Электролитический мостик как сделать
Добавил пользователь Дмитрий К. Обновлено: 19.09.2024
Как сделать выпрямитель и простейший блок питания
Выпрямитель - это устройство для преобразования переменного напряжения в постоянное. Это одна из самых часто встречающихся деталей в электроприборах, начиная от фена для волос, заканчивая всеми типами блоков питания с выходным напряжением постоянного тока. Есть разные схемы выпрямителей и каждая из них в определённой мере справляется со своей задачей. В этой статье мы расскажем о том, как сделать однофазный выпрямитель, и зачем он нужен.
Определение
Различают два типа выпрямителей:
Однополупериодный. Он выпрямляет только одну полуволну входного напряжения. Характерны сильные пульсации и пониженное относительно входного напряжение.
Двухполупериодный. Соответственно, выпрямляется две полуволны. Пульсации ниже, напряжение выше чем на входе выпрямителя – это две основных характеристики.
Что значит стабилизированное и нестабилизированное напряжение?
Стабилизированным называется напряжение, которое не изменяется по величине независимо ни от нагрузки, ни от скачков входного напряжения. Для трансформаторных источников питания это особенно важно, потому что выходное напряжение зависит от входного и отличается от него на Ктрансформации раз.
Нестабилизированное напряжение – изменяется в зависимости от скачков в питающей сети и характеристик нагрузки. С таким блоком питания из-за просадок возможно неправильное функционирование подключенных приборов или их полная неработоспособность и выход из строя.
Выходное напряжение
Если говорят об амплитудной величине, то имеют в виду, сколько вольт от нуля до верхней точки полуволны синусоиды.
Опустив теорию и ряд формул можно сказать, что действующее напряжение в 1.41 раз меньше амплитудного. Или:
Амплитудное напряжение в сети 220В равняется:
Схемы
Однополупериодный выпрямитель состоит из одного диода. Он просто не пропускает обратную полуволну. На выходе получается напряжение с сильными пульсациями от нуля до амплитудного значения входного напряжения.
Если говорить совсем простым языком, то в этой схеме к нагрузке поступает половина от входного напряжения. Но это не совсем корректно.
Двухполупериодные схемы пропускают к нагрузке обе полуволны от входного. Выше в статье упоминалось об амплитудном значении напряжения, так вот напряжение на выходе выпрямителя то же ниже по величине, чем действующее переменное на входе.
Но, если сгладить пульсации с помощью конденсатора, то, чем меньшими будут пульсации, тем ближе напряжение будет к амплитудному.
О сглаживания пульсаций мы поговорим позже. А сейчас рассмотрим схемы диодных мостов.
1. Выпрямитель по схеме Гретца или диодный мост;
2. Выпрямитель со средней точкой.
Её можно подключить напрямую к сети 220В, так сделано в современных импульсных блоках питания, или на вторичные обмотки сетевого (50 Гц) трансформатора. Диодные мосты по этой схеме можно собирать из дискретных (отдельных) диодов или использовать готовую сборку диодного моста в едином корпусе.
Вторая схема – выпрямитель со средней точкой не может быть подключена напрямую к сети. Её смысл заключается в использовании трансформатора с отводом от середины.
По своей сути – это два однополупериодных выпрямителя, подключенные к концам вторичной обмотки, нагрузка одним контактом подключается к точке соединения диодов, а вторым – к отводу от середины обмоток.
Её преимуществом перед первой схемой является меньшее количество полупроводниковых диодов. А недостатком – использование трансформатора со средней точкой или, как еще называют, отводом от середины. Они менее распространены чем обычные трансформаторы со вторичной обмоткой без отводов.
Сглаживание пульсаций
Питание пульсирующим напряжением неприемлемо для ряда потребителей, например, источники света и аудиоаппаратура. Тем более, что допустимые пульсации света регламентируются в государственных и отраслевых нормативных документах.
Для сглаживания пульсаций используют фильтры – параллельно установленный конденсатор, LC-фильтр, разнообразные П- и Г-фильтры…
Но самый распространенный и простой вариант – это конденсатор, установленный параллельно нагрузке. Его недостатком является то, что для снижения пульсаций на очень мощной нагрузке придется устанавливать конденсаторы очень большой емкости – десятки тысяч микрофарад.
Его принцип работы заключается в том, что конденсатор заряжается, его напряжение достигает амплитуды, питающее напряжение после точки максимальной амплитуды начинает снижаться, с этого момента нагрузка питается от конденсатора. Конденсатор разряжается в зависимости от сопротивления нагрузки (или её эквивалентного сопротивления, если она не резистивная). Чем больше емкость конденсатора – тем меньшие будут пульсации, если сравнивать с конденсатором с меньшей емкостью, подключенного к этой же нагрузке.
Простым словами: чем медленнее разряжается конденсатор – тем меньше пульсации.
Скорости разряда конденсатора зависит от потребляемого нагрузкой тока. Её можно определить по формуле постоянной времени:
где R – сопротивление нагрузки, а C – емкость сглаживающего конденсатора.
Таким образом, с полностью заряженного состояния до полностью разряженного конденсатор разрядится за 3-5 t. Заряжается с той же скоростью, если заряд происходит через резистор, поэтому в нашем случае это неважно.
Отсюда следует – чтобы добиться приемлемого уровня пульсаций (он определяется требованиями нагрузки к источнику питания) нужна емкость, которая разрядится за время в разы превышающее t. Так как сопротивления большинства нагрузок сравнительно малы, нужна большая емкость, поэтому в целях сглаживания пульсаций на выходе выпрямителя применяют электролитические конденсаторы, их еще называют полярными или поляризованными.
Обратите внимание, что путать полярность электролитического конденсатора крайне не рекомендуется, потому что это чревато его выходом из строя и даже взрывом. Современные конденсаторы защищены от взрыва – у них на верхней крышке есть выштамповка в виде креста, по которой корпус просто треснут. Но из конденсатора выйдет струя дыма, будет плохо, если она попадет вам в глаза.
Расчет емкости ведется исходя из того какой коэффициент пульсаций нужно обеспечить. Если выражаться простым языком, то коэффициентом пульсаций показывает, на какой процент проседает напряжение (пульсирует).
Чтобы посчитать емкость сглаживающего конденсатора можно использовать приближенную формулу:
Где Iн – ток нагрузки, Uн – напряжение нагрузки, Kн – коэффициент пульсаций.
Для большинства типов аппаратуры коэффициент пульсаций берется 0.01-0.001. Дополнительно желательно установить керамический конденсатор как можно большей емкости, для фильтрации от высокочастотных помех.
Как сделать блок питания своими руками?
Если нужно получить высокое напряжение, и вы пренебрегаете гальванической развязкой то можно исключить трансформатор из списка, тогда вы получите постоянное напряжение вплоть до 300-310В. Такая схема стоит на входе импульсных блоков питания, например, такого как у вас на компьютере. О них мы недавно писали большую статью - Как устроен компьютерный блок питания.
У конденсатора две основных характеристики – емкость и напряжение. Как подбирать емкость мы разобрались, а с подбором напряжения – нет. Напряжение конденсатора должно превышать амплитудное напряжение на выходе выпрямителя хотя бы в половину. Если фактическое напряжение на обкладках конденсатора превысит номинальное – велика вероятность его выхода из строя.
Старые советские конденсаторы делались с хорошим запасом по напряжению, но сейчас все используют дешевые электролиты из Китая, где в лучшем случае есть малый запас, а в худшем – и указанного номинального напряжения не выдержит. Поэтому не экономьте на надежности.
Стабилизированный блок питания отличается от предыдущего всего лишь наличием стабилизатора напряжения (или тока). Простейший вариант – использовать L78xx или другие линейные стабилизаторы, типа отечественного КРЕН.
Так вы можете получить любое напряжение, единственное условие при использовании подобных стабилизаторов, это то, напряжение до стабилизатора должно превышать стабилизированную (выходную) величину хотя бы на 1.5В. Рассмотрим, что написано в даташите 12В стабилизатора L7812:
Т.е. для стабилизированного БП на 12В со стабилизатором серии L7812 нужно, чтобы выпрямленное напряжение лежало в пределах 14.5-35В, чтобы избежать просадок, будет идеальным решением применять трансформатора с вторичной обмоткой на 12В.
Но выходной ток достаточно скромный – всего 1.5А, его можно усилить с помощью проходного транзистора. Если у вас есть PNP-транзисторы, можно использовать эту схему:
Если у вас есть NPN-транзисторы типа КТ803/КТ805/КТ808, то подойдет эта:
Стоит отметить, что во второй схеме выходное напряжение будет меньше напряжения стабилизации на 0.6В – это падение на переходе эмиттер база, подробнее об этом мы писали в статье о биполярных транзисторах. Для компенсации этого падения в цепь был введен диод D1.
Можно и в параллель установить два линейных стабилизатора, но не нужно! Из-за возможных отклонений при изготовлении нагрузка будет распределяться неравномерно и один из них может из-за этого сгореть.
Установите и транзистор, и линейный стабилизатор на радиатор, желательно на разные радиаторы. Они сильно греются.
Регулируемые блоки питания
Простейший регулируемый блок питания можно сделать с регулируемым линейным стабилизатором LM317, её ток тоже до 1.5 А, вы можете усилить схему проходным транзистором, как было описано выше.
Вот более наглядная схема для сборки регулируемого блока питания.
Чтобы получить больший ток можно и использовать более мощный регулируемый стабилизатор LM350.
В последних двух схемах есть индикация включения, которая показывает наличие напряжения на выходе диодного моста, выключатель 220В, предохранитель первичной обмотки.
Вот пример регулируемого зарядного устройства для аккумулятора с тиристорным регулятором в первичной обмотке, по сути такой же регулируемый блок питания.
Кстати похожей схемой регулируют и сварочный ток:
Заключение
Выпрямитель используется в источниках питания для получения постоянного тока из переменного. Без его участия не получится запитать нагрузку постоянного тока, например светодиодную ленту или радиоприемник.
Также используются в разнообразных зарядных устройствах для автомобильных аккумуляторов, есть ряд схем с использованием трансформатора с группой отводов от первичной обмотки, которые переключаются галетным переключателем, а во вторичной обмотке установлен только диодный мост. Переключатель устанавливают со стороны высокого напряжения, так как, там в разы ниже ток и его контакты не будут пригорать от этого.
По схемам из статьи вы можете собрать простейший блок питания как для постоянной работы с каким-то устройством, так и для тестирования своих электронных самоделок.
Схемы не отличаются высоким КПД, но выдают стабилизированное напряжение без особых пульсаций, следует проверить емкости конденсаторов и рассчитать под конкретную нагрузку. Они отлично подойдут для работы маломощных аудиоусилителей, и не создадут дополнительного фона. Регулируемый блок питания станет полезным автолюбителями и автоэлектрикам для проверки реле регулятора напряжения генератора.
Регулируемый блок питания используется во всех областях электроники, а если его улучшить защитой от КЗ или стабилизатором тока на двух транзисторах, то вы получите почти полноценный лабораторный блок питания.
Скажите, пожалуйста, что такое внешний электролитический мостик и как его сделать?
Он мне необходим для измерения концентрации Cl т.к. там нелься применять электрод сравнения заполненный KCL, а у меня есть только электрод сравнения, который заполняется KCL.
На практике электролитический мостик делается обычно так:
Вариант1 - промышленностью выпускаются такие как бы насадки на электрод. Прицепляете ее к хлорид-серебряному электроду и все.
Вариант 2 - ставите хлорид-серебряный электрод в стакан с электролитом и перекидываете оттуда кусок фильтровалки в другой стакан, где будете проводить измерения.
Оба варианта я попробовал нарисовать. Рисунок конечно весьма приблизительный
Подскажите пожалуйста в каких соотношениях готовить агаровый гель на растворе KNO3. что с чем смешивать и в каком порядке?
Солевой мостик - 1%-ный раствор агар-агара в присутствии 1M раствора KNO3.
Можете попробовать заменить агар-агар желатиной, модифицированным крахмалом, КМЦ, или просто взять насыщенный раствор KCl и заткнуть мостик стекловатой. (вдруг кому еще надо))))
Ну да. А KNO3 - заменить на нитрат аммония, либо лучше - хлорид калия, либо еще лучше - хлорид рубидия, и так до бесконечности.
Для КМЦ-Na, видимо, других электролитов не требуется.
Выбор соли для мостика определяется условиями:
1. Задача (не допустить в анализируемом растворе определённых ионов)
2. Подвижность катиона и аниона должны иметь близкие значения.
Два метала погруженные в растворы своих солей отделенные друг от друга пористой перегородкой или электромостиком и соединён проводником образуют гальванические элементы, это устройство, в котором химическая энергия окислительное восстановительных процессов превращается в электрическую энергию, т.е. протекание процессов.
Возникновение электрического тока в элементах, является следствием электродного потенциала метала. Рассмотрим принцип гальванического элемента на примере Якоби.
Способность растворяться у Zn больше чем у Меди, поэтому концентрация избыточных элементов, на цинковом электроде будет больше, если соединить пластинки (электроды) проводником, то электроды с цинковой пластинки будут переходить по проводнику на медную пластинку. Этот переход нарушает равновесие на цинковой пластинке. На цинковом электроде происходит процесс окисления цинка, и этот переход называется анодом, на медном электроде будет происходить восстановительный процесс. Анод в гальваническом элементе имеет знак - , а катод знак +. При составлении схемы анод пишется слева, а катод с право, правило правого плюса.
А - Zn/ Zn 2+ /Cu 2+ /Cu +K
- А: Zn 0 -2e = Zn 2+ — окисление
+ К: Сu 2+ +2e =Cu 0 — восстановление
Zn 0 + Cu 2+ = Zn 2+ +Cu 0
При составлении гальванического элемента, анодом всегда является электродом у которого величина электродного потенциала меньше значения и катодом у которого электрический потенциал больше значения. При одинаковой концентрации растворов анодом всегда является пластинка из более активного метала. Зачем нужна пористая перегородка, или электролитический мостик. Назначение пористой перегородки или электролитического мостика, состоит в том чтобы в катодном пространстве не накапливались анионы, а в анодном пространстве чтобы не накапливались анионы. Иначе если не поставить электролитический мостик будет происходить концентрационная поляризация и процесс будет тормозится. Эффективность работы гальванического элемента характеризует величина ЭДС элемента.
№38.Зависимость электродного потенциала от концентрации. Уравнение Нернста.
РН-МЕТРИЯ ДЛЯ НАЧИНАЮЩИХ.
ЧАСТЬ 2. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫБОРУ ЭЛЕКТРОДОВ.
Часть 2. Рекомендации по выбору электродов.
Для измерения рН необходимы два электрода: рН-электрод и электрод сравнения, или комбинированный рН-электрод, в котором оба электрода выполнены в одном корпусе. Эти электроды наиболее удобны в использовании, именно они продаются в комплекте аквариумных рН-метров и контроллеров.
При выборе стеклянного рН-электрода следует обратить внимание на следующие характеристики:
1. Рабочий диапазон рН и температуры. Большинство электродов стабильно работают при рН от 0 до 12 и температуре 10-40 0 С. Для аквариума этого вполне достаточно. Существуют специальные электроды для работы при повышенной температуре и в сильно щелочных средах, но преимуществ для измерения рН в аквариуме они не дают. Для измерения рН в морском аквариуме желательно поискать электрод, способный работать в растворах с высоким содержанием натрия.
2. Внутреннее сопротивление электрода. Этот параметр обязательно указывается в паспорте электрода. Электроды бывают низкоомные (сопротивление 10-100 МОм) и высокоомные (100-1000 МОм). Высокоомные электроды работают в более широком диапазоне рН, потенциал устанавливается быстрее, но они очень сильно реагируют на электрические помехи. С ними могут работать только качественные измерительные приборы. В ряде случаев электрод реагирует на статическое напряжение от синтетической и шерстяной одежды. Для использования в аквариуме они малопригодны. Из-за наводок от ламп, ЭПРА и другого электрооборудования потенциал будет постоянно плавать, а точность измерения будет крайне низкой. В любом случае следует отдать предпочтение низкоомным электродам.
3. Изопотенциальная точка.
Сх - концентрация ионов Х;
pXi = - lg(Cx) - в изопотенциальной точке;
Ei - потенциал электрода в изопотенциальной точке.
Концентрация анализируемых ионов, при которой потенциал электрода не зависит от температуры, называется изопотенциальной точкой. Значения концентрации раствора и потенциала электрода в этой точке называют координатами изопотенциальной точки (рНi и Ei). Координаты изопотенциальной точки для стеклянных pH-электродов нормируются. На заре развития pH-метрии многие изготовители электродов экспериментировали с положением изопотенциальной точки, но с накоплением опыта большинство из них пришло к выводу, что наиболее универсальным является электрод с pHi=7. Поэтому в настоящее время основные западные фирмы-производители потенциометрического оборудования выпускают pH-электроды только с pHi=7. Это стало настолько привычным, что данный параметр даже не указывается в документации. В нашей стране сложилась другая традиция - выпускались и выпускаются электроды с разными изопотенциальными точками (pHi=4,25; 7,00; 10,00). Для аквариума желательно выбирать наиболее универсальный электрод с pHi=7.
РН-электроды бывают в пластмассовом корпусе, принципиально они не отличается от обычного стеклянного электрода. Это та же чувствительная стеклянная мембрана, только с защитой. Такие электроды более устойчивы к механическим воздействиям и рекомендуются к использованию с портативными приборами.
У импортных электродов наиболее популярный BNC -разъем (К80.7), в последние годы такой разъем устанавливают и на отечественных измерительных приборах.
Ранее устанавливался разъем К80.3.
Разъемы для крепления при помощи винта устанавливаются на промышленных электродах.
Электрод сравнения.
Без него работа рН-электрода и других ион-селективных электродов невозможна. Потенциал электрода сравнения остается практически постоянным при изменении внешних условий и не меняется при изменении концентрации исследуемого раствора. Измерительный прибор регистрирует разность потенциалов между двумя электродами – рН и электродом сравнения.
Традиционно используются хлорсеребряные электроды сравнения и приборы калибруются для использования этих электродов. Этот электрод представляет собой серебряную проволоку, погруженную в насыщенный раствор малорастворимого хлорида серебра. В качестве электролитического ключа используется 3 М, 3,5 М или 4,2 М раствор хлорида калия. Наиболее универсальными являются электроды, заполненные 3,5 М раствором KCl.
Электроды бывают одноключевыми и двухключевыми.
На рисунке представлено строение одноключевого электрода сравнения. Контакт электролита внутри электрода с исследуемым раствором осуществляется через электролитический ключ, он может быть сделан из любого химически устойчивого волокнистого материала (асбест, синтетическое волокно) или пористой керамики. Обязательным условием нормальной работы этого электрода является постоянное истечение электролита. Нормальной считается скорость истечения 0,03-1 мл в сутки. В процессе работы электролит расходуется и его необходимо постоянно добавлять, для этого в электроде есть специальное отверстие. Часто эти электроды продаются в сухом виде, в комплекте имеется раствор хлорида калия необходимой концентрации для приведения электрода в рабочее состояние.
Выпускаются также электроды с загущенным электролитом. Электролит в этом электроде в виде геля, скорость его истечение очень мала. Эти электроды не требуют добавления электролита и в процессе эксплуатации не обслуживаются. Применяются в тех случаях, когда обслуживание электрода по каким-либо причинам затруднено. Измерения, проводимые с применением непроточного электрода сравнения с загущенным электролитом, всегда менее точны, чем при использовании обычного проточного электрода. Это особенно заметно в сильнокислых (pH 12) или достаточно концентрированных растворах. Другим недостатком подобных систем является "эффект памяти" проявляющийся при резком изменении состава анализируемого раствора. Предыдущий раствор некоторое время сохраняется в порах электролитического ключа, что приводит к значительным погрешностям измерений и медленному установлению потенциала.
В случае, когда попадание электролита в анализируемый раствор нежелательно, используют двухключевые электроды сравнения.
У них электрод через внутренний электролитический ключ контактирует с промежуточной емкостью с раствором соли, эта емкость в свою очередь имеет контакт с анализируемым раствором через внешний электролитический ключ. Для заполнения промежуточной емкости могут использоваться любые растворы равнопереносящих электролитов (KNO3, NH4NO3, NH4Cl, CH3COOLi и др.)
Комбинированный электрод.
Рекомендации по уходу и восстановлению.
Перед началом использования рН-электроды обычно рекомендуют вымачивать сутки в 0,1н растворе соляной кислоты, а хранить между измерениями в дистиллированной воде или в восстанавливающем растворе (обычно в разбавленном растворе соляной кислоты). В сухом виде хранить эти электроды нельзя, это приводит к появлению микротрещин и разрушению поверхности стекла. Если электрод сильно загрязнен и перестал работать, то его следует очистить (отполировать) мягкой салфеткой.
Самодельный медно-сульфатный электрод.
Если отсутствует электрод сравнения или он оказался неисправным, то его вполне можно заменить самодельным электродом. Электродом сравнения может быть металл, погруженный в раствор своей соли и соединенный электролитическим мостиком с исследуемым раствором. Потенциал такого электрода будет зависеть от используемого металла и концентрации соли. В промышленности вместо достаточно дорогого хлорсеребряного электрода иногда используют более дешевый медно-сульфатный электрод. Его можно изготовить самому.
Для этого нужен стеклянный или пластиковый корпус с небольшим отверстием внизу. Подойдет лабораторная пипетка. В кончик пипетки надо плотно вставить фитиль из волокнистого материала, я использовал асбестовый шнур. Вставлять его удобнее изнутри, вытягивая наружу, чтобы он плотно закрыл отверстие. Внутрь пипетки необходимо залить насыщенный раствор медного купороса и вставить медную проволоку. К ней припаять провод для подключения к прибору. В верхней части пипетки надо оставить небольшое отверстие для пополнения раствора медного купороса.
Это одноключевой медно-сульфатный электрод. Его потенциал будет отличаться от потенциала хлорсеребряного электрода на 100 + 20мВ. Эту поправку необходимо учесть при калибровке, если ее не сделать, то при замене хлорсеребряного электрода на медно-сульфатный прибор покажет рН на 2 единицы больше, т.е. вместо 7,0 около 9,0. К сожалению, не все приборы правильно калибруются при такой замене электрода.
Если истечение раствора медного купороса в исследуемый раствор (аквариум) нежелательно, то можно сделать двухключевой электрод. Для этого понадобится пипетка поменьше, чтобы она свободно входила в первую емкость. В нее следует залить насыщенный раствор медного купороса и вставить медную проволоку. А наружную емкость заполнить раствором равнопереносящего электролита, например – раствором хлорида калия.
Можно использовать более разбавленные растворы, чем при заполнении хлорсеребряного электрода. Для того чтобы раствор CuSO 4 длительное время не менял свою концентрацию и оставался насыщенным, во внутреннюю полость желательно внести несколько кристаллов этой соли.
Читайте также: