Alimentazione con diodo zener e transistor

L'alimentatore stabilizzato discusso di seguito è uno dei primi dispositivi assemblati dai radioamatori alle prime armi. Questo è un dispositivo molto semplice ma molto utile. Il suo assemblaggio non richiede componenti costosi, che sono abbastanza facili da selezionare per un principiante in base alle caratteristiche richieste dell'alimentatore.

Il materiale sarà utile anche a chi vorrà comprendere più in dettaglio lo scopo e il calcolo di semplici componenti radio. Incluso, imparerai in dettaglio tali componenti dell'alimentatore come:

• trasformatore di potenza;
• ponte a diodi;
• condensatore di livellamento;
• Diodo Zener;
• resistenza per diodo zener;
• transistor;
• resistenza di carico;
• Diodo ad emissione luminosa e un resistore per questo.

L'articolo descrive inoltre in dettaglio come selezionare i componenti radio per il proprio alimentatore e cosa fare se non si dispone della potenza richiesta. Verrà mostrato chiaramente lo sviluppo di un circuito stampato e verranno rivelate le sfumature di questa operazione. Vengono dette alcune parole specificamente sul controllo dei componenti radio prima della saldatura, nonché sull'assemblaggio del dispositivo e sul test.

Circuito tipico di un alimentatore stabilizzato

Oggi esistono molti diversi circuiti di alimentazione con stabilizzazione della tensione. Ma una delle configurazioni più semplici, con cui un principiante dovrebbe iniziare, è costruita su soli due componenti chiave: un diodo zener e un potente transistor. Naturalmente nel diagramma ci sono altri dettagli, ma sono ausiliari.

I circuiti nell'elettronica radio vengono solitamente smontati nella direzione in cui la corrente li attraversa. In un alimentatore regolato in tensione tutto inizia con il trasformatore (TR1). Esegue diverse funzioni contemporaneamente. Innanzitutto il trasformatore riduce la tensione di rete. In secondo luogo, garantisce il funzionamento del circuito. In terzo luogo, alimenta il dispositivo collegato all'unità.

Ponte a diodi (BR1) – progettato per rettificare la bassa tensione di rete. In altre parole, entra una tensione alternata e l'uscita è costante. Senza un ponte a diodi, né l'alimentatore stesso né i dispositivi ad esso collegati funzioneranno.

Per eliminare le increspature presenti nella rete domestica è necessario un condensatore elettrolitico di livellamento (C1). In pratica creano interferenze che influiscono negativamente sul funzionamento degli elettrodomestici. Se, ad esempio, prendiamo un amplificatore audio alimentato da un alimentatore senza condensatore di livellamento, queste stesse pulsazioni saranno chiaramente udibili negli altoparlanti sotto forma di rumore estraneo. In altri dispositivi, le interferenze possono causare funzionamenti errati, malfunzionamenti e altri problemi.

Il diodo Zener (D1) è un componente dell'alimentatore che stabilizza il livello di tensione.Il fatto è che il trasformatore produrrà i 12 V desiderati (ad esempio) solo quando nella presa di corrente ci sono esattamente 230 V. Tuttavia, in pratica tali condizioni non esistono. La tensione può diminuire o aumentare. Il trasformatore produrrà lo stesso in uscita. Grazie alle sue proprietà, il diodo zener equalizza la bassa tensione indipendentemente dai picchi di tensione nella rete. Per il corretto funzionamento di questo componente è necessaria una resistenza limitatrice di corrente (R1). È discusso più dettagliatamente di seguito.

Transistor (Q1) – necessario per amplificare la corrente. Il fatto è che il diodo Zener non è in grado di far passare tutta la corrente consumata dal dispositivo attraverso se stesso. Inoltre, funzionerà correttamente solo in un determinato intervallo, ad esempio da 5 a 20 mA. Questo francamente non è sufficiente per alimentare alcun dispositivo. Questo problema è risolto da un potente transistor, la cui apertura e chiusura sono controllate da un diodo zener.

Condensatore di livellamento (C2) - progettato per la stessa cosa di C1 descritto sopra. Nei circuiti tipici degli alimentatori stabilizzati è presente anche un resistore di carico (R2). È necessario affinché il circuito rimanga operativo quando nulla è collegato ai terminali di uscita.

Altri componenti possono essere presenti in tali circuiti. Questo è un fusibile posizionato davanti al trasformatore e Diodo ad emissione luminosa, che segnala che l'unità è accesa, condensatori di livellamento aggiuntivi, un altro transistor di amplificazione e un interruttore. Tutti complicano il circuito, tuttavia aumentano la funzionalità del dispositivo.

Calcolo e selezione dei componenti radio per una semplice alimentazione

Il trasformatore viene selezionato in base a due criteri principali: tensione e potenza dell'avvolgimento secondario.Ci sono altri parametri, ma nell'ambito del materiale non sono particolarmente importanti. Se è necessaria un'alimentazione, ad esempio 12 V, il trasformatore deve essere selezionato in modo tale da poter rimuovere un po' di più dal suo avvolgimento secondario. Con il potere, tutto è uguale: lo prendiamo con un piccolo margine.

Il parametro principale di un ponte a diodi è la corrente massima che può passare. Vale la pena concentrarsi prima su questa caratteristica. Diamo un'occhiata agli esempi. Il blocco verrà utilizzato per alimentare un dispositivo che consuma una corrente di 1 A. Ciò significa che il ponte a diodi deve essere portato a circa 1,5 A. Supponiamo che prevedi di alimentare un dispositivo a 12 volt con una potenza di 30 W. Ciò significa che il consumo di corrente sarà di circa 2,5 A. Di conseguenza, il ponte a diodi dovrebbe essere di almeno 3 A. Le sue altre caratteristiche (tensione massima, ecc.) Possono essere trascurate nell'ambito di un circuito così semplice.

Inoltre, vale la pena dire che non è necessario prendere un ponte di diodi già pronto, ma assemblarlo da quattro diodi. In questo caso, ciascuno di essi deve essere progettato per la corrente che passa attraverso il circuito.

Per calcolare la capacità del condensatore di livellamento si utilizzano formule piuttosto complesse, che in questo caso non servono a niente. Di solito viene presa una capacità di 1000-2200 uF, e questo sarà sufficiente per un semplice alimentatore. Puoi prendere un condensatore più grande, ma ciò aumenterà in modo significativo il costo del prodotto. Un altro parametro importante è la tensione massima. Secondo esso, il condensatore viene selezionato in base alla tensione che sarà presente nel circuito.

Qui vale la pena considerare che nel segmento tra il ponte a diodi e il diodo zener, dopo aver acceso il condensatore di livellamento, la tensione sarà superiore di circa il 30% rispetto ai terminali del trasformatore.Cioè, se stai realizzando un alimentatore da 12 V e il trasformatore produce 15 V con una riserva, in questa sezione, a causa del funzionamento del condensatore di livellamento, ci saranno circa 19,5 V. Di conseguenza, deve essere progettato per questo tensione (il valore standard più vicino 25 V).

Il secondo condensatore di livellamento nel circuito (C2) viene solitamente preso con una piccola capacità, da 100 a 470 μF. La tensione in questa sezione del circuito sarà già stabilizzata, ad esempio, al livello di 12 V. Di conseguenza, il condensatore deve essere progettato per questo (la valutazione standard più vicina è 16 V).

Ma cosa fare se i condensatori con le caratteristiche richieste non sono disponibili e non vuoi andare al negozio (o semplicemente non vuoi acquistarli)? In questo caso, è del tutto possibile utilizzare la connessione parallela di più condensatori di capacità inferiore. Vale la pena considerare che la tensione operativa massima con tale connessione non verrà riassunta!

Il diodo zener viene selezionato in base alla tensione che dobbiamo ottenere all'uscita dell'alimentatore. Se non esiste un valore adatto, è possibile collegare più pezzi in serie. Verrà riassunta la tensione stabilizzata. Ad esempio, prendiamo una situazione in cui dobbiamo ottenere 12 V, ma sono disponibili solo due diodi zener da 6 V. Collegandoli in serie otterremo la tensione desiderata. Vale la pena notare che per ottenere la valutazione media, non è possibile collegare due diodi Zener in parallelo.

È possibile selezionare il resistore limitatore di corrente per un diodo Zener nel modo più accurato possibile solo sperimentalmente.Per fare ciò, un resistore con un valore nominale di circa 1 kOhm è collegato a un circuito già funzionante (ad esempio, su una breadboard) e tra esso e il diodo zener nel circuito aperto vengono posizionati un amperometro e un resistore variabile. Dopo aver acceso il circuito, è necessario ruotare la manopola del resistore variabile finché la corrente di stabilizzazione nominale richiesta non scorre attraverso la sezione del circuito (indicata nelle caratteristiche del diodo zener).

Il transistor di amplificazione viene selezionato secondo due criteri principali. Innanzitutto per il circuito in esame deve trattarsi di una struttura n-p-n. In secondo luogo, nelle caratteristiche del transistor esistente è necessario considerare la corrente massima del collettore. Dovrebbe essere leggermente maggiore della corrente massima per la quale sarà progettato l'alimentatore assemblato.

La resistenza di carico nei circuiti tipici viene presa con un valore nominale compreso tra 1 kOhm e 10 kOhm. Non dovresti prendere una resistenza più piccola, poiché se l'alimentatore non viene caricato, troppa corrente scorrerà attraverso questo resistore e si brucerà.

Progettazione e produzione di PCB

Consideriamo ora brevemente un chiaro esempio di sviluppo e assemblaggio di un alimentatore stabilizzato con le proprie mani. Prima di tutto bisogna reperire tutti i componenti presenti nel circuito. Se non sono presenti condensatori, resistori o diodi zener delle dimensioni richieste, usciamo dalla situazione utilizzando i metodi sopra descritti.

Successivamente, dovremo progettare e produrre un circuito stampato per il nostro dispositivo. Per i principianti, è meglio utilizzare software semplici e, soprattutto, gratuiti, come Sprint Layout.

Posizioniamo tutti i componenti sulla scheda virtuale in base al circuito selezionato. Ottimizziamo la loro posizione e li adattiamo a seconda delle parti specifiche disponibili.In questa fase si consiglia di ricontrollare le dimensioni reali dei componenti e confrontarli con quelli aggiunti al circuito sviluppato. Prestare particolare attenzione alla polarità dei condensatori elettrolitici, alla posizione dei terminali del transistor, del diodo zener e del ponte a diodi.

Se vuoi aggiungere un segnale all'alimentazione Diodo ad emissione luminosa, quindi può essere incluso nel circuito sia prima del diodo zener che dopo (preferibilmente). Per selezionare un resistore limitatore di corrente, è necessario eseguire il seguente calcolo. Dalla tensione della sezione del circuito, sottraiamo la caduta di tensione sul LED e dividiamo il risultato per la corrente nominale della sua alimentazione. Esempio. Nell'area a cui intendiamo collegare il segnale Diodo ad emissione luminosa, ci sono 12 V stabilizzati. Caduta di tensione per standard LED circa 3 V e la corrente di alimentazione nominale è 20 mA (0,02 A). Troviamo che la resistenza del resistore limitatore di corrente è R = 450 Ohm.

Controllo dei componenti e assemblaggio dell'alimentatore

Dopo aver sviluppato la scheda nel programma, la trasferiamo su un laminato in fibra di vetro, la incidiamo, stagniamo le piste e rimuoviamo il flusso in eccesso.

Successivamente installiamo i componenti della radio. Qui vale la pena dire che non sarebbe sbagliato ricontrollare subito le loro prestazioni, soprattutto se non sono nuove. Come e cosa controllare?

Gli avvolgimenti del trasformatore vengono controllati con un ohmmetro. Dove la resistenza è maggiore è l'avvolgimento primario. Successivamente è necessario collegarlo alla rete e assicurarsi che produca la tensione ridotta richiesta. Usare estrema cautela quando lo si misura. Si noti inoltre che la tensione di uscita è variabile, quindi la modalità corrispondente è attivata sul voltmetro.

I resistori vengono controllati con un ohmmetro. Il diodo zener dovrebbe "suonare" solo in una direzione. Controlliamo il ponte a diodi secondo lo schema.I diodi incorporati devono condurre la corrente in una sola direzione. Per testare i condensatori avrai bisogno di un dispositivo speciale per misurare la capacità elettrica. In un transistor n-p-n, la corrente deve fluire dalla base all'emettitore al collettore. Non dovrebbe fluire in altre direzioni.

È meglio iniziare l'assemblaggio con piccole parti: resistori, diodo zener, LED. Successivamente vengono saldati i condensatori e il ponte di diodi.

Presta particolare attenzione al processo di installazione di un potente transistor. Se confondi le sue conclusioni, il circuito non funzionerà. Inoltre, questo componente diventerà piuttosto caldo sotto carico, quindi deve essere installato su un radiatore.

La parte più grande viene installata per ultima: il trasformatore. Successivamente, una spina di alimentazione con filo viene saldata ai terminali del suo avvolgimento primario. I cavi sono forniti anche all'uscita dell'alimentatore.

Non resta che ricontrollare attentamente la corretta installazione di tutti i componenti, lavare via il flusso rimanente e accendere l'alimentazione alla rete. Se tutto è stato eseguito correttamente, il LED si accenderà e l'uscita multimetro mostrerà la tensione desiderata.