ספק כוח עם דיודת זנר וטרנזיסטור

ספק הכוח המיוצב הנדון להלן הוא אחד המכשירים הראשונים שמורכבים על ידי חובבי רדיו מתחילים. זהו מכשיר פשוט מאוד אך שימושי מאוד. ההרכבה שלו אינה דורשת רכיבים יקרים, אשר די קל למתחילים לבחור בהתאם למאפיינים הנדרשים של ספק הכוח.

החומר יהיה שימושי גם למי שרוצה להבין ביתר פירוט את המטרה והחישוב של רכיבי רדיו פשוטים. כולל, תלמד בפירוט על רכיבים כאלה של ספק הכוח כמו:

• שנאי כוח;
• גשר דיודה;
• קבל החלקה;
• דיודת זנר;
• נגד עבור דיודת זנר;
• טרָנזִיסטוֹר;
• נגד עומס;
• דיודה פולטת אור ונגד עבורו.

המאמר גם מתאר בפירוט כיצד לבחור רכיבי רדיו עבור ספק הכוח שלך ומה לעשות אם אין לך את הדירוג הנדרש. הפיתוח של לוח מעגלים מודפס יוצג בבירור והניואנסים של פעולה זו יתגלו. נאמרו מספר מילים ספציפית על בדיקת רכיבי רדיו לפני הלחמה, וכן על הרכבת המכשיר ובדיקתו.

מעגל אופייני של ספק כוח מיוצב

יש היום הרבה מעגלי אספקת חשמל שונים עם ייצוב מתח. אבל אחת התצורות הפשוטות ביותר, שמתחיל צריך להתחיל איתה, בנויה על שני מרכיבים מרכזיים בלבד - דיודת זנר וטרנזיסטור חזק. כמובן, ישנם פרטים נוספים בתרשים, אבל הם עזר.

מעגלים באלקטרוניקה רדיו מפורקים בדרך כלל בכיוון שבו זרם זורם דרכם. בספק כוח מווסת מתח, הכל מתחיל בשנאי (TR1). הוא מבצע מספר פונקציות בבת אחת. ראשית, השנאי מפחית את מתח החשמל. שנית, זה מבטיח את פעולת המעגל. שלישית, הוא מפעיל את המכשיר המחובר ליחידה.

גשר דיודה (BR1) - נועד לתקן מתח נמוך ברשת. במילים אחרות, מתח חילופין נכנס אליו, והפלט קבוע. ללא גשר דיודה, לא הספק עצמו ולא המכשירים שיחוברו אליו יעבדו.

יש צורך בקבל אלקטרוליטי מחליק (C1) על מנת להסיר אדוות הקיימות ברשת הביתית. בפועל, הם יוצרים הפרעות שמשפיעות לרעה על פעולתם של מכשירי חשמל. אם, למשל, ניקח מגבר שמע המופעל מאספקת חשמל ללא קבל החלקה, אז אותן פעימות יהיו נשמעות בבירור ברמקולים בצורה של רעש זר. במכשירים אחרים, הפרעות עלולות להוביל לתפעול שגוי, תקלות ובעיות אחרות.

דיודת הזנר (D1) היא מרכיב באספקת החשמל המייצבת את רמת המתח.העובדה היא שהשנאי יפיק את ה-12 V הרצוי (למשל) רק כאשר יש בדיוק 230 V בשקע החשמל. עם זאת, בפועל תנאים כאלה לא קיימים. המתח יכול לרדת או לעלות. השנאי יפיק את אותו הדבר במוצא. הודות לתכונותיה, דיודת הזנר משווה את המתח הנמוך ללא קשר לנחשולים ברשת. לפעולה נכונה של רכיב זה, נדרש נגד מגביל זרם (R1). נדון בהרחבה בהמשך.

טרנזיסטור (Q1) - נדרש להגברת הזרם. העובדה היא שדיודת הזנר אינה מסוגלת להעביר דרך עצמה את כל הזרם הנצרך על ידי המכשיר. יתר על כן, זה יעבוד נכון רק בטווח מסוים, למשל, מ 5 עד 20 mA. למען האמת, זה לא מספיק כדי להפעיל כל מכשיר. בעיה זו נפתרת על ידי טרנזיסטור חזק, שפתיחתו וסגירתו נשלטת על ידי דיודת זנר.

קבל החלקה (C2) - מיועד לאותו דבר כמו C1 שתואר לעיל. במעגלים טיפוסיים של ספקי כוח מיוצבים ישנו גם נגד עומס (R2). זה נחוץ כדי שהמעגל יישאר פעיל כאשר שום דבר לא מחובר למסופי המוצא.

רכיבים אחרים עשויים להיות נוכחים במעגלים כאלה. זהו נתיך שמונח בחזית השנאי, ו דיודה פולטת אור, איתות שהיחידה מופעלת, וקבלי החלקה נוספים, ועוד טרנזיסטור הגברה, ומתג. כולם מסבכים את המעגל, עם זאת, הם מגדילים את הפונקציונליות של המכשיר.

חישוב ובחירת רכיבי רדיו לאספקת חשמל פשוטה

השנאי נבחר על פי שני קריטריונים עיקריים - מתח סלילה משני והספק.ישנם פרמטרים נוספים, אך במסגרת החומר הם אינם חשובים במיוחד. אם אתה צריך ספק כוח, נניח, 12 V, אז צריך לבחור את השנאי כך שניתן להסיר עוד קצת מהפיתול המשני שלו. עם כוח, הכל אותו דבר - אנחנו לוקחים את זה עם מרווח קטן.

הפרמטר העיקרי של גשר דיודה הוא הזרם המרבי שהוא יכול לעבור. מאפיין זה ראוי להתמקד תחילה. בואו נסתכל על דוגמאות. הבלוק ישמש להנעת מכשיר שצורך זרם של 1 A. זה אומר שצריך לקחת את גשר הדיודה על 1.5 A בערך. נניח שאתה מתכנן להפעיל מכשיר 12 וולט בהספק של 30 W. המשמעות היא שצריכת הזרם תהיה כ-2.5 A. בהתאם לכך, גשר הדיודה חייב להיות לפחות 3 A. ניתן להזניח את שאר המאפיינים שלו (מתח מרבי וכו') במסגרת מעגל כה פשוט.

בנוסף, כדאי לומר שאתה לא צריך לקחת גשר דיודה מוכן, אלא להרכיב אותו מארבע דיודות. במקרה זה, כל אחד מהם חייב להיות מתוכנן עבור הזרם העובר במעגל.

כדי לחשב את הקיבולת של קבל ההחלקה, משתמשים בנוסחאות מורכבות למדי, שבמקרה זה אין להן תועלת. בדרך כלל נלקח קיבול של 1000-2200 uF, וזה יספיק לאספקת כוח פשוטה. אתה יכול לקחת קבל גדול יותר, אבל זה יעלה משמעותית את עלות המוצר. פרמטר חשוב נוסף הוא המתח המרבי. לפי זה, הקבל נבחר בהתאם לאיזה מתח יהיה קיים במעגל.

כאן כדאי לקחת בחשבון שבקטע שבין גשר הדיודה לדיודת הזנר, לאחר הפעלת קבל ההחלקה, המתח יהיה גבוה בכ-30% מאשר במסופי השנאי.כלומר, אם אתה עושה אספקת חשמל של 12 וולט, והשנאי מייצר 15 וולט עם רזרבה, אז בסעיף זה עקב פעולת קבל ההחלקה יהיה כ- 19.5 וולט. בהתאם, הוא חייב להיות מתוכנן לכך מתח (הערך הסטנדרטי הקרוב ביותר 25 V).

קבל ההחלקה השני במעגל (C2) נלקח בדרך כלל עם קיבול קטן - מ-100 עד 470 μF. המתח בקטע זה של המעגל כבר יתייצב, למשל, לרמה של 12 V. בהתאם לכך, הקבל חייב להיות מתוכנן לכך (הדירוג הסטנדרטי הקרוב ביותר הוא 16 V).

אבל מה לעשות אם קבלים של הדירוגים הנדרשים אינם זמינים, ואתה לא רוצה ללכת לחנות (או פשוט לא רוצה לקנות אותם)? במקרה זה, ניתן בהחלט להשתמש בחיבור מקביל של מספר קבלים בעלי קיבולת קטנה יותר. כדאי לקחת בחשבון שמתח ההפעלה המרבי עם חיבור כזה לא יסוכם!

דיודת הזנר נבחרת בהתאם למתח שאנו צריכים לקבל במוצא של ספק הכוח. אם אין ערך מתאים, אז אתה יכול לחבר כמה חתיכות בסדרה. המתח המיוצב יסוכם. לדוגמא, ניקח מצב שאנחנו צריכים לקבל 12 V, אבל יש רק שתי דיודות זנר 6 V. בחיבורן בסדרה נקבל את המתח הרצוי. ראוי לציין שכדי לקבל את הדירוג הממוצע, חיבור שתי דיודות זנר במקביל לא יעבוד.

אפשר לבחור את הנגד מגביל הזרם עבור דיודת זנר בצורה מדויקת ככל האפשר רק בניסוי.לשם כך, נגד עם ערך נומינלי של כ-1 kOhm מחובר למעגל שכבר עובד (לדוגמה, על לוח לחם), ובינו לבין דיודת הזנר במעגל הפתוח ממוקמים מד זרם ונגד משתנה. לאחר הפעלת המעגל, עליך לסובב את כפתור הנגד המשתנה עד שזרם הייצוב המדורג הנדרש זורם דרך קטע המעגל (המצוין במאפיינים של דיודת הזנר).

הטרנזיסטור המגביר נבחר לפי שני קריטריונים עיקריים. ראשית, עבור המעגל הנדון הוא חייב להיות מבנה n-p-n. שנית, במאפיינים של הטרנזיסטור הקיים אתה צריך להסתכל על זרם האספן המרבי. זה צריך להיות מעט יותר מהזרם המרבי שעבורו יתוכנן ספק הכוח המורכב.

נגד העומס במעגלים טיפוסיים נלקח עם ערך נומינלי מ-1 kOhm עד 10 kOhm. אתה לא צריך לקחת התנגדות קטנה יותר, שכן אם ספק הכוח לא טעון, יותר מדי זרם יזרום דרך הנגד הזה והוא ישרף.

עיצוב וייצור PCB

עכשיו בואו נסתכל בקצרה על דוגמה ברורה לפיתוח והרכבה של ספק כוח מיוצב במו ידיכם. קודם כל, אתה צריך למצוא את כל הרכיבים הקיימים במעגל. אם אין קבלים, נגדים או דיודות זנר בדירוג הנדרש, אנו יוצאים מהמצב באמצעות השיטות שתוארו לעיל.

לאחר מכן, נצטרך לתכנן ולייצר מעגל מודפס עבור המכשיר שלנו. למתחילים, עדיף להשתמש בתוכנות פשוטות והכי חשוב חינמיות, כמו Sprint Layout.

אנו מניחים את כל הרכיבים על הלוח הוירטואלי בהתאם למעגל שנבחר. אנו מייעלים את מיקומם ומתאים אותם בהתאם לחלקים הספציפיים הזמינים.בשלב זה, מומלץ לבדוק שוב את המידות בפועל של הרכיבים ולהשוות אותם לאלו שנוספו למעגל שפותח. שימו לב במיוחד לקוטביות של קבלים אלקטרוליטיים, מיקום המסופים של הטרנזיסטור, דיודת הזנר וגשר הדיודה.

אם אתה רוצה להוסיף אות לספק הכוח דיודה פולטת אור, אז זה יכול להיכלל במעגל גם לפני דיודת הזנר וגם אחרי (רצוי). כדי לבחור נגד מגביל זרם עבורו, עליך לבצע את החישוב הבא. מהמתח של קטע המעגל, אנו מפחיתים את מפל המתח על פני ה-LED ומחלקים את התוצאה בזרם המדורג של האספקה ​​שלו. דוגמא. באזור אליו אנו מתכננים לחבר את האות דיודה פולטת אור, יש יציבות של 12 V. מפל מתח לסטנדרט נוריות כ-3 V, וזרם האספקה ​​המדורג הוא 20 mA (0.02 A). אנו מוצאים שההתנגדות של הנגד מגביל הזרם היא R = 450 אוהם.

בדיקת רכיבים והרכבת ספק הכוח

לאחר פיתוח הלוח בתוכנית, אנו מעבירים אותו לרבד פיברגלס, חורטים אותו, מפחים את המסלולים ומסירים עודפי שטף.

לאחר מכן, אנו מתקינים את רכיבי הרדיו. כאן כדאי לומר שלא יהיה זה רע לבדוק מיד את הביצועים שלהם, במיוחד אם הם לא חדשים. איך ומה לבדוק?

פיתולי השנאי נבדקים עם אוהםמטר. היכן שההתנגדות גדולה יותר נמצא הפיתול העיקרי. לאחר מכן, עליך לחבר אותו לרשת ולוודא שהוא מייצר את המתח המופחת הנדרש. השתמש בזהירות רבה בעת מדידתו. שימו לב גם שמתח המוצא משתנה, כך שהמצב המתאים מופעל על מד המתח.

נגדים נבדקים עם אוהםמטר. דיודת הזנר צריכה "לצלצל" רק בכיוון אחד. אנו בודקים את גשר הדיודה לפי התרשים.הדיודות המובנות בו חייבות להוביל זרם בכיוון אחד בלבד. כדי לבדוק קבלים תזדקק למכשיר מיוחד למדידת קיבול חשמלי. בטרנזיסטור n-p-n, הזרם חייב לזרום מהבסיס אל הפולט לקולט. זה לא צריך לזרום לכיוונים אחרים.

עדיף להתחיל הרכבה עם חלקים קטנים - נגדים, דיודת זנר, LED. ואז הקבלים וגשר הדיודה מולחמים פנימה.

שימו לב במיוחד לתהליך התקנת טרנזיסטור חזק. אם אתה מבלבל את המסקנות שלו, המעגל לא יעבוד. בנוסף, רכיב זה יתחמם למדי תחת עומס, ולכן יש להתקין אותו על רדיאטור.

החלק הגדול ביותר מותקן אחרון - השנאי. לאחר מכן, תקע חשמל עם חוט מולחם למסופים של הפיתול הראשי שלו. חוטים מסופקים גם ביציאה של ספק הכוח.

כל מה שנותר הוא לבדוק היטב את ההתקנה הנכונה של כל הרכיבים, לשטוף את השטף שנותר ולהפעיל את אספקת החשמל לרשת. אם הכל נעשה כהלכה, הנורית תאיר, והפלט מולטימטר יציג את המתח הרצוי.