Punjač akumulatora sa regulacijom napona

SREDNJA STRUKOVNA ŠKOLA

http://public.srce.hr/obrt_skola_vg/

Velika Gorica

Kralja StjepanaTomaševića 21

ELABORAT ZAVRŠNOG RADA

Područje rada: ELEKTROTEHNIKA

Obrazovni profil: ELEKTROTEHNIČAR

Zanimanje: ELEKTROTEHNIKA

Stupanj: ČETVRTI

Naziv teme: Punjač akumulatora sa regulacijom napona

kandidat: Janković Vedran

mentor: dipl. ing. Veljko Skočilić

veljko.skocilic@ka.t-com.hr

Školska godina 2003/2004

Velika Gorica 04. 05. 2004

Sadržaj:

Općenito o ispravljačima

Ispravljač s regulacijom napona

Popis materijala

Montažni nacrt

Shema ispravljača

Izgled štampane pločice

Pribor potreban za izradu ispravljača

Elementi ispravljača – općenito

Problemi s izradom ispravljača

Ispitivanje ispravljača

Shema i dijagram ispitivanja

Zaključak

Ispravljači

Ispravljači su pretvarački uređaji koji povezuju izmjenične i istosmjerne el. sustave.

To su elektronički sklopovi koji pretvaraju izmjenični napon u istosmjerni.

Prema načinu priključka razlikujemo :

jednofazne

višefazne

Osnovni spojevi ispravljača su :

poluvalni ispravljač

punovalni ispravljač

trofazni ispravljač

Prema stupnju upravljanja razlikujemo :

upravljive

neupravljive

poluupravljive

Poluvalni spoj ispravljača je najjednostavniji spoj i ima najlošija svojstva.

Ako je dioda idealna na otporu R javljaju se samo pozitivni poluvalovi sekundarnog napona.

Uloga diode je da propusti struju samo za vrijeme jedne poluperiode te se dobije tzv. poluvalni ispravljeni napon.

Punovalni spoj ispravljača imaju znatno bolja svojstva od poluvalnih ispravljača. Najpoznatiji punovalni spoj ispravljača je tzv. greatz-ov spoj ili mosni spoj. Osim mosnog spoja postoji i spoj sa dvije diode.

Kod punovalnog ispravljača struja teče kroz trošilo R uvijek u istom smjeru pa se na njemu dobije pozitivni napon u obje poluperiode.

Trofazni ispravljači koriste se za dobivanje veće istosmjerne komponente i manje izmjenične komponente.

Ispravljač s regulacijom napona

Ovaj ispravljač nam omogućuje reguliranje izlaznog napona 0-20 V sa izlaznom strujom od najviše 1A.

Izmjenični napon sa sekundara transformatora punovalno se ispravlja Graetzovim ispravljačkim spojem G i filtrira kondenzatorom C1.Otpornik R1 određuje struju kroz Zenerovu diodu D1 na kojoj je stabilan pad napona od 22 V. Stabilan napon sa Zenerove diode služi kao referentni napon za potenciometar P1 kojim se ovisno o položaju njegova kliznika određuje visina izlaznog napona, odnosno regulira izlazni napon.

Tranzistori T1 do T3 spojeni su u Darlingtonovu spoju da bi se postiglo što veće ukupno strujno pojačanje, jer se time smanjuje utjecaj promjene opterećenja na izlazu na stabilnost izlaznog napona.

Popis materijala:

T1 – BC 107

T2 - BC 141

T3 - 2N 3055

GRAETZOV SPOJ – B40 C 1500

D1 – BZX22

C1 - 2200 µF/35 V

C2 - 220 µF/25 V

C3 - 0.33 µF

R1 - 680 Ώ

R2 - 10 kΏ

R3 - 27 Ώ

PROMJENJIVI OTPORNIK – P1 – 10kΏ/lin

TRANSFORMATOR- 220 V / 21 V

OSIGURAČ 1 – 0.15 A

OSIGURAČ 2 - 1.5 A

PODNOŽJE ZA OSIGURAČ- 2 komada

PREKIDAČ

Montažni nacrt

Elementi ispravljača leme se na tiskanu pločicu prema

montažnom nacrtu koji izgleda ovako:

Shema ispravljača

Izgled štampane pločice

Pribor koji sam koristio

-kombinirana kliješta

-sjekača kliješta

-lemilica, tinol

-odvijač

-nož za skidanje izolacije

-ampermetar

-voltmetar

-univerzalni mjerni instrument koji sam koristio kao ohm-metar

-osciloskop

Elementi ispravljača - općenito

Otpornici

Otpornik je sastavni dio električnog kruga koji predstavlja omski (aktivni, radni ili djelatni) otpor određene vrijednosti, koja se promjenom električnih i temperaturnih uvjeta rada mijenja samo u granicama tolerancija. Stvarna vrijednost omskog otpora R otpornika je omjer napona U i struje I koja teče kroz otpornik pri određenoj temperaturi, vlažnosti i atmosferskom pritisku okoline, R = U/I. Ova vrijednost mijenja se promjenama napona i frekvencije struje.

Prema veličini njihova temperaturnog koeficijenta, otpornici su standardima podijeljeni u klase. Standardizirane su i nominalne vrijednosti otpora za otpornike određenih tolerancija. Otpornik se označava ispisivanjem nominalne vrijednosti otpora u omima na njemu ili nanošenjem četiriju različito obojenih traka (Sl. 2-3), od kojih prve tri prikazuju vrijednost otpora, a četvrta toleranciju. Prva boja znaci prvu brojku, druga drugu brojku, a treća množitelj. Značenje boja za znamenke, decimalni množitelj i tolerancije.

Slika 2-3

Podjela

Otpornici se izrađuju od tri vrste materijala i prema tome se razlikuju: slojni, maseni i žičani otpornici (Sl.2-4). Slojni otpornici napravljeni su od tankog sloja homogenog otpornog materijala, koji je nanesen na tijelo od izolatora. Otporni materijal masenih otpornika je smjesa vodljivog materijala i izolatora, koja ujedno čini tijelo otpornika. žičani otpornici izrađuju se od otporne žice namotane na izolator. Otpornici kojima se vrijednost otpora ne može podešavati nakon proizvodnje zovu se stalni otpornici.

Za razliku od njih, promjenjivim otpornicima i potenciometrima vrijednost se može podešavati mehaničkim putem (zakretanjem osovine ili pomicanjem klizača), (Sl. 2-5). Posebnu vrstu čine otpornici kojima je otpor znatno ovisan o naponu ili temperaturi. Vrijednost njihovog otpora je promjenjiva i može se podešavati, ali ne mehaničkim putem, već promjenom napona ili temperature.

Stalni

Služe vrlo često kao sastavni dijelovi u elektroničkim sklopovima, a stavljaju se na ona mjesta u električnom krugu gdje otporu nije potrebno mijenjati vrijednosti ni pri podešavanju uređaja, ni prilikom njegove proizvodnje i ispitivanja, ni u normalnom radu.

Promjenjivi

Otpornici u kojima se otpor mijenja mehaničkim putem mogu biti masni ili žičani. U oba se slučaja kontinuirana promjena vrijednosti otpora postiže pomoću pomičnog kontakta (klizaća) koji klizi po otporniku. Klizač se pomiče ili zakretanjem osovine ili uzdužnim pomicanjem kontakata. Na otporniku postoje tri priključka: jedan za klizač i po jedan na svakom kraju otpornika. Kad se promjenljivi otpornik upotrebljava kao potenciometar, tj. kao promjenljivo dijelilo napona, dovodi se na krajeve otpornika napon, a između jednog kraja i klizača dobiva se smanjen napon ovisan o položaju klizača. Kad se otpornik upotrebljava kao reostat, tj. kao otpornik s promjenljivim otporom, klizač može biti spojen i s drugim ne prikljućenim krajem otpornika.

Slika2-5:Izgled otpornika

Označavanje otpornika

Boja Vrijednost Tolerancija%

1 2 3 4 crna 0 0 ,0 +/-20

smeđa 1 1 0

crvena 2 2 00

narančasta 3 3 000

žuta 4 4 0.000

zelena 5 5 00.000

plava 6 6 000.000

ljubičasta 7 7 0.000.000

siva 8 8 x0,01

bijela 9 9 x0,1

zlatna x0,1 +/-5

srebrna x0,01 +/-10

bez boje +/-20

Tranzistori

Tranzistori su aktivni poluvodički sastavni dijelovi, redovito sa tri elektrode, koji u elektroničkim sklopovima pretežno služe za pojačanje ("tranzistorski efekt"), ali i za neke druge namjene, npr. kao sklopke.

Oni u njima obavljaju iste funkcije kao i elektronke. Njihov je naziv kovanica engleskih riječi TRANSFER RESISTOR što znači prenosni otpornik. Ponekad ga nazivaju i kristalnom triodom. Tranzistor je bipolaran ako korisnu struju kroz njega prenose i manjinski i većinski nosioci, a unipolaran ako struja teče samo posredstvom većinskih nosilaca.

Bipolarni tranzistori

Ujedinjavanjem jednog PN - (odnosno NP - ) spoja s jednim NP - (odnosno PN ) spojem u zajedničku cjelinu, s time da je razmak između obiju barijera vrlo mali, dobije se tranzistor strukture PNP (odnosno NPN).. Ovakvi bipolarni tranzistori, koji se izrađuju danas samo još u slojnoj izvedbi, sastoje se od tri dopirana poluvodička sloja na koje su metalne elektrode priključene omski, tj. tako da s poluvodičem ne sačinjavaju zaporni sloj. Dopirani slojevi se zovu: baza B, emiter E i kolektor C. Tranzistori se ugrađuju u elektroničke sklopove tako da im je ulaz u jednom krugu, a izlaz u drugom. Budući da tranzistor ima samo tri priključka, a ne četiri, to se tranzistori ugrađuju u električne sklopove tako da je jedna njihova elektroda zajednička ulaznom i izlaznom krugu. U vezi s time primjenjuju se tri načina povezivanja tranzistora: a)sklop zajedničke baze, b) sklop zajedničkog emitera i c) sklop zajedničkog kolektora.

Unipolarni tranzistori

Struja u ovim tranzistorima teče posredstvom većinskih nosilaca, a njome se upravlja el. poljem. Stoga se ti tranzistori zovu i tranzistori s efektom polja ili fet (FET - Field Effect Transistor). Za razliku od bipolarnih, to su naponom upravljali elementi koji imaju veliku ulaznu impedanciju. Kako im struja potječe od većinskih nosilaca, ona nije toliko temperaturno osjetljiva kao struja bipolarnih tipova. Spojni unipolarni tranzistor ili unipolarni tranzistor sa PN - spojem sastoji se od pločice N - vodljivog poluvodiča koji čini vodljiv kanal. Na jednom kraju te pločice nalazi se ulazna elektroda, a na drugom izlazna. U sredini je sa gornje i donje strane udifundiran sloj suprotnog tipa vodljivosti nego što je kanal, a na njega su postavljene upravljačke elektrode, s oznakom G (gate). PN - spoj je sa gornje i donje strane nepropusno polariziran, pa se između P i N - sloja stvara barijera koja se, slično kao kod kapacitivne diode, u ovisnosti o narinutom naponu širi ili sužava. Spojni unupolarni tranzistor može biti i fotoosjetljiv. Njegova je osjetljivost velika jer se zbog velikog ulaznog otpora već pri malim fotostrujama na upravljačkoj elektrodi javlja znatan napon. Unipolarni tranzistor s izoliranim zasunom zove se MOSFET . Na podlozi, od slabo vodljivog silicijumskog poluvodiča tipa P napravljene su difuzijom dvije jako dopirane zone tipa N, koje služe kao uvod i odvod.

Kućišta tranzistora

Dobivene strukture tranzistora zatvaraju se u metalna ili plastični hermetički zatvorena kučišta koja imaju izvode za emiter, bazu i kolektor. Vrlo tankim žicama spajaju se prije samog zatvaranja kučišta izvodi s pripadnim dijelovima na poluvodičkoj strukturi. Tranzistori namijenjeni za velike snage imaju kućište s velikim rashladnim površinama, a kolektor je najčešće spojen na samo kučište.

Dioda

Dioda je dvoslojni ( P i N - sloj ) poluvodički element od mono-kristala Ge, Si, itd. Na P - sloj je spojena anoda, a na N - sloj katoda. Kristal se smješta u izolacijska kućišta ( staklo, keramika, plastika, itd. ).

Dioda ima dva sloja PN ili NP tipa poluvodiča i omogućava protok struje samo u jednom smjeru. Upotrebljava se za usmjerenje izmjeničnih struja u ispravljačima.

Točkasta dioda je najstariji poluvodički element, a nastaje tako da se kroz spoj metalnog šiljka i N - tipa kristala propusti strujni impuls odgovarajuće jakosti, pri čemu neposredno prije šiljka nastaje P - područje kristala.

Zener-dioda zahtjeva određen napon da bi postale provodne, pa se upotrebljavaju za stabilizaciju i ograničavanje napona. Koristi se u području proboja gdje napon praktički ne ovisi o struji i temperaturi. Na svakoj Zener-diodi označen je provodni napon ( ZN 6, ZN 12, itd. ) što znači da se ona može upotrijebiti samo za stabilizaciju tog napona.

Varicap dioda ( VARIable CAPacitor ) se koristi kao promjenjivi kondenzator čiji kapacitet ovisi o priključenom naponu.

LED ( Light-Emitting Diode ) svijetli dok struja prolazi kroz nju tako što jedan dio energije odlazi nasavlađivanje otpora u poluvodiču. Ova dioda se upotrebljava kao indikator u mnogim uređajima. Proizvode se u više boja, troše vrlo malo energije, malih su dimenzija, a intenzivno svijetle.

Diode - simboli i karakteristike

Kondenzatori

Kondenzator je elektronički element koji na sebe može primiti određenu količinu elektriciteta. Količina elektriciteta je veća što su veći kapacitet i napon na koji je kondenzator priključen.

Q = C x U

Osnovna jedinica za kapacitet je Farad. Otpor kondenzatora za izmjeničnu struju nije konstantan. On zavisi od frekvencije izmjenične struje.

Xc = 1 / 2Pi x f x C

Xc - otpor za izmjeničnu struju

f - frekvencija izmjenične struje

C - kapacitet kondenzatora

Otpor kondenzatora za istosmjernu struju je beskonačno velik, i za strujni krug istosmjerne struje predstavlja prekid strujnog kruga. Kondenzatore kao i otpornike možemo spajati serijski i paralelno.

Serijski spoj: 1/Cu = 1/C1 + 1/C2

Paralelni spoj: Cu = C1 + C2

Promjenjivi kondenzator:

Promjenjivi kondenzator se sastoji od rotora i statora. Stator je izrađen od niza ploča, kao i rotor. Između ploča se nalazi zrak ili neki drugi izolacioni materijal. Kada pokrećemo rotor, ploče rotora ulaze između ploča statora i na taj način mijenjamo kapacitet kondenzatora. Kondenzator može imati neki maximalni kapacitet a isto tako i minimalni. Taj odnos između maximalnog i minimalnog kapaciteta nazivamo koeficijentom prekrivanja (k).

k = Cmax / Cmin

Stalni kondenzatori:

Klasificiramo ih prema vrsti dialektrika.

- papirnati

- keramički

- od tinjca

- elektrolitski ( polarizirani, bipolarni ), mora se paziti pri ugradnji na polarizaciju

- drugi

Kod ugradnje kondenzatora u elektronički sklop moramo paziti na polarizaciju, visinu napona, odnosno da li je građen za istosmjernu ili izmjeničnu struju. Ako ugradimo krivi kondenzator može doći do proboja istog koji može uzrokovati neželjeni kvar drugih elektroničkih elemenata. Kakav je kondenzator, proizvođač najčešće napiše na kućištu elementa ili označi bojama.

Izgled kondenzatora

Ispitivanje elektrolitskog kondenzatora

Ispravnost kondenzatora možemo ispitati ommetrom. Pri tome mjerno područje stavimo na x10 ili x100. Ispitne žice ommetra priključimo na polove elektrolitskog kondenzatora. Kazaljka ommetra će skrenuti do nekog mjesta na skali i zatim će se početi polako vraćati na prvobitan položaj. Mjerenje treba ponoviti nekoliko puta i pri tome mijenjati polaritet. Ako se kazaljka otkloni do nekog mjesta ili do maximuma a poslije se ne vrati u prvobitan položaj, znači da je elektrolitski kondenzator neispravan, odnosno znači da je u kratkom spoju. Treba imati na umu da će se kazaljka ommetra otkloniti više ako je veći kapacitet kondenzatora i ako je veće mjerno područje ommetra.

Problemi s izradom ispravljača

Od problema sa kojima sam se susretao kod izrade ispravljača najveći je bio kako gotov ispravljač montirati u kućište. Oko toga sam se najviše namučio jer je trebalo bušiti rupe i naći pravilne vijke i matice. Sljedeći problem je bilo lemljenje sa kojim sam se namučio. To mi je zadavalo dosta poteškoća budući da ne lemim često. Postupak kod izrade je bio sljedeći. Prvo je trebalo ispitati sve komponente; zatim ih složiti na ispitnu pločicu i sve ispitati. Sa time nisam imao problema jer sam dobro spojio pa je ispravljač radio. Sljedeće je bilo ispitivanje pod opterećenjem sa promjenjivim otpornikom. Nakon toga pristupalo se izradi štampe koja se izrađivala fotopostupkom. Nakon čišćenja pločice na nju se stavlja izgled štampe koji se printa na foliju. Sve to se stavlja pod UV svjetlo. Nakon toga se stavlja u kiselinu koja izgrize pločicu i ostanu vodovi. Nakon toga se buše rupe .Nakon izrade štampe pristupalo se lemljenju i montiranju ispravljača u kućište.

Ispitivanje ispravljača pod opterećenjem

Ispitivanje je provedeno uz pomoć promjenjivog otpornika (dekade).Smanjivanjem otpora struja je rasla dok je napon padao. Ispitivanje je provedeno bez hladnjaka na tranzistoru T3-2N 3055,koji se jako zagrijao, dok su ostali elementi ostali hladni. Potenciometar je bio u položaju 0.

Vrijednosti ispitivanja:

Otpor ( R ) Ω Napon ( U ) V Struja ( I ) mA

100 13 129

90 12,8 141

80 12,8 159

70 12,7 169

60 12,6 178

50 12,6 205

40 12,5 239

30 12,3 289

20 12,2 321

Shema i dijagram ispitivanja

Zaključak

Ovakvi ispravljači koriste se za napajanje malih uređaja s digitalnim TTL – integriranim sklopovima, koji osigurava napon od 20 V s odstupanjem EMBED Equation.3 5% uz maksimalnu struju od 1 A.

Napon na izlazu ispravljača podesio sam na 5 % veći od željenog kako ne bi došlo do velikog pada napona pri maksimalnom opterećenju.