Zjednodušený návrh usměrňovače

Pro napájení tranzistorových přístrojů radioamatéři obvykle používají usměrňovač podle následujícího obrázku:

Schéma dvoucestného usměrňovače v můstkovém zapojení

Transformátor TRAFO zmenšuje napětí ze sítě (obvykle 230V) na nižší potřebnou hodnotu, diody D1 – D4 v můstkovém zapojení toto napětí usměrní a filtrační kondenzátor C_f zmenší jeho zvlnění. Odpor R_z představuje zátěž, napájenou usměrňovačem. Při návrhu síťového napájecího zdroje s ohledem na požadované parametry a zatížení se začíná pravidelně transformátorem.

Výchozí parametry pro návrh usměrňovače jsou:

U_z – napětí požadované zátěží, což se obvykla rovná napětí na výstupu filtru U_ss

I_z – maximální proud odebíraný zátěží.

Z těchto údajů, daných konkrétním elektronickým zařízením které budeme napájet, závisí výběr usměrňovacích diod, výkon síťového transformátoru a počty závitů jeho primárního a sekundárního vinutí. Střídavé napětí sekundárního vinutí transformátoru (U₂) se počítá podle vzorce:

U₂ = A * U_z

kde A je součinitel, jehož hodnota závisí na proudu zátěže (viz tabulka 1). Na základě znalosti proudu zátěže určíme maximální proud, tekoucí každou diodou můstku usměrňovače:

I_D = 0,5 * B * I_Zmax

kde B je součinitel závisející na maximálním proudu zátěže (tabulka 1).

Tabulka 1

Závěrné napětí diod, použitých v tomto zapojení usměrňovače, zvolíme 1,5 krát vyšší, než je výstupní napětí, tedy:

U_záv = U_z * 1,5

Kapacita filtračního kondenzátoru C_f v uF (mikrofaradech) určíme ze vzorce:

C_f  = 3 200 * I_z / U_z * K_z

kde  K_z  vyjadřuje součinitel zvlnění usměrněného napětí, charakterizující poměr špičkové hodnoty střídavého kmitočtu 100 Hz na výstupu usměrňovače ke střední hodnotě usměrněného napětí. Čím je větší kapacita filtru kondenzátoru a menší aktuální zatížení, tím je menší zvlnění napětí a tedy také brum v nízkofrekvenčním zařízení. Pro většinu amatérských zapojení s tranzistory je možno předpokládat, že zvlnění napájecího napětí by nemělo překročit poměr K_z = 0,01. Jmenovité napětí filtračního kondenzátoru nesmí být menší, než je napětí na výstupu usměrňovače, jinak hrozí jeho probití (destrukce) vyšším napětím.

Postup návrhu usměrňovače.

Při návrhu usměrňovače postupujeme v následujícím pořadí. Nejprve určíme maximální hodnotu proudu, který poteče sekundárním vinutím:

I_sec = 1,5 * Iz_Max.

Dále vypočítáme maximální výkon dodávaný sekundárním vinutím

P_sec = U_sec * I_sec.

Z něj odvodíme výkon vlastního transformátoru

P_tr = 1,25 * P_sec

z čehož vychází plocha průřezu jádra transformátoru:

kde 1,3 – je střední hodnota konstanta

Nyní zjistíme počty závitů primárního a sekundárního vinutí podle vzorců:

Průměry vodičů vinutí transformátoru (v mm) je možno určit podle tabulky 2 nebo pomocí vzorce:

kde I_vinutí je proud v příslušném vinutí v mA.

Tabulka 2

Literatura:

В.Г. Борисов. Кружок радиотехнического конструирования
http://ok1ike.c-a-v.com/soubory/usmer.htm
http://ok1ike.c-a-v.com/soubory/zenerky.htm
http://ok1ike.c-a-v.com/soubory/stabil1.htm
http://ok1ike.c-a-v.com/soubory/stabil2.htm
http://ok1ike.c-a-v.com/soubory/zdroj_5-15.htm
http://ok1ike.c-a-v.com/soubory/nasobice.htm
http://ok1ike.c-a-v.com/soubory/2_stab.htm
http://ok1ike.c-a-v.com/soubory/navrh_trafa.htm
http://ok1ike.c-a-v.com/soubory/ruzna_napeti.htm