Alimentare cu energie electrică
O sursă de energie electrică este un dispozitiv care furnizează energia necesară echipamentelor electrice sau electronice. Adesea, electricitatea este disponibilă direct numai dintr-o sursă cu caracteristici electrice inadecvate - curent alternativ (AC) în loc de curent continuu (DC), de exemplu - și este necesară o sursă de alimentare pentru a modifica puterea pentru a îndeplini cerințele echipamentului. Deoarece dispozitivele digitale, care sunt atât de numeroase, funcționează cu o tensiune DC destul de scăzută, în timp ce puterea este cel mai frecvent disponibilă ca o tensiune alternativă destul de înaltă, sursele de alimentare schimbă în mod obișnuit AC în DC și cresc tensiunea, după cum este necesar. De asemenea, sunt necesare pentru a condiționa curentul și curentul de la baterii la dispozitive sensibile. O lanternă, de exemplu, nu conține o sursă de alimentare, dar o cameră digitală. Sursele de alimentare asigură adesea protecție împotriva defecțiunilor sursei de alimentare care ar putea deteriora echipamentul. Ele pot oferi, de asemenea, izolație de zgomotul electric potențial dăunător, care se găsește de obicei pe liniile electrice comerciale.
O sursă de alimentare electrică poate fi o baterie simplă sau poate fi mai sofisticată decât echipamentul pe care îl suportă. O sursă de alimentare adecvată este o parte esențială a oricărei colecții funcționale de circuite electrice sau electronice.
Cerința pentru sursele de alimentare
Bateriile ar putea fi utilizate pentru a furniza energie pentru aproape toate echipamentele electronice dacă nu ar fi costul ridicat al energiei pe care îl furnizează în comparație cu liniile electrice comerciale. Sursele de alimentare au fost numite odată eliminatoare de baterii, un nume potrivit, deoarece au făcut posibilă utilizarea energiei mai puțin costisitoare de la o linie de alimentare comercială acolo unde este disponibilă. Bateriile reprezintă în continuare o alegere adecvată și economică pentru echipamentele portabile cu cerințe de energie modeste.
Bateriile ca surse de alimentare
Două tipuri de bază de celule chimice sunt utilizate în bateriile care furnizează energie echipamentelor electronice. Celulele primare nu sunt în mod normal reîncărcabile. Acestea sunt destinate a fi aruncate după ce rezerva lor de energie este epuizată. Celulele secundare, pe de altă parte, sunt reîncărcabile. Celula secundară plumb-acid utilizată în bateria unui automobil poate fi reîncărcată de multe ori înainte de a se defecta. Bateriile nichel-cadmiu se bazează pe celule secundare.
Surse de alimentare plug-in
Alimentarea cu energie electrică a locuințelor și a întreprinderilor asigurată prin liniile electrice comerciale este furnizată de un curent alternativ (AC). Cu toate acestea, echipamentele electronice necesită aproape întotdeauna curent continuu (DC). Sursele de alimentare schimbă de obicei AC la DC printr-un proces numit rectificare. Diodele semiconductoare care trec curentul într-o singură direcție sunt utilizate pentru a bloca curentul liniei electrice atunci când polaritatea acesteia se inversează. Condensatoarele stochează energie pentru utilizare atunci când diodele nu conduc, furnizând curent continuu de tensiune relativ constant, după cum este necesar.
Reglarea tensiunii de alimentare
Reglarea slabă a tensiunii în linia de alimentare face ca luminile dintr-o casă să se estompeze de fiecare dată când frigiderul pornește. În mod similar, dacă o schimbare a curentului dintr-o sursă de alimentare determină variația tensiunii, sursa de alimentare are o reglare slabă a tensiunii. Majoritatea echipamentelor electronice vor funcționa cel mai bine atunci când sunt furnizate de la o sursă de tensiune aproape constantă. O tensiune de alimentare incertă poate duce la o performanță slabă a circuitului.
Analiza performanței unei surse de alimentare tipice este simplificată prin modelarea acesteia ca o sursă de tensiune constantă în serie cu o rezistență internă. Rezistența internă este utilizată pentru a explica modificările tensiunii terminale atunci când curentul dintr-un circuit variază. Cu cât este mai mică rezistența internă a unei surse de alimentare date, cu atât poate furniza mai mult curent în timp ce menține o tensiune terminală aproape constantă. O alimentare ideală pentru circuitele care necesită o tensiune invariabilă cu curent de sarcină schimbător ar avea o rezistență internă aproape de zero. O sursă de alimentare cu o rezistență internă foarte mică este uneori numită sursă de energie „rigidă”.
O sursă de alimentare inadecvată compromite aproape întotdeauna performanța echipamentelor electronice. Amplificatoarele audio, de exemplu, pot produce sunet distorsionat dacă tensiunea de alimentare scade la fiecare impuls puternic de sunet. A fost o perioadă în care imaginile de pe televizoare se micșorau dacă tensiunea de curent alternativ scădea sub o valoare minimă. Aceste probleme sunt mai puțin semnificative acum că reglarea tensiunii a fost inclusă în majoritatea surselor de alimentare.
Există două abordări care pot fi utilizate pentru a îmbunătăți reglarea tensiunii unei surse de alimentare. O sursă de alimentare simplă, care este mult mai mare decât este cerută de cererea medie de echipament, vă va ajuta. O sursă de energie mai mare ar trebui să aibă o rezistență internă efectivă mai mică, deși aceasta nu este o regulă absolută. Cu o rezistență internă mai mică, modificările curentului furnizat sunt mai puțin semnificative și reglarea tensiunii este îmbunătățită în comparație cu o sursă de alimentare operată aproape de capacitatea sa maximă.
Unele aplicații de alimentare necesită o rezistență internă mai mare. Transmițătoarele radar de mare putere necesită o sursă de energie cu o rezistență internă ridicată, astfel încât ieșirea să poată fi scurtcircuitată de fiecare dată când radarul transmite un impuls de semnal fără a deteriora circuitele. Receptoarele de televiziune măresc artificial rezistența sursei de alimentare de înaltă tensiune pentru tubul de imagine adăugând rezistență în mod deliberat. Acest lucru limitează curentul care va fi livrat în cazul în care un tehnician contactează din greșeală tensiunea înaltă, care altfel ar putea produce un șoc electric fatal.
Circuite de reglare a tensiunii
Sursele de alimentare reglate în tensiune dispun de circuite care le monitorizează tensiunea de ieșire. Dacă această tensiune se modifică din cauza schimbărilor de curent extern sau din cauza schimbărilor în tensiunea liniei de alimentare, circuitele regulatorului efectuează o reglare de compensare aproape instantanee.
Două abordări comune sunt utilizate în proiectarea surselor de alimentare cu tensiune reglată. În schema mai puțin obișnuită, un regulator de șunt se conectează în paralel cu bornele de ieșire a sursei de alimentare și menține o tensiune constantă prin pierderea curentului circuitului extern, numit sarcina nu necesită. Curentul furnizat de partea nereglementată a sursei de alimentare este întotdeauna constant. Regulatorul de șunt deviază aproape niciun curent atunci când sarcina externă necesită un curent greu. Dacă sarcina externă este redusă, curentul regulatorului de șunt crește. Dezavantajul reglării șuntului este că disipează întreaga putere pe care alimentarea este concepută să o furnizeze, indiferent dacă circuitul extern necesită sau nu energie.