Maitinimas su zenerio diodu ir tranzistoriumi

Žemiau aptariamas stabilizuotas maitinimo šaltinis yra vienas iš pirmųjų įrenginių, kuriuos surenka naujokai radijo mėgėjai. Tai labai paprastas, bet labai naudingas įrenginys. Jo surinkimui nereikia brangių komponentų, kuriuos pradedantiesiems gana nesunku pasirinkti priklausomai nuo reikiamų maitinimo šaltinio charakteristikų.

Medžiaga taip pat bus naudinga tiems, kurie nori išsamiau suprasti paprastų radijo komponentų paskirtį ir skaičiavimą. Įskaitant, jūs išsamiai sužinosite apie tokius maitinimo šaltinio komponentus kaip:

• galios transformatorius;
• diodinis tiltas;
• išlyginamasis kondensatorius;
• Zenerio diodas;
• zenerio diodo rezistorius;
• tranzistorius;
• apkrovos rezistorius;
• Šviesos diodas ir jam skirtas rezistorius.

Straipsnyje taip pat išsamiai aprašoma, kaip pasirinkti maitinimo šaltinio radijo komponentus ir ką daryti, jei neturite reikiamo įvertinimo. Bus aiškiai parodytas spausdintinės plokštės kūrimas ir atskleisti šios operacijos niuansai. Keletas žodžių konkrečiai pasakyti apie radijo komponentų patikrinimą prieš litavimą, taip pat apie įrenginio surinkimą ir testavimą.

Tipinė stabilizuoto maitinimo šaltinio grandinė

Šiandien yra daugybė skirtingų maitinimo grandinių su įtampos stabilizavimu. Tačiau viena iš paprasčiausių konfigūracijų, nuo kurios turėtų pradėti pradedantysis, yra sukurta tik iš dviejų pagrindinių komponentų - zenerio diodo ir galingo tranzistoriaus. Žinoma, diagramoje yra ir kitų detalių, tačiau jos yra pagalbinės.

Radijo elektronikos grandinės dažniausiai išardomos ta kryptimi, kuria jomis teka srovė. Reguliuojamame maitinimo šaltinyje viskas prasideda nuo transformatoriaus (TR1). Jis vienu metu atlieka kelias funkcijas. Pirma, transformatorius sumažina tinklo įtampą. Antra, tai užtikrina grandinės veikimą. Trečia, jis maitina įrenginį, kuris yra prijungtas prie įrenginio.

Diodinis tiltelis (BR1) – skirtas ištaisyti žemą tinklo įtampą. Kitaip tariant, į jį patenka kintamoji įtampa, o išėjimas yra pastovus. Be diodinio tiltelio neveiks nei pats maitinimo blokas, nei prie jo prijungiami įrenginiai.

Išlyginamasis elektrolitinis kondensatorius (C1) reikalingas, kad būtų pašalintas raibuliavimas buitiniame tinkle. Praktiškai jie sukuria trikdžius, kurie neigiamai veikia elektros prietaisų veikimą. Pavyzdžiui, jei paimsime garso stiprintuvą, maitinamą iš maitinimo šaltinio be išlyginamojo kondensatoriaus, tada tie patys pulsavimai bus aiškiai girdimi garsiakalbiuose pašalinio triukšmo pavidalu. Kituose įrenginiuose trikdžiai gali sukelti netinkamą veikimą, gedimus ir kitas problemas.

Zenerio diodas (D1) yra maitinimo šaltinio komponentas, stabilizuojantis įtampos lygį.Faktas yra tas, kad transformatorius pagamins norimą 12 V (pvz.) tik tada, kai elektros lizde bus lygiai 230 V. Tačiau praktikoje tokių sąlygų nėra. Įtampa gali kristi arba pakilti. Transformatorius gamins tą patį išėjime. Dėl savo savybių zenerio diodas išlygina žemą įtampą, neatsižvelgiant į viršįtampius tinkle. Kad šis komponentas tinkamai veiktų, reikalingas srovę ribojantis rezistorius (R1). Tai išsamiau aptariama toliau.

Tranzistorius (Q1) – reikalingas srovei stiprinti. Faktas yra tas, kad zenerio diodas negali praleisti per save visos įrenginio sunaudotos srovės. Be to, jis veiks tinkamai tik tam tikrame diapazone, pavyzdžiui, nuo 5 iki 20 mA. Atvirai kalbant, to nepakanka jokiems įrenginiams maitinti. Šią problemą išsprendžia galingas tranzistorius, kurio atidarymą ir uždarymą valdo zenerio diodas.

Išlyginamasis kondensatorius (C2) - skirtas tam pačiam dalykui, kaip aprašyta aukščiau C1. Įprastose stabilizuotų maitinimo šaltinių grandinėse taip pat yra apkrovos rezistorius (R2). Jis reikalingas, kad grandinė veiktų, kai nieko nėra prijungta prie išvesties gnybtų.

Tokiose grandinėse gali būti kitų komponentų. Tai saugiklis, kuris yra priešais transformatorių ir Šviesos diodas, signalizuojantis, kad įrenginys įjungtas, ir papildomi išlyginamieji kondensatoriai, ir dar vienas stiprinamasis tranzistorius, ir jungiklis. Visi jie apsunkina grandinę, tačiau padidina įrenginio funkcionalumą.

Radijo komponentų skaičiavimas ir parinkimas paprastam maitinimo šaltiniui

Transformatorius parenkamas pagal du pagrindinius kriterijus – antrinės apvijos įtampą ir galią.Yra ir kitų parametrų, tačiau medžiagos rėmuose jie nėra ypač svarbūs. Jei jums reikia maitinimo šaltinio, tarkime, 12 V, tada transformatorių reikia pasirinkti taip, kad iš jo antrinės apvijos būtų galima išimti šiek tiek daugiau. Su galia viskas taip pat – imame su nedidele marža.

Pagrindinis diodinio tiltelio parametras yra maksimali srovė, kurią jis gali praleisti. Pirmiausia verta atkreipti dėmesį į šią savybę. Pažiūrėkime į pavyzdžius. Blokas bus naudojamas 1 A srovę vartojančiam įrenginiui maitinti. Tai reiškia, kad diodinį tiltelį reikia imti maždaug 1,5 A. Tarkime, kad planuojate maitinti 12 voltų įrenginį, kurio galia yra 30 W. Tai reiškia, kad srovės suvartojimas bus apie 2,5 A. Atitinkamai, diodo tiltelis turi būti ne mažesnis kaip 3 A. Tokios paprastos grandinės rėmuose galima nepaisyti kitų jo charakteristikų (maksimali įtampa ir kt.).

Be to, verta pasakyti, kad nereikia imti paruošto diodinio tiltelio, o surinkti jį iš keturių diodų. Tokiu atveju kiekvienas iš jų turi būti suprojektuotas srovei, einančiai per grandinę.

Išlyginamojo kondensatoriaus talpai apskaičiuoti naudojamos gana sudėtingos formulės, kurios šiuo atveju nenaudingos. Paprastai imama 1000–2200 uF talpa, ir to visiškai pakaks paprastam maitinimo šaltiniui. Galite pasiimti didesnį kondensatorių, tačiau tai žymiai padidins produkto kainą. Kitas svarbus parametras yra maksimali įtampa. Pagal jį kondensatorius parenkamas priklausomai nuo to, kokia įtampa bus grandinėje.

Čia verta manyti, kad segmente tarp diodo tiltelio ir zenerio diodo, įjungus išlyginamąjį kondensatorių, įtampa bus maždaug 30% didesnė nei transformatoriaus gnybtuose.Tai yra, jei jūs darote 12 V maitinimo šaltinį, o transformatorius gamina 15 V su rezervu, tai šiame skyriuje dėl išlyginamojo kondensatoriaus veikimo bus maždaug 19,5 V. Atitinkamai jis turi būti tam skirtas. įtampa (artimiausia standartinė vertė 25 V).

Antrasis išlyginamasis kondensatorius grandinėje (C2) paprastai imamas su maža talpa - nuo 100 iki 470 μF. Įtampa šioje grandinės dalyje jau bus stabilizuota, pavyzdžiui, iki 12 V. Atitinkamai, kondensatorius turi būti tam suprojektuotas (artimiausia standartinė įtampa yra 16 V).

Bet ką daryti, jei reikiamų nominalų kondensatorių nėra, o į parduotuvę eiti nenorite (arba tiesiog nenorite jų pirkti)? Šiuo atveju visiškai įmanoma naudoti lygiagretų kelių mažesnės talpos kondensatorių prijungimą. Verta manyti, kad maksimali darbinė įtampa su tokia jungtimi nebus sumuojama!

Zenerio diodas parenkamas atsižvelgiant į tai, kokią įtampą turime gauti maitinimo šaltinio išvestyje. Jei nėra tinkamos vertės, galite sujungti keletą dalių nuosekliai. Stabilizuota įtampa bus sumuojama. Pavyzdžiui, paimkime situaciją, kai reikia gauti 12 V, bet yra tik du 6 V zenerio diodai, kuriuos sujungę nuosekliai gausime norimą įtampą. Verta paminėti, kad norint gauti vidutinį įvertinimą, dviejų zenerio diodų prijungimas lygiagrečiai neveiks.

Srovę ribojantį rezistorių zenerio diodui pasirinkti galima tik eksperimentiškai.Norėdami tai padaryti, prie jau veikiančios grandinės (pavyzdžiui, ant duonos lentos) prijungiamas rezistorius, kurio nominali vertė yra maždaug 1 kOhm, o tarp jo ir zenerio diodo atviroje grandinėje yra ampermetras ir kintamasis rezistorius. Įjungę grandinę, turite pasukti kintamo rezistoriaus rankenėlę, kol per grandinės sekciją tekės reikiama vardinė stabilizavimo srovė (nurodyta zenerio diodo charakteristikose).

Stiprinantis tranzistorius parenkamas pagal du pagrindinius kriterijus. Pirma, nagrinėjamai grandinei tai turi būti n-p-n struktūra. Antra, esamo tranzistoriaus charakteristikose reikia pažvelgti į maksimalią kolektoriaus srovę. Ji turėtų būti šiek tiek didesnė už didžiausią srovę, kuriai bus suprojektuotas sumontuotas maitinimo šaltinis.

Apkrovos rezistorius tipinėse grandinėse imamas su vardine verte nuo 1 kOhm iki 10 kOhm. Nereikėtų imti mažesnės varžos, nes jei maitinimo šaltinis nėra apkrautas, per šį rezistorių tekės per daug srovės ir jis perdegs.

PCB projektavimas ir gamyba

Dabar trumpai pažvelkime į aiškų stabilizuoto maitinimo šaltinio kūrimo ir surinkimo savo rankomis pavyzdį. Pirmiausia turite rasti visus grandinėje esančius komponentus. Jei nėra reikiamų nominalų kondensatorių, rezistorių ar zenerio diodų, mes išeiname iš padėties aukščiau aprašytais metodais.

Tada turėsime sukurti ir pagaminti savo įrenginio spausdintinę plokštę. Pradedantiesiems geriausia naudoti paprastą ir, svarbiausia, nemokamą programinę įrangą, tokią kaip Sprint Layout.

Visus komponentus dedame į virtualią plokštę pagal pasirinktą grandinę. Optimizuojame jų vietą ir koreguojame, atsižvelgdami į tai, kokios konkrečios dalys yra prieinamos.Šiame etape rekomenduojama dar kartą patikrinti tikruosius komponentų matmenis ir palyginti juos su tais, kurie pridedami prie sukurtos grandinės. Ypatingą dėmesį atkreipkite į elektrolitinių kondensatorių poliškumą, tranzistoriaus, zenerio diodo ir diodo tiltelio gnybtų vietą.

Jei norite pridėti signalą prie maitinimo šaltinio Šviesos diodas, tada jis gali būti įtrauktas į grandinę tiek prieš zenerio diodą, tiek po jo (geriausia). Norėdami pasirinkti srovę ribojantį rezistorių, turite atlikti šį skaičiavimą. Iš grandinės sekcijos įtampos atimame šviesos diodo įtampos kritimą ir rezultatą padalijame iš jo maitinimo vardinės srovės. Pavyzdys. Teritorijoje, prie kurios planuojame prijungti signalą Šviesos diodas, yra stabilizuota 12 V. Įtampos kritimas standartiniam šviesos diodai apie 3 V, o vardinė maitinimo srovė yra 20 mA (0,02 A). Pastebime, kad srovę ribojančio rezistoriaus varža yra R = 450 omų.

Komponentų patikrinimas ir maitinimo šaltinio surinkimas

Programoje sukūrę plokštę perkeliame ant stiklo pluošto laminato, išgraviruojame, skarduojame takelius ir pašaliname srauto perteklių.

Po to sumontuojame radijo komponentus. Čia verta pasakyti, kad nebūtų neteisinga iš karto patikrinti jų veikimą, ypač jei jie nėra nauji. Kaip ir ką patikrinti?

Transformatoriaus apvijos tikrinamos omometru. Kur atsparumas yra didesnis, yra pirminė apvija. Tada turite prijungti jį prie tinklo ir įsitikinti, kad jis sukuria reikiamą sumažintą įtampą. Matuodami būkite ypač atsargūs. Taip pat atkreipkite dėmesį, kad išėjimo įtampa yra kintama, todėl voltmetre įjungiamas atitinkamas režimas.

Rezistoriai tikrinami omometru. Zenerio diodas turėtų „skambėti“ tik viena kryptimi. Patikriname diodinį tiltelį pagal schemą.Jame įmontuoti diodai turi vesti srovę tik viena kryptimi. Norėdami išbandyti kondensatorius, jums reikės specialaus prietaiso elektrinei talpai matuoti. n-p-n tranzistoryje srovė turi tekėti iš pagrindo į emiterį į kolektorių. Jis neturėtų tekėti kitomis kryptimis.

Surinkimą geriausia pradėti nuo mažų detalių – rezistorių, zenerio diodo, LED. Tada kondensatoriai ir diodų tiltelis yra lituojami.

Ypatingą dėmesį atkreipkite į galingo tranzistoriaus įrengimo procesą. Jei supainiosite jo išvadas, grandinė neveiks. Be to, veikiant apkrovai šis komponentas gana įkais, todėl jį reikia montuoti ant radiatoriaus.

Didžiausia dalis sumontuota paskutinė – transformatorius. Tada maitinimo kištukas su viela yra lituojamas prie pirminės apvijos gnybtų. Maitinimo šaltinio išėjime taip pat yra laidai.

Belieka dar kartą kruopščiai patikrinti, ar teisingai sumontuoti visi komponentai, nuplauti likusį srautą ir įjungti maitinimą į tinklą. Jei viskas bus padaryta teisingai, šviesos diodas užsidegs, o išėjimas multimetras parodys norimą įtampą.