Alimentation avec diode Zener et transistor

L'alimentation stabilisée décrite ci-dessous est l'un des premiers appareils assemblés par des radioamateurs novices. C'est un appareil très simple mais très utile. Son assemblage ne nécessite pas de composants coûteux, assez faciles à sélectionner pour un débutant en fonction des caractéristiques requises de l'alimentation.

Le matériel sera également utile à ceux qui souhaitent comprendre plus en détail le but et le calcul de composants radio simples. Vous découvrirez notamment en détail les composants de l'alimentation électrique tels que :

• transformateur de puissance;
• pont de diodes ;
• condensateur de lissage;
• Diode Zener ;
• résistance pour diode Zener;
• transistor;
• résistance de charge;
• Diode électro-luminescente et une résistance pour cela.

L'article décrit également en détail comment sélectionner les composants radio pour votre alimentation et que faire si vous n'avez pas la qualification requise. Le développement d'un circuit imprimé sera clairement montré et les nuances de cette opération seront révélées. Quelques mots sont spécifiquement dits sur la vérification des composants radio avant le soudage, ainsi que sur l'assemblage de l'appareil et son test.

Circuit typique d'une alimentation stabilisée

Il existe aujourd'hui de nombreux circuits d'alimentation différents avec stabilisation de tension. Mais l'une des configurations les plus simples, avec laquelle un débutant devrait commencer, repose sur seulement deux composants clés : une diode Zener et un transistor puissant. Naturellement, le diagramme contient d'autres détails, mais ils sont auxiliaires.

Les circuits radioélectroniques sont généralement démontés dans le sens dans lequel le courant les traverse. Dans une alimentation régulée en tension, tout commence par le transformateur (TR1). Il remplit plusieurs fonctions à la fois. Premièrement, le transformateur réduit la tension du secteur. Deuxièmement, il assure le fonctionnement du circuit. Troisièmement, il alimente l’appareil connecté à l’unité.

Pont de diodes (BR1) – conçu pour redresser la basse tension secteur. En d’autres termes, une tension alternative y entre et la sortie est constante. Sans pont de diodes, ni l'alimentation elle-même ni les appareils qui y seront connectés ne fonctionneront.

Un condensateur électrolytique de lissage (C1) est nécessaire afin de supprimer les ondulations présentes dans le réseau domestique. En pratique, ils créent des interférences qui affectent négativement le fonctionnement des appareils électriques. Si, par exemple, nous prenons un amplificateur audio alimenté par une alimentation sans condensateur de lissage, alors ces mêmes pulsations seront clairement audibles dans les haut-parleurs sous forme de bruit parasite. Dans d'autres appareils, les interférences peuvent entraîner un fonctionnement incorrect, des dysfonctionnements et d'autres problèmes.

La diode Zener (D1) est un composant de l'alimentation qui stabilise le niveau de tension.Le fait est que le transformateur ne produira le 12 V souhaité (par exemple) que lorsqu'il y a exactement 230 V dans la prise de courant. Cependant, dans la pratique, de telles conditions n'existent pas. La tension peut baisser ou augmenter. Le transformateur produira la même chose en sortie. Grâce à ses propriétés, la diode Zener égalise la basse tension quelles que soient les surtensions du réseau. Pour un fonctionnement correct de ce composant, une résistance de limitation de courant (R1) est nécessaire. Il est discuté plus en détail ci-dessous.

Transistor (Q1) – nécessaire pour amplifier le courant. Le fait est que la diode Zener n'est pas capable de faire passer tout le courant consommé par l'appareil. De plus, il ne fonctionnera correctement que dans une certaine plage, par exemple de 5 à 20 mA. Ce n’est franchement pas suffisant pour alimenter des appareils. Ce problème est résolu par un transistor puissant dont l'ouverture et la fermeture sont contrôlées par une diode Zener.

Condensateur de lissage (C2) – conçu pour la même chose que C1 décrit ci-dessus. Dans les circuits typiques d'alimentations stabilisées, il existe également une résistance de charge (R2). Il est nécessaire pour que le circuit reste opérationnel lorsque rien n'est connecté aux bornes de sortie.

D'autres composants peuvent être présents dans de tels circuits. Il s'agit d'un fusible placé devant le transformateur, et Diode électro-luminescente, signalant que l'unité est allumée, ainsi que des condensateurs de lissage supplémentaires, un autre transistor amplificateur et un interrupteur. Tous compliquent le circuit, mais augmentent la fonctionnalité de l'appareil.

Calcul et sélection de composants radio pour une alimentation simple

Le transformateur est sélectionné selon deux critères principaux : la tension et la puissance de l'enroulement secondaire.Il existe d'autres paramètres, mais dans le cadre du matériel, ils ne sont pas particulièrement importants. Si vous avez besoin d'une alimentation, par exemple 12 V, le transformateur doit être sélectionné de manière à pouvoir retirer un peu plus de son enroulement secondaire. Avec le pouvoir, tout est pareil - on le prend avec une petite marge.

Le paramètre principal d’un pont de diodes est le courant maximum qu’il peut laisser passer. Cette caractéristique mérite d’être soulignée en premier. Regardons des exemples. Le bloc servira à alimenter un appareil qui consomme un courant de 1 A. Cela signifie que le pont de diodes doit être pris à environ 1,5 A. Disons que vous envisagez d'alimenter un appareil de 12 volts avec une puissance de 30 W. Cela signifie que la consommation de courant sera d'environ 2,5 A. En conséquence, le pont de diodes doit être d'au moins 3 A. Ses autres caractéristiques (tension maximale, etc.) peuvent être négligées dans le cadre d'un circuit aussi simple.

De plus, il convient de dire qu'il n'est pas nécessaire de prendre un pont de diodes prêt à l'emploi, mais de l'assembler à partir de quatre diodes. Dans ce cas, chacun d'eux doit être conçu pour le courant traversant le circuit.

Pour calculer la capacité du condensateur de lissage, des formules assez complexes sont utilisées, qui dans ce cas ne sont d'aucune utilité. Habituellement, une capacité de 1 000 à 2 200 uF est prise, ce qui sera largement suffisant pour une simple alimentation. Vous pouvez prendre un condensateur plus gros, mais cela augmentera considérablement le coût du produit. Un autre paramètre important est la tension maximale. Selon celui-ci, le condensateur est sélectionné en fonction de la tension qui sera présente dans le circuit.

Ici, il convient de considérer que dans le segment entre le pont de diodes et la diode Zener, après avoir allumé le condensateur de lissage, la tension sera d'environ 30 % plus élevée qu'aux bornes du transformateur.Autrement dit, si vous réalisez une alimentation de 12 V et que le transformateur produit 15 V avec une réserve, alors dans cette section, en raison du fonctionnement du condensateur de lissage, il y aura environ 19,5 V. En conséquence, il doit être conçu pour cela tension (la valeur standard la plus proche 25 V).

Le deuxième condensateur de lissage du circuit (C2) est généralement pris avec une petite capacité - de 100 à 470 μF. La tension dans cette section du circuit sera déjà stabilisée, par exemple à un niveau de 12 V. En conséquence, le condensateur doit être conçu pour cela (la valeur standard la plus proche est de 16 V).

Mais que faire si les condensateurs des capacités requises ne sont pas disponibles et que vous ne voulez pas aller au magasin (ou tout simplement ne voulez pas les acheter) ? Dans ce cas, il est tout à fait possible d'utiliser la connexion en parallèle de plusieurs condensateurs de plus petite capacité. Il convient de noter que la tension de fonctionnement maximale avec une telle connexion ne sera pas résumée !

La diode Zener est sélectionnée en fonction de la tension que nous devons obtenir à la sortie de l'alimentation. S'il n'y a pas de valeur appropriée, vous pouvez alors connecter plusieurs pièces en série. La tension stabilisée sera résumée. Par exemple, prenons une situation où nous avons besoin d'obtenir 12 V, mais il n'y a que deux diodes Zener disponibles de 6 V. En les connectant en série, nous obtiendrons la tension souhaitée. Il est à noter que pour obtenir la note moyenne, connecter deux diodes Zener en parallèle ne fonctionnera pas.

Il n'est possible de sélectionner la résistance de limitation de courant pour une diode Zener aussi précisément que possible qu'expérimentalement.Pour ce faire, une résistance d'une valeur nominale d'environ 1 kOhm est connectée à un circuit déjà fonctionnel (par exemple, sur une maquette), et un ampèremètre et une résistance variable sont placés entre elle et la diode Zener en circuit ouvert. Après avoir allumé le circuit, vous devez tourner le bouton de résistance variable jusqu'à ce que le courant de stabilisation nominal requis traverse la section du circuit (indiqué dans les caractéristiques de la diode Zener).

Le transistor amplificateur est sélectionné selon deux critères principaux. Premièrement, pour le circuit considéré, il doit s’agir d’une structure n-p-n. Deuxièmement, dans les caractéristiques du transistor existant, vous devez examiner le courant maximal du collecteur. Il doit être légèrement supérieur au courant maximum pour lequel l'alimentation assemblée sera conçue.

La résistance de charge dans les circuits typiques est prise avec une valeur nominale de 1 kOhm à 10 kOhm. Vous ne devez pas prendre une résistance plus petite, car si l'alimentation n'est pas chargée, trop de courant traversera cette résistance et elle grillera.

Conception et fabrication de PCB

Examinons maintenant brièvement un exemple clair de développement et d'assemblage d'une alimentation stabilisée de vos propres mains. Tout d’abord, vous devez retrouver tous les composants présents dans le circuit. S'il n'y a pas de condensateurs, de résistances ou de diodes Zener des calibres requis, on sort de la situation en utilisant les méthodes décrites ci-dessus.

Ensuite, nous devrons concevoir et fabriquer un circuit imprimé pour notre appareil. Pour les débutants, il est préférable d’utiliser des logiciels simples et surtout gratuits, comme Sprint Layout.

Nous plaçons tous les composants sur la carte virtuelle selon le circuit sélectionné. Nous optimisons leur emplacement et les ajustons en fonction des pièces spécifiques disponibles.A ce stade, il est recommandé de revérifier les dimensions réelles des composants et de les comparer avec celles ajoutées au circuit développé. Portez une attention particulière à la polarité des condensateurs électrolytiques, à l'emplacement des bornes du transistor, de la diode Zener et du pont de diodes.

Si vous souhaitez ajouter un signal à l'alimentation Diode électro-luminescente, alors il peut être inclus dans le circuit à la fois avant et après la diode Zener (de préférence). Pour sélectionner une résistance de limitation de courant, vous devez effectuer le calcul suivant. De la tension de la section du circuit, nous soustrayons la chute de tension aux bornes de la LED et divisons le résultat par le courant nominal de son alimentation. Exemple. Dans la zone à laquelle nous prévoyons de connecter le signal Diode électro-luminescente, il y a du 12 V stabilisé. Chute de tension pour le standard LED environ 3 V et le courant d'alimentation nominal est de 20 mA (0,02 A). Nous constatons que la résistance de la résistance de limitation de courant est R = 450 Ohms.

Vérification des composants et assemblage de l'alimentation électrique

Après avoir développé la carte dans le programme, nous la transférons sur un stratifié en fibre de verre, la gravons, étamons les pistes et éliminons l'excès de flux.

Après cela, nous installons les composants radio. Ici, il convient de dire qu'il ne serait pas inutile de vérifier immédiatement leurs performances, surtout s'ils ne sont pas nouveaux. Comment et quoi vérifier ?

Les enroulements du transformateur sont vérifiés avec un ohmmètre. Là où la résistance est la plus grande, c'est dans l'enroulement primaire. Ensuite, vous devez le brancher sur le réseau et vous assurer qu'il produit la tension réduite requise. Soyez extrêmement prudent lorsque vous le mesurez. Notez également que la tension de sortie est variable, le mode correspondant est donc activé sur le voltmètre.

Les résistances sont vérifiées avec un ohmmètre. La diode Zener ne doit « sonner » que dans une seule direction. Nous vérifions le pont de diodes selon le schéma.Les diodes intégrées doivent conduire le courant dans un seul sens. Pour tester les condensateurs, vous aurez besoin d'un appareil spécial pour mesurer la capacité électrique. Dans un transistor n-p-n, le courant doit circuler de la base à l'émetteur puis au collecteur. Il ne doit pas circuler dans d’autres directions.

Il est préférable de commencer l'assemblage avec de petites pièces - résistances, diode Zener, LED. Ensuite, les condensateurs et le pont de diodes sont soudés.

Portez une attention particulière au processus d'installation d'un transistor puissant. Si vous confondez ses conclusions, le circuit ne fonctionnera pas. De plus, ce composant devient très chaud sous charge, il doit donc être installé sur un radiateur.

La plus grande partie est installée en dernier : le transformateur. Ensuite, une fiche d'alimentation avec un fil est soudée aux bornes de son enroulement primaire. Des fils sont également fournis en sortie de l'alimentation.

Il ne reste plus qu'à revérifier minutieusement l'installation correcte de tous les composants, laver le flux restant et mettre le réseau sous tension. Si tout est fait correctement, la LED s'allumera et la sortie multimètre affichera la tension souhaitée.