Tápegység zener diódával és tranzisztorral

Az alábbiakban tárgyalt stabilizált tápegység az egyik első olyan készülék, amelyet kezdő rádióamatőrök szerelnek össze. Ez egy nagyon egyszerű, de nagyon hasznos eszköz. Összeszerelése nem igényel drága alkatrészeket, amelyeket egy kezdő számára meglehetősen könnyű kiválasztani a tápegység szükséges jellemzőitől függően.

Az anyag azoknak is hasznos lesz, akik szeretnék részletesebben megérteni az egyszerű rádióalkatrészek célját és számítását. Beleértve, részletesen megismerheti a tápegység olyan összetevőit, mint:

• teljesítmény transzformátor;
• dióda híd;
• simító kondenzátor;
• Zener dióda;
• ellenállás zener diódához;
• tranzisztor;
• terhelési ellenállás;
• Fénykibocsátó dióda és egy ellenállást hozzá.

A cikk részletesen leírja, hogyan válasszon rádióalkatrészeket a tápegységhez, és mit tegyünk, ha nem rendelkezik a szükséges névleges értékkel. A nyomtatott áramköri lap fejlesztése jól látható lesz, és ennek a műveletnek az árnyalatai is feltárulnak. Néhány szó kifejezetten a rádió alkatrészek forrasztás előtti ellenőrzéséről, valamint a készülék összeszereléséről és teszteléséről szól.

A stabilizált tápegység tipikus áramköre

Manapság nagyon sok különféle tápegység létezik feszültségstabilizálóval. De az egyik legegyszerűbb konfiguráció, amellyel egy kezdőnek el kell kezdenie, mindössze két kulcsfontosságú alkatrészre épül - egy zener-diódára és egy erős tranzisztorra. Természetesen vannak más részletek is az ábrán, de ezek csak segédanyagok.

A rádióelektronikai áramkörök általában abban az irányban vannak szétszerelve, ahogyan az áram folyik rajtuk. Feszültségszabályozott tápegységben minden a transzformátorral (TR1) kezdődik. Több funkciót lát el egyszerre. Először is, a transzformátor csökkenti a hálózati feszültséget. Másodszor, ez biztosítja az áramkör működését. Harmadszor, az egységhez csatlakoztatott eszközt táplálja.

Diódahíd (BR1) – az alacsony hálózati feszültség egyenirányítására szolgál. Más szóval, váltakozó feszültség lép be, és a kimenet állandó. Diódahíd nélkül nem fog működni sem maga a táp, sem a hozzá csatlakozó eszközök.

Egy simító elektrolit kondenzátorra (C1) van szükség a háztartási hálózatban lévő hullámok eltávolításához. A gyakorlatban olyan interferenciát okoznak, amely negatívan befolyásolja az elektromos készülékek működését. Ha például egy simítókondenzátor nélküli tápegységről táplált audioerősítőt veszünk, akkor ugyanezek a lüktetések jól hallhatók lesznek a hangszórókban, idegen zaj formájában. Más eszközökben az interferencia helytelen működéshez, hibás működéshez és egyéb problémákhoz vezethet.

A Zener-dióda (D1) a tápegység egyik alkatrésze, amely stabilizálja a feszültségszintet.A helyzet az, hogy a transzformátor csak akkor állítja elő a kívánt 12 V-ot (például), ha pontosan 230 V van a konnektorban, de a gyakorlatban ilyen feltételek nem állnak fenn. A feszültség csökkenhet vagy emelkedhet. A transzformátor ugyanazt fogja produkálni a kimeneten. Tulajdonságainak köszönhetően a zener dióda kiegyenlíti az alacsony feszültséget, függetlenül a hálózat túlfeszültségétől. Ennek az alkatrésznek a megfelelő működéséhez áramkorlátozó ellenállásra (R1) van szükség. Az alábbiakban részletesebben tárgyaljuk.

Tranzisztor (Q1) – az áram erősítéséhez szükséges. Az a tény, hogy a zener dióda nem képes áthaladni az eszköz által fogyasztott összes áramon. Ezenkívül csak egy bizonyos tartományban fog megfelelően működni, például 5 és 20 mA között. Ez őszintén szólva nem elegendő bármely eszköz áramellátásához. Ezt a problémát egy nagy teljesítményű tranzisztor oldja meg, amelynek nyitását és zárását zener-dióda vezérli.

Simító kondenzátor (C2) - ugyanarra a célra tervezve, mint a fent leírt C1. A stabilizált tápegységek tipikus áramköreiben terhelési ellenállás (R2) is található. Arra van szükség, hogy az áramkör működőképes maradjon, amikor semmi sincs csatlakoztatva a kimeneti kapcsokhoz.

Az ilyen áramkörökben más alkatrészek is jelen lehetnek. Ez egy biztosíték, amelyet a transzformátor elé helyeznek, és Fénykibocsátó dióda, jelzi, hogy az egység be van kapcsolva, és további simító kondenzátorok, és egy másik erősítő tranzisztor és egy kapcsoló. Mindegyik bonyolítja az áramkört, de növeli az eszköz funkcionalitását.

Rádióalkatrészek számítása és kiválasztása egy egyszerű tápegységhez

A transzformátort két fő kritérium szerint választják ki - a szekunder tekercs feszültsége és teljesítménye.Vannak más paraméterek is, de az anyag keretein belül ezek nem különösebben fontosak. Ha kell tápegység, mondjuk 12 V, akkor a transzformátort úgy kell kiválasztani, hogy egy kicsit többet lehessen eltávolítani a szekunder tekercséből. Erővel minden a régi – kis árrással vesszük.

A diódahíd fő paramétere az a maximális áram, amelyen áthaladhat. Erre a tulajdonságra érdemes először összpontosítani. Nézzünk példákat. A blokk egy 1 A áramot fogyasztó eszköz táplálására szolgál. Ez azt jelenti, hogy a diódahidat körülbelül 1,5 A-re kell venni. Tegyük fel, hogy egy 12 voltos, 30 W-os készüléket tervez táplálni. Ez azt jelenti, hogy az áramfelvétel kb. 2,5 A lesz. Ennek megfelelően a diódahídnak legalább 3 A-nek kell lennie. Egyéb jellemzői (maximális feszültség stb.) egy ilyen egyszerű áramkör keretein belül elhanyagolhatóak.

Emellett érdemes elmondani, hogy nem egy kész diódahidat kell venni, hanem négy diódából kell összeállítani. Ebben az esetben mindegyiket az áramkörön áthaladó áramra kell tervezni.

A simító kondenzátor kapacitásának kiszámításához meglehetősen bonyolult képleteket használnak, amelyek ebben az esetben nem használnak. Általában 1000-2200 uF kapacitást vesznek fel, és ez elég lesz egy egyszerű tápegységhez. Vegyen nagyobb kondenzátort, de ez jelentősen megnöveli a termék költségét. Egy másik fontos paraméter a maximális feszültség. Eszerint a kondenzátort attól függően választják ki, hogy milyen feszültség lesz jelen az áramkörben.

Itt érdemes megfontolni, hogy a diódahíd és a zener-dióda közötti szegmensben a simítókondenzátor bekapcsolása után a feszültség körülbelül 30% -kal magasabb lesz, mint a transzformátor kivezetésein.Vagyis ha 12 V-os tápegységet készít, és a transzformátor 15 V-ot termel tartalékkal, akkor ebben a szakaszban a simítókondenzátor működése miatt körülbelül 19,5 V lesz. Ennek megfelelően erre kell tervezni. feszültség (a legközelebbi standard érték 25 V).

A második simító kondenzátort az áramkörben (C2) általában kis kapacitással veszik - 100 és 470 μF között. Az áramkör ezen szakaszában a feszültség már stabilizálva lesz, például 12 V-ra. Ennek megfelelően a kondenzátort erre kell tervezni (a legközelebbi szabványos névleges feszültség 16 V).

De mi a teendő, ha nem állnak rendelkezésre a szükséges besorolású kondenzátorok, és nem akarsz boltba menni (vagy egyszerűen nem akarod megvenni)? Ebben az esetben teljesen lehetséges több kisebb kapacitású kondenzátor párhuzamos csatlakoztatása. Érdemes megfontolni, hogy egy ilyen bekötésnél a maximális üzemi feszültséget nem adjuk össze!

A zener diódát attól függően választjuk ki, hogy milyen feszültséget kell kapnunk a tápegység kimenetén. Ha nincs megfelelő érték, akkor több darabot is köthet sorba. A stabilizált feszültség összegzésre kerül. Vegyünk például egy olyan helyzetet, amikor 12 V-ot kell kapnunk, de csak két darab 6 V-os zener dióda áll rendelkezésre, ezeket sorba kapcsolva megkapjuk a kívánt feszültséget. Érdemes megjegyezni, hogy az átlagos minősítés eléréséhez két zener-dióda párhuzamos csatlakoztatása nem működik.

A zener-dióda áramkorlátozó ellenállását csak kísérletileg lehet a lehető legpontosabban kiválasztani.Ehhez egy körülbelül 1 kOhm névleges értékű ellenállást csatlakoztatunk egy már működő áramkörhöz (például egy kenyérlapra), és egy ampermérőt és egy változtatható ellenállást helyezünk el a nyitott áramkörben és a Zener-dióda között. Az áramkör bekapcsolása után el kell forgatnia a változtatható ellenállás gombját, amíg a szükséges névleges stabilizáló áram át nem folyik az áramköri szakaszon (a zener dióda jellemzőinél jelezve).

Az erősítő tranzisztort két fő kritérium szerint választják ki. Először is, a vizsgált áramkörnek n-p-n szerkezetűnek kell lennie. Másodszor, a meglévő tranzisztor jellemzőinél meg kell nézni a maximális kollektoráramot. Valamivel nagyobbnak kell lennie, mint a maximális áramerősség, amelyre az összeszerelt tápegységet tervezik.

A tipikus áramkörök terhelési ellenállását 1 kOhm és 10 kOhm közötti névleges értékkel veszik. Kisebb ellenállást nem szabad venni, mert ha nincs terhelve a tápegység, túl sok áram fog átfolyni ezen az ellenálláson és kiég.

PCB tervezés és gyártás

Most röviden nézzünk meg egy világos példát a stabilizált tápegység saját kezű fejlesztésére és összeszerelésére. Először is meg kell találnia az áramkörben lévő összes alkatrészt. Ha nincsenek a szükséges névleges teljesítményű kondenzátorok, ellenállások vagy zener-diódák, akkor a fent leírt módszerekkel kilábalunk a helyzetből.

Ezután meg kell terveznünk és gyártanunk kell egy nyomtatott áramköri lapot a készülékünkhöz. Kezdőknek a legjobb egyszerű és legfőképpen ingyenes szoftverek használata, például a Sprint Layout.

A kiválasztott áramkörnek megfelelően minden alkatrészt elhelyezünk a virtuális kártyán. Optimalizáljuk elhelyezkedésüket és a rendelkezésre álló alkatrészek függvényében állítjuk be.Ebben a szakaszban ajánlatos még egyszer ellenőrizni az alkatrészek tényleges méreteit, és összehasonlítani azokat a kifejlesztett áramkörhöz hozzáadott méretekkel. Különös figyelmet kell fordítani az elektrolit kondenzátorok polaritására, a tranzisztor, a zener-dióda és a diódahíd kivezetéseinek elhelyezkedésére.

Ha jelet szeretne adni a tápegységhez Fénykibocsátó dióda, akkor a zener-dióda előtt és után is beépíthető az áramkörbe (lehetőleg). Áramkorlátozó ellenállás kiválasztásához a következő számítást kell végrehajtania. Az áramköri szakasz feszültségéből kivonjuk a LED feszültségesését, és az eredményt elosztjuk a tápegység névleges áramával. Példa. Azon a területen, amelyre a jelet tervezzük csatlakoztatni Fénykibocsátó dióda, van stabilizált 12 V. Feszültségesés szabványos LED-ek körülbelül 3 V, a névleges tápáram pedig 20 mA (0,02 A). Azt találtuk, hogy az áramkorlátozó ellenállás ellenállása R = 450 Ohm.

Az alkatrészek ellenőrzése és a tápegység összeszerelése

A táblát a programban történő kidolgozás után üvegszálas laminátumra visszük át, maratjuk, bádogozzuk a pályákat és eltávolítjuk a felesleges fluxust.

Ezt követően telepítjük a rádió alkatrészeket. Itt érdemes elmondani, hogy nem lenne rossz azonnal ellenőrizni a teljesítményüket, különösen, ha nem újak. Hogyan és mit kell ellenőrizni?

A transzformátor tekercseit ohmmérővel ellenőrizzük. Ahol nagyobb az ellenállás, az a primer tekercs. Ezután csatlakoztatnia kell a hálózathoz, és meg kell győződnie arról, hogy a szükséges csökkentett feszültséget állítja elő. Legyen rendkívül óvatos a mérés során. Vegye figyelembe azt is, hogy a kimeneti feszültség változó, így a megfelelő mód be van kapcsolva a voltmérőn.

Az ellenállásokat ohmmérővel ellenőrizzük. A zener-diódának csak egy irányba kell „csengenie”. Ellenőrizzük a diódahidat a diagram szerint.A beépített diódáknak csak egy irányba kell áramot vezetniük. A kondenzátorok teszteléséhez speciális eszközre lesz szüksége az elektromos kapacitás mérésére. Az n-p-n tranzisztorban az áramnak a bázistól az emitterig a kollektorig kell folynia. Nem szabad más irányba folynia.

A legjobb az összeszerelést kis alkatrészekkel kezdeni - ellenállások, zener dióda, LED. Ezután a kondenzátorokat és a diódahidat beforrasztják.

Különös figyelmet kell fordítani az erős tranzisztor telepítésének folyamatára. Ha összekeveri a következtetéseit, az áramkör nem fog működni. Ráadásul ez az alkatrész terhelés alatt nagyon felforrósodik, ezért radiátorra kell szerelni.

A legnagyobb részt utoljára telepítik - a transzformátort. Ezután egy vezetékkel ellátott tápdugót forrasztanak az elsődleges tekercs kivezetéseihez. A tápegység kimenetén vezetékek is vannak.

Csak az marad, hogy alaposan ellenőrizze az összes alkatrész helyes beszerelését, mossa le a maradék fluxust, és kapcsolja be a hálózat tápellátását. Ha minden megfelelően történik, a LED világít, és a kimenet multiméter a kívánt feszültséget mutatja.