Zasilanie diody Zenera i tranzystora

Podany poniżej stabilizowany zasilacz jest jednym z pierwszych urządzeń montowanych przez szynki dla początkujących. To bardzo proste, ale bardzo przydatne urządzenie. Do jego montażu nie są potrzebne drogie elementy, które są dość łatwe do odebrania dla początkującego, w zależności od wymaganych cech zasilacza.
Materiał będzie również przydatny dla tych, którzy chcą bardziej szczegółowo zrozumieć cel i obliczenia najprostszych komponentów radiowych. W szczególności poznasz szczegółowo takie elementy zasilacza, jak:

• transformator mocy;
• mostek diodowy;
• kondensator wygładzający;
• dioda Zenera;
• rezystor dla diody Zenera;
• tranzystor
• rezystor obciążenia;
• LED i rezystor do tego.

Również w tym artykule szczegółowo opisano, jak wybrać komponenty radiowe do zasilacza i co zrobić, jeśli nie ma wymaganej oceny. Rozwój płytki drukowanej zostanie wyraźnie pokazany, a niuanse tej operacji zostaną ujawnione. Kilka słów mówi się konkretnie o sprawdzeniu elementów radiowych przed lutowaniem, a także o montażu urządzenia i przetestowaniu go.

Typowy ustabilizowany obwód zasilania

Obecnie istnieje wiele różnych schematów zasilaczy ze stabilizacją napięcia. Ale jedna z najprostszych konfiguracji, od której początkujący powinien zacząć, opiera się tylko na dwóch kluczowych elementach - diodzie Zenera i mocnym tranzystorze. Oczywiście w obwodzie są inne szczegóły, ale są one pomocnicze.
Zwyczajowo demontuje się obwody w elektronice w kierunku, w którym przepływa przez nie prąd. W zasilaczu ze stabilizacją napięcia wszystko zaczyna się od transformatora (TR1). Wykonuje kilka funkcji jednocześnie. Po pierwsze, transformator obniża napięcie sieciowe. Po drugie, zapewnia działanie obwodu. Po trzecie, zasila urządzenie podłączone do urządzenia.
Mostek diodowy (BR1) - służy do prostowania zmniejszonego napięcia sieciowego. Innymi słowy, wchodzi do niego napięcie przemienne, a moc wyjściowa jest już stała. Ani sam zasilacz, ani podłączone do niego urządzenia nie będą działać bez mostka diodowego.
Potrzebny jest wygładzający kondensator elektrolityczny (C1), aby usunąć tętnienia obecne w sieci domowej. W praktyce powodują zakłócenia, które negatywnie wpływają na działanie urządzeń elektrycznych. Jeśli na przykład weźmiemy wzmacniacz dźwięku zasilany z zasilacza bez kondensatora wygładzającego, wówczas te same tętnienia będą wyraźnie słyszalne w kolumnach w postaci szumu zewnętrznego. Inne urządzenia mogą powodować zakłócenia, nieprawidłowe działanie i inne problemy.
Dioda Zenera (D1) jest elementem zasilacza, który stabilizuje poziom napięcia. Faktem jest, że transformator wytworzy pożądane 12 V (na przykład) tylko wtedy, gdy gniazdko elektryczne ma dokładnie 230 V. Jednak w praktyce takie warunki nie istnieją. Napięcie może zarówno opadać, jak i zwiększać się. Ten sam transformator da na wyjściu. Ze względu na swoje właściwości dioda Zenera wyrównuje niskie napięcie niezależnie od skoków napięcia w sieci. Aby ten element działał poprawnie, potrzebny jest rezystor ograniczający prąd (R1). O tym bardziej szczegółowo poniżej.
Tranzystor (Q1) - potrzebny do wzmocnienia prądu. Faktem jest, że dioda Zenera nie jest w stanie przejść przez siebie całego prądu pobieranego przez urządzenie. Ponadto będzie działał poprawnie tylko w określonym zakresie, na przykład od 5 do 20 mA. Szczerze mówiąc, to nie wystarczy, aby zasilić dowolne urządzenie. Potężny tranzystor radzi sobie z tym problemem, którego otwieranie i zamykanie jest kontrolowane przez diodę Zenera.
Wygładzający kondensator (C2) - zaprojektowany tak samo jak powyższy C1. Typowe stabilizowane obwody zasilające zawierają również rezystor obciążenia (R2). Jest to konieczne, aby obwód działał, gdy nic nie jest podłączone do zacisków wyjściowych.
Inne składniki mogą być obecne w takich schematach. Jest to bezpiecznik umieszczony przed transformatorem, dioda LED sygnalizująca włączenie urządzenia, dodatkowe kondensatory wygładzające oraz kolejny tranzystor wzmacniający i przełącznik. Wszystkie komplikują obwód, jednak zwiększają funkcjonalność urządzenia.

Obliczanie i wybór komponentów radiowych dla najprostszego źródła zasilania

Transformator jest wybierany według dwóch głównych kryteriów - napięcia uzwojenia wtórnego i mocy. Istnieją inne parametry, ale w materiale nie są one szczególnie ważne. Jeśli potrzebujesz zasilacza, powiedzmy, o napięciu 12 V, transformator musi być tak dobrany, aby można go było nieco usunąć z uzwojenia wtórnego. Z mocą jednakowo - bierzemy z niewielkim marginesem.
Głównym parametrem mostka diodowego jest maksymalny prąd, który może on przekazać. Warto przede wszystkim skupić się na tej charakterystyce. Spójrzmy na kilka przykładów. Jednostka będzie używana do zasilania urządzenia zużywającego prąd 1 A. Oznacza to, że mostek diodowy należy pobrać przy około 1,5 A. Załóżmy, że planujesz zasilać urządzenie 12 woltów o mocy 30 watów. Oznacza to, że pobór prądu wyniesie około 2,5 A. W związku z tym mostek diodowy musi wynosić co najmniej 3 A. Jego inne właściwości (maksymalne napięcie itp.) Można pominąć w tak prostym obwodzie.
Ponadto warto powiedzieć, że mostka diodowego nie można pobrać, ale zmontować go z czterech diod. W takim przypadku każdy z nich musi być przystosowany do prądu przepływającego przez obwód.
Aby obliczyć pojemność kondensatora wygładzającego, stosuje się raczej złożone wzory, które w tym przypadku są bezużyteczne. Zazwyczaj przyjmuje się pojemność 1000-2200 μF, i to wystarczy do prostego zasilania. Możesz wziąć kondensator i więcej, ale znacznie zwiększy to koszt produktu. Kolejnym ważnym parametrem jest maksymalne napięcie. Zgodnie z nim kondensator jest wybierany w zależności od tego, jakie napięcie będzie obecne w obwodzie.
Należy pamiętać, że w odstępie między mostkiem diodowym a diodą Zenera po włączeniu kondensatora wygładzającego napięcie będzie o około 30% wyższe niż na zaciskach transformatora. Oznacza to, że jeśli wykonasz zasilacz 12 V, a transformator daje margines 15 V, to w tej sekcji ze względu na kondensator wygładzający będzie wynosił około 19,5 V.W związku z tym powinien być zaprojektowany na to napięcie (najbliższa standardowa wartość znamionowa 25 V).
Drugi kondensator wygładzający w obwodzie (C2) jest zwykle pobierany z małą pojemnością - od 100 do 470 mikrofaradów. Napięcie w tej sekcji obwodu zostanie już ustabilizowane, na przykład do poziomu 12 V. Odpowiednio do tego należy zaprojektować kondensator (najbliższa standardowa wartość znamionowa to 16 V.).
A co jeśli kondensatory o wymaganych parametrach nie są dostępne, a ty nie chcesz iść do sklepu (lub po prostu nie chcesz ich kupować)? W takim przypadku całkiem możliwe jest zastosowanie równoległego połączenia kilku kondensatorów o niższej pojemności. Należy zauważyć, że maksymalne napięcie robocze przy takim połączeniu nie zostanie zsumowane!
Dioda Zenera jest wybierana w zależności od tego, jakie napięcie musimy uzyskać na wyjściu zasilacza. Jeśli nie ma odpowiedniej oceny, można połączyć szeregowo szereg elementów. W tym przypadku napięcie stabilizowane zostanie zsumowane. Weźmy na przykład sytuację, w której potrzebujemy uzyskać napięcie 12 V, a dostępne są tylko dwie diody Zenera o napięciu 6 V. Łącząc je szeregowo, otrzymujemy pożądane napięcie. Warto zauważyć, że aby uzyskać średnią wartość nominalną, równoległe połączenie dwóch diod Zenera nie będzie działać.
Możliwe jest wybranie rezystora ograniczającego prąd dla diody Zenera tak dokładnie, jak to możliwe, tylko eksperymentalnie. Aby to zrobić, rezystor o wartości około 1 kOhm jest zawarty w już działającym obwodzie (na przykład na płycie chlebowej), a amperomierz i rezystor zmienny są umieszczone między obwodem a diodą Zenera. Po włączeniu obwodu należy obrócić uchwyt rezystora zmiennego, aż wymagany znamionowy prąd stabilizacji przepłynie przez sekcję obwodu (wskazaną w charakterystyce diody Zenera).
Tranzystor wzmacniający jest wybierany według dwóch głównych kryteriów. Po pierwsze, dla rozważanego obwodu musi to koniecznie być struktura n-p-n. Po drugie, w charakterystyce istniejącego tranzystora należy spojrzeć na maksymalny prąd kolektora. Powinien być nieco większy niż maksymalny prąd, dla którego zostanie zaprojektowany zmontowany zasilacz.
Rezystor obciążeniowy w typowych schematach przyjmuje się o wartości nominalnej od 1 kOhm do 10 kOhm. Nie należy przyjmować mniejszego oporu, ponieważ w przypadku, gdy zasilacz nie jest obciążony, przez ten rezystor przepłynie zbyt duży prąd i spali się.

Projektowanie i produkcja obwodów drukowanych

Teraz krótko rozważ dobry przykład opracowania i montażu stabilizowanego zasilacza zrób to sam. Przede wszystkim należy znaleźć wszystkie elementy obecne w obwodzie. Jeśli nie ma kondensatorów, rezystorów lub diod Zenera o wymaganych wartościach, wychodzimy z sytuacji w sposób opisany powyżej.
Następnie musisz zaprojektować i wyprodukować płytkę drukowaną dla naszego urządzenia. Dla początkujących najlepiej jest korzystać z prostego i, co najważniejsze, darmowego oprogramowania, na przykład układu sprintu.
Umieszczamy na wirtualnej tablicy wszystkie elementy zgodnie z wybranym schematem. Optymalizujemy ich lokalizację, dostosowujemy w zależności od tego, jakie konkretne szczegóły są dostępne. Na tym etapie zaleca się podwójne sprawdzenie rzeczywistych wymiarów komponentów i porównanie ich z tymi dodanymi do opracowanego schematu. Zwróć szczególną uwagę na polaryzację kondensatorów elektrolitycznych, lokalizację zacisków tranzystora, diody Zenera i mostka diodowego.
Jeśli dodasz diodę sygnalizacyjną do zasilacza, możesz ją włączyć do obwodu zarówno przed diodą Zenera, jak i po (najlepiej). Aby wybrać dla niego opornik ograniczający prąd, należy wykonać następujące obliczenia. Odejmij spadek napięcia na diodzie LED od napięcia sekcji obwodu i podziel wynik przez prąd znamionowy jego zasilacza. Przykład W obszarze, do którego planujemy podłączyć diodę sygnalizacyjną, stabilizowane są 12 V. Spadek napięcia dla standardowych diod LED wynosi około 3 V, a nominalny prąd zasilania wynosi 20 mA (0,02 A). Otrzymujemy, że rezystancja rezystora ograniczającego prąd wynosi R = 450 omów.

Kontrola podzespołów i zespół zasilacza

Po opracowaniu planszy w programie, przenieś ją do włókna szklanego, wytraw, przypnij ścieżki i usuń nadmiar strumienia.
Następnie instalujemy komponenty radiowe. Warto w tym miejscu powiedzieć, że natychmiastowe dwukrotne sprawdzenie ich wydajności nie będzie zbyteczne, zwłaszcza jeśli nie są nowe. Jak i co sprawdzić?
Uzwojenia transformatora są sprawdzane za pomocą omomierza. Tam, gdzie występuje większy opór, występuje uzwojenie pierwotne. Następnie musisz podłączyć go do sieci i upewnić się, że zapewnia wymagane obniżone napięcie. Podczas pomiaru należy zachować szczególną ostrożność. Należy również pamiętać, że napięcie wyjściowe jest zmienne, dlatego odpowiedni woltomierz aktywuje odpowiedni tryb.
Rezystory są sprawdzane za pomocą omomierza. Dioda Zenera powinna „dzwonić” tylko w jednym kierunku. Mostek diodowy sprawdzamy zgodnie ze schematem. Wbudowane w nią diody muszą przewodzić prąd tylko w jednym kierunku. Aby sprawdzić kondensatory, potrzebujesz specjalnego urządzenia do pomiaru pojemności elektrycznej. W tranzystorze o strukturze n-p-n prąd musi przepływać z podstawy do emitera i do kolektora. W innych kierunkach nie powinien płynąć.
Montaż najlepiej rozpocząć od małych części - rezystorów, diody Zenera, diody LED. Następnie kondensatory są lutowane, mostek diodowy.
Zwróć szczególną uwagę na proces instalacji silnego tranzystora. Jeśli pomieszasz jego wnioski, schemat nie zadziała. Ponadto element ten zostanie dość mocno podgrzany pod obciążeniem, ponieważ należy go zainstalować na grzejniku.
Ostatnia do zainstalowania to największa część - transformator. Ponadto, do wniosków z pierwotnego uzwojenia, wtyk sieciowy z drutem jest lutowany. Na wyjściu zasilacza znajdują się również przewody.
Pozostaje tylko dokładnie sprawdzić poprawność instalacji wszystkich elementów, zmyć resztki topnika i włączyć zasilanie. Jeśli wszystko zostanie wykonane poprawnie, dioda LED zaświeci się, a na wyjściu multimetr pokaże pożądane napięcie.

Obejrzyj wideo: Diody Zenera RS Elektronika#90 (Listopad 2024).