Τροφοδοτικό με δίοδο zener και τρανζίστορ

Το σταθεροποιημένο τροφοδοτικό που συζητείται παρακάτω είναι μια από τις πρώτες συσκευές που συναρμολογούνται από αρχάριους ραδιοερασιτέχνες. Αυτή είναι μια πολύ απλή αλλά πολύ χρήσιμη συσκευή. Η συναρμολόγησή του δεν απαιτεί ακριβά εξαρτήματα, τα οποία είναι αρκετά εύκολο να επιλέξει ένας αρχάριος ανάλογα με τα απαιτούμενα χαρακτηριστικά του τροφοδοτικού.

Το υλικό θα είναι επίσης χρήσιμο σε όσους θέλουν να κατανοήσουν λεπτομερέστερα τον σκοπό και τον υπολογισμό των απλών εξαρτημάτων ραδιοφώνου. Συμπεριλαμβανομένων, θα μάθετε λεπτομερώς για τέτοια εξαρτήματα του τροφοδοτικού όπως:

• μετασχηματιστής ισχύος;
• γέφυρα διόδου?
• εξομάλυνση πυκνωτή?
• Δίοδος Ζένερ;
• αντίσταση για δίοδο zener.
• τρανζίστορ;
• αντίσταση φορτίου?
• Δίοδος εκπομπής φωτός και μια αντίσταση για αυτό.

Το άρθρο περιγράφει επίσης λεπτομερώς πώς να επιλέξετε εξαρτήματα ραδιοφώνου για το τροφοδοτικό σας και τι να κάνετε εάν δεν έχετε την απαιτούμενη βαθμολογία. Η ανάπτυξη μιας πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος θα παρουσιαστεί καθαρά και οι αποχρώσεις αυτής της λειτουργίας θα αποκαλυφθούν. Λέγονται λίγα λόγια ειδικά για τον έλεγχο των εξαρτημάτων του ραδιοφώνου πριν από τη συγκόλληση, καθώς και για τη συναρμολόγηση της συσκευής και τη δοκιμή της.

Τυπικό κύκλωμα σταθεροποιημένης τροφοδοσίας

Υπάρχουν πολλά διαφορετικά κυκλώματα τροφοδοσίας με σταθεροποίηση τάσης σήμερα. Αλλά μια από τις απλούστερες διαμορφώσεις, με τις οποίες πρέπει να ξεκινήσει ένας αρχάριος, βασίζεται σε δύο μόνο βασικά στοιχεία - μια δίοδο zener και ένα ισχυρό τρανζίστορ. Φυσικά, υπάρχουν και άλλες λεπτομέρειες στο διάγραμμα, αλλά είναι βοηθητικές.

Τα κυκλώματα στα ραδιοηλεκτρονικά συνήθως αποσυναρμολογούνται προς την κατεύθυνση στην οποία τα ρέει ρεύμα. Σε ένα τροφοδοτικό με ρύθμιση τάσης, όλα ξεκινούν από τον μετασχηματιστή (TR1). Εκτελεί πολλές λειτουργίες ταυτόχρονα. Πρώτον, ο μετασχηματιστής μειώνει την τάση του δικτύου. Δεύτερον, εξασφαλίζει τη λειτουργία του κυκλώματος. Τρίτον, τροφοδοτεί τη συσκευή που είναι συνδεδεμένη στη μονάδα.

Γέφυρα διόδου (BR1) – σχεδιασμένη για να διορθώνει χαμηλή τάση δικτύου. Με άλλα λόγια, μια εναλλασσόμενη τάση εισέρχεται και η έξοδος είναι σταθερή. Χωρίς γέφυρα διόδου δεν θα λειτουργήσει ούτε το ίδιο το τροφοδοτικό ούτε οι συσκευές που θα συνδεθούν σε αυτό.

Απαιτείται ένας εξομαλυντικός ηλεκτρολυτικός πυκνωτής (C1) προκειμένου να αφαιρεθούν οι κυματισμοί που υπάρχουν στο οικιακό δίκτυο. Στην πράξη δημιουργούν παρεμβολές που επηρεάζουν αρνητικά τη λειτουργία των ηλεκτρικών συσκευών. Εάν, για παράδειγμα, πάρουμε έναν ενισχυτή ήχου που τροφοδοτείται από τροφοδοτικό χωρίς πυκνωτή εξομάλυνσης, τότε αυτοί οι ίδιοι παλμοί θα ακούγονται καθαρά στα ηχεία με τη μορφή εξωτερικού θορύβου. Σε άλλες συσκευές, οι παρεμβολές μπορεί να οδηγήσουν σε λανθασμένη λειτουργία, δυσλειτουργίες και άλλα προβλήματα.

Η δίοδος Zener (D1) είναι ένα στοιχείο του τροφοδοτικού που σταθεροποιεί το επίπεδο τάσης.Το γεγονός είναι ότι ο μετασχηματιστής θα παράγει τα επιθυμητά 12 V (για παράδειγμα) μόνο όταν υπάρχουν ακριβώς 230 V στην πρίζα. Ωστόσο, στην πράξη τέτοιες συνθήκες δεν υπάρχουν. Η τάση μπορεί είτε να πέσει είτε να αυξηθεί. Ο μετασχηματιστής θα παράγει το ίδιο στην έξοδο. Χάρη στις ιδιότητές της, η δίοδος zener εξισορροπεί τη χαμηλή τάση ανεξάρτητα από τις υπερτάσεις στο δίκτυο. Για τη σωστή λειτουργία αυτού του στοιχείου, απαιτείται αντίσταση περιορισμού ρεύματος (R1). Αναλύεται λεπτομερέστερα παρακάτω.

Τρανζίστορ (Q1) – απαιτείται για την ενίσχυση του ρεύματος. Το γεγονός είναι ότι η δίοδος zener δεν είναι ικανή να περάσει από μόνη της όλο το ρεύμα που καταναλώνει η συσκευή. Επιπλέον, θα λειτουργεί σωστά μόνο σε ένα συγκεκριμένο εύρος, για παράδειγμα, από 5 έως 20 mA. Αυτό ειλικρινά δεν είναι αρκετό για να τροφοδοτήσει οποιαδήποτε συσκευή. Αυτό το πρόβλημα επιλύεται από ένα ισχυρό τρανζίστορ, το άνοιγμα και το κλείσιμο του οποίου ελέγχεται από μια δίοδο zener.

Πυκνωτής εξομάλυνσης (C2) - σχεδιασμένος για το ίδιο πράγμα με το C1 που περιγράφεται παραπάνω. Σε τυπικά κυκλώματα σταθεροποιημένων τροφοδοτικών υπάρχει επίσης μια αντίσταση φορτίου (R2). Απαιτείται έτσι ώστε το κύκλωμα να παραμένει λειτουργικό όταν δεν είναι συνδεδεμένο τίποτα στους ακροδέκτες εξόδου.

Άλλα εξαρτήματα μπορεί να υπάρχουν σε τέτοια κυκλώματα. Αυτή είναι μια ασφάλεια που τοποθετείται μπροστά από τον μετασχηματιστή και Δίοδος εκπομπής φωτός, που σηματοδοτεί ότι η μονάδα είναι ενεργοποιημένη, και πρόσθετοι πυκνωτές εξομάλυνσης, και ένα άλλο τρανζίστορ ενίσχυσης και ένας διακόπτης. Όλα περιπλέκουν το κύκλωμα, ωστόσο αυξάνουν τη λειτουργικότητα της συσκευής.

Υπολογισμός και επιλογή εξαρτημάτων ραδιοφώνου για απλή παροχή ρεύματος

Ο μετασχηματιστής επιλέγεται σύμφωνα με δύο βασικά κριτήρια - τάση δευτερεύουσας περιέλιξης και ισχύς.Υπάρχουν και άλλες παράμετροι, αλλά στο πλαίσιο του υλικού δεν είναι ιδιαίτερα σημαντικές. Εάν χρειάζεστε τροφοδοτικό, ας πούμε, 12 V, τότε ο μετασχηματιστής πρέπει να επιλεγεί έτσι ώστε να αφαιρεθεί λίγο περισσότερο από τη δευτερεύουσα περιέλιξή του. Με τη δύναμη, όλα είναι ίδια - το παίρνουμε με ένα μικρό περιθώριο.

Η κύρια παράμετρος μιας γέφυρας διόδου είναι το μέγιστο ρεύμα που μπορεί να περάσει. Αυτό το χαρακτηριστικό αξίζει να εστιάσουμε πρώτα. Ας δούμε παραδείγματα. Το μπλοκ θα χρησιμοποιηθεί για την τροφοδοσία μιας συσκευής που καταναλώνει ρεύμα 1 A. Αυτό σημαίνει ότι η γέφυρα διόδου πρέπει να ληφθεί στα 1,5 A περίπου. Ας υποθέσουμε ότι σκοπεύετε να τροφοδοτήσετε μια συσκευή 12 volt με ισχύ 30 W. Αυτό σημαίνει ότι η κατανάλωση ρεύματος θα είναι περίπου 2,5 A. Συνεπώς, η γέφυρα διόδου πρέπει να είναι τουλάχιστον 3 A. Τα άλλα χαρακτηριστικά της (μέγιστη τάση κ.λπ.) μπορούν να παραβλεφθούν στο πλαίσιο ενός τόσο απλού κυκλώματος.

Επιπλέον, αξίζει να πούμε ότι δεν χρειάζεται να πάρετε μια έτοιμη γέφυρα διόδου, αλλά να τη συναρμολογήσετε από τέσσερις διόδους. Σε αυτή την περίπτωση, καθένα από αυτά πρέπει να σχεδιαστεί για το ρεύμα που διέρχεται από το κύκλωμα.

Για τον υπολογισμό της χωρητικότητας του πυκνωτή εξομάλυνσης, χρησιμοποιούνται μάλλον πολύπλοκοι τύποι, οι οποίοι σε αυτή την περίπτωση δεν ωφελούν. Συνήθως λαμβάνεται μια χωρητικότητα 1000-2200 uF και αυτό θα είναι αρκετά αρκετό για μια απλή παροχή ρεύματος. Μπορείτε να πάρετε έναν μεγαλύτερο πυκνωτή, αλλά αυτό θα αυξήσει σημαντικά το κόστος του προϊόντος. Μια άλλη σημαντική παράμετρος είναι η μέγιστη τάση. Σύμφωνα με αυτό, ο πυκνωτής επιλέγεται ανάλογα με την τάση που θα υπάρχει στο κύκλωμα.

Εδώ αξίζει να ληφθεί υπόψη ότι στο τμήμα μεταξύ της γέφυρας διόδου και της διόδου zener, μετά την ενεργοποίηση του πυκνωτή εξομάλυνσης, η τάση θα είναι περίπου 30% υψηλότερη από ό,τι στους ακροδέκτες του μετασχηματιστή.Δηλαδή, εάν κάνετε τροφοδοσία 12 V και ο μετασχηματιστής παράγει 15 V με απόθεμα, τότε σε αυτό το τμήμα λόγω της λειτουργίας του πυκνωτή εξομάλυνσης θα υπάρχουν περίπου 19,5 V. Συνεπώς, πρέπει να σχεδιαστεί για αυτό τάση (η πλησιέστερη τυπική τιμή 25 V).

Ο δεύτερος πυκνωτής εξομάλυνσης στο κύκλωμα (C2) λαμβάνεται συνήθως με μικρή χωρητικότητα - από 100 έως 470 μF. Η τάση σε αυτό το τμήμα του κυκλώματος θα έχει ήδη σταθεροποιηθεί, για παράδειγμα, σε επίπεδο 12 V. Κατά συνέπεια, ο πυκνωτής πρέπει να σχεδιαστεί για αυτό (η πλησιέστερη τυπική ονομαστική τιμή είναι 16 V).

Αλλά τι να κάνετε εάν δεν υπάρχουν διαθέσιμοι πυκνωτές των απαιτούμενων χαρακτηριστικών και δεν θέλετε να πάτε στο κατάστημα (ή απλά δεν θέλετε να τους αγοράσετε); Σε αυτή την περίπτωση, είναι πολύ πιθανό να χρησιμοποιηθεί παράλληλη σύνδεση πολλών πυκνωτών μικρότερης χωρητικότητας. Αξίζει να ληφθεί υπόψη ότι η μέγιστη τάση λειτουργίας με μια τέτοια σύνδεση δεν θα συνοψιστεί!

Η δίοδος zener επιλέγεται ανάλογα με την τάση που πρέπει να πάρουμε στην έξοδο του τροφοδοτικού. Εάν δεν υπάρχει κατάλληλη τιμή, τότε μπορείτε να συνδέσετε πολλά κομμάτια σε σειρά. Η σταθεροποιημένη τάση θα συνοψιστεί. Για παράδειγμα, ας πάρουμε μια κατάσταση όπου πρέπει να πάρουμε 12 V, αλλά υπάρχουν διαθέσιμες μόνο δύο δίοδοι zener 6 V. Συνδέοντάς τες σε σειρά θα έχουμε την επιθυμητή τάση. Αξίζει να σημειωθεί ότι για να αποκτήσετε τη μέση βαθμολογία, η παράλληλη σύνδεση δύο διόδων zener δεν θα λειτουργήσει.

Είναι δυνατή η επιλογή της αντίστασης περιορισμού ρεύματος για μια δίοδο zener όσο το δυνατόν ακριβέστερα μόνο πειραματικά.Για να γίνει αυτό, μια αντίσταση με ονομαστική τιμή περίπου 1 kOhm συνδέεται σε ένα ήδη λειτουργικό κύκλωμα (για παράδειγμα, σε μια πλακέτα ψωμιού) και ένα αμπερόμετρο και μια μεταβλητή αντίσταση τοποθετούνται μεταξύ αυτής και της δίοδος zener στο ανοιχτό κύκλωμα. Αφού ενεργοποιήσετε το κύκλωμα, πρέπει να περιστρέψετε το κουμπί μεταβλητής αντίστασης μέχρι να ρέει το απαιτούμενο ονομαστικό ρεύμα σταθεροποίησης μέσω του τμήματος του κυκλώματος (που υποδεικνύεται στα χαρακτηριστικά της διόδου zener).

Το τρανζίστορ ενίσχυσης επιλέγεται σύμφωνα με δύο βασικά κριτήρια. Πρώτον, για το υπό εξέταση κύκλωμα πρέπει να είναι μια δομή n-p-n. Δεύτερον, στα χαρακτηριστικά του υπάρχοντος τρανζίστορ πρέπει να εξετάσετε το μέγιστο ρεύμα συλλέκτη. Θα πρέπει να είναι ελαφρώς μεγαλύτερο από το μέγιστο ρεύμα για το οποίο θα σχεδιαστεί το συναρμολογημένο τροφοδοτικό.

Η αντίσταση φορτίου στα τυπικά κυκλώματα λαμβάνεται με ονομαστική τιμή από 1 kOhm έως 10 kOhm. Δεν πρέπει να λάβετε μικρότερη αντίσταση, καθώς εάν δεν φορτωθεί το τροφοδοτικό, θα περάσει πολύ ρεύμα μέσω αυτής της αντίστασης και θα καεί.

Σχεδιασμός και κατασκευή PCB

Ας δούμε τώρα εν συντομία ένα σαφές παράδειγμα ανάπτυξης και συναρμολόγησης ενός σταθεροποιημένου τροφοδοτικού με τα χέρια σας. Πρώτα απ 'όλα, πρέπει να βρείτε όλα τα εξαρτήματα που υπάρχουν στο κύκλωμα. Εάν δεν υπάρχουν πυκνωτές, αντιστάσεις ή δίοδοι zener των απαιτούμενων χαρακτηριστικών, βγαίνουμε από την κατάσταση χρησιμοποιώντας τις μεθόδους που περιγράφονται παραπάνω.

Στη συνέχεια, θα χρειαστεί να σχεδιάσουμε και να κατασκευάσουμε μια πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος για τη συσκευή μας. Για αρχάριους, είναι καλύτερο να χρησιμοποιείτε απλό και, κυρίως, δωρεάν λογισμικό, όπως το Sprint Layout.

Τοποθετούμε όλα τα εξαρτήματα στην εικονική πλακέτα σύμφωνα με το επιλεγμένο κύκλωμα. Βελτιστοποιούμε τη θέση τους και τις προσαρμόζουμε ανάλογα με τα συγκεκριμένα εξαρτήματα που είναι διαθέσιμα.Σε αυτό το στάδιο, συνιστάται ο διπλός έλεγχος των πραγματικών διαστάσεων των εξαρτημάτων και η σύγκριση τους με εκείνες που προστέθηκαν στο αναπτυγμένο κύκλωμα. Δώστε ιδιαίτερη προσοχή στην πολικότητα των ηλεκτρολυτικών πυκνωτών, τη θέση των ακροδεκτών του τρανζίστορ, της διόδου zener και της γέφυρας διόδου.

Εάν θέλετε να προσθέσετε ένα σήμα στο τροφοδοτικό Δίοδος εκπομπής φωτός, τότε μπορεί να συμπεριληφθεί στο κύκλωμα τόσο πριν από τη δίοδο zener όσο και μετά (κατά προτίμηση). Για να επιλέξετε μια αντίσταση περιορισμού ρεύματος για αυτήν, πρέπει να εκτελέσετε τον ακόλουθο υπολογισμό. Από την τάση του τμήματος του κυκλώματος, αφαιρούμε την πτώση τάσης στο LED και διαιρούμε το αποτέλεσμα με το ονομαστικό ρεύμα της τροφοδοσίας του. Παράδειγμα. Στην περιοχή στην οποία σκοπεύουμε να συνδέσουμε το σήμα Δίοδος εκπομπής φωτός, υπάρχει σταθεροποιημένο 12 V. Πτώση τάσης για στάνταρ LED περίπου 3 V και το ονομαστικό ρεύμα τροφοδοσίας είναι 20 mA (0,02 A). Διαπιστώνουμε ότι η αντίσταση της αντίστασης περιορισμού ρεύματος είναι R = 450 Ohms.

Έλεγχος εξαρτημάτων και συναρμολόγηση του τροφοδοτικού

Αφού αναπτύξουμε την πλακέτα στο πρόγραμμα, τη μεταφέρουμε σε laminate από υαλοβάμβακα, την χαράσσουμε, κασσιτερώνουμε τις ράγες και αφαιρούμε την περίσσεια ροής.

Μετά από αυτό, εγκαθιστούμε τα εξαρτήματα του ραδιοφώνου. Εδώ αξίζει να πούμε ότι δεν θα ήταν λάθος να ελέγξουμε αμέσως τις επιδόσεις τους, ειδικά αν δεν είναι νέοι. Πώς και τι να ελέγξετε;

Οι περιελίξεις του μετασχηματιστή ελέγχονται με ένα ωμόμετρο. Εκεί που η αντίσταση είναι μεγαλύτερη είναι η κύρια περιέλιξη. Στη συνέχεια, πρέπει να το συνδέσετε στο δίκτυο και να βεβαιωθείτε ότι παράγει την απαιτούμενη μειωμένη τάση. Να είστε ιδιαίτερα προσεκτικοί όταν το μετράτε. Σημειώστε επίσης ότι η τάση εξόδου είναι μεταβλητή, επομένως η αντίστοιχη λειτουργία είναι ενεργοποιημένη στο βολτόμετρο.

Οι αντιστάσεις ελέγχονται με ένα ωμόμετρο. Η δίοδος zener πρέπει να "κουδουνίζει" μόνο προς μία κατεύθυνση. Ελέγχουμε τη γέφυρα διόδου σύμφωνα με το διάγραμμα.Οι δίοδοι που είναι ενσωματωμένες σε αυτό πρέπει να μεταφέρουν ρεύμα μόνο σε μία κατεύθυνση. Για να δοκιμάσετε πυκνωτές θα χρειαστείτε μια ειδική συσκευή για τη μέτρηση της ηλεκτρικής χωρητικότητας. Σε ένα τρανζίστορ n-p-n, το ρεύμα πρέπει να ρέει από τη βάση προς τον πομπό προς τον συλλέκτη. Δεν πρέπει να ρέει προς άλλες κατευθύνσεις.

Είναι καλύτερο να ξεκινήσετε τη συναρμολόγηση με μικρά εξαρτήματα - αντιστάσεις, δίοδο zener, LED. Στη συνέχεια συγκολλούνται οι πυκνωτές και η γέφυρα διόδου.

Δώστε ιδιαίτερη προσοχή στη διαδικασία εγκατάστασης ενός ισχυρού τρανζίστορ. Εάν μπερδέψετε τα συμπεράσματά του, το κύκλωμα δεν θα λειτουργήσει. Επιπλέον, αυτό το εξάρτημα θα ζεσταθεί αρκετά υπό φορτίο, επομένως πρέπει να εγκατασταθεί σε ψυγείο.

Το μεγαλύτερο μέρος είναι εγκατεστημένο τελευταίο - ο μετασχηματιστής. Στη συνέχεια, ένα βύσμα τροφοδοσίας με ένα καλώδιο συγκολλάται στους ακροδέκτες της κύριας περιέλιξης του. Στην έξοδο του τροφοδοτικού παρέχονται επίσης καλώδια.

Το μόνο που μένει είναι να ελέγξετε διεξοδικά τη σωστή εγκατάσταση όλων των εξαρτημάτων, να ξεπλύνετε την υπόλοιπη ροή και να ενεργοποιήσετε την παροχή ρεύματος στο δίκτυο. Εάν όλα γίνονται σωστά, το LED θα ανάψει και η έξοδος πολύμετρο θα δείξει την επιθυμητή τάση.