Strømforsyning med zenerdiode og transistor

Den stabiliserede strømforsyning, der diskuteres nedenfor, er en af ​​de første enheder, der er samlet af nybegyndere radioamatører. Dette er en meget enkel, men meget nyttig enhed. Dens samling kræver ikke dyre komponenter, som er ret nemme for en begynder at vælge afhængigt af strømforsyningens krævede egenskaber.

Materialet vil også være nyttigt for dem, der ønsker at forstå mere detaljeret formålet med og beregningen af ​​simple radiokomponenter. Herunder vil du lære detaljeret om sådanne komponenter i strømforsyningen som:

• magt transformer;
• diode bro;
• udjævning kondensator;
• Zener diode;
• modstand til zenerdiode;
• transistor;
• belastning modstand;
• Lysdiode og en modstand til det.

Artiklen beskriver også i detaljer, hvordan du vælger radiokomponenter til din strømforsyning, og hvad du skal gøre, hvis du ikke har den nødvendige bedømmelse. Udviklingen af ​​et printkort vil blive tydeligt vist, og nuancerne i denne operation vil blive afsløret. Der siges et par ord specifikt om kontrol af radiokomponenter før lodning, samt om at samle enheden og teste den.

Typisk kredsløb for en stabiliseret strømforsyning

Der findes en masse forskellige strømforsyningskredsløb med spændingsstabilisering i dag. Men en af ​​de enkleste konfigurationer, som en nybegynder bør starte med, er bygget på kun to nøglekomponenter - en zenerdiode og en kraftig transistor. Naturligvis er der andre detaljer i diagrammet, men de er hjælpe.

Kredsløb i radioelektronik adskilles normalt i den retning, hvori strømmen løber gennem dem. I en spændingsreguleret strømforsyning starter det hele med transformeren (TR1). Den udfører flere funktioner på én gang. For det første reducerer transformeren netspændingen. For det andet sikrer det driften af ​​kredsløbet. For det tredje giver den strøm til den enhed, der er tilsluttet enheden.

Diodebro (BR1) – designet til at rette op på lav netspænding. Med andre ord kommer der en vekselspænding ind i den, og udgangen er konstant. Uden en diodebro vil hverken selve strømforsyningen eller de enheder, der skal tilsluttes den, fungere.

En udjævnende elektrolytisk kondensator (C1) er nødvendig for at fjerne krusninger i husstandsnetværket. I praksis skaber de interferens, der påvirker driften af ​​elektriske apparater negativt. Hvis vi for eksempel tager en lydforstærker drevet fra en strømforsyning uden udjævningskondensator, så vil de samme pulseringer være tydeligt hørbare i højttalerne i form af uvedkommende støj. I andre enheder kan interferens føre til forkert betjening, funktionsfejl og andre problemer.

Zenerdioden (D1) er en komponent i strømforsyningen, der stabiliserer spændingsniveauet.Faktum er, at transformatoren kun vil producere de ønskede 12 V (for eksempel), når der er præcis 230 V i stikkontakten, men i praksis eksisterer sådanne forhold ikke. Spændingen kan enten falde eller stige. Transformatoren vil producere det samme ved udgangen. Takket være dens egenskaber udligner zenerdioden lavspændingen uanset overspændinger i netværket. For korrekt drift af denne komponent kræves en strømbegrænsende modstand (R1). Det diskuteres mere detaljeret nedenfor.

Transistor (Q1) – nødvendig for at forstærke strømmen. Faktum er, at zenerdioden ikke er i stand til at passere gennem sig selv al den strøm, der forbruges af enheden. Desuden vil det kun fungere korrekt i et bestemt område, for eksempel fra 5 til 20 mA. Dette er ærligt talt ikke nok til at drive nogen enheder. Dette problem løses af en kraftig transistor, hvis åbning og lukning styres af en zenerdiode.

Udjævningskondensator (C2) - designet til det samme som C1 beskrevet ovenfor. I typiske kredsløb med stabiliserede strømforsyninger er der også en belastningsmodstand (R2). Det er nødvendigt, så kredsløbet forbliver operationelt, når intet er forbundet til udgangsterminalerne.

Andre komponenter kan være til stede i sådanne kredsløb. Dette er en sikring, der er placeret foran transformeren, og Lysdiode, der signalerer, at enheden er tændt, og yderligere udjævningskondensatorer, og en anden forstærkertransistor og en switch. Alle komplicerer kredsløbet, men de øger enhedens funktionalitet.

Beregning og valg af radiokomponenter til en simpel strømforsyning

Transformatoren er valgt i henhold til to hovedkriterier - sekundær viklingsspænding og effekt.Der er andre parametre, men inden for materialets rammer er de ikke særligt vigtige. Hvis du har brug for en strømforsyning, f.eks. 12 V, så skal transformatoren vælges, så der kan fjernes lidt mere fra dens sekundære vikling. Med strøm er alt det samme - vi tager det med en lille margen.

Hovedparameteren for en diodebro er den maksimale strøm, som den kan passere. Denne egenskab er værd at fokusere på først. Lad os se på eksempler. Blokken vil blive brugt til at forsyne en enhed, der forbruger en strøm på 1 A. Det betyder, at diodebroen skal tages ved cirka 1,5 A. Lad os sige, at du planlægger at forsyne en 12-volt enhed med en effekt på 30 W. Det betyder, at strømforbruget vil være omkring 2,5 A. Derfor skal diodebroen være mindst 3 A. Dens øvrige karakteristika (maksimal spænding osv.) kan negligeres inden for rammerne af et så simpelt kredsløb.

Derudover er det værd at sige, at du ikke behøver at tage en færdiglavet diodebro, men samle den af ​​fire dioder. I dette tilfælde skal hver af dem være designet til strømmen, der passerer gennem kredsløbet.

For at beregne kapaciteten af ​​udjævningskondensatoren bruges ret komplekse formler, som i dette tilfælde ikke er til nogen nytte. Normalt tages en kapacitans på 1000-2200 uF, og dette vil være ganske nok til en simpel strømforsyning. Du kan tage en større kondensator, men dette vil øge prisen på produktet betydeligt. En anden vigtig parameter er den maksimale spænding. Ifølge den vælges kondensatoren afhængigt af hvilken spænding der vil være til stede i kredsløbet.

Her er det værd at overveje, at i segmentet mellem diodebroen og zenerdioden, efter at have tændt for udjævningskondensatoren, vil spændingen være cirka 30% højere end ved transformatorterminalerne.Det vil sige, hvis du laver en 12 V strømforsyning, og transformeren producerer 15 V med en reserve, vil der i dette afsnit på grund af udjævningskondensatorens drift være cirka 19,5 V. Derfor skal den være designet til dette spænding (nærmeste standardværdi 25 V).

Den anden udjævningskondensator i kredsløbet (C2) tages normalt med en lille kapacitans - fra 100 til 470 μF. Spændingen i denne sektion af kredsløbet vil allerede være stabiliseret, for eksempel til et niveau på 12 V. Derfor skal kondensatoren være designet til dette (den nærmeste standardværdi er 16 V).

Men hvad skal man gøre, hvis kondensatorer med de krævede klassifikationer ikke er tilgængelige, og du ikke vil gå til butikken (eller simpelthen ikke vil købe dem)? I dette tilfælde er det meget muligt at bruge parallelforbindelse af flere kondensatorer med mindre kapacitet. Det er værd at overveje, at den maksimale driftsspænding med en sådan forbindelse ikke vil blive opsummeret!

Zenerdioden vælges alt efter hvilken spænding vi skal have ved udgangen af ​​strømforsyningen. Hvis der ikke er nogen passende værdi, kan du forbinde flere stykker i serie. Den stabiliserede spænding vil blive opsummeret. Lad os for eksempel tage en situation, hvor vi skal have 12 V, men der er kun to 6 V zenerdioder til rådighed. Ved at seriekoble dem får vi den ønskede spænding. Det er værd at bemærke, at for at opnå den gennemsnitlige vurdering vil det ikke fungere at forbinde to zenerdioder parallelt.

Det er muligt kun eksperimentelt at vælge den strømbegrænsende modstand for en zenerdiode så nøjagtigt som muligt.For at gøre dette er en modstand med en nominel værdi på cirka 1 kOhm forbundet til et allerede fungerende kredsløb (for eksempel på et brødbræt), og et amperemeter og en variabel modstand er placeret mellem den og zenerdioden i det åbne kredsløb. Efter at have tændt for kredsløbet, skal du dreje den variable modstandsknap, indtil den nødvendige nominelle stabiliseringsstrøm løber gennem kredsløbssektionen (angivet i zenerdiodens egenskaber).

Forstærkertransistoren vælges efter to hovedkriterier. For det første skal det for det pågældende kredsløb være en n-p-n-struktur. For det andet skal du i egenskaberne af den eksisterende transistor se på den maksimale kollektorstrøm. Den skal være lidt større end den maksimale strøm, som den samlede strømforsyning vil blive designet til.

Belastningsmodstanden i typiske kredsløb tages med en nominel værdi fra 1 kOhm til 10 kOhm. Du bør ikke tage en mindre modstand, da hvis strømforsyningen ikke er belastet, vil der strømme for meget strøm gennem denne modstand, og den vil brænde ud.

PCB design og fremstilling

Lad os nu kort se på et klart eksempel på udvikling og montering af en stabiliseret strømforsyning med egne hænder. Først og fremmest skal du finde alle de komponenter, der er til stede i kredsløbet. Hvis der ikke er kondensatorer, modstande eller zenerdioder med de krævede klassifikationer, kommer vi ud af situationen ved hjælp af metoderne beskrevet ovenfor.

Dernæst skal vi designe og fremstille et printkort til vores enhed. For begyndere er det bedst at bruge enkel og vigtigst af alt gratis software, såsom Sprint Layout.

Vi placerer alle komponenter på det virtuelle bord i henhold til det valgte kredsløb. Vi optimerer deres placering og justerer dem alt efter hvilke specifikke dele der er tilgængelige.På dette stadium anbefales det at dobbelttjekke de faktiske dimensioner af komponenterne og sammenligne dem med dem, der tilføjes til det udviklede kredsløb. Vær særlig opmærksom på polariteten af ​​elektrolytiske kondensatorer, placeringen af ​​terminalerne på transistoren, zenerdioden og diodebroen.

Hvis du vil tilføje et signal til strømforsyningen Lysdiode, så kan den indgå i kredsløbet både før zenerdioden og efter (helst). For at vælge en strømbegrænsende modstand til den skal du udføre følgende beregning. Fra kredsløbssektionens spænding trækker vi spændingsfaldet over LED'en og dividerer resultatet med dens nominelle strøm. Eksempel. I det område, som vi planlægger at forbinde signalet til Lysdiode, der er stabiliseret 12 V. Spændingsfald for standard LED'er 3 V, og den nominelle forsyningsstrøm er 20 mA (0,02 A). Vi finder, at modstanden af ​​den strømbegrænsende modstand er R = 450 Ohm.

Kontrol af komponenter og samling af strømforsyning

Efter at have udviklet brættet i programmet overfører vi det til glasfiberlaminat, ætser det, fortinner sporene og fjerner overskydende flux.

Herefter installerer vi radiokomponenterne. Her er det værd at sige, at det ikke ville være forkert straks at dobbelttjekke deres præstationer, især hvis de ikke er nye. Hvordan og hvad skal man tjekke?

Transformatorviklingerne kontrolleres med et ohmmeter. Hvor modstanden er større er den primære vikling. Dernæst skal du tilslutte den til netværket og sikre dig, at den producerer den nødvendige reducerede spænding. Vær yderst forsigtig, når du måler det. Bemærk også, at udgangsspændingen er variabel, så den tilsvarende tilstand er tændt på voltmeteret.

Modstande kontrolleres med et ohmmeter. Zenerdioden bør kun "ringe" i én retning. Vi kontrollerer diodebroen i henhold til diagrammet.Dioderne, der er indbygget i den, skal kun lede strøm i én retning. For at teste kondensatorer skal du bruge en speciel enhed til måling af elektrisk kapacitans. I en n-p-n transistor skal der strømme strøm fra basen til emitteren til kollektoren. Det bør ikke flyde i andre retninger.

Det er bedst at starte montering med små dele - modstande, zenerdiode, LED. Så er kondensatorer og diodebro loddet ind.

Vær særlig opmærksom på processen med at installere en kraftig transistor. Hvis du forveksler dens konklusioner, vil kredsløbet ikke fungere. Derudover bliver denne komponent ret varm under belastning, så den skal installeres på en radiator.

Den største del monteres sidst - transformeren. Dernæst loddes et strømstik med en ledning til terminalerne på dens primære vikling. Ledninger er også tilvejebragt ved udgangen af ​​strømforsyningen.

Det eneste, der er tilbage, er grundigt at dobbelttjekke den korrekte installation af alle komponenter, vaske den resterende flux af og tænde for strømforsyningen til netværket. Hvis alt er gjort korrekt, vil LED'en lyse, og outputtet multimeter vil vise den ønskede spænding.