Înainte de a trece la studiul cronometrului, să definim conceptul de bază de „frecvență”. În termeni simpli, acesta este numărul de repetări pe secundă. Aceasta înseamnă că dacă bateți din palme de 2 ori într-o secundă, atunci frecvența aplauiilor va fi de 2 Hz. Dacă de 3 ori, atunci 3Hz.
Fiecare microcontroler funcționează la o anumită frecvență. Majoritatea instrucțiunilor sunt executate într-un singur ciclu de ceas, deci cu cât frecvența este mai mare, cu atât microcontrolerul rulează mai repede. Dacă nu există nicio sursă de ceas, nimic nu va funcționa în consecință. În cazul în care nu există o sursă externă de ceas, majoritatea microcontrolerelor au propriul lor oscilator intern. De obicei, acestea sunt setate la el „din fabrică”.
Frecvența sursei interne se poate modifica („flotează”) din cauza temperaturii etc., prin urmare este considerată nepotrivită pentru proiecte serioase și avem exact așa ceva 🙂 Prin urmare, se folosește o sursă de frecvență externă stabilă - un rezonator de cuarț (cuarț). ). Una dintre versiunile rezonatorului de cuarț:
Acum, ceva despre cronometru. Cronometrul funcționează la aceeași frecvență ca și microcontrolerul. Uneori poate fi prea rapid, așa că folosesc un prescaler care reduce numărul de căpușe de 8/64/256/1024... ori. Totul este activat de software.
Să presupunem că am ales un prescaler 1024, frecvența microcontrolerului este de 8 MHz, deci după prescaler frecvența temporizatorului va deveni:
8.000.000 / 1024 = 7813 Hz este frecvența la care funcționează cronometrul nostru. În termeni simpli, într-o secundă, cronometrul bifează de 7813 ori.
Puteți lega execuția codului de numărul de căpușe. Această funcție nu este disponibilă pentru toate cronometrele, citiți documentația pentru piatra dvs. Să presupunem că avem nevoie ca codul nostru să fie executat la fiecare 0,5 secunde. Sunt 7813 tick-uri într-o secundă, 3906 tick-uri în 2 ori mai puțin într-o jumătate de secundă.Această valoare este introdusă în registrul de comparație, iar cu fiecare tick se verifică dacă a bifat suficient sau nu, ca la ceasul cu alarmă, doar foarte repede.
Dar aici avem aceste 2 valori coincide și ce urmează? Pentru a face acest lucru, există un lucru atât de util ca o întrerupere coincidență. Aceasta înseamnă că, dacă cronometrul și registrul de comparare se potrivesc, programul curent se va opri. După aceea, va fi executată o bucată de cod care nu are absolut nicio legătură cu programul principal. În această secțiune, puteți scrie orice și nu vă faceți griji că va afecta cumva programul, acesta va fi executat doar atunci când valoarea temporizatorului se potrivește cu registrul de comparație.
După ce codul din interiorul întreruperii este executat, programul va continua de unde a rămas. Astfel, este posibilă scanarea periodică a butoanelor, numărarea duratei apăsării unui buton și măsurarea exactă a intervalelor de timp. O întrebare favorită pentru începători este cum fac să clipesc LED-ul și să fac altceva. Deci, cronometrele și întreruperile vă vor ajuta în acest sens.
Acum suntem gata să ne scriem programul. Prin urmare, creăm un proiect utilizând expertul de proiect. Vom atașa imediat LCD-ul, știm deja cum să facem acest lucru).
Mergem la fila Temporizatoare și aici ne vom opri mai detaliat:
Selectați frecvența 7813 și bifați caseta de lângă Întreruperea la: Comparați o potrivire. Astfel, am indicat că dacă valoarea se potrivește, efectuați o întrerupere (despre ce s-a scris mai sus). Întreruperea va fi efectuată 1 dată pe secundă, adică. trebuie să bifăm de 7813 ori, așa că convertim numărul 7813 în hexazecimal și obținem 1e85. Aceasta este ceea ce scriem în registrul de comparație Comp A. Registrul de comparație Comp A are 16 biți, deci nu putem scrie un număr mai mare de 2^16=65536.
Generăm, salvăm, ne curățăm codul. Va apărea o nouă bucată de cod obscure
// Timer 1 output compare O rutină de serviciu de întrerupere
întrerupere void timer1_compa_isr(void)
{
Aceasta este aceeași întrerupere. Între aceste paranteze putem scrie codul pe care dorim să-l executăm la anumite intervale. Avem o secundă. Deci este logic să creăm o variabilă pe care o vom crește de 1 dată pe secundă, adică. 1 dată pe întrerupere. Prin urmare, să inițializam variabila int s =0; iar in intrerupere o vom creste de la 0 la 59. Vom afisa pe LCD valoarea variabilei. Fără trucuri, totul este foarte simplu.
Codul rezultat.
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 | #include |
#include
Temporizatoarele sunt un alt modul clasic care este prezent în aproape toate MK-urile. Vă permite să rezolvați multe probleme, dintre care cea mai comună este setarea unor intervale de timp stabile. A doua cea mai populară aplicație este generarea PWM (despre aceasta mai târziu) la ieșirea MK. Deși, așa cum am menționat deja, utilizarea cronometrelor nu se limitează în niciun caz la aceste sarcini, doar acestea două vor fi considerate aici ca fiind cele mai comune.
Cronometrul în sine este un numărător binar conectat la sistemul de ceas al microcontrolerului printr-un divizor suplimentar. La rândul său, este conectat la unități de comparație (pot fi multe dintre ele), care sunt capabile să îndeplinească diverse funcții utile și să genereze întreruperi, în funcție de setări. Simplificat, dispozitivul cronometru poate fi reprezentat astfel:
Setarea temporizatorului, ca și restul periferiei, se face prin registrele sale.
Generarea de intervale de timp folosind un cronometru.
întreruperi.
După cum sugerează și numele, scopul principal al blocurilor de comparare este de a compara constant valoarea curentă a temporizatorului cu valoarea specificată în registrul OCRnX. S-a menționat deja că numele de registre poartă adesea un sens profund sacru - iar registrele de comparație nu fac excepție. Deci, n desemnează numărul cronometrului, X este litera (tot o metodă de numerotare, pot exista multe blocuri de comparație) a registrului de comparație. În acest fel, OCR1A poate fi înțeles ca O ieșire C ompare R registrul de 1 st cronometru, unitate A. Apropo, acest lucru va oferi unui incorporator sofisticat posibilitatea de a presupune că poate există un cronometru 0 și un registru de comparație B ...
Deci, blocurile de comparație pot genera întreruperi de fiecare dată când valoarea cronometrului se potrivește (apropo, este în registru TCNTn — T imer/ C ou NT er# n) cu un număr dat. Cititorul ar trebui să fie deja familiarizat cu conceptul de întrerupere, dar pentru orice eventualitate, să-l reîmprospătăm în memorie și, în același timp, să vorbim despre cum să o descriem în C. Deci, cele de mai sus înseamnă că, de îndată ce evenimentul descris, are loc, procesorul va stoca numărul instrucțiunii curente în stivă și va trece la executarea codului special definit, apoi va reveni înapoi. Totul se întâmplă aproape la fel ca atunci când apelați o funcție obișnuită, doar că este apelată la nivel hardware. Astfel de funcții sunt declarate folosind o macrocomandă declarată în avr/întrerupe.h (ISR — « euîntrerupe S serviciu R outine", "gestionar de întrerupere"):
ISR (< имя вектора прерывания> ) { /*codul de gestionare a întreruperii*/ }
Fiecare întrerupere (în mod firesc, sunt multe dintre ele) corespunde așa-numitelor. vectorul de întrerupere este o constantă, declarată și în avr/interrupt. De exemplu, un handler de întrerupere pentru o potrivire a valorii temporizatorului cu valoarea registrului OCR1A va arăta astfel:
ISR(TIMER1_COMPA_vect)( /*codul handler*/ }
Fără îndoială, cititorul priceput a ghicit deja cum se formează numele vectorilor. Cu toate acestea, o listă completă a acestor constante poate fi găsită în documentația pentru avr-libc (biblioteca de funcții standard pentru AVR-GCC).
Fișă de date (din fișa de date în limba engleză) - un fișier de documentație tehnică, o descriere a unui dispozitiv specific (microcircuit, tranzistor etc.). Conține toate informațiile despre caracteristicile și aplicarea componentei. Aproape întotdeauna în format PDF. De obicei căutat pe google ca „<название компонента>pdf".
Ultimii trei biți controlează prescaler-ul menționat la început (restul nu ne interesează încă):
Să configuram cronometrul astfel încât întreruperile să apară de două ori pe secundă. Alegem prescaler 64; Pentru a face acest lucru, setați biții CS11 și CS10:
TCCR1B= (1< < CS11) | (1 < < CS10) ;
Atunci frecvența de numărare va fi 8MHz/64=125KHz, adică. 1 va fi adăugat la valoarea TCNT1 la fiecare 8µs. Dorim să apară întreruperi cu o perioadă de 500 ms. Evident, în acest timp, cronometrul va număra până la valoarea de 500mS / 8μS = 62500, sau 0xF424. Timer 1 are 16 biți, așa că totul este în regulă.
OCR1A=0xF424;
Este clar că dacă valoarea calculată depășește capacitatea temporizatorului, trebuie selectat un prescaler mai mare. Derivarea unei formule simple pentru calcularea numărului care trebuie încărcat în cronometru pentru a obține frecvența de întrerupere dorită pentru o anumită frecvență a procesorului și prescaler este lăsată în seama cititorului.
Rămâne doar să activați întreruperea prin coincidență - bitul din registrul TIMSK1 este responsabil pentru aceasta:
Despre el se scrie următoarele:
Deci, setați valoarea dorită:
TIMSK1= (1< < OCIE1A) ;
În plus, trebuie reținut că înainte de a utiliza întreruperi, acestea trebuie să fie activate global prin apelarea funcției sei(). Pentru a dezactiva global întreruperile, utilizați funcția cli(). Aceste funcții setează/șteresc bitul euîn registru SREG, controlând însăși posibilitatea utilizării unui astfel de mecanism ca întreruperi. Registrele precum TIMSKn nu sunt altceva decât setări locale pentru un anumit modul.
După cum sa menționat deja, o întrerupere poate apărea în orice moment, întrerupând programul oriunde. Cu toate acestea, există cazuri în care acest lucru nu este de dorit. Mecanismul global de dezactivare/activare a întreruperii rezolvă această problemă.
Deci, un program care clipește un LED folosind întreruperi poate fi rescris după cum urmează:
#include< avr/io.h >#include< avr/interrupt.h >ISR (TIMER1_COMPA_vect) ( TCNT1= 0 ; dacă (PORTB & (1)< < PB0) ) PORTB& = ~ (1 < < PB0) ; else PORTB| = (1 < < PB0) ; } void main (void ) { DDRB= 0xFF ; PORTB= 0 ; OCR1A= 0xF424 ; TIMSK1= (1 < < OCIE1A) ; TCCR1B= (1 < < CS11) | (1 < < CS10) ; sei() ; while (1 ) ; }Se poate observa că acum, în intervalele dintre comutarea LED-urilor, procesorul este absolut liber să efectueze alte sarcini, în timp ce în primul exemplu era ocupat cu numărarea inutilă a ciclurilor de ceas (funcțiile _delay_xx() funcționează astfel). Astfel, întreruperile vă permit să organizați multitasking primitiv.
Generare PWM cu temporizator.
Cu anumite setări, blocurile de comparație vă permit să organizați generarea hardware a unui semnal PWM pe picioarele MK, desemnat ca OSnX:
PWM (PWM) - W ironic ȘI impuls M odulare ( P ulse W idth M odularea). Semnalul PWM este o secvență de impulsuri dreptunghiulare cu durată variabilă:
Pentru PWM, sunt introduse două caracteristici înrudite - ciclul de lucru (D) și ciclul de lucru - reciproca ciclului de lucru. Ciclul de lucru este raportul dintre timpul pulsului și durata perioadei:
Factorul de umplere este adesea exprimat ca procent, dar notația zecimală este, de asemenea, comună.
Valoarea PWM pentru economia națională constă în faptul că valoarea efectivă a tensiunii unui astfel de semnal este direct proporțională cu ciclul de lucru:
- cu aceasta integrala manualul pare mai solid; dependența se exprimă prin următoarea formulă:
U avg - valoarea medie a tensiunii (aici - este și eficientă);
D este factorul de umplere;
U p-p este amplitudinea pulsului.
Astfel, PWM este o modalitate ușoară de a obține un semnal analogic folosind un microcontroler - pentru aceasta, o astfel de secvență de impulsuri trebuie aplicată unui filtru trece-jos (care, apropo, este întruchiparea fizică a integralei scrise mai sus) .
Cel mai comun mod PWM este așa-numitul. PWM rapid (puteți citi despre alte moduri direct în documentație), așa că să luăm în considerare. În acest caz, blocurile de comparație funcționează după cum urmează: când temporizatorul este resetat, ieșirea OCnX este condusă la nivel ridicat; odată ce temporizatorul numără invers până la numărul scris în OCRnX, OCnX este redus. Toate acestea se repetă cu o perioadă de depășire a contorului. Se pare că lățimea impulsului de ieșire depinde de valoarea OCRnX, iar frecvența de ieșire este egală cu frecvența de ceas a temporizatorului împărțită la valoarea sa maximă. Figura din fișa tehnică explică ceea ce s-a spus:
Este posibil și un mod invers, în care schimbarea stării OCnX este efectuată în ordine inversă, ceea ce este convenabil în practică.
Configurarea unui bloc de comparație pentru generarea PWM.
Aici documentația ne va ajuta din nou. Deci, mai întâi trebuie să transferați blocul de comparație în modul de generare PWM și să selectați ieșirea de interes dintre cele disponibile. Aceste setări sunt disponibile în registrul TCCR0A:
Suntem interesați de biții WGMxx și COMnXn. Despre ei se spune următoarele:
Adică, suntem interesați de biții WGM00 și WGM01 - modul PWM rapid,
precum și COM0A1 - PWM neinversător pe pinul OC0A. Personalizați:
TCCR0A= (1< < COM0A1) | (1 < < WGM01) | (1 < < WGM00) ;
Desigur, pe lângă aceasta, pinul selectat trebuie configurat pentru ieșire folosind registrul DDR al portului corespunzător.
OCR0A= 128;
Și în cele din urmă porniți cronometrul selectând divizorul. Totul este la fel aici:
De obicei, pentru PWM este selectată cea mai mare frecvență posibilă (pentru a obține calitatea maximă a semnalului de ieșire). Adică, este recomandabil să setați valoarea minimă a divizorului:
TCCR0B= (1< < CS00) ;
În această etapă, setarea PWM este finalizată și un semnal poate fi văzut pe piciorul selectat.
După cum am menționat mai sus, PWM este o modalitate ușoară de a obține un semnal analogic cu un MCU. De exemplu, puteți organiza o clipire lină a LED-ului (în acest caz, rolul integratorului LPF este îndeplinit de ochiul observatorului, astfel încât LED-ul să poată fi conectat la piciorul MK printr-un rezistor convențional).
Unele puncte din exemplul propus necesită clarificare.
Există un criptic în lista de fișiere incluse stdint.h- în acest fișier sunt declarate tipuri cu o adâncime de biți specificată explicit, de exemplu
uint8_t — u semnat 8
-pic int eger t da
uint16_t — u semnat 16
-pic int eger t da
uint32_t — u semnat 32
-pic int eger t da
int8_t- semnat 8
-pic int eger t da
etc. Astfel de tipuri contribuie la uniformitatea și lizibilitatea programului. În plus, este garantat că la portarea codului, adâncimea de biți a datelor va rămâne specificată. Și apropo, uint8_t este mult mai rapid de scris decât caracterul nesemnat.
Modificator volatilînseamnă că compilatorul nu are voie să optimizeze variabila dată. De exemplu, dacă compilați următorul exemplu:
void main (void ) ( unsigned char i= 0 ; în timp ce (1 ) ( i+ + ; ) )apoi examinați codul dezasamblat și veți descoperi că nu a fost creată nicio variabilă, iar programul este o buclă goală. Acest lucru s-a întâmplat deoarece optimizatorul a considerat variabila nefolosită și nu a inclus-o în codul rezultat. Dacă o variabilă declarată în acest fel ar fi folosită, de exemplu, într-o întrerupere, o astfel de libertate a optimizatorului ar face ca programul să funcționeze incorect. Aplicație volatil exclude acest comportament.
#includeChiar și un radioamator începător poate face independent un transformator de la 220 la 12 volți. Acest dispozitiv aparține mașinilor cu curent alternativ, principiul de funcționare amintește vag de un motor asincron. Desigur, puteți cumpăra un transformator gata făcut, dar de ce să cheltuiți bani, mai ales în cazurile în care există suficient oțel pentru miez și sârmă pentru bobinele la îndemână? Rămâne doar să studiezi puțină teorie și poți începe să produci dispozitivul.
Cum să alegi materialele
La fabricarea unui transformator coborâtor de la 220 la 12 volți, este important să folosiți materiale de înaltă calitate - acest lucru va asigura o fiabilitate ridicată a dispozitivului pe care îl veți asambla ulterior pe acesta. Trebuie remarcat faptul că transformatorul vă permite să faceți o izolare de rețea, astfel încât să poată fi instalat pentru a alimenta lămpi cu incandescență și alte dispozitive care se află în încăperi cu umiditate ridicată (dușuri, subsoluri etc.). Când realizați singur cadrul bobinei, trebuie să utilizați carton durabil sau textolit.
Este recomandat să folosiți fire domestice, sunt mult mai puternice decât omologii chinezi, au o izolare mai bună. Puteți utiliza fire de la transformatoare vechi, atâta timp cât nu există nicio deteriorare a izolației. Pentru a izola straturile unul de celălalt, puteți folosi atât hârtie simplă (de preferință subțire) cât și bandă FUM, care este folosită în instalații sanitare. Dar pentru izolarea înfășurărilor, se recomandă utilizarea unei țesături impregnate cu lac. Este imperativ să aplicați izolație peste înfășurări - țesătură lac sau hârtie de cablu.
Cum se efectuează calculul?
Acum că toate materialele sunt gata, puteți calcula transformatorul de la 220 la 12 volți (pentru o lampă sau orice alt aparat electrocasnic). Pentru a calcula numărul de spire ale înfășurării primare, trebuie să utilizați formula:
N = (40..60) / S.
S este aria secțiunii transversale a circuitului magnetic, unitatea de măsură este mp. vezi În numărător există o constantă - depinde de calitatea miezului de metal. Valoarea sa poate varia de la 40 la 60.
Exemplu de calcul
Să presupunem că avem următoarele setări:
- Fereastra are 53 mm înălțime și 19 mm lățime.
- Cadrul este realizat din textolit.
- Obrajii superioare și inferioare: 50 mm, rama 17,5 mm, prin urmare, fereastra are dimensiunea de 50 x 17,5 mm.
Apoi, trebuie să calculați diametrul firelor. Să presupunem că doriți ca puterea să fie de 170 de wați. În acest caz, curentul de pe înfășurarea rețelei va fi egal cu 0,78 A (împărțim puterea la tensiune). În proiectare, densitatea de curent se dovedește a fi de 2 A/mp. mm. Cu aceste date, puteți calcula că trebuie să utilizați un fir cu un diametru de 0,72 mm. De asemenea, este permisă utilizarea 0,5 mm, 0,35 mm, dar curentul va fi mai mic.
Din aceasta putem concluziona că pentru a alimenta echipamentele radio pe lămpi, de exemplu, trebuie să înfășurați 950-1000 de spire pentru o înfășurare de înaltă tensiune. Pentru strălucire - 11-15 spire (firul trebuie folosit doar cu un diametru mai mare, în funcție de numărul de lămpi). Dar toți acești parametri pot fi găsiți empiric, despre care vom discuta mai târziu.
Calculul înfășurării primare
Când faceți un transformator de la 220 la 12 volți cu propriile mâini, trebuie să calculați corect înfășurarea primară (de rețea). Și numai după aceea poți începe să faci restul. Dacă efectuați incorect calculul primar, atunci dispozitivul va începe să se încălzească, va zumzea puternic, va fi incomod să îl utilizați și chiar periculos. Să presupunem că pentru înfășurare este folosit un fir cu o secțiune transversală de 0,35 mm. Un strat va potrivi 115 spire (50 / (0,9 x 0,39)). Numărul de straturi este, de asemenea, ușor de calculat. Pentru a face acest lucru, este suficient să împărțiți numărul total de spire la cât de mult se potrivește într-un strat: 1000/115 = 8,69.
Acum puteți calcula înălțimea cadrului împreună cu înfășurările. Cel primar are opt straturi întregi, plus izolație (0,1 mm grosime): 8 x (0,1 + 0,74) = 6,7 mm. Pentru a preveni interferențele de înaltă frecvență, înfășurarea rețelei este protejată de restul. Pentru ecran, puteți folosi un fir simplu - înfășurați un strat, izolați-l și conectați capetele la corp. De asemenea, este permisă folosirea foliei (desigur, trebuie să fie puternică). În general, înfășurarea primară a transformatorului nostru va lua 7,22 mm.
O modalitate simplă de a calcula înfășurările secundare
Și acum despre cum să calculați înfășurările secundare, dacă primarul este deja disponibil sau gata. Puteți folosi un astfel de transformator de 220 până la 12 volți pentru benzi LED, asigurați-vă că instalați un stabilizator de tensiune. În caz contrar, luminozitatea va fi inconsecventă. Deci, ce trebuie să calculezi? Câțiva metri de sârmă și doar înfășurați un anumit număr de spire peste înfășurarea primară. Să zicem că ai ranit 10 (și nu ai nevoie de mai mult, este suficient).
Apoi, trebuie să asamblați transformatorul și să conectați înfășurarea primară la rețea printr-un întrerupător (din motive de siguranță). Conectați un voltmetru la înfășurarea secundară și faceți clic pe mașină. Vedeți ce valoare a tensiunii arată dispozitivul (de exemplu, a arătat 5 V). Prin urmare, fiecare tură dă exact 0,5 V. Și acum vă concentrați doar pe ce tensiune trebuie să obțineți (în cazul nostru este de 12 V). Două spire reprezintă 1 volt de tensiune. Și 12 V înseamnă 24 de spire. Dar se recomandă să luați o marjă mică - aproximativ 25% (care este de 6 ture). Nimeni nu a anulat pierderea de tensiune, așa că înfășurarea secundară de 12 V ar trebui să conțină 30 de spire de sârmă.
Cum se face un cadru bobină
Este extrem de important în fabricarea cadrului să se realizeze o absență completă a colțurilor ascuțite, în caz contrar firul poate fi deteriorat, va apărea un circuit interturn. Pe obraji, trebuie să îndepărtați locurile la care vor fi atașate contactele de ieșire de la înfășurări. După asamblarea finală a cadrului, este necesar să rotunjiți toate marginile ascuțite cu o pilă cu ac.
Plăcile din oțel pentru transformator trebuie să se potrivească în găuri cât mai strâns posibil, jocul liber nu este permis. Pentru înfășurarea firelor subțiri, puteți utiliza un dispozitiv special cu o acționare manuală sau electrică. Și firele groase trebuie înfășurate exclusiv manual, fără dispozitive suplimentare.
Bloc redresor
În sine, un transformator de 220 până la 12 volți nu va produce curent continuu; trebuie utilizate dispozitive suplimentare. Acesta este un redresor, filtru și stabilizator. Prima se realizează pe una sau mai multe diode. Cea mai populară schemă este podul. Are o mulțime de avantaje, printre cele principale se numără pierderile minime de tensiune și calitatea ridicată a curentului de ieșire. Dar este permisă utilizarea altor circuite redresoare.
Ca filtre, se folosește un condensator electrolitic convențional, care vă permite să scăpați de resturile componentei variabile a curentului de ieșire. O diodă zener instalată la ieșire vă permite să mențineți tensiunea la același nivel. În acest caz, chiar dacă există ondulații în rețeaua de 220 V și în înfășurarea secundară, tensiunea la ieșirea redresorului va avea întotdeauna aceeași valoare. Acest lucru este bun pentru dispozitivele care se conectează la acesta.
După cum știți, rețelele electrice de uz casnic poartă o tensiune de 220 sau 380 V. De obicei, asta este exact ceea ce necesită un echipament sau altul. Cu toate acestea, unele aparate electrice nu pot funcționa cu rate atât de mari, iar siguranța nu este pe ultimul loc aici. În acest caz, se folosește un dispozitiv special - un transformator descendente de la 220 la 12 volți, care vă permite să furnizați tensiunea necesară. Astăzi vom vorbi despre tipurile de astfel de dispozitive, despre principiul de funcționare și despre scop. Merită să luați în considerare posibilitatea de auto-asamblare a unui circuit de transformator descendente la domiciliu.
Citește în articol:
Transformator coborâtor 220 până la 12 volți: aplicații
Astăzi, multe aparate folosite în viața de zi cu zi necesită tensiune redusă. Acestea sunt televizoare moderne, computere personale și laptopuri, diverse gadget-uri. Cu toate acestea, aceste dispozitive fie vin cu un transformator, numit sursă de alimentare, fie este încorporat în dispozitiv. Dar iluminatul este o problemă separată. Lămpile cu halogen sau LED (în special cele instalate în încăperi cu umiditate ridicată) necesită un dispozitiv separat de reducere a tensiunii. Acest lucru se datorează cerințelor de siguranță, deși economia joacă, de asemenea, un rol important.
Important! Atunci când achiziționați un transformator pentru lămpi LED de 12 volți pentru o baie, trebuie să acordați atenție clasei de protecție IP. Dispozitivul trebuie să fie rezistent la stropire pentru a evita scurtcircuitul și defecțiunea. Pentru un living sau dormitor, această cerință nu este esențială.
Principiul de funcționare al transformatorului: informații generale
Toate astfel de dispozitive, indiferent de tip, efectuează o activitate similară. Transformatorului i se aplică o tensiune, care este redusă folosind bobine sau anumite componente electronice la valoarea dorită. Astfel de dispozitive pot fi step-down (tensiunea de ieșire este mai mică decât intrarea) sau step-up (tensiunea de ieșire este mai mare decât intrarea). Pentru nevoile casnice, transformatoarele step-up sunt irelevante, deoarece. 220 V este suficient pentru funcționarea tuturor aparatelor electrice.
Luați în considerare tipurile de transformatoare folosite astăzi în viața de zi cu zi.
Separarea dispozitivelor de reducere a tensiunii după tip
Transformatoarele sunt împărțite după caracteristicile de proiectare în 2 tipuri:
- Toroidal sau electromagnetic- o versiune invechita care are dimensiuni mari si un coeficient de performanta (COP) mai mic. Acest tip practic nu este folosit pentru nevoile casnice;
- dispozitive electronice (puls).- compact, usor, cu un procent mare de eficienta tinde spre 100%.
În ciuda faptului că primele sunt treptat înlocuite de cele din urmă în toate domeniile, ar fi o greșeală să nu le luăm în considerare.
Transformator toroidal 220 la 12 volți: dispozitiv, circuit
Un dispozitiv destul de simplu format din două bobine cu un număr diferit de spire montate pe un singur miez de oțel. Modificarea tensiunii de ieșire depinde de diferența de ture. Conform legilor fizicii, orice conductor prin care trece un curent electric creează un câmp electromagnetic în jurul său, care crește atunci când firul este înfășurat într-o bobină. Astfel, curentul care circulă prin bobina primară (care este energizată) creează un câmp electromagnetic puternic care este transmis prin miezul de oțel către bobina secundară, din care este îndepărtată tensiunea.
Important! Fără un miez de oțel, un astfel de dispozitiv nu va funcționa, chiar dacă bobina secundară este înfășurată direct pe primar. Mai mult, o astfel de încercare va duce la arderea firului bobinei primare.
Mai jos este o diagramă a unui transformator toroidal simplu.
Dispozitiv electronic de reducere a tensiunii de uz casnic
Circuitul unui transformator electronic de 220 până la 12 volți este mai complex, cu toate acestea, principiul său de funcționare este același. Un mic inel de ferită cu înfășurări acționează ca un miez de oțel cu un număr mare de spire. Lucrarea principală este realizată de tiristoare (dinistoare), diverse rezistențe de limitare și tranzistoare. O diagramă detaliată poate fi găsită mai jos.
Dispozitivele de reducere a impulsurilor au o serie de avantaje față de cele electromagnetice:
- dimensiuni și greutate reduse;
- Eficiență ridicată;
- încălzire minimă, care este complet invizibilă cu o ventilație adecvată;
- durata de viata lunga.
Important!În ciuda tuturor avantajelor comutatoarelor cu impuls, acestea au un dezavantaj - un astfel de transformator nu poate fi conectat la rețea fără sarcină. În cazul unei astfel de includeri, dispozitivul se arde rapid.
Specificații: la ce să fii atent
Există 3 parametri principali cărora ar trebui să le acordați atenție. Acest:
- valoarea tensiunii de intrare (220 sau 380 V).În cazul iluminatului casnic, ar trebui să alegeți un dispozitiv cu un indicator de 220 V;
- tensiunea de iesire– trebuie să corespundă cu 12 V;
- putere. Acest indicator este calculat din sarcina totală pe care o vor crea corpurile de iluminat. De exemplu, dacă intenționați să conectați 9 lămpi de 15 W fiecare, atunci puterea transformatorului ar trebui să fie de 150 W.
Opinia expertului
Inginer-proiectant ES, EM, EO (alimentare, echipamente electrice, iluminat interior) ASP North-West LLC
Întrebați un specialist„Nu ar trebui să cumpărați un dispozitiv step-down cu o marjă mare de putere. Acest lucru va duce nu numai la costuri inutile de achiziție, ci și la o durată de viață mai scurtă. Marja optimă este considerată a fi de 10-15%.
Transformator candelabru: criterii de selecție
Atunci când alegeți un astfel de echipament, ar trebui să acordați atenție nu numai caracteristicilor tehnice, ci și posibilității de plasare. Dacă intenționați să instalați un tavan întins sau fals, nu vor fi întrebări. Dar în lipsa acestora, totul devine puțin mai complicat. Poți alege un dispozitiv destul de compact care să încapă într-o cutie de joncțiune, dar ține cont de faptul că dimensiunile mici înseamnă și o putere mai mică, ceea ce poate să nu fie suficient dacă sunt mulți consumatori. Dacă un transformator obișnuit a eșuat în candelabru, atunci totul este simplu - îl demontăm și cumpărăm unul identic. Și ce să faceți dacă se decide schimbarea lămpilor incandescente cu halogen sau LED, acum vom analiza mai detaliat.
Să luăm în considerare o opțiune. Este planificată instalarea a 8 lămpi cu halogen cu o putere de 30 W fiecare. Facem calcule: 8 × 30 + 10% = 264 wați. Acordând atenție gamei de capacități oferite de producător, puteți observa că cel mai apropiat indicator de partea mare este un transformator de 12 volți și 300 wați. El este cel care ar trebui achiziționat. Mai jos puteți vedea o diagramă a unui transformator electronic pentru lămpi cu halogen de 12 V.
Cum se conectează un transformator descendente 220/12V
Există o anumită procedură pentru conectarea unui transformator descendente. În primul rând, consumatorii sunt conectați la înfășurarea secundară și abia apoi se aplică tensiune la primar. Instalarea se realizează conform schemei, care este cuprinsă în documentația tehnică. Împământarea poate fi conectată în diferite moduri. Dacă carcasa dispozitivului este metalică, atunci acesta poate fi și împământat. Mai jos sunt fotografii cu diferite tipuri de transformatoare.
Foarte important! Toate lucrările legate de instalația electrică se efectuează exclusiv cu tensiunea scoasă. Amintiți-vă că șocul electric este periculos pentru viață și sănătate.
Dacă intenționați să conectați lămpi LED, atunci trebuie să achiziționați un transformator cu un redresor încorporat sau să includeți separat o punte de diode în circuit, care va asigura tensiunea constantă necesară pentru funcționarea stabilă a diodelor luminoase.
Cum să verificați un transformator descendente de la 220 la 12V cu un multimetru
Dacă există un transformator descendente și nu se știe dacă funcționează și care este tensiunea lui de ieșire, puteți folosi un multimetru. Cu toate acestea, trebuie înțeles că o verificare incorectă poate deteriora dispozitivul de măsurare. Să analizăm algoritmul acțiunilor:
- Găsim vizual înfășurările primare și secundare și secundare. Simplifică. Miezurile înfășurării primare sunt întotdeauna mai subțiri.
- Setați comutatorul multimetrului la indicatorul AC minim (de obicei 200 V).
- Aplicam tensiune infasurarii primare.
- Luăm citiri din înfășurarea secundară. Dacă există mai mult de două contacte, le verificăm alternativ. Este posibil ca, pe lângă 12 V, transformatorul să fie capabil să furnizeze 24 și 36 V.
Cum să faci un transformator de 220 până la 12 V cu propriile mâini
Pentru autoproducția unui transformator coborâtor, veți avea nevoie de următoarele materiale:
- miez, care poate fi luat de la un televizor vechi;
- pânză lăcuită;
- carton gros;
- scânduri și bare de lemn;
- bară de oțel;
- lipici și ferăstraie.
Mai întâi, să analizăm opțiunea de fabricație pentru o mașină simplă de înfășurare a sârmei.
| Ilustrare | Acțiune de luat |
 | Acesta este cel mai simplu dispozitiv pentru înfășurarea firului pe o bobină. Diagrama arată clar cum poate fi asamblat. Cu toate acestea, există dispozitive mai convenabile care vor accelera procesul. |
 | Cu ajutorul unei menghine conventionale, a unei bare de otel si a unei bretele (burghiu de mana), puteti asambla un dispozitiv de infasurare care va economisi timp si efort. |
 | Un alt dispozitiv de care nu te poți lipsi. Adesea, bobinele vechi sunt folosite pentru a face un transformator. Este o astfel de mașină, împreună cu unul dintre dispozitivele anterioare, care vă va permite să derulați cu atenție firul de la o bobină la alta. |
Acum ar trebui să luăm în considerare fabricarea unui cadru de carton, direct pe care va fi înfășurat firul.
| Ilustrare | Acțiune de luat |
 | Dimensiunile cadrului sunt măsurate de miez (ar trebui să intre destul de strâns în interior). Pe baza faptului că miezul poate fi atât din plăci obișnuite, cât și cu crestătură, sugerăm ca cititorul să se familiarizeze cu ambele opțiuni. |
 | După mărime, facem un model care se lipește. Pentru fixare, puteți folosi orice lipici, dar este mai bine să acordați preferință impermeabilității. Epoxidul este cea mai bună opțiune. |
 | Și aici puteți vedea raportul dintre dimensiunile cadrului prefabricat, care este mai dificil de fabricat, dar mai fiabil și nu necesită lipire. Rețineți că nerespectarea parametrilor poate duce la funcționarea instabilă a transformatorului. |
Când tot ce aveți nevoie este gata, puteți trece la înfășurarea în sine. Această lucrare are și propriile sale nuanțe care ar trebui luate în considerare.
| Ilustrare | Acțiune de luat |
 | Sârma ar trebui să fie derulată din bobina „donatoare” de sus și înfășurat, dimpotrivă, de jos în sus. Distanța dintre bobine nu trebuie să fie mai mică de un metru. Firul se tine cu mana dreapta, iar rotirea se face cu stanga. |
 | Concluziile pentru diferite tensiuni sunt sigilate cu garnituri izolatoare. Ele pot fi făcute dintr-un fir înfășurat sau un cablu flexibil poate fi lipit de acesta, ceea ce este mai convenabil. Locul de lipire este izolat fără greșeală. Ieșirea este trecută prin orificiul din obraz și fixată. Pentru a nu vă încurca mai târziu (dacă sunt mai multe concluzii), este mai bine să îl marcați imediat. |
 | Garniturile izolatoare de fixare sunt lipite, cu toate acestea, chiar și în acest caz, este necesară o fixare suplimentară. |
 | Figura arată cum garniturile izolatoare de fixare sunt prinse cu un fir înfăşurat. Este important să faceți totul conform instrucțiunilor - numai în acest caz puteți spera la un rezultat pozitiv. Amintiți-vă că spirele firului trebuie să se potrivească perfect între ele - acest lucru va asigura un câmp magnetic stabil al bobinei. |
Calculul numărului de spire ale înfășurărilor primare și secundare
Lucrarea principală în fabricarea unui transformator poate fi numită calculul numărului de spire ale înfășurărilor primare și secundare. În medie, pentru un convertor de 90-150 W, se ia în considerare numărul de spire pe 1 V, egal cu 50 Hz / 10 = 5. Numărul total este calculat prin formulele:
- W1 = 220 × 5 = 1100;
- W2 = 12 × 5 = 60.
Obținem numărul necesar de spire ale înfășurării primare - 1100, iar secundar - 60.
Preturi pentru transformatoare de la 220 la 12 volti
Luați în considerare la ce preț puteți cumpăra transformatoare de 220 până la 12 volți pe piața rusă. Preturile sunt din aprilie 2018.
| O fotografie | Marca | Putere, W | Cost mediu (din aprilie 2018), RUB |
 | Feron | 60 | 150 |
 | TRA54 | 200 | 500 |
 | TRA110 | 250 | 375 |
 | Pondtech | 75 | 4200 |
 | Relco | 250 | 4100 |
După cum puteți vedea, gama de prețuri este destul de mare. Depinde de marca și calitatea componentelor, ceea ce înseamnă că nu ar trebui să vă gândiți că un transformator descendente pentru 150 de ruble. va funcționa mult timp.
Rezumând
Înainte de a cumpăra un transformator coborâtor pentru o casă, este important să calculați toți parametrii. Nu ar trebui să tratați acest lucru cu neglijență, deoarece durabilitatea convertorului depinde de calculele corecte. Dacă decideți să faceți singur un astfel de dispozitiv, atunci trebuie să luați calculele și mai atent. Cu excepția cazului, desigur, stăpânul acasă se așteaptă să folosească un convertor gata făcut.
Un invertor de tensiune auto poate fi uneori incredibil de util, dar majoritatea produselor din magazine fie păcătuiesc din punct de vedere al calității, fie nu sunt mulțumiți de puterea lor, dar nu sunt în același timp ieftine. Dar, la urma urmei, circuitul invertorului este format din cele mai simple părți, prin urmare oferim instrucțiuni pentru asamblarea unui convertor de tensiune cu propriile mâini.
Carcasa pentru invertor
Primul lucru de luat în considerare este pierderea de conversie a energiei electrice generate ca căldură pe întrerupătoarele de circuit. În medie, această valoare este de 2-5% din puterea nominală a dispozitivului, dar acest indicator tinde să crească din cauza selecției necorespunzătoare sau a îmbătrânirii componentelor.
Îndepărtarea căldurii din elementele semiconductoare este de o importanță cheie: tranzistoarele sunt foarte sensibile la supraîncălzire și acest lucru se exprimă în degradarea rapidă a acestora din urmă și, probabil, defectarea lor completă. Din acest motiv, baza pentru carcasă ar trebui să fie un radiator - un radiator de aluminiu.
Dintre profilele radiatorului, un „pieptene” obișnuit cu o lățime de 80-120 mm și o lungime de aproximativ 300-400 mm este potrivit. ecranele tranzistoarelor cu efect de câmp sunt atașate la partea plată a profilului cu șuruburi - petice metalice pe suprafața lor posterioară. Dar chiar și cu aceasta, nu totul este simplu: nu ar trebui să existe un contact electric între ecranele tuturor tranzistorilor circuitului, prin urmare radiatorul și elementele de fixare sunt izolate cu folii de mica și șaibe de carton, în timp ce o interfață termică este aplicată pe ambele părți ale garnitura dielectrică cu o pastă care conține metal.
Determinăm încărcarea și achiziționarea componentelor
Este extrem de important să înțelegem de ce un invertor nu este doar un transformator de tensiune și, de asemenea, de ce există o listă atât de diversă de astfel de dispozitive. În primul rând, amintiți-vă că prin conectarea transformatorului la o sursă de curent continuu, nu veți obține nimic la ieșire: curentul din baterie nu își schimbă polaritatea, respectiv, fenomenul de inducție electromagnetică din transformator este absent ca atare.
Prima parte a circuitului invertorului este un multivibrator de intrare care simulează oscilațiile rețelei pentru a finaliza transformarea. De obicei, este asamblat pe două tranzistoare bipolare capabile să balanseze întrerupătoarele de alimentare (de exemplu, IRFZ44, IRF1010NPBF sau mai puternice - IRF1404ZPBF), pentru care cel mai important parametru este curentul maxim admisibil. Poate atinge câteva sute de amperi, dar, în general, trebuie doar să înmulțiți valoarea curentului cu tensiunea bateriei pentru a obține un număr aproximativ de wați de putere de ieșire fără a lua în considerare pierderile.
Un convertor simplu bazat pe un multivibrator și comutatoare de câmp de putere IRFZ44
Frecvența multivibratorului nu este constantă, este o pierdere de timp pentru a-l calcula și stabiliza. În schimb, curentul de la ieșirea transformatorului este convertit înapoi în CC printr-o punte de diode. Un astfel de invertor poate fi potrivit pentru alimentarea sarcinilor pur active - lămpi cu incandescență sau încălzitoare electrice, sobe.
Pe baza bazei obținute, pot fi asamblate alte circuite care diferă prin frecvența și puritatea semnalului de ieșire. Este mai ușor să faceți selecția componentelor pentru partea de înaltă tensiune a circuitului: curenții aici nu sunt atât de mari, în unele cazuri, ansamblul multivibratorului și filtrului de ieșire poate fi înlocuit cu o pereche de microcircuite cu legarea corespunzătoare. . Condensatorii pentru circuitul de sarcină ar trebui să fie electrolitici, iar pentru circuitele cu un nivel scăzut de semnal, mica.
O variantă a convertorului cu un generator de frecvență pe microcircuite K561TM2 în circuitul primar
De asemenea, este de remarcat faptul că, pentru a crește puterea finală, nu este deloc necesar să achiziționați componente mai puternice și mai rezistente la căldură ale multivibratorului primar. Problema poate fi rezolvată prin creșterea numărului de circuite de convertizor conectate în paralel, dar fiecare dintre ele va necesita propriul transformator.
Opțiune cu conectare în paralel a circuitelor
Lupta pentru o sinusoidă - analizăm circuite tipice
Invertoarele de tensiune sunt folosite astăzi peste tot, atât de pasionații de mașini care doresc să folosească aparatele electrocasnice departe de casă, cât și de locuitorii locuințelor autonome alimentate cu energie solară. Și, în general, putem spune că lățimea spectrului de colectoare de curent care pot fi conectate la acesta depinde direct de complexitatea dispozitivului convertor.
Din păcate, un „sinus” pur este prezent doar în sursa principală de alimentare, este foarte, foarte dificil să se realizeze conversia curentului continuu în ea. Dar în majoritatea cazurilor acest lucru nu este necesar. Pentru a conecta motoare electrice (de la un burghiu la o râșniță de cafea), un curent pulsatoriu cu o frecvență de 50 până la 100 herți este suficient fără netezire.
ESL, lămpile LED și toate tipurile de generatoare de curent (surse de alimentare, încărcătoare) sunt mai critice pentru alegerea frecvenței, deoarece schema lor de funcționare se bazează pe 50 Hz. În astfel de cazuri, microcircuite numite generator de impulsuri ar trebui incluse în vibratorul secundar. Ele pot comuta direct o sarcină mică sau pot acționa ca „conductor” pentru o serie de comutatoare de alimentare în circuitul de ieșire al invertorului.
Dar chiar și un astfel de plan viclean nu va funcționa dacă intenționați să utilizați un invertor pentru alimentarea stabilă cu energie a rețelelor cu o masă de consumatori eterogene, inclusiv mașini electrice asincrone. Aici, un „sinus” pur este foarte important și numai convertoarele de frecvență cu control digital al semnalului pot realiza acest lucru.
Transformer: ridicați sau faceți-o singur
Pentru a asambla invertorul, ne lipsește un singur element de circuit care realizează transformarea tensiunii joase în înaltă. Puteți utiliza transformatoare de la surse de alimentare pentru computere personale și UPS-uri vechi, înfășurările lor sunt doar concepute pentru a transforma 12/24-250 V și invers, rămâne doar să determinați corect concluziile.
Și totuși, este mai bine să înfășurați transformatorul cu propriile mâini, deoarece inelele de ferită fac posibil să o faceți singur și cu orice parametri. Ferita are o conductivitate electromagnetică excelentă, ceea ce înseamnă că pierderile de transformare vor fi minime chiar dacă firul este înfășurat manual și nu strâns. În plus, puteți calcula cu ușurință numărul necesar de spire și grosimea firului folosind calculatoarele disponibile în rețea.
Înainte de înfășurare, inelul de miez trebuie pregătit - îndepărtați marginile ascuțite cu o pilă cu ac și înfășurați-l strâns cu un izolator - fibră de sticlă impregnată cu lipici epoxidic. Aceasta este urmată de înfășurarea înfășurării primare dintr-un fir gros de cupru al secțiunii calculate. După formarea numărului necesar de ture, acestea trebuie să fie distribuite uniform pe suprafața inelului cu un interval egal. Cablurile de înfășurare sunt conectate conform diagramei și izolate cu termocontractabil.
Înfășurarea primară este acoperită cu două straturi de bandă electrică lavsan, apoi sunt înfășurate o înfășurare secundară de înaltă tensiune și un alt strat de izolație. Un punct important - trebuie să înfășurați „secundarul” în direcția opusă, altfel transformatorul nu va funcționa. În cele din urmă, o siguranță termică semiconductoare trebuie lipită la una dintre robinete, a cărei temperatură de curent și de funcționare sunt determinate de parametrii firului de înfășurare secundară (carcasa siguranței trebuie să fie înfășurată strâns pe transformator). De sus, transformatorul este înfășurat cu două straturi de izolație de vinil fără bază adezivă, capătul este fixat cu un cuplaj sau adeziv cianoacrilat.
Instalarea elementelor radio
Rămâne de asamblat dispozitivul. Deoarece nu există atât de multe componente în circuit, acestea pot fi plasate nu pe o placă de circuit imprimat, ci prin montare la suprafață cu atașare la un radiator, adică la carcasa dispozitivului. Lipim la picioarele pinului cu un fir de cupru solid de o secțiune transversală suficient de mare, apoi joncțiunea este întărită cu 5-7 spire de sârmă subțire a transformatorului și o cantitate mică de lipit POS-61. După ce îmbinarea s-a răcit, este izolată cu un tub termocontractabil subțire.
Circuitele de mare putere cu circuite secundare complexe pot necesita fabricarea unei plăci de circuit imprimat, pe marginea căreia tranzistorii sunt plasați într-un rând pentru atașarea liberă la radiatorul. Fibra de sticlă cu o grosime a foliei de cel puțin 50 de microni este potrivită pentru realizarea unei etanșări, dar dacă acoperirea este mai subțire, consolidați circuitele de joasă tensiune cu jumperi de sârmă de cupru.
A face astăzi o placă de circuit imprimat acasă este ușor - programul Sprint-Layout vă permite să desenați șabloane de tăiere pentru circuite de orice complexitate, inclusiv plăci cu două fețe. Imaginea rezultată este imprimată de o imprimantă laser pe hârtie fotografică de înaltă calitate. Apoi șablonul se aplică pe cuprul purificat și degresat, se călcă, hârtia este estompată cu apă. Tehnologia a fost numită „calcat cu laser” (LUT) și este descrisă suficient de detaliat în rețea.
Puteți grava reziduurile de cupru cu clorură ferică, electrolit sau chiar sare comună, există o mulțime de moduri. După gravare, tonerul copt trebuie spălat, găurit găuri de montare cu un burghiu de 1 mm și parcurge toate pistele cu un fier de lipit (scufundat) pentru a cosi cuprul plăcuțelor de contact și pentru a îmbunătăți conductivitatea canalelor.
