Font d'alimentació amb díode zener i transistor

La font d'alimentació estabilitzada que es comenta a continuació és un dels primers dispositius que munten els radioaficionats novells. Aquest és un dispositiu molt senzill però molt útil. El seu muntatge no requereix components cars, que és bastant fàcil de seleccionar per a un principiant en funció de les característiques requerides de la font d'alimentació.

El material també serà útil per a aquells que vulguin entendre amb més detall la finalitat i el càlcul dels components de ràdio simples. Inclòs, aprendràs detalladament sobre components de la font d'alimentació com:

• transformador de potència;
• pont de díodes;
• condensador de suavització;
• díode Zener;
• resistència per a díode zener;
• transistor;
• resistència de càrrega;
• Díode emissor de llum i una resistència per a això.

L'article també descriu amb detall com seleccionar components de ràdio per a la vostra font d'alimentació i què fer si no teniu la qualificació necessària. Es mostrarà clarament el desenvolupament d'una placa de circuit imprès i es revelaran els matisos d'aquesta operació. Es diuen algunes paraules específicament sobre com comprovar els components de la ràdio abans de soldar, així com sobre muntar el dispositiu i provar-lo.

Circuit típic d'una font d'alimentació estabilitzada

Actualment hi ha molts circuits d'alimentació diferents amb estabilització de tensió. Però una de les configuracions més senzilles, amb la qual hauria de començar un principiant, es basa només en dos components clau: un díode zener i un transistor potent. Naturalment, hi ha altres detalls al diagrama, però són auxiliars.

Els circuits d'electrònica de ràdio es solen desmuntar en la direcció en què hi passa el corrent. En una font d'alimentació regulada per tensió, tot comença amb el transformador (TR1). Realitza diverses funcions alhora. En primer lloc, el transformador redueix la tensió de la xarxa. En segon lloc, assegura el funcionament del circuit. En tercer lloc, alimenta el dispositiu connectat a la unitat.

Pont de díodes (BR1): dissenyat per rectificar la baixa tensió de la xarxa. En altres paraules, hi entra una tensió alterna i la sortida és constant. Sense un pont de díodes, no funcionaran ni la font d'alimentació ni els dispositius que s'hi connectaran.

Es necessita un condensador electrolític de suavització (C1) per eliminar les ondulacions presents a la xarxa domèstica. A la pràctica, creen interferències que afecten negativament el funcionament dels aparells elèctrics. Si, per exemple, prenem un amplificador d'àudio alimentat amb una font d'alimentació sense un condensador de suavització, aquestes mateixes pulsacions seran clarament audibles als altaveus en forma de soroll ali. En altres dispositius, les interferències poden provocar un funcionament incorrecte, mal funcionament i altres problemes.

El díode Zener (D1) és un component de la font d'alimentació que estabilitza el nivell de tensió.El fet és que el transformador produirà els 12 V desitjats (per exemple) només quan hi hagi exactament 230 V a la presa de corrent, però, a la pràctica, aquestes condicions no existeixen. La tensió pot baixar o augmentar. El transformador produirà el mateix a la sortida. Gràcies a les seves propietats, el díode zener iguala la baixa tensió independentment de les sobretensions a la xarxa. Per al correcte funcionament d'aquest component, cal una resistència limitadora de corrent (R1). Es discuteix amb més detall a continuació.

Transistor (Q1): necessari per amplificar el corrent. El fet és que el díode zener no és capaç de passar per si mateix tot el corrent consumit pel dispositiu. A més, només funcionarà correctament en un rang determinat, per exemple, de 5 a 20 mA. Francament, això no és suficient per alimentar cap dispositiu. Aquest problema es resol amb un transistor potent, l'obertura i tancament del qual es controla per un díode zener.

Condensador de suavització (C2): dissenyat per al mateix que el C1 descrit anteriorment. En els circuits típics de fonts d'alimentació estabilitzades també hi ha una resistència de càrrega (R2). Es necessita perquè el circuit segueixi operatiu quan no hi ha res connectat als terminals de sortida.

Altres components poden estar presents en aquests circuits. Aquest és un fusible que es col·loca davant del transformador, i Díode emissor de llum, senyalitzant que la unitat està encesa, i condensadors de suavització addicionals, i un altre transistor amplificador i un interruptor. Tots ells compliquen el circuit, però augmenten la funcionalitat del dispositiu.

Càlcul i selecció de components de ràdio per a una font d'alimentació senzilla

El transformador es selecciona segons dos criteris principals: la tensió i la potència del bobinatge secundari.Hi ha altres paràmetres, però en el marc del material no són especialment importants. Si necessiteu una font d'alimentació, per exemple, 12 V, cal seleccionar el transformador perquè es pugui treure una mica més del seu bobinatge secundari. Amb el poder, tot és igual: ho prenem amb un petit marge.

El paràmetre principal d'un pont de díodes és el corrent màxim que pot passar. Val la pena centrar-se primer en aquesta característica. Vegem-ne exemples. El bloc s'utilitzarà per alimentar un dispositiu que consumeix un corrent d'1 A. Això vol dir que el pont de díodes s'ha de prendre a aproximadament 1,5 A. Suposem que teniu previst alimentar un dispositiu de 12 volts amb una potència de 30 W. Això vol dir que el consum de corrent serà d'uns 2,5 A. En conseqüència, el pont de díodes ha de ser com a mínim de 3 A. Les seves altres característiques (tensió màxima, etc.) es poden descuidar en el marc d'un circuit tan senzill.

A més, val la pena dir que no cal agafar un pont de díodes preparat, sinó muntar-lo a partir de quatre díodes. En aquest cas, cadascun d'ells ha d'estar dissenyat per al corrent que passa pel circuit.

Per calcular la capacitat del condensador de suavització, s'utilitzen fórmules força complexes, que en aquest cas no serveixen de res. Normalment es pren una capacitat de 1000-2200 uF, i això serà suficient per a una font d'alimentació senzilla. Podeu agafar un condensador més gran, però això augmentarà significativament el cost del producte. Un altre paràmetre important és la tensió màxima. Segons això, el condensador es selecciona en funció de la tensió que hi haurà al circuit.

Aquí val la pena tenir en compte que al segment entre el pont de díodes i el díode zener, després d'encendre el condensador de suavització, la tensió serà aproximadament un 30% més alta que als terminals del transformador.És a dir, si feu una font d'alimentació de 12 V i el transformador produeix 15 V amb una reserva, en aquesta secció, a causa del funcionament del condensador de suavització, hi haurà aproximadament 19,5 V. En conseqüència, s'ha de dissenyar per a això. tensió (el valor estàndard més proper 25 V).

El segon condensador de suavització del circuit (C2) es pren normalment amb una petita capacitat, de 100 a 470 μF. La tensió en aquesta secció del circuit ja estarà estabilitzada, per exemple, a un nivell de 12 V. En conseqüència, el condensador s'ha de dissenyar per a això (la classificació estàndard més propera és de 16 V).

Però què fer si no hi ha condensadors de les classificacions requerides i no voleu anar a la botiga (o simplement no voleu comprar-los)? En aquest cas, és molt possible utilitzar la connexió en paral·lel de diversos condensadors de menor capacitat. Val la pena tenir en compte que la tensió de funcionament màxima amb aquesta connexió no es resumirà!

El díode zener es selecciona en funció de la tensió que hem d'obtenir a la sortida de la font d'alimentació. Si no hi ha un valor adequat, podeu connectar diverses peces en sèrie. Es resumirà la tensió estabilitzada. Per exemple, prenguem una situació en què necessitem obtenir 12 V, però només hi ha disponibles dos díodes zener de 6 V. En connectar-los en sèrie obtindrem la tensió desitjada. Val la pena assenyalar que per obtenir la qualificació mitjana, connectar dos díodes zener en paral·lel no funcionarà.

És possible seleccionar la resistència limitadora de corrent per a un díode zener amb la màxima precisió possible només de manera experimental.Per fer-ho, es connecta una resistència amb un valor nominal d'aproximadament 1 kOhm a un circuit que ja funciona (per exemple, en una placa de prova) i es col·loquen un amperímetre i una resistència variable entre aquesta i el díode zener al circuit obert. Després d'encendre el circuit, heu de girar el botó de la resistència variable fins que el corrent nominal d'estabilització requerit flueixi per la secció del circuit (indicat a les característiques del díode zener).

El transistor amplificador es selecciona segons dos criteris principals. En primer lloc, per al circuit considerat ha de ser una estructura n-p-n. En segon lloc, a les característiques del transistor existent cal tenir en compte el corrent màxim del col·lector. Hauria de ser lleugerament superior al corrent màxim per al qual es dissenyarà la font d'alimentació muntada.

La resistència de càrrega en circuits típics es pren amb un valor nominal d'1 kOhm a 10 kOhm. No hauríeu de prendre una resistència més petita, ja que si la font d'alimentació no està carregada, passarà massa corrent per aquesta resistència i es cremarà.

Disseny i fabricació de PCB

Ara vegem breument un exemple clar de desenvolupament i muntatge d'una font d'alimentació estabilitzada amb les vostres pròpies mans. En primer lloc, heu de trobar tots els components presents al circuit. Si no hi ha condensadors, resistències o díodes zener de les qualificacions requerides, sortirem de la situació utilitzant els mètodes descrits anteriorment.

A continuació, haurem de dissenyar i fabricar una placa de circuit imprès per al nostre dispositiu. Per als principiants, el millor és utilitzar programari senzill i, sobretot, gratuït, com ara Sprint Layout.

Col·loquem tots els components a la placa virtual segons el circuit seleccionat. Optimitzem la seva ubicació i les ajustem en funció de les peces específiques disponibles.En aquesta etapa, es recomana revisar les dimensions reals dels components i comparar-les amb les que s'afegeixen al circuit desenvolupat. Presteu especial atenció a la polaritat dels condensadors electrolítics, la ubicació dels terminals del transistor, el díode zener i el pont de díodes.

Si voleu afegir un senyal a la font d'alimentació Díode emissor de llum, llavors es pot incloure al circuit tant abans del díode zener com després (preferiblement). Per seleccionar-hi una resistència limitadora de corrent, heu de realitzar el càlcul següent. De la tensió de la secció del circuit, restem la caiguda de tensió a través del LED i dividim el resultat pel corrent nominal del seu subministrament. Exemple. A la zona a la qual tenim previst connectar el senyal Díode emissor de llum, hi ha 12 V estabilitzat. Caiguda de tensió per estàndard LEDs uns 3 V i el corrent nominal d'alimentació és de 20 mA (0,02 A). Trobem que la resistència de la resistència limitadora de corrent és R = 450 Ohms.

Comprovació de components i muntatge de la font d'alimentació

Després de desenvolupar la pissarra al programa, la transferim a fibra de vidre, gravam, estanyem les pistes i eliminem l'excés de flux.

Després d'això, instal·lem els components de la ràdio. Aquí val la pena dir que no estaria malament revisar immediatament el seu rendiment, sobretot si no són nous. Com i què comprovar?

Els bobinatges del transformador es comproven amb un ohmímetre. On la resistència és més gran és el bobinatge primari. A continuació, cal connectar-lo a la xarxa i assegurar-se que produeix la tensió reduïda necessària. Utilitzeu extremada precaució a l'hora de mesurar-lo. Tingueu en compte també que la tensió de sortida és variable, de manera que el mode corresponent està activat al voltímetre.

Les resistències es comproven amb un ohmímetre. El díode zener només hauria de "sonar" en una direcció. Comprovem el pont de díodes segons el diagrama.Els díodes integrats han de conduir el corrent només en una direcció. Per provar els condensadors, necessitareu un dispositiu especial per mesurar la capacitat elèctrica. En un transistor n-p-n, el corrent ha de fluir des de la base fins a l'emissor fins al col·lector. No hauria de fluir en altres direccions.

El millor és començar el muntatge amb peces petites: resistències, díode zener, LED. A continuació, es solden els condensadors i el pont de díodes.

Presteu especial atenció al procés d'instal·lació d'un transistor potent. Si confoneu les seves conclusions, el circuit no funcionarà. A més, aquest component s'escalfarà bastant sota càrrega, per la qual cosa s'ha d'instal·lar en un radiador.

La part més gran s'instal·la darrera: el transformador. A continuació, es solda un endoll d'alimentació amb un cable als terminals del seu bobinatge primari. També es proporcionen cables a la sortida de la font d'alimentació.

Tot el que queda és comprovar a fons la instal·lació correcta de tots els components, rentar el flux restant i encendre la font d'alimentació a la xarxa. Si tot es fa correctament, el LED s'il·luminarà i la sortida multímetre mostrarà la tensió desitjada.