлением.

Самый простой сварочный инвертор, конденсатор 470мкФ 450ВСамый простой сварочный инвертор, конденсатор 470мкФ 450В

Ограничительный резистор по входу желательно взять на 10 ватт, сопротивление от 10 до 30 Ом.

Самый простой сварочный инвертор, балластный резистор 10Вт 10Ом

Диоды VD7, VD8 и VD9 в схеме преобразователя нужны ультра быстрые, именно на тот ток и напряжение, которые по схеме.

Сборку конденсаторов я заменил одним, емкостью 0,33мкФ, конденсатор специального назначения созданный для работы в импульсных схемах, такие применяют в индукционных нагревателях. Обычные пленочные конденсаторы ставить сюда крайне не желательно.

Самый простой сварочный инвертор, конденсатор 0,33мФ 630ВСамый простой сварочный инвертор, конденсатор 0,33мФ 630В

Микросхема ШИМ у меня установлена на панельку для беспаячного монтажа, после полной наладки микросхему обязательно нужно запаять на плату.

Самый простой сварочный инвертор, UC3844Самый простой сварочный инвертор, UC3844

Силовые дорожки на плате просто залудить и усилить припоем не достаточно, нужно их армировать медным проводом.

Самый простой сварочный инвертор, усиление силовых дорожекСамый простой сварочный инвертор, усиление силовых дорожек

НАЛАДКА

Обязательно разряжайте входные конденсаторы перед началом наладочных работ!

Подаем сначала напряжение 24 вольт для управления, сетевое питания в тот момент отключено. Проверяем сигнал на затворе IGBT транзистора, к стати во время наладки можно использовать полевые транзисторы, я к примеру ставил IRF840, он слабый, но наладить схему можно. Транзистор обязательно должен быть установлен на радиаторе.

Проверяем наличие управляющих импульсов на затворе полевого ключа относительно массы питания, импульсы должны быть примерно с заполнением 45-47%, частототой около 30кГц, если они есть, то все нормально идем далее.

Первый запуск схемы делаем через страховочную лампу накаливания на 100 ватт. Схему управления желательно питать от отдельного внешнего источника питания на 24 вольта, отлично подходит лабораторный блок питания, притом родную систему питания можно исключить, повторюсь это только во время наладочных работ.

Нагрузочный резистор в схеме обратной связи по току заменяем на 10-и омный 1-2 ватт, это нужно, чтобы была возможность наладить схему при малых выходных токах.

Подключаем силу, то есть втыкаем вилку в розетку, лампа на момент вспыхнет, т.к. конденсаторы в начальный момент заряжаются достаточно большим током. Проверяем напряжение на выходе инвертора, оно должно быть около 60 вольт, напомню, что это напряжение холостого хода без выходной нагрузки. Регулятор тока ставим в минимальное положение.

Нагружаем инвертор, например нихромовой спиралью или лампочкой, нагрузку сначала даем небольшую, затем постепенно увеличиваем до тех пор, пока не сработает ограничение тока, то есть длительность управляющих импульсов резко не уменьшиться. Притом схема должна реагировать на вращение переменного резистора, длительность импульсов должна плавно меняться в зависимости от положения ползунка переменного резистора. Если этого не происходит, меняем местами концы вторичной обмотки трансформатора тока. Далее меняем страховочную лампу на более мощную (около 300 ватт).

Можно воткнуть более мощный полевой транзистор либо IGBT, но помните, что у нас по прежнему схема не до конца налажена. Сопротивление нагрузочного резистора можно уменьшить раза в два и повторяем то же самое, только на более больших токах. Можно попробовать инвертор на короткое замыкание при малых значениях тока, на этом этапе мы уже понимаем, что собрали сварку и можно разжечь небольшую дугу.

Если регулировка тока происходит в штатном режиме, то все сделано правильно. Помним о том, что инвертор без охлаждения и долго не балуемся.

Сейчас нам нужно привести инвертор в нормальное состояние. Только на этом этапе, после полной наладки схемы устанавливаем силовой IGBT транзистор. Радиаторы охлаждения целесообразно взять от процессоров ПК, они довольно добротные. Выходной выпрямитель у меня без изолирующей прокладки, термопаста имеется. А вот радиатор с силовым транзистором и одним из быстродействующих диодов, находятся на втором радиаторе и они обязательно должны быть изолированы теплопроводящей изоляционной прокладкой.

Самый простой сварочный инвертор, в сбореСамый простой сварочный инвертор, в сборе

Силовой трансформатор, дроссель и радиаторы нужно надежно зафиксировать. Трансформатор и дроссель достаточно затянуть пластиковыми хомутами, можно дополнительно приклеить их к плате.

Самый простой сварочный инвертор, в сбореСамый простой сварочный инвертор, в сборе

Радиаторы же желательно прикрутить к плате и обеспечить изоляцию друг от друга, чтобы они ни в коем случае не соприкасались во время вибраций или падений.

Очень важным моментом является охлаждение, не экономьте на вентиляторах, ставьте мощные высокооборотистые большого диаметра.

Правильно собранная схема во время работы не должна издавать свистов и шумов, если есть подобного рода проблемы, скорее всего проблема в трансформаторе, неправильный зазор, неверное количество витков или неправильная фазировка.

Самый простой сварочный инвертор, в сбореСамый простой сварочный инвертор, в сборе

Проверим напряжение холостого хода, видим,что оно около 60 вольт, притом если нагрузка отсутствует вращая регулятор выходное напряжение не меняется. Ток потребления системы управления на холостом ходу от источника 24 вольта всего 80мА, с учетом тока потребления катушки реле.

Нагружаем инвертор для проверки системы ограничения тока. Нагрузкой служит мощный реостат, сопротивление выставлено меньше пол ома. Ток должен регулироваться достаточно плавно. Выставляем минимальный ток и попробуем зажечь дугу. Берём двух миллиметровый электрод и попробуем поварить на токах около 50-70 Ампер.

Видео по сборке и наладке сварочного инвертора:

С уважением - АКА КАСЬЯН

Сделай сам простейший инверт без транзисторов своими руками
Вам нужно всего два компонента, чтобы собрать простейший инвертор, преобразующий постоянный ток 12 В в 220 В переменного тока.
Простейший инверт без транзисторов
Абсолютно никаких дорогих или дефицитных элементов или деталей. Все можно собрать за 5 минут! Даже паять не надо! Скрутил проволокой и все.

Что понадобиться для инвертора?


  • Трансформатор от приемника, магнитофона, центра и т.п. Одна обмотка сетевая на 220 В, другая на 12 В.
  • Реле на 12 В. Такие много где используются.
  • Провода для подключения.
  • Нагрузка в виде лампочки.

Простейший инверт без транзисторов
Простейший инверт без транзисторов

Сборка инвертора


Все сводиться к тому, чтобы подключить реле и трансформатор следующим образом. Первым делом на сетевую обмотку трансформатора накидываем нагрузку в виде светодиодной лампочки - это будет выход инвертора.
Затем низковольтную обмотку подключаем параллельно реле. Теперь один контакт идет на питание к аккумулятору, а второй подключаем к другому контакту аккумулятора, но только через замкнутый контакт реле. Плюс или минус значения не имеет.
Простейший инверт без транзисторов
Простейший инверт без транзисторов
Простейший инверт без транзисторов
Все! Ваш инвертер готов! Супер просто!
Подключаем к аккумулятору - он у нас в роли источника на 12 В и лампа на 220 В начинает светиться. При этом вы слышите писк реле.
Простейший инверт без транзисторов
Простейший инверт без транзисторов

Как же работает этот инвертер?


Все очень просто: когда вы подключаете питание все напряжение идет через замкнутые контакты на реле. Реле срабатывает и контакты размыкаются. В результате питание реле отключается и оно приводит контакты обратно на замкнутые. В результате чего цикл повторяется. А так как параллельно реле подключен повышающий трансформатор, мощные импульсы постоянного включения-выключения подаются ему и преобразуются в переменный высоковольтный ток. Частота такого преобразователя колеблется в пределах 60-70 Гц.
Конечно, такой инвертор не долговечен - рано или поздно реле выйдет из строя, но не жалко - оно стоит копейки или вообще бесплатно, если взять старое. А выходное напряжение по роду тока и разбросу просто ужасно. Но этот простейший преобразователь может вас выручить в какой-нибудь серьезной ситуации.

Смотрите видео изготовления инвертора


Клуб электроники - Транзисторные схемы

Клуб электроники - Транзисторные схемы - функциональная модель, база, коллектор, излучатель, использование в качестве переключателя, инвертора, пары Дарлингтона Electronics Club

Типы | Токи | Функциональная модель | Использование в качестве переключателя | выход IC | Датчики | Инвертор | Дарлингтон пара

Следующая страница: Емкость

См. Также: Транзисторы

На этой странице объясняется работа транзисторов в простых цепях, в основном их использование в качестве переключателей.Практические вопросы, такие как тестирование, меры предосторожности при пайке и идентификация выводов, охватываются страница транзисторов.

Типы транзисторов

Существует два типа стандартных (биполярных переходов) транзисторов, NPN и PNP , с различными символами цепи. Буквы относятся к слоям полупроводникового материала, используемого для изготовления транзистора. Большинство транзисторов, используемых сегодня, являются NPN, потому что это самый простой тип для изготовления из кремния. Эта страница в основном посвящена NPN-транзисторам, и новичкам следует изначально сосредоточиться на этом типе.

Выводы имеют маркировку , основание (B), коллектор , (C) и излучатель , (E). Эти термины относятся к внутренней работе транзистора, но они не очень помогите понять, как используется транзистор, поэтому просто относитесь к ним как к меткам.

NPN and PNP transistor symbols

Символы схемы транзистора

Пара Дарлингтона - это два транзистора, соединенных вместе дать очень высокий ток усиления.

В дополнение к стандартным (биполярным переходам) транзисторам существуют полевых транзисторов , которые обычно называют полевых транзисторов с.Они имеют разные символы схемы и свойства, и они не охватываются этой страницей.

Rapid Electronics: транзисторы

MECControl

Ток транзистора

На схеме показаны две пути тока через транзистор.

Малый базовый ток контролирует больший ток коллектора .

Когда переключатель замкнут , небольшой ток течет в базу (B) транзистор. Этого достаточно, чтобы светодиод B светился тускло.Транзистор усиливается этот маленький ток, чтобы позволить большему току течь через его коллектор (C) к его излучателю (E). Этот ток коллектора достаточно велик, чтобы светодиод C светился ярко.

Когда переключатель разомкнут ток базы не протекает, поэтому транзистор отключается коллектор тока. Оба светодиода выключены.

Вы можете построить эту схему с двумя стандартными 5-миллиметровыми красными светодиодами и любым обычным маломощным NPN-транзистор (например, BC108, BC182 или BC548).Это хороший способ проверить транзистор и убедиться, что он работает.

Транзистор усиливает ток и может использоваться в качестве переключателя, как описано на этой странице.

С подходящими резисторами (и конденсаторами для переменного тока) транзистор может усиливать напряжение, такое как аудиосигнал но этот сайт пока не освещен.

transistor currents
Common Emitter Mode

Это устройство, в котором излучатель (E) находится в цепи управления (базовый ток) а в управляемой цепи (ток коллектора) называется общим эмиттером режима .Это наиболее широко используемая схема для транзисторов, поэтому ее следует изучить в первую очередь.



Функциональная модель NPN-транзистора

Работа транзистора сложно объяснить и понять с точки зрения его внутренней структуры. Полезнее использовать эту функциональную модель.

  • Соединение база-эмиттер ведет себя как диод.
  • А базовый ток I B протекает только при напряжении V BE через переход база-эмиттер равен 0.7В или больше.
  • Малый базовый ток I B контролирует большой ток коллектора Ic варьируя сопротивление R CE .
  • Ic = h FE × I B (если транзистор не включен и не насыщен). h FE - коэффициент усиления по току (строго коэффициент усиления по постоянному току), типичное значение для h FE равно 100 (это соотношение, поэтому оно не имеет единиц измерения).
  • Сопротивление коллектора-эмиттера R CE контролируется током базы I B :
    I B = 0 , R CE = бесконечность, транзистор выключен
    I B малый , R CE уменьшен, транзистор частично включен
    I B увеличено , R CE = 0, транзистор включен («насыщен»)
Functional model of NPN transistor
Дополнительные примечания:
  • Ток базы I B должен быть ограничен во избежание повреждения транзистора и резистор может быть соединен последовательно с базой.
  • Транзисторы имеют максимальный ток коллектора по току Ic.
  • Коэффициент усиления по току h FE может широко варьироваться , даже для транзисторов одного типа!
  • Транзистор, заполненный на (с R CE = 0), называется « насыщен ».
  • При насыщении транзистора напряжение коллектор-эмиттер V CE уменьшается почти до 0 В.
  • Когда транзистор насыщен, ток коллектора Ic определяется напряжением питания и внешним сопротивлением в цепи коллектора, а не усиление тока транзистора.В результате соотношение Ic / I B для насыщенного транзистора меньше коэффициента усиления по току h FE .
  • Ток эмиттера I E = Ic + I B , но Ic намного больше, чем I B , поэтому примерно I E = Ic.

Использование транзистора в качестве переключателя

Если транзистор используется в качестве переключателя, он должен быть либо ВЫКЛ , либо полностью ВКЛ . Он никогда не должен быть частично включен (со значительным сопротивлением между C и E), потому что в В этом состоянии транзистор может перегреваться и разрушаться.

В полностью включенном состоянии напряжение V CE на транзисторе практически равно нулю, а транзистор называется насыщенным , потому что он не может больше пропускать ток коллектора Ic.

Устройство, переключаемое транзистором, называется нагрузкой .

При выборе транзистора для использования в качестве переключателя необходимо учитывать максимальный ток коллектора Ic (макс.) и его минимальное усиление тока ч. FE (мин.) . Номинальное напряжение транзистора можно игнорировать для напряжений питания менее 15 В.

transistor and load Технические данные транзистора

Большинство поставщиков предоставляют данные о транзисторах, которые они продают, например Rapid Electronics.

Мощность, развиваемая в переключающем транзисторе, должна быть очень маленькой

Мощность, развиваемая в транзисторе, отображается как нагрев и транзистор будет разрушен, если он станет слишком горячим. Это не должно быть проблемой для транзистора, используемого в качестве переключателя, если он был выбран и настроен правильно, потому что сила, развиваемая внутри, будет очень мала.

Мощность (тепло), развиваемая в транзисторе:

Мощность = Ic × V CE

  • Когда ВЫКЛ : Ic равен нулю, поэтому мощность равна нулю .
  • При полном включении : V CE практически равен нулю, поэтому мощность очень мала .
Реле будет лучше, чем транзисторный переключатель?

Транзисторы не могут переключать переменное или высокое напряжение (например, сетевое электричество), и они обычно не является хорошим выбором для переключения больших токов (> 5А).Реле подходят для всех этих ситуаций, но учтите, что транзистор малой мощности все еще может потребоваться для переключения тока для катушки реле. Для получения дополнительной информации, в том числе о преимуществах и недостатках, пожалуйста, смотрите страницу реле.

Защитный диод для нагрузок с катушкой, таких как реле и двигатели

Если транзистор переключает нагрузку с катушкой, такой как двигатель или реле, диод должен быть подключен через нагрузку, чтобы защитить транзистор от кратковременное высокое напряжение, возникающее при выключении нагрузки.

На схеме показано, как защитный диод подключен «назад» через нагрузку, в данном случае это катушка реле.

Сигнальный диод, такой как 1N4148, подходит для этого.

Protection diode for a relay
Зачем нужен защитный диод?

Ток, протекающий через катушку, создает магнитное поле, которое внезапно падает когда ток отключен. Внезапный коллапс магнитного поля вызывает короткое высокое напряжение на катушке, которое может повредить транзисторы и ИС.Защитный диод позволяет индуцированному напряжению пропускать короткий ток через катушку (и диод), поэтому магнитное поле исчезает быстрее, чем мгновенно. Это мешает индуцированное напряжение становится достаточно высоким, чтобы вызвать повреждение транзисторов и микросхем.


Не хватает денег для ваших проектов в области электроники? Продайте свой старый iPhone, iPad, MacBook или другое устройство Apple: macback.co.uk


Подключение транзистора к выходу включения / выключения цифровой микросхемы

Большинство микросхем не могут подавать большие выходные токи, поэтому может потребоваться использование транзистора переключать больший ток, необходимый для таких устройств, как лампы, двигатели и реле.ИС таймера 555 необычна тем, что может подавать относительно большой ток до 200 мА, достаточно для многих реле и других нагрузок без использования транзистора.

Базовый резистор ограничивает ток, протекающий в базу транзистора, чтобы предотвратить его повреждение но он также должен позволять достаточному току базы течь, чтобы гарантировать, что транзистор полностью насыщен при включении.

Транзистор, который не полностью насыщен при включении, может перегреться и разрушиться, особенно если транзистор переключает большой ток (> 100 мА).

В следующем разделе объясняется, как выбрать транзистор и базовый резистор для обеспечения полного насыщения.

Переключение нагрузки с другим напряжением питания

Транзистор можно использовать для включения микросхемы, подключенной к источнику низкого напряжения (например, 5 В) переключать ток для нагрузки с отдельным источником постоянного тока (например, 12 В).

Два источника питания должны быть связаны. Обычно их 0В соединения связаны и NPN транзистор используется на выходе IC. Однако, если на выходе IC используется транзистор PNP, положительные (+) соединения из поставок должны быть связаны вместо этого.

Выбор транзистора и базового резистора для цифрового выхода IC

Следуйте этому пошаговому руководству, чтобы выбрать подходящий транзистор для подключения к выходу вкл / выкл цифровой ИС (логический элемент, счетчик, PIC, микроконтроллер и т. д.) для переключения нагрузки, такой как лампа, двигатель или реле. Данные о транзисторах доступны от большинства поставщиков, например, см. Rapid Electronics.

1. Выберите правильный тип транзистора, NPN или PNP

Хотите ли вы, чтобы нагрузка включалась при высоком выходе IC? Или когда это или низкий?

  • Для включения, когда выходной сигнал IC 900 900, используйте NPN-транзистор .
  • Для включения при низком выходе IC 9009 используйте PNP-транзистор .
Транзисторы NPN и PNP

подключены по-разному, как показано на диаграммах ниже, но необходимые расчеты и свойства одинаковы для обоих типов транзисторов.

NPN transistor switch

Транзисторный выключатель NPN
нагрузка включается, когда выходной сигнал IC

высокий

PNP transistor switch

Транзисторный переключатель PNP
нагрузка включается, когда выходной сигнал IC низкий

2.Узнайте напряжение питания (и) и свойства нагрузки.

Для определения требуемых свойств транзистора необходимо знать следующие значения:

  • Vs = напряжение питания нагрузки.
  • R L = сопротивление нагрузки (например, сопротивление катушки реле).
  • Ic = ток нагрузки (= Vs / R L ).
  • Максимальный выходной ток от IC - проверьте таблицу данных IC. Если вы не можете найти эту информацию, примите низкое значение, например 5 мА.
  • Vc = напряжение питания IC (обычно это Vs, но оно будет другим, если IC и нагрузка имеют раздельные источники питания).

Примечание: не путайте микросхему (интегральную схему) с Ic (ток коллектора).

3. Отработать необходимые свойства транзистора

Выберите транзистор правильного типа (NPN или PNP из шага 1), чтобы удовлетворить следующие требования:

  • Максимальный ток коллектора транзистора Ic (макс.) должен быть больше тока нагрузки:
    Ic (макс.)> Напряжение питания против
    сопротивление нагрузки R L
  • Минимальное усиление тока транзистора ч FE (мин) должно быть не менее 5 умноженный на ток нагрузки Ic, деленный на максимальный выходной ток от IC.
    ч FE (мин)> 5 × ток нагрузки Ic
    макс. IC ток
4. Определите значение для базового резистора R B

Базовый резистор (R B ) должен пропускать ток, достаточный для обеспечения работы транзистора. Полностью насыщенный при включении, и хорошо сделать базовый ток (I B ) примерно в пять раз значение, которое просто насыщает транзистор.Используйте формулу ниже, чтобы найти подходящее сопротивление для R B и выберите ближайшее стандартное значение.

R B = 0,2 × R L × ч FE (см. Примечание)

Примечание: Где IC и нагрузка имеют разные напряжения питания, например 5 В для IC но 12 В для нагрузки используйте формулу ниже для R B :

R B = Vc × h FE где Vc - напряжение питания микросхемы
5 × Ic
5.Проверьте, нужен ли вам защитный диод

Если нагрузка включается и выключается двигателем, реле или соленоидом (или любым другим устройством с катушкой) a диод должен быть подключен через нагрузку, чтобы защитить транзистор от короткого замыкания высокое напряжение возникает при отключении нагрузки. Обратите внимание, что диод подключен «назад», как показано на диаграммах выше.

Пример

Выход от CMOS серии 4000 необходим для работы реле с 100 ohm катушка, включается, когда выходной сигнал IC высокий.Напряжение питания составляет 6 В для микросхемы и нагрузки. IC может обеспечить максимальный ток 5 мА.

  • NPN-транзистор требуется, потому что катушка реле должна быть включена, когда выходной сигнал IC высокий.
  • Ток нагрузки = Vs / R L = 6/100 = 0,06 А = 60 мА, поэтому транзистор должен иметь Ic (макс.)> 60 мА .
  • Максимальный ток от ИС составляет 5 мА, поэтому транзистор должен иметь ч. FE (мин.)> 60 . (5 × 60 мА / 5 мА).
  • Выберите маломощный транзистор общего назначения BC182 с Ic (макс.) = 100 мА и ч FE (мин) = 100 .
  • R B = 0,2 × R L × ч FE = 0,2 × 100 × 100 = 2000 ohm, поэтому выберите R B = 1k8 или 2k2 .
  • Для катушки реле требуется защитный диод .

Rapid Electronics: транзисторы


Использование транзистора в качестве переключателя с датчиками

На диаграммах ниже показано, как подключить LDR (датчик освещенности) к транзистору, чтобы светочувствительный выключатель на светодиоде.Есть две версии, одна включается в темноте, другая при ярком свете. Переменный резистор регулирует чувствительность. Любой универсальный маломощный транзистор можно использовать для переключения светодиода.

Если транзистор переключает нагрузку с помощью катушки (например, двигателя или реле) вместо светодиода, необходимо включить защитный диод через нагрузку.

Если переменный резистор находится между + Vs и базой, вы должны добавить резистор с фиксированным значением как минимум 1k ohm (10k ohm в приведенном ниже примере) для защиты транзистора, когда переменный резистор уменьшен до нуля, в противном случае чрезмерное основание ток разрушит транзистор.

transistor and LDR circuit 1

Светодиод горит, когда LDR темный

transistor and LDR circuit 2

Светодиод горит, когда LDR ярких

Обратите внимание, что действие переключения этих простых цепей не особенно хорошо, потому что будет будет промежуточной яркостью, когда транзистор будет частично на (не насыщен). В этом состоянии транзистор может перегреться, если он не переключает небольшой ток. Нет проблем с малым током светодиода, но больший ток для лампы, двигателя или реле может вызвать перегрев.

Другие датчики, такие как термистор, может использоваться с этими цепями, но для них может потребоваться другой переменный резистор. Вы можете определить приблизительное значение для переменного резистора (Rv), используя мультиметр, чтобы найти минимальные и максимальные значения сопротивления датчика (Rmin и Rmax), а затем с помощью этой формулы:

Переменное значение резистора:
Rv = квадратный корень из (Rmin × Rmax)

Например, LDR: Rmin = 100 ohm, Rmax = 1М ohm, поэтому Rv = квадратный корень из (100 × 1M) = 10k ohm.

Вы можете сделать намного лучшую цепь переключения с датчиками, подключенными к подходящему IC (чип). Действие переключения будет намного более резким без частичного включения.



А транзисторный инвертор (НЕ затвор)

transistor inverter circuit

Дарлингтон пара

Пара Дарлингтона - это два транзистора, соединенных вместе, так что усиливается ток, усиленный первым далее по второму транзистору.

Пара ведет себя как один транзистор с очень высоким коэффициентом усиления тока, так что для включения пары требуется только небольшой базовый ток.

Коэффициент усиления по току пары Дарлингтона (h FE ) равен двум отдельным коэффициентам усиления (h FE1 и h FE2 ), умноженные вместе - это дает паре очень высокий коэффициент усиления по току, например, 10000.

Коэффициент усиления по паре Дарлингтона:
ч FE = ч FE1 × h FE2

Обратите внимание, что для включения пары Дарлингтона должно быть 0,7 В на обоих переходах база-эмиттер, которые соединены последовательно так 1.4В требуется для включения .

Rapid Electronics: Транзисторы Дарлингтона

Darlington pair
транзисторов Дарлингтона

пар Дарлингтона доступны в виде «транзистора Дарлингтона» с тремя выводами (В, С и Е) эквивалентно стандартному транзистору.

Вы также можете создать свою собственную пару Дарлингтона из двух обычных транзисторов. TR1 может быть типом малой мощности, но TR2, возможно, должен быть высокой мощности. Максимальный ток коллектора Ic (max) для пары такой же, как Ic (max) для TR2.

Схема с сенсорным переключателем

Пара Дарлингтона достаточно чувствительна, чтобы реагировать на небольшой ток, проходящий мимо Ваша кожа и его можно использовать для создания сенсорного переключателя , как показано на схеме.

Для этой схемы, которая просто зажигает светодиод, два транзистора могут быть любыми Назначение маломощных транзисторов.

100k ohm Резистор защищает транзисторы, если контакты связаны с куском провода.

touch switch circuit

Схема сенсорного выключателя


Rapid Electronics любезно позволил мне использовать их изображения на этом сайте, и я очень благодарен за их поддержку.Они снабжают широкий спектр компонентов, инструментов и материалов для электроники, и я рад рекомендовать их в качестве поставщика.


Следующая страница: Емкость | Исследование


Политика конфиденциальности и файлы cookie

Этот сайт не собирает личную информацию. Если вы отправите электронное письмо, ваш адрес электронной почты и любая личная информация будет используется только для ответа на ваше сообщение, оно не будет передано никому другому. Этот сайт отображает рекламу, если вы нажмете на рекламодатель может знать, что вы пришли с этого сайта, и я могу быть вознагражден.Никакая личная информация не передается рекламодателям. Этот веб-сайт использует некоторые файлы cookie, классифицируемые как «строго необходимые», они необходимы для работы веб-сайта и не могут быть отклонены, но не содержат никакой личной информации. Этот веб-сайт использует службу Google AdSense, которая использует файлы cookie для показа рекламных объявлений, основанных на использовании вами веб-сайтов. (включая этот), как объяснено Google. Чтобы узнать, как удалять и контролировать куки из вашего браузера, пожалуйста, посетите AboutCookies.org.

Клуб электроники.информация © Джон Хьюз 2020

Сайт размещен на Tsohost

,
транзисторов - learn.sparkfun.com
Избранные любимец 73

Приложения I: Коммутаторы

Одним из наиболее фундаментальных применений транзистора является его использование для управления потоком энергии в другой части цепи - использование его в качестве электрического выключателя. Приводя его в режим отсечки или насыщения, транзистор может создавать двоичный эффект включения / выключения переключателя.

Транзисторные переключатели являются критически важными блоками для построения схем они используются для создания логических элементов, которые продолжают создавать микроконтроллеры, микропроцессоры и другие интегральные схемы.Ниже приведены несколько примеров схем.

Транзисторный выключатель

Давайте рассмотрим наиболее фундаментальную схему транзисторного переключателя: NPN-переключатель. Здесь мы используем NPN для управления мощным светодиодом:

Наш управляющий вход поступает в базу, выход связан с коллектором, а излучатель поддерживается на постоянном напряжении.

Хотя для нормального переключателя требуется физическое переключение привода, этот переключатель управляется напряжением на контакте базы. Вывод ввода-вывода микроконтроллера, как и на Arduino, можно запрограммировать на высокий или низкий уровень для включения или выключения светодиода.

Когда напряжение на базе превышает 0,6 В (или может быть V вашего транзистора), транзистор начинает насыщаться и выглядит как короткое замыкание между коллектором и эмиттером. Когда напряжение на базе меньше 0,6 В, транзистор находится в режиме отсечки - ток не течет, потому что он выглядит как разомкнутая цепь между C и E.

Вышеуказанная схема называется коммутатором на нижней стороне , потому что коммутатор - наш транзистор - находится на нижней (заземляющей) стороне цепи.В качестве альтернативы мы можем использовать транзистор PNP для создания переключателя на стороне высокого уровня:

Аналогично схеме NPN, база является нашим входом, а излучатель связан с постоянным напряжением. На этот раз, однако, эмиттер привязан высоко, а нагрузка подключена к транзистору на стороне заземления.

Эта схема работает так же хорошо, как и коммутатор на основе NPN, но есть одно огромное отличие: чтобы включить нагрузку, база должна быть низкой. Это может вызвать осложнения, особенно если высокое напряжение нагрузки (на этом рисунке напряжение V CC при подключении к эмиттеру V E выше), чем высокое напряжение нашего управляющего входа.Например, эта схема не будет работать, если вы пытаетесь использовать 5-вольтовый Arduino для отключения 12-вольтового двигателя. В этом случае было бы невозможно выключить выключатель , потому что V B (подключение к управляющему выводу) всегда будет меньше, чем V E .

Базовые Резисторы!

Вы заметите, что в каждой из этих цепей используется последовательный резистор между управляющим входом и базой транзистора. Не забудьте добавить этот резистор! Транзистор без резистора на базе похож на светодиод без резистора ограничения тока.

Напомним, что в некотором смысле транзистор - это просто пара взаимосвязанных диодов. Мы смещаем вперед диод базы-эмиттера, чтобы включить нагрузку. Для включения диода требуется только 0,6 В, большее напряжение, чем это, означает больший ток. Некоторые транзисторы могут быть рассчитаны только на максимальный ток 10-100 мА, протекающий через них. Если вы подаете ток выше максимального значения, транзистор может взорваться.

Последовательный резистор между нашим источником управления и базой ограничивает ток в базе .Узел базового эмиттера может получить свое полное падение напряжения на 0,6 В, а резистор может сбросить оставшееся напряжение. Значение резистора и напряжение на нем будут устанавливать ток.

Резистор должен быть достаточно большим, чтобы ограничивать ток , но достаточно маленьким, чтобы подавать на базу достаточный ток . Обычно достаточно от 1 мА до 10 мА, но проверьте таблицу данных вашего транзистора, чтобы убедиться в этом.

Цифровая логика

Транзисторы

могут быть объединены для создания всех наших основных логических элементов: И, ИЛИ и НЕ.

(Примечание. В наши дни МОП-транзисторы чаще используются для создания логических элементов, чем BJT. МОП-транзисторы более энергоэффективны, что делает их лучшим выбором.)

Инвертор

Вот схема транзистора, которая реализует инвертор , или НЕ вентиль:

Инвертор, построенный из транзисторов.

Здесь высокое напряжение в базе включит транзистор, который эффективно соединит коллектор с эмиттером.Поскольку эмиттер подключен непосредственно к земле, коллектор также будет (хотя он будет немного выше, где-то около V CE (sat) ~ 0,05-0,2 В). Если вход низкий, с другой стороны, транзистор выглядит как разомкнутая цепь, и выход подтягивается до VCC

(На самом деле это базовая конфигурация транзистора, называемая общим эмиттером . Подробнее об этом позже.)

И Ворота

Вот пара транзисторов, использованных для создания 2-входного логического элемента И :

2 входа и вентиль, построенный из транзисторов.

Если какой-либо из транзисторов отключен, то выходной сигнал на коллекторе второго транзистора будет понижен. Если оба транзистора находятся в состоянии «включено» (оба основания имеют высокий уровень), то выходная мощность цепи также является высокой.

ИЛИ Ворота

И, наконец, вот 2-входной ИЛИ вентиль :

2-входной ИЛИ вентиль, построенный из транзисторов.

В этой цепи, если (или оба) А или В имеют высокий уровень, соответствующий транзистор включится и увеличит выходной сигнал.Если оба транзистора отключены, то через резистор выходной сигнал подается на низкий уровень.

H-Bridge

H-мост - это транзисторная схема, способная приводить двигатели в движение по часовой стрелке и против часовой стрелки . Это невероятно популярная трасса - движущая сила бесчисленных роботов, которые должны быть способны двигаться как вперед, на , так и на назад.

По сути, H-мост представляет собой комбинацию из четырех транзисторов с двумя входными линиями и двумя выходами:

Можете ли вы догадаться, почему он называется H мост?

(Примечание: обычно хорошо продуманный Н-мост включает в себя немного больше, включая диоды обратного хода, базовые резисторы и триггеры Шмидта.)

Если оба входа имеют одинаковое напряжение, то на выходах двигателя будет одинаковое напряжение, и двигатель не сможет вращаться. Но если два входа противоположны, двигатель будет вращаться в одном или другом направлении.

H-мост имеет таблицу истинности, которая выглядит примерно так:

Вход A Вход B Выход A Выход B Направление двигателя
0 0 1 1 Останов (торможение)
0 1 1 0 по часовой стрелке
1 0 0 1 Против часовой стрелки
1 1 0 0 Останов (торможение)

Генераторы

Генератор - это схема, которая генерирует периодический сигнал, который колеблется между высоким и низким напряжением.Генераторы используются во всех видах цепей: от простого мигания светодиода до генерации тактового сигнала для управления микроконтроллером. Есть много способов создать схему генератора, включая кварцевые кристаллы, операционные усилители и, конечно же, транзисторы.

Вот пример колебательного контура, который мы называем нестабильным мультивибратором . Используя обратную связь , мы можем использовать пару транзисторов для создания двух дополняющих колебательных сигналов.

Помимо двух транзисторов, конденсаторы являются реальным ключом к этой схеме.Крышки поочередно заряжаются и разряжаются, что заставляет два транзистора попеременно включаться и выключаться.

Анализ работы этой схемы - отличное исследование работы крышек и транзисторов. Для начала предположим, что C1 полностью заряжен (с напряжением около V CC ), C2 разряжен, Q1 включен, а Q2 выключен. Вот что происходит после этого:

  • Если Q1 включен, то левая пластина C1 (на схеме) подключена к напряжению около 0 В. Это позволит С1 разрядиться через коллектор Q1.
  • Пока С1 разряжается, С2 быстро заряжается через резистор меньшего значения - R4.
  • Как только С1 полностью разрядится, его правая пластина поднимется примерно до 0,6 В, что включит Q2.
  • В этот момент мы поменялись местами: C1 разряжен, C2 заряжен, Q1 выключен, а Q2 включен. Теперь мы танцуем по-другому.
  • Включение Q2 позволяет С2 разряжаться через коллектор Q2.
  • Пока Q1 выключен, C1 может заряжаться относительно быстро через R1.
  • Как только С2 полностью разрядится, Q1 снова включится, и мы вернемся в то состояние, в котором начали.

Это может быть трудно обернуть голову вокруг. Вы можете найти другую отличную демонстрацию этой схемы здесь.

Выбрав конкретные значения для C1, C2, R2 и R3 (и сохранив относительно низкие значения R1 и R4), мы можем установить скорость нашей цепи мультивибратора:

Итак, при значениях для колпачков и резисторов, установленных на 10 мкФ и 47 кОм соответственно, частота нашего генератора составляет около 1.5 Гц Это означает, что каждый светодиод будет мигать примерно 1,5 раза в секунду.


Как вы уже, наверное, уже видели, существует тонн схем, в которых используются транзисторы. Но мы едва поцарапали поверхность. Эти примеры в основном показывают, как транзистор можно использовать в режимах насыщения и отсечки в качестве переключателя, но как насчет усиления? Время больше примеров!



← Предыдущая страница
Режимы работы ,
примеров того, как транзистор действует как коммутатор

Транзисторы состоят из полупроводникового материала, который чаще всего используется для усиления или переключения, хотя они также могут использоваться для управления потоком напряжения и тока. Не все, но большинство электронных устройств содержат один или несколько типов транзисторов. Некоторые из транзисторов размещены индивидуально или вообще в интегральных схемах, которые варьируются в зависимости от их применения.

Если мы говорим об усилении, электронная циркуляция тока может быть изменена путем добавления электронов, и этот процесс вызывает изменения напряжения, которые пропорционально влияют на многие изменения выходного тока, вызывая усиление.

И, если говорить о коммутации, есть два типа транзисторов NPN и PNP. В этом уроке мы покажем вам, как использовать транзистор NPN и PNP для переключения, например, схему транзисторной коммутации для транзисторов типа NPN и PNP.

Требуемый материал

  • BC547-NPN Транзистор
  • BC557-PNP Транзистор
  • LDR
  • LED
  • Резистор (470 Ом, 1 Мегаом)
  • Аккумулятор
  • -9В
  • Соединительные провода
  • макет

NPN Транзистор Цепь Переключения

Прежде чем начинать с принципиальной схемы, вы должны знать концепцию NPN-транзистора в качестве переключателя .В NPN-транзисторе ток начинает течь от коллектора к эмиттеру, только когда к базовой клемме подается минимальное напряжение 0,7 В. Когда на базовой клемме нет напряжения, она работает как размыкающий переключатель между коллектором и эмиттером.

Working Concept of NPN transistor

NPN Транзисторная схема переключения

NPN Transistor Switching Circuit

Теперь, как вы видите на принципиальной схеме ниже, мы создали схему делителя напряжения, используя LDR и резистор 1 мегаом.Когда рядом с LDR присутствует свет, его сопротивление становится НИЗКИМ, а входное напряжение на базовой клемме ниже 0,7 В, что недостаточно для включения транзистора. В это время транзистор ведет себя как открытый выключатель.

Когда над LDR темно, его сопротивление внезапно увеличивается, поэтому в цепи делителя генерируется достаточно напряжения (равного или более 0,7 В) для включения транзистора. И, следовательно, транзистор ведет себя как замкнутый переключатель и начинает протекать ток между коллектором и эмиттером.

Working Concept of PNP transistor

PNP Транзистор Цепь Переключения

Концепция PNP-транзистора в качестве переключателя заключается в том, что ток останавливает поток от коллектора к эмиттеру только в том случае, если на базовую клемму подается минимальное напряжение 0,7 В. Когда на клемме базы нет напряжения, он работает как переключатель между коллектором и эмиттером. Проще говоря, коллектор и эмиттер подключаются изначально, когда базовое напряжение подается, это разрывает соединение между коллектором и эмиттером.

Working Concept of PNP transistor

PNP Транзисторная схема переключения

PNP Transistor Switching Circuit

Теперь, как вы видите на принципиальной схеме, мы создали схему делителя напряжения, используя LDR и резистор 1 мегаом. Работа этой схемы прямо противоположна переключению транзисторов NPN.

Когда рядом с LDR присутствует свет, его сопротивление становится НИЗКИМ, а входное напряжение на клемме базы превышает 0,7 В, что достаточно для включения транзистора.В это время транзистор ведет себя как открытый выключатель, поскольку это транзистор PNP.

Когда над LDR темно, его сопротивление внезапно увеличивается, следовательно, напряжения недостаточно для включения транзистора. И, следовательно, транзистор ведет себя как замкнутый переключатель и начинает протекать ток между коллектором и эмиттером.

PNP Transistor Switching using LDR

,Цепь инвертора силы

500W используя транзистор 2N3055

Это принципиальная схема цепи силового инвертора мощностью 500 Вт, которая построена с использованием 10 частей известного транзистора питания NPN 2N3055 для усиления сигнала переменного тока, создаваемого мультивибратором. Генератор частоты / мультивибратор также построен на основе транзисторов. Все компоненты легко собрать в электронном магазине.

Этот инвертор мощностью 500 Вт преобразует входное напряжение 12 В от автомобильного аккумулятора (номинальное значение 12 В / 50 А для максимальной выходной мощности).Выход будет AV-выход 220 В, или вы можете использовать 110 В трансформатор, если вы хотите достичь 110 В переменного тока. Силовой транзистор 2N3055 должен быть установлен на радиаторе, чтобы тепло распространялось по радиатору и предотвращало перегрев транзистора.


Инвертор
- это электронное устройство или схема, которая изменяет постоянный ток (DC) на переменный ток (AC). Входное напряжение, выходное напряжение и частота, а также общая мощность питания зависят от конструкции конкретного устройства или схемы.Инвертор не производит никакой энергии; питание обеспечивается источником постоянного тока.

Предупреждение: это цепь высокого напряжения, используйте защитное оборудование, когда пытаетесь запустить эту цепь.

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о