Netzteil mit Zenerdiode und Transistor

Das unten besprochene stabilisierte Netzteil ist eines der ersten Geräte, das von unerfahrenen Funkamateuren zusammengebaut wird. Dies ist ein sehr einfaches, aber sehr nützliches Gerät. Für den Zusammenbau sind keine teuren Komponenten erforderlich, die für einen Anfänger je nach den erforderlichen Eigenschaften des Netzteils recht einfach auszuwählen sind.

Das Material wird auch für diejenigen nützlich sein, die den Zweck und die Berechnung einfacher Funkkomponenten genauer verstehen möchten. Unter anderem erfahren Sie im Detail mehr über Komponenten der Stromversorgung wie:

• Leistungstransformator;
• Diodenbrücke;
• Glättungskondensator;
• Zenerdiode;
• Widerstand für Zenerdiode;
• Transistor;
• Lastwiderstand;
• Leuchtdiode und einen Widerstand dafür.

Der Artikel beschreibt außerdem ausführlich, wie Sie Funkkomponenten für Ihre Stromversorgung auswählen und was zu tun ist, wenn Sie nicht über die erforderliche Leistung verfügen. Die Entwicklung einer Leiterplatte wird anschaulich dargestellt und die Nuancen dieses Vorgangs werden offenbart. Ein paar Worte werden speziell zur Überprüfung der Funkkomponenten vor dem Löten sowie zum Zusammenbau und Testen des Geräts gesagt.

Typische Schaltung einer stabilisierten Stromversorgung

Heutzutage gibt es viele verschiedene Stromversorgungsschaltungen mit Spannungsstabilisierung. Aber eine der einfachsten Konfigurationen, mit der ein Anfänger beginnen sollte, besteht nur aus zwei Schlüsselkomponenten – einer Zenerdiode und einem leistungsstarken Transistor. Natürlich enthält das Diagramm noch weitere Details, diese sind jedoch hilfreich.

Schaltkreise in der Funkelektronik werden üblicherweise in der Richtung zerlegt, in der der Strom durch sie fließt. Bei einem spannungsgeregelten Netzteil beginnt alles mit dem Transformator (TR1). Es führt mehrere Funktionen gleichzeitig aus. Erstens reduziert der Transformator die Netzspannung. Zweitens stellt es den Betrieb der Schaltung sicher. Drittens versorgt es das an das Gerät angeschlossene Gerät mit Strom.

Diodenbrücke (BR1) – dient zur Gleichrichtung niedriger Netzspannung. Mit anderen Worten: Es wird eine Wechselspannung angelegt und der Ausgang ist konstant. Ohne eine Diodenbrücke funktionieren weder die Stromversorgung selbst noch die daran angeschlossenen Geräte.

Um im Hausnetz vorhandene Welligkeiten zu beseitigen, ist ein Glättungs-Elektrolytkondensator (C1) erforderlich. In der Praxis verursachen sie Störungen, die den Betrieb von Elektrogeräten negativ beeinflussen. Nehmen wir zum Beispiel einen Audioverstärker, der über ein Netzteil ohne Glättungskondensator gespeist wird, dann sind dieselben Pulsationen in Form von Fremdgeräuschen in den Lautsprechern deutlich hörbar. Bei anderen Geräten können Störungen zu Fehlbedienungen, Störungen und anderen Problemen führen.

Die Zenerdiode (D1) ist ein Bauteil des Netzteils, das den Spannungspegel stabilisiert.Tatsache ist, dass der Transformator beispielsweise nur dann die gewünschten 12 V erzeugt, wenn in der Steckdose genau 230 V anliegen. In der Praxis sind solche Bedingungen jedoch nicht gegeben. Die Spannung kann entweder fallen oder steigen. Der Transformator erzeugt am Ausgang dasselbe. Dank ihrer Eigenschaften gleicht die Zenerdiode die Niederspannung unabhängig von Überspannungen im Netzwerk aus. Für den korrekten Betrieb dieser Komponente ist ein Strombegrenzungswiderstand (R1) erforderlich. Es wird weiter unten ausführlicher besprochen.

Transistor (Q1) – wird zur Stromverstärkung benötigt. Tatsache ist, dass die Zenerdiode nicht in der Lage ist, den gesamten vom Gerät verbrauchten Strom durch sich selbst zu leiten. Außerdem funktioniert es nur in einem bestimmten Bereich korrekt, beispielsweise von 5 bis 20 mA. Das reicht ehrlich gesagt nicht aus, um irgendwelche Geräte mit Strom zu versorgen. Dieses Problem wird durch einen leistungsstarken Transistor gelöst, dessen Öffnen und Schließen von einer Zenerdiode gesteuert wird.

Glättungskondensator (C2) – für den gleichen Zweck ausgelegt wie oben beschrieben C1. In typischen Schaltungen stabilisierter Netzteile gibt es auch einen Lastwiderstand (R2). Es ist erforderlich, damit die Schaltung betriebsbereit bleibt, wenn an den Ausgangsklemmen nichts angeschlossen ist.

In solchen Schaltkreisen können andere Komponenten vorhanden sein. Dies ist eine Sicherung, die vor dem Transformator platziert wird Leuchtdiode, der signalisiert, dass das Gerät eingeschaltet ist, und zusätzliche Glättungskondensatoren sowie ein weiterer Verstärkungstransistor und ein Schalter. Sie alle verkomplizieren die Schaltung, erhöhen jedoch die Funktionalität des Geräts.

Berechnung und Auswahl von Funkkomponenten für eine einfache Stromversorgung

Der Transformator wird nach zwei Hauptkriterien ausgewählt: Spannung und Leistung der Sekundärwicklung.Es gibt noch weitere Parameter, die aber im Rahmen des Materials keine besondere Bedeutung haben. Wenn Sie eine Stromversorgung benötigen, beispielsweise 12 V, muss der Transformator so ausgewählt werden, dass etwas mehr aus seiner Sekundärwicklung entnommen werden kann. Bei der Macht ist alles beim Alten – wir nehmen es mit einem kleinen Spielraum.

Der Hauptparameter einer Diodenbrücke ist der maximale Strom, den sie leiten kann. Es lohnt sich, sich zunächst auf diese Eigenschaft zu konzentrieren. Schauen wir uns Beispiele an. Der Block wird verwendet, um ein Gerät mit Strom zu versorgen, das einen Strom von 1 A verbraucht. Dies bedeutet, dass die Diodenbrücke mit etwa 1,5 A betrieben werden muss. Nehmen wir an, Sie planen, ein 12-Volt-Gerät mit einer Leistung von 30 W zu versorgen. Dies bedeutet, dass die Stromaufnahme etwa 2,5 A beträgt. Dementsprechend muss die Diodenbrücke mindestens 3 A betragen. Ihre anderen Eigenschaften (maximale Spannung usw.) können im Rahmen einer solch einfachen Schaltung vernachlässigt werden.

Darüber hinaus ist es erwähnenswert, dass Sie keine fertige Diodenbrücke nehmen müssen, sondern diese aus vier Dioden zusammenbauen müssen. In diesem Fall muss jeder von ihnen für den durch den Stromkreis fließenden Strom ausgelegt sein.

Zur Berechnung der Kapazität des Glättungskondensators werden recht komplexe Formeln verwendet, die in diesem Fall keinen Nutzen haben. Normalerweise wird eine Kapazität von 1000-2200 uF verwendet, was für ein einfaches Netzteil völlig ausreicht. Sie können einen größeren Kondensator verwenden, dies erhöht jedoch die Produktkosten erheblich. Ein weiterer wichtiger Parameter ist die maximale Spannung. Demnach wird der Kondensator abhängig davon ausgewählt, welche Spannung im Stromkreis anliegt.

Hierbei ist zu berücksichtigen, dass im Abschnitt zwischen Diodenbrücke und Zenerdiode nach dem Einschalten des Glättungskondensators die Spannung etwa 30 % höher ist als an den Transformatorklemmen.Das heißt, wenn Sie eine 12-V-Stromversorgung herstellen und der Transformator 15 V mit Reserve erzeugt, liegen in diesem Abschnitt aufgrund des Betriebs des Glättungskondensators etwa 19,5 V an. Dementsprechend muss er dafür ausgelegt sein Spannung (nächster Standardwert 25 V).

Der zweite Glättungskondensator im Stromkreis (C2) wird normalerweise mit einer kleinen Kapazität verwendet – von 100 bis 470 μF. Die Spannung in diesem Schaltungsabschnitt ist bereits stabilisiert, beispielsweise auf einen Wert von 12 V. Dementsprechend muss der Kondensator dafür ausgelegt sein (der nächstliegende Standardwert liegt bei 16 V).

Aber was tun, wenn Kondensatoren mit den erforderlichen Nennwerten nicht verfügbar sind und Sie nicht in den Laden gehen möchten (oder diese einfach nicht kaufen möchten)? In diesem Fall ist es durchaus möglich, mehrere Kondensatoren kleinerer Kapazität parallel zu schalten. Es ist zu bedenken, dass die maximale Betriebsspannung bei einem solchen Anschluss nicht summiert wird!

Die Auswahl der Zenerdiode hängt davon ab, welche Spannung wir am Ausgang des Netzteils benötigen. Wenn kein passender Wert vorhanden ist, können Sie mehrere Teile in Reihe schalten. Die stabilisierte Spannung wird aufsummiert. Nehmen wir zum Beispiel eine Situation, in der wir 12 V benötigen, aber nur zwei 6-V-Zenerdioden verfügbar sind. Indem wir sie in Reihe schalten, erhalten wir die gewünschte Spannung. Es ist zu beachten, dass die Parallelschaltung von zwei Zenerdioden zur Erzielung der durchschnittlichen Nennleistung nicht funktioniert.

Eine möglichst genaue Auswahl des Strombegrenzungswiderstands für eine Zenerdiode ist nur experimentell möglich.Dazu wird ein Widerstand mit einem Nennwert von ca. 1 kOhm an einen bereits funktionierenden Stromkreis (z. B. auf einem Steckbrett) angeschlossen und zwischen diesem und der Zenerdiode im offenen Stromkreis ein Amperemeter und ein variabler Widerstand platziert. Nach dem Einschalten des Stromkreises müssen Sie den variablen Widerstandsknopf drehen, bis der erforderliche Nennstabilisierungsstrom durch den Stromkreisabschnitt fließt (angegeben in den Eigenschaften der Zenerdiode).

Der Verstärkertransistor wird nach zwei Hauptkriterien ausgewählt. Erstens muss es sich bei der betrachteten Schaltung um eine n-p-n-Struktur handeln. Zweitens müssen Sie in den Eigenschaften des vorhandenen Transistors den maximalen Kollektorstrom berücksichtigen. Er sollte etwas größer sein als der maximale Strom, für den das zusammengebaute Netzteil ausgelegt ist.

Der Lastwiderstand in typischen Schaltungen wird mit einem Nennwert von 1 kOhm bis 10 kOhm angenommen. Sie sollten keinen kleineren Widerstand nehmen, da bei unbelastetem Netzteil zu viel Strom durch diesen Widerstand fließt und dieser durchbrennt.

PCB-Design und -Herstellung

Schauen wir uns nun kurz ein anschauliches Beispiel für die Entwicklung und Montage eines stabilisierten Netzteils mit eigenen Händen an. Zunächst müssen Sie alle im Stromkreis vorhandenen Komponenten finden. Wenn keine Kondensatoren, Widerstände oder Zenerdioden mit den erforderlichen Nennwerten vorhanden sind, kommen wir mit den oben beschriebenen Methoden aus der Situation.

Als nächstes müssen wir eine Leiterplatte für unser Gerät entwerfen und herstellen. Für Anfänger ist es am besten, eine einfache und vor allem kostenlose Software wie Sprint Layout zu verwenden.

Wir platzieren alle Komponenten entsprechend der ausgewählten Schaltung auf der virtuellen Platine. Wir optimieren deren Standort und passen sie je nach Verfügbarkeit konkreter Teile an.In dieser Phase wird empfohlen, die tatsächlichen Abmessungen der Komponenten noch einmal zu überprüfen und sie mit denen zu vergleichen, die der entwickelten Schaltung hinzugefügt wurden. Achten Sie besonders auf die Polarität der Elektrolytkondensatoren und die Lage der Anschlüsse des Transistors, der Zenerdiode und der Diodenbrücke.

Wenn Sie der Stromversorgung ein Signal hinzufügen möchten Leuchtdiode, dann kann es sowohl vor als auch nach der Zenerdiode (vorzugsweise) in die Schaltung eingebunden werden. Um einen strombegrenzenden Widerstand dafür auszuwählen, müssen Sie die folgende Berechnung durchführen. Von der Spannung des Schaltungsabschnitts subtrahieren wir den Spannungsabfall an der LED und dividieren das Ergebnis durch den Nennstrom ihrer Versorgung. Beispiel. In dem Bereich, an den wir das Signal anschließen möchten LeuchtdiodeEs liegen stabilisierte 12 V an. Spannungsabfall für Standard LEDs ca. 3 V und der Nennversorgungsstrom beträgt 20 mA (0,02 A). Wir stellen fest, dass der Widerstandswert des Strombegrenzungswiderstands R = 450 Ohm beträgt.

Komponenten prüfen und Netzteil zusammenbauen

Nachdem wir die Platine im Programm entwickelt haben, übertragen wir sie auf Glasfaserlaminat, ätzen sie, verzinnen die Leiterbahnen und entfernen überschüssiges Flussmittel.

Anschließend installieren wir die Funkkomponenten. Hier ist es erwähnenswert, dass es nicht verkehrt wäre, ihre Leistung sofort noch einmal zu überprüfen, insbesondere wenn sie nicht neu sind. Wie und was ist zu überprüfen?

Die Transformatorwicklungen werden mit einem Ohmmeter überprüft. Wo der Widerstand größer ist, befindet sich die Primärwicklung. Als nächstes müssen Sie es an das Netzwerk anschließen und sicherstellen, dass es die erforderliche reduzierte Spannung erzeugt. Seien Sie beim Messen äußerst vorsichtig. Beachten Sie außerdem, dass die Ausgangsspannung variabel ist, sodass der entsprechende Modus am Voltmeter aktiviert ist.

Widerstände werden mit einem Ohmmeter überprüft. Die Zenerdiode sollte nur in eine Richtung „klingeln“. Wir überprüfen die Diodenbrücke gemäß dem Diagramm.Die darin eingebauten Dioden dürfen den Strom nur in eine Richtung leiten. Zum Testen von Kondensatoren benötigen Sie ein spezielles Gerät zur Messung der elektrischen Kapazität. Bei einem NPN-Transistor muss der Strom von der Basis zum Emitter und zum Kollektor fließen. Es sollte nicht in andere Richtungen fließen.

Am besten beginnen Sie mit der Montage mit Kleinteilen – Widerständen, Zenerdiode, LED. Anschließend werden die Kondensatoren und die Diodenbrücke eingelötet.

Achten Sie besonders auf den Installationsprozess eines leistungsstarken Transistors. Wenn Sie die Schlussfolgerungen verwechseln, funktioniert die Schaltung nicht. Zudem wird dieses Bauteil unter Last recht heiß, so dass es auf einem Kühler verbaut werden muss.

Der größte Teil wird zuletzt eingebaut – der Transformator. Als nächstes wird ein Netzstecker mit einem Draht an die Anschlüsse seiner Primärwicklung angelötet. Am Ausgang des Netzteils sind auch Drähte vorhanden.

Es bleibt nur noch die korrekte Installation aller Komponenten gründlich zu überprüfen, das restliche Flussmittel abzuwaschen und die Stromversorgung des Netzwerks einzuschalten. Wenn alles richtig gemacht wurde, leuchtet die LED und der Ausgang Multimeter zeigt die gewünschte Spannung an.