Napajanje s zener diodom i tranzistorom

Stabilizirano napajanje o kojem se govori u nastavku jedan je od prvih uređaja koje su sastavili početnici radio amateri. Ovo je vrlo jednostavan, ali vrlo koristan uređaj. Njegova montaža ne zahtijeva skupe komponente, koje je početniku prilično lako odabrati ovisno o potrebnim karakteristikama napajanja.

Materijal će također biti koristan onima koji žele detaljnije razumjeti svrhu i izračun jednostavnih radio komponenti. Uključujući, detaljno ćete naučiti o takvim komponentama napajanja kao što su:

• energetski transformator;
• diodni most;
• kondenzator za izglađivanje;
• Zener dioda;
• otpornik za zener diodu;
• tranzistor;
• otpornik opterećenja;
• Dioda koja emitira svjetlo i otpornik za to.

Članak također detaljno opisuje kako odabrati radio komponente za napajanje i što učiniti ako nemate potrebnu ocjenu. Jasno će se prikazati razvoj tiskane pločice i otkriti nijanse ove operacije. Posebno je rečeno nekoliko riječi o provjeri radijskih komponenti prije lemljenja, kao io sastavljanju uređaja i njegovom testiranju.

Tipični krug stabiliziranog napajanja

Danas postoji mnogo različitih krugova napajanja sa stabilizacijom napona. Ali jedna od najjednostavnijih konfiguracija, s kojom bi početnik trebao početi, izgrađena je na samo dvije ključne komponente - zener diodi i snažnom tranzistoru. Naravno, na dijagramu postoje i drugi detalji, ali oni su pomoćni.

Strujni krugovi u radioelektronici obično se rastavljaju u smjeru u kojem kroz njih teče struja. U naponski reguliranom izvoru napajanja, sve počinje s transformatorom (TR1). Obavlja nekoliko funkcija odjednom. Prvo, transformator smanjuje mrežni napon. Drugo, osigurava rad kruga. Treće, napaja uređaj koji je povezan s jedinicom.

Diodni most (BR1) - dizajniran za ispravljanje niskog mrežnog napona. Drugim riječima, u njega ulazi izmjenični napon, a izlaz je konstantan. Bez diodnog mosta, niti sam izvor napajanja niti uređaji koji će biti spojeni na njega neće raditi.

Elektrolitički kondenzator za izravnavanje (C1) je potreban kako bi se uklonili valovi prisutni u kućnoj mreži. U praksi stvaraju smetnje koje negativno utječu na rad električnih uređaja. Ako, na primjer, uzmemo audio pojačalo napajano iz napajanja bez kondenzatora za izglađivanje, tada će se te iste pulsacije jasno čuti u zvučnicima u obliku vanjske buke. Kod drugih uređaja smetnje mogu dovesti do neispravnog rada, kvarova i drugih problema.

Zener dioda (D1) je komponenta napajanja koja stabilizira razinu napona.Činjenica je da će transformator proizvesti željenih 12 V (na primjer) tek kada u utičnici bude točno 230 V. No, u praksi takvi uvjeti ne postoje. Napon može padati ili rasti. Transformator će proizvesti isto na izlazu. Zahvaljujući svojim svojstvima, zener dioda izjednačava niski napon bez obzira na prenapone u mreži. Za ispravan rad ove komponente potreban je otpornik za ograničavanje struje (R1). O njemu se detaljnije govori u nastavku.

Tranzistor (Q1) – potreban za pojačanje struje. Činjenica je da zener dioda nije u stanju proći kroz sebe svu struju koju troši uređaj. Štoviše, ispravno će raditi samo u određenom rasponu, na primjer, od 5 do 20 mA. To iskreno nije dovoljno za napajanje bilo kojeg uređaja. Taj problem rješava snažan tranzistor čijim otvaranjem i zatvaranjem upravlja zener dioda.

Kondenzator za izravnavanje (C2) - dizajniran za istu stvar kao C1 opisano gore. U tipičnim krugovima stabiliziranih izvora napajanja postoji i otpornik opterećenja (R2). Potrebno je kako bi krug ostao u funkciji kada ništa nije spojeno na izlazne stezaljke.

Druge komponente mogu biti prisutne u takvim krugovima. Ovo je osigurač koji se postavlja ispred transformatora, i Dioda koja emitira svjetlo, signalizirajući da je jedinica uključena, i dodatne kondenzatore za izglađivanje, i još jedan tranzistor za pojačanje, i prekidač. Svi oni kompliciraju krug, ali povećavaju funkcionalnost uređaja.

Proračun i izbor radio komponenti za jednostavno napajanje

Transformator se odabire prema dva glavna kriterija - napon sekundarnog namota i snaga.Postoje i drugi parametri, ali u okviru materijala oni nisu posebno važni. Ako vam treba napajanje, recimo, 12 V, tada transformator treba odabrati tako da se iz njegovog sekundarnog namota može ukloniti malo više. S snagom je sve isto - uzimamo ga s malom marginom.

Glavni parametar diodnog mosta je maksimalna struja koju može proći. Najprije se vrijedi usredotočiti na ovu karakteristiku. Pogledajmo primjere. Blok će se koristiti za napajanje uređaja koji troši struju od 1 A. To znači da diodni most treba uzeti na približno 1,5 A. Recimo da planirate napajati uređaj od 12 volti sa snagom od 30 W. To znači da će potrošnja struje biti oko 2,5 A. Prema tome, diodni most mora biti najmanje 3 A. Njegove druge karakteristike (maksimalni napon, itd.) Mogu se zanemariti u okviru tako jednostavnog kruga.

Osim toga, vrijedi reći da ne morate uzeti gotov diodni most, već ga sastaviti od četiri diode. U tom slučaju, svaki od njih mora biti dizajniran za struju koja prolazi kroz krug.

Za izračun kapaciteta kondenzatora za izglađivanje koriste se prilično složene formule koje u ovom slučaju nisu od koristi. Obično se uzima kapacitet od 1000-2200 uF, a to će biti sasvim dovoljno za jednostavno napajanje. Možete uzeti veći kondenzator, ali to će značajno povećati cijenu proizvoda. Drugi važan parametar je maksimalni napon. Prema njemu, kondenzator se odabire ovisno o tome koji će napon biti prisutan u krugu.

Ovdje je vrijedno uzeti u obzir da će u segmentu između diodnog mosta i zener diode, nakon uključivanja kondenzatora za izglađivanje, napon biti približno 30% veći nego na stezaljkama transformatora.To jest, ako pravite napajanje od 12 V, a transformator proizvodi 15 V s rezervom, tada će u ovom odjeljku zbog rada kondenzatora za izglađivanje biti približno 19,5 V. Prema tome, mora biti dizajniran za to napon (najbliža standardna vrijednost 25 V).

Drugi kondenzator za izglađivanje u krugu (C2) obično se uzima s malim kapacitetom - od 100 do 470 μF. Napon u ovom dijelu kruga već će biti stabiliziran, na primjer, na razinu od 12 V. Prema tome, kondenzator mora biti dizajniran za to (najbliža standardna vrijednost je 16 V).

Ali što učiniti ako kondenzatori potrebnih ocjena nisu dostupni, a vi ne želite ići u trgovinu (ili ih jednostavno ne želite kupiti)? U ovom slučaju, sasvim je moguće koristiti paralelno povezivanje nekoliko kondenzatora manjeg kapaciteta. Vrijedno je uzeti u obzir da se maksimalni radni napon s takvom vezom neće zbrajati!

Zener dioda se odabire ovisno o tome koji napon trebamo dobiti na izlazu napajanja. Ako nema odgovarajuće vrijednosti, možete spojiti nekoliko komada u nizu. Stabilizirani napon će se zbrojiti. Za primjer, uzmimo situaciju da trebamo dobiti 12 V, a na raspolaganju su samo dvije zener diode od 6 V. Njihovim spajanjem u seriju dobit ćemo željeni napon. Važno je napomenuti da za dobivanje prosječne ocjene, paralelno povezivanje dviju zener dioda neće raditi.

Moguće je odabrati otpornik koji ograničava struju za zener diodu što je točnije moguće samo eksperimentalno.Da biste to učinili, otpornik s nominalnom vrijednošću od približno 1 kOhm spojen je na već radni krug (na primjer, na matičnoj ploči), a ampermetar i promjenjivi otpornik postavljeni su između njega i zener diode u otvorenom krugu. Nakon uključivanja strujnog kruga, morate okretati gumb promjenjivog otpornika dok potrebna nazivna stabilizacijska struja ne teče kroz dio kruga (naznačeno u karakteristikama zener diode).

Tranzistor za pojačanje odabire se prema dva glavna kriterija. Prvo, za krug koji se razmatra mora biti n-p-n struktura. Drugo, u karakteristikama postojećeg tranzistora morate pogledati maksimalnu struju kolektora. Trebao bi biti malo veći od maksimalne struje za koju će biti projektirano sklopljeno napajanje.

Otpornik opterećenja u tipičnim krugovima uzima se s nominalnom vrijednošću od 1 kOhm do 10 kOhm. Ne biste trebali uzimati manji otpor, jer ako napajanje nije opterećeno, previše struje će teći kroz ovaj otpornik i on će izgorjeti.

Dizajn i proizvodnja tiskanih ploča

Sada ukratko pogledajmo jasan primjer razvoja i sastavljanja stabiliziranog napajanja vlastitim rukama. Prije svega, trebate pronaći sve komponente prisutne u krugu. Ako nema kondenzatora, otpornika ili zener dioda potrebnih vrijednosti, izlazimo iz situacije gore opisanim metodama.

Zatim ćemo morati dizajnirati i proizvesti tiskanu pločicu za naš uređaj. Za početnike je najbolje koristiti jednostavan i, što je najvažnije, besplatan softver, kao što je Sprint Layout.

Sve komponente postavljamo na virtualnu ploču prema odabranom krugu. Optimiziramo njihov položaj i prilagođavamo ih ovisno o tome koji su specifični dijelovi dostupni.U ovoj fazi preporuča se još jednom provjeriti stvarne dimenzije komponenti i usporediti ih s onima koje su dodane razvijenom krugu. Obratite posebnu pozornost na polaritet elektrolitskih kondenzatora, položaj terminala tranzistora, zener diode i diodnog mosta.

Ako želite dodati signal napajanju Dioda koja emitira svjetlo, tada se može uključiti u krug i prije zener diode i nakon (po mogućnosti). Da biste za njega odabrali otpornik koji ograničava struju, morate izvršiti sljedeći izračun. Od napona dionice strujnog kruga oduzimamo pad napona na LED diodi i rezultat dijelimo s nazivnom strujom njenog napajanja. Primjer. Na području na koje planiramo spojiti signal Dioda koja emitira svjetlo, ima stabiliziranih 12 V. Pad napona za standard LED diode oko 3 V, a nazivna struja napajanja je 20 mA (0,02 A). Nalazimo da je otpor otpornika za ograničenje struje R = 450 Ohma.

Provjera komponenti i sastavljanje napajanja

Nakon što razvijemo ploču u programu, prebacujemo je na stakloplastični laminat, jetkamo, kalajiramo tragove i uklanjamo višak fluksa.

Nakon toga instaliramo radio komponente. Ovdje vrijedi reći da ne bi bilo naodmet odmah još jednom provjeriti njihovu izvedbu, pogotovo ako nisu nove. Kako i što provjeriti?

Namoti transformatora provjeravaju se ohmmetrom. Gdje je otpor veći je primarni namot. Zatim ga trebate uključiti u mrežu i uvjeriti se da proizvodi potreban smanjeni napon. Budite krajnje oprezni prilikom mjerenja. Također imajte na umu da je izlazni napon promjenjiv, tako da je odgovarajući način uključen na voltmetru.

Otpornici se provjeravaju ohmmetrom. Zener dioda bi trebala "zvoniti" samo u jednom smjeru. Provjeravamo diodni most prema dijagramu.Diode ugrađene u njega moraju voditi struju samo u jednom smjeru. Za ispitivanje kondenzatora trebat će vam poseban uređaj za mjerenje električnog kapaciteta. U n-p-n tranzistoru struja mora teći od baze do emitera do kolektora. Ne smije teći u drugim smjerovima.

Najbolje je započeti montažu s malim dijelovima - otpornicima, zener diodom, LED. Zatim se zalemljuju kondenzatori i diodni most.

Obratite posebnu pozornost na postupak ugradnje snažnog tranzistora. Ako pobrkate njegove zaključke, sklop neće raditi. Osim toga, ova će se komponenta pod opterećenjem prilično zagrijati, pa se mora ugraditi na radijator.

Zadnji je ugrađen najveći dio - transformator. Zatim je utikač s žicom zalemljen na priključke primarnog namota. Žice su također predviđene na izlazu napajanja.

Ostaje samo još jednom temeljito provjeriti ispravnu ugradnju svih komponenti, isprati preostali tok i uključiti napajanje u mrežu. Ako je sve učinjeno ispravno, LED će svijetliti, a izlaz multimetar pokazat će željeni napon.