Virtalähde zener-diodilla ja transistorilla

Alla käsitelty stabiloitu virtalähde on yksi ensimmäisistä laitteista, jotka aloittelevat radioamatöörit kokoavat. Tämä on hyvin yksinkertainen mutta erittäin hyödyllinen laite. Sen kokoonpano ei vaadi kalliita komponentteja, jotka aloittelijan on melko helppo valita virtalähteen vaadituista ominaisuuksista riippuen.

Materiaali on hyödyllistä myös niille, jotka haluavat ymmärtää tarkemmin yksinkertaisten radiokomponenttien tarkoitusta ja laskentaa. Mukaan lukien, opit yksityiskohtaisesti sellaisista virtalähteen komponenteista kuin:

• teho muuntaja;
• diodi silta;
• tasoitus kondensaattori;
• Zener-diodi;
• Zener-diodin vastus;
• transistori;
• kuormitus vastus;
• Valodiodi ja vastus sille.

Artikkelissa kuvataan myös yksityiskohtaisesti kuinka valita radiokomponentit virtalähteeseen ja mitä tehdä, jos sinulla ei ole vaadittua arvoa. Painetun piirilevyn kehitys tulee esille selkeästi ja tämän toiminnan vivahteet paljastuvat. Muutama sana sanotaan nimenomaan radiokomponenttien tarkastuksesta ennen juottamista sekä laitteen kokoamisesta ja testaamisesta.

Tyypillinen stabiloidun virtalähteen piiri

Nykyään on olemassa paljon erilaisia ​​virtalähdepiirejä, joissa on jännitteen stabilointi. Mutta yksi yksinkertaisimmista kokoonpanoista, josta aloittelijan tulisi aloittaa, on rakennettu vain kahdelle avainkomponentille - zener-diodille ja tehokkaalle transistorille. Luonnollisesti kaaviossa on muitakin yksityiskohtia, mutta ne ovat apuvälineitä.

Radioelektroniikan piirit puretaan yleensä siihen suuntaan, johon virta kulkee niiden läpi. Jännitesäädetyssä virtalähteessä kaikki alkaa muuntajasta (TR1). Se suorittaa useita toimintoja kerralla. Ensinnäkin muuntaja vähentää verkkojännitettä. Toiseksi se varmistaa piirin toiminnan. Kolmanneksi se antaa virtaa laitteeseen, joka on kytketty laitteeseen.

Diodisilta (BR1) – suunniteltu tasasuuntaamaan matalaa verkkojännitettä. Toisin sanoen siihen tulee vaihtojännite ja lähtö on vakio. Ilman diodisiltaa ei itse virtalähde eikä siihen kytkettävät laitteet toimi.

Tasoituselektrolyyttikondensaattori (C1) tarvitaan poistamaan kotiverkon aaltoilua. Käytännössä ne aiheuttavat häiriöitä, jotka vaikuttavat negatiivisesti sähkölaitteiden toimintaan. Jos otamme esimerkiksi äänivahvistimen, joka saa virtaa virtalähteestä ilman tasoituskondensaattoria, niin nämä samat pulsaatiot kuuluvat kaiuttimissa selvästi ulkoisen kohinan muodossa. Muissa laitteissa häiriöt voivat johtaa virheelliseen toimintaan, toimintahäiriöihin ja muihin ongelmiin.

Zener-diodi (D1) on virtalähteen komponentti, joka stabiloi jännitetasoa.Tosiasia on, että muuntaja tuottaa halutun 12 V (esimerkiksi) vain, kun pistorasiassa on tasan 230 V. Käytännössä tällaisia ​​olosuhteita ei kuitenkaan ole. Jännite voi joko laskea tai nousta. Muuntaja tuottaa saman lähdössä. Ominaisuuksiensa ansiosta zener-diodi tasaa matalan jännitteen verkon jännitteistä huolimatta. Jotta tämä komponentti toimisi oikein, tarvitaan virtaa rajoittava vastus (R1). Siitä keskustellaan tarkemmin alla.

Transistori (Q1) – tarvitaan virran vahvistamiseen. Tosiasia on, että zener-diodi ei pysty kuljettamaan itsensä läpi kaikkea laitteen kuluttamaa virtaa. Lisäksi se toimii oikein vain tietyllä alueella, esimerkiksi 5 - 20 mA. Tämä ei suoraan sanottuna riitä minkään laitteen virtalähteeksi. Tämä ongelma ratkaistaan ​​tehokkaalla transistorilla, jonka avaamista ja sulkemista ohjataan zener-diodilla.

Tasoituskondensaattori (C2) - suunniteltu samalle asialle kuin edellä kuvattu C1. Tyypillisissä stabiloitujen teholähteiden piireissä on myös kuormitusvastus (R2). Sitä tarvitaan, jotta piiri pysyy toimintakunnossa, kun mitään ei ole kytketty lähtöliittimiin.

Tällaisissa piireissä voi olla muita komponentteja. Tämä on sulake, joka on sijoitettu muuntajan eteen ja Valodiodi, joka ilmaisee, että yksikkö on päällä, ja lisää tasoituskondensaattoreita ja toinen vahvistustransistori ja kytkin. Kaikki ne monimutkaistavat piiriä, mutta ne lisäävät laitteen toimivuutta.

Radiokomponenttien laskenta ja valinta yksinkertaiseen virtalähteeseen

Muuntaja valitaan kahden pääkriteerin mukaan - toisiokäämin jännite ja teho.On muitakin parametreja, mutta materiaalin puitteissa ne eivät ole erityisen tärkeitä. Jos tarvitset virtalähdettä, vaikkapa 12 V, niin muuntaja on valittava niin, että sen toisiokäämistä voidaan irrottaa vähän enemmän. Voimalla kaikki on sama - otamme sen pienellä marginaalilla.

Diodisillan pääparametri on suurin virta, jonka se voi kulkea. Tähän ominaisuuteen kannattaa ensin keskittyä. Katsotaanpa esimerkkejä. Lohkoa käytetään 1 A:n virtaa kuluttavan laitteen virtalähteenä. Tämä tarkoittaa, että diodisillalle on otettava noin 1,5 A. Oletetaan, että aiot syöttää virran 12 voltin laitteeseen, jonka teho on 30 W. Tämä tarkoittaa, että virrankulutus on noin 2,5 A. Näin ollen diodisillan tulee olla vähintään 3 A. Sen muut ominaisuudet (maksimijännite jne.) voidaan jättää huomiotta tällaisen yksinkertaisen piirin puitteissa.

Lisäksi on syytä sanoa, että sinun ei tarvitse ottaa valmiita diodisiltaa, vaan koota se neljästä diodista. Tässä tapauksessa jokainen niistä on suunniteltava piirin läpi kulkevalle virralle.

Tasoituskondensaattorin kapasiteetin laskemiseen käytetään melko monimutkaisia ​​kaavoja, joista tässä tapauksessa ei ole hyötyä. Yleensä otetaan kapasitanssi 1000-2200 uF, ja tämä riittää yksinkertaiseen virtalähteeseen. Voit ottaa suuremman kondensaattorin, mutta tämä lisää merkittävästi tuotteen kustannuksia. Toinen tärkeä parametri on maksimijännite. Sen mukaan kondensaattori valitaan riippuen siitä, mikä jännite piirissä on.

Tässä on syytä ottaa huomioon, että diodisillan ja zener-diodin välisellä segmentillä tasoituskondensaattorin kytkemisen jälkeen jännite on noin 30% korkeampi kuin muuntajan liittimissä.Eli jos teet 12 V virtalähteen ja muuntaja tuottaa 15 V varalla, niin tässä osiossa on tasoituskondensaattorin toiminnan vuoksi noin 19,5 V. Sen mukaisesti se on suunniteltava tätä varten. jännite (lähin standardiarvo 25 V).

Piirin toinen tasoituskondensaattori (C2) otetaan yleensä pienellä kapasitanssilla - 100 - 470 μF. Tämän piirin osan jännite stabiloituu jo esimerkiksi tasolle 12 V. Tämän mukaisesti kondensaattori on suunniteltava tätä varten (lähin standardiarvo on 16 V).

Mutta mitä tehdä, jos vaadittujen luokitusten kondensaattoreita ei ole saatavilla, etkä halua mennä kauppaan (tai et yksinkertaisesti halua ostaa niitä)? Tässä tapauksessa on täysin mahdollista käyttää useiden pienemmän kapasiteetin kondensaattorien rinnakkaiskytkentää. On syytä ottaa huomioon, että maksimikäyttöjännitettä tällaisella liitännällä ei lasketa yhteen!

Zener-diodi valitaan riippuen siitä, mikä jännite meidän on saatava virtalähteen lähtöön. Jos sopivaa arvoa ei ole, voit kytkeä useita kappaleita sarjaan. Stabiloitu jännite lasketaan yhteen. Otetaan esimerkiksi tilanne, jossa pitää saada 12 V, mutta 6 V zener-diodia on saatavilla vain kaksi. Kytkemällä ne sarjaan saadaan haluttu jännite. On syytä huomata, että keskimääräisen luokituksen saamiseksi kahden zener-diodin kytkeminen rinnakkain ei toimi.

Zener-diodin virtaa rajoittava vastus voidaan valita mahdollisimman tarkasti vain kokeellisesti.Tätä varten vastus, jonka nimellisarvo on noin 1 kOhm, kytketään jo toimivaan piiriin (esimerkiksi leipälevylle), ja sen ja avoimessa piirissä olevan zener-diodin väliin sijoitetaan ampeerimittari ja säädettävä vastus. Piirin kytkemisen jälkeen sinun on käännettävä säädettävän vastuksen nuppia, kunnes vaadittu nimellinen stabilointivirta virtaa piiriosan läpi (ilmoitettu zener-diodin ominaisuuksissa).

Vahvistintransistori valitaan kahden pääkriteerin mukaan. Ensinnäkin tarkasteltavana olevan piirin on oltava n-p-n-rakenne. Toiseksi olemassa olevan transistorin ominaisuuksissa sinun on tarkasteltava kollektorin enimmäisvirtaa. Sen tulisi olla hieman suurempi kuin suurin mahdollinen virta, jolle koottu virtalähde on suunniteltu.

Tyypillisissä piireissä kuormitusvastus otetaan nimellisarvolla 1 kOhm - 10 kOhm. Pienempää vastusta ei pidä ottaa, koska jos virtalähdettä ei kuormiteta, tämän vastuksen läpi kulkee liikaa virtaa ja se palaa.

Piirilevyjen suunnittelu ja valmistus

Katsotaanpa nyt lyhyesti selkeää esimerkkiä stabiloidun virtalähteen kehittämisestä ja kokoamisesta omin käsin. Ensinnäkin sinun on löydettävä kaikki piirissä olevat komponentit. Jos vaadittujen luokitusten kondensaattoreita, vastuksia tai zener-diodeja ei ole, selviämme tilanteesta yllä kuvattujen menetelmien avulla.

Seuraavaksi meidän on suunniteltava ja valmistettava laitteellemme painettu piirilevy. Aloittelijoille on parasta käyttää yksinkertaista ja mikä tärkeintä ilmaista ohjelmistoa, kuten Sprint Layout.

Sijoitamme kaikki komponentit virtuaalilevylle valitun piirin mukaan. Optimoimme niiden sijainnin ja säädämme niitä sen mukaan, mitä osia on saatavilla.Tässä vaiheessa on suositeltavaa tarkistaa komponenttien todelliset mitat ja verrata niitä kehitettyyn piiriin lisättyihin mittoihin. Kiinnitä erityistä huomiota elektrolyyttikondensaattorien napaisuuteen, transistorin, zener-diodin ja diodisillan napojen sijaintiin.

Jos haluat lisätä signaalin virtalähteeseen Valodiodi, niin se voidaan sisällyttää piiriin sekä ennen zener-diodia että sen jälkeen (mieluiten). Jotta voit valita sille virtaa rajoittavan vastuksen, sinun on suoritettava seuraava laskenta. Piiriosan jännitteestä vähennämme jännitehäviön LEDin yli ja jaamme tuloksen sen syötteen nimellisvirralla. Esimerkki. Alueella, johon aiomme kytkeä signaalin Valodiodi, on stabiloitu 12 V. Jännitehäviö vakiona LEDit noin 3 V ja nimellissyöttövirta on 20 mA (0,02 A). Havaitsemme, että virtaa rajoittavan vastuksen resistanssi on R = 450 ohmia.

Komponenttien tarkistus ja virtalähteen kokoaminen

Ohjelman kehittämisen jälkeen levy siirretään lasikuitulaminaattiin, etsataan, tinataan raidat ja poistetaan ylimääräinen juoksutusaine.

Tämän jälkeen asennamme radiokomponentit. Tässä on syytä sanoa, että ei olisi väärin heti tarkistaa niiden suorituskykyä, varsinkin jos ne eivät ole uusia. Miten ja mitä tarkistaa?

Muuntajan käämit tarkistetaan ohmimittarilla. Kun vastus on suurempi, on ensiökäämi. Seuraavaksi sinun on kytkettävä se verkkoon ja varmistettava, että se tuottaa vaaditun alennetun jännitteen. Ole erittäin varovainen mittaaessasi sitä. Huomaa myös, että lähtöjännite on muuttuva, joten vastaava tila on kytketty päälle volttimittarissa.

Vastukset tarkistetaan ohmimittarilla. Zener-diodin tulisi "soida" vain yhteen suuntaan. Tarkistamme diodisillan kaavion mukaan.Sen sisäänrakennettujen diodien tulee johtaa virtaa vain yhteen suuntaan. Kondensaattorien testaamiseen tarvitset erityisen laitteen sähkökapasitanssin mittaamiseen. n-p-n-transistorissa virran tulee kulkea kannasta emitteriin kollektoriin. Sen ei pitäisi virrata muihin suuntiin.

Kokoaminen on parasta aloittaa pienillä osilla - vastukset, zener-diodi, LED. Sitten kondensaattorit ja diodisilta juotetaan sisään.

Kiinnitä erityistä huomiota tehokkaan transistorin asennusprosessiin. Jos sekoitat sen johtopäätökset, piiri ei toimi. Lisäksi tämä komponentti kuumenee melko kuumaksi kuormituksen alaisena, joten se on asennettava jäähdyttimeen.

Suurin osa asennetaan viimeisenä - muuntaja. Seuraavaksi virtapistoke johdolla juotetaan sen ensiökäämin liittimiin. Virtalähteen lähtöön on myös johdot.

Jäljelle jää vain kaikkien komponenttien oikean asennuksen perusteellinen tarkastus, jäljelle jääneen virtauksen pesu pois ja verkkovirran kytkeminen päälle. Jos kaikki on tehty oikein, LED palaa ja lähtö yleismittari näyttää halutun jännitteen.