Barošanas avots ar zenera diodi un tranzistoru

Zemāk aplūkotais stabilizētais barošanas avots ir viena no pirmajām ierīcēm, ko montē iesācēju radio amatieri. Šī ir ļoti vienkārša, bet ļoti noderīga ierīce. Tās montāžai nav nepieciešami dārgi komponenti, kurus iesācējam ir diezgan viegli izvēlēties atkarībā no nepieciešamajām barošanas avota īpašībām.

Materiāls būs noderīgs arī tiem, kuri vēlas sīkāk izprast vienkāršu radio komponentu mērķi un aprēķinus. Tostarp jūs detalizēti uzzināsit par tādiem barošanas avota komponentiem kā:

• strāvas transformators;
• diožu tilts;
• izlīdzinošais kondensators;
• Zenera diode;
• Zener diodes rezistors;
• tranzistors;
• slodzes rezistors;
• Gaismas diode un tam paredzēts rezistors.

Rakstā arī detalizēti aprakstīts, kā izvēlēties radio komponentus barošanas avotam un ko darīt, ja jums nav vajadzīgā reitinga. Tiks uzskatāmi parādīta iespiedshēmas plates izstrāde un atklātas šīs darbības nianses. Daži vārdi ir teikti konkrēti par radio komponentu pārbaudi pirms lodēšanas, kā arī par ierīces montāžu un testēšanu.

Tipiska stabilizēta barošanas avota shēma

Mūsdienās ir daudz dažādu barošanas ķēžu ar sprieguma stabilizāciju. Bet viena no vienkāršākajām konfigurācijām, ar kuru iesācējam vajadzētu sākt, ir balstīta tikai uz diviem galvenajiem komponentiem - Zener diode un jaudīgs tranzistors. Protams, diagrammā ir arī citas detaļas, taču tās ir palīgierīces.

Radioelektronikas ķēdes parasti tiek izjauktas virzienā, kurā caur tām plūst strāva. Sprieguma regulētā barošanas avotā viss sākas ar transformatoru (TR1). Tas vienlaikus veic vairākas funkcijas. Pirmkārt, transformators samazina tīkla spriegumu. Otrkārt, tas nodrošina ķēdes darbību. Treškārt, tas darbina ierīci, kas ir pievienota iekārtai.

Diodes tilts (BR1) – paredzēts zema tīkla sprieguma iztaisnošanai. Citiem vārdiem sakot, tajā nonāk mainīgs spriegums, un izeja ir nemainīga. Bez diodes tilta nedarbosies ne pats barošanas bloks, ne ierīces, kas tam tiks pievienotas.

Izlīdzinošs elektrolītiskais kondensators (C1) ir nepieciešams, lai likvidētu viļņus mājsaimniecības tīklā. Praksē tie rada traucējumus, kas negatīvi ietekmē elektroierīču darbību. Ja, piemēram, ņemam audio pastiprinātāju, kas tiek darbināts no barošanas avota bez izlīdzinoša kondensatora, tad šīs pašas pulsācijas būs skaidri dzirdamas skaļruņos sveša trokšņa veidā. Citās ierīcēs traucējumi var izraisīt nepareizu darbību, darbības traucējumus un citas problēmas.

Zenera diode (D1) ir barošanas avota sastāvdaļa, kas stabilizē sprieguma līmeni.Fakts ir tāds, ka transformators radīs vēlamo 12 V (piemēram) tikai tad, kad strāvas kontaktligzdā būs tieši 230 V. Taču praksē šādi apstākļi nepastāv. Spriegums var pazemināties vai pieaugt. Transformators ražos to pašu pie izejas. Pateicoties tā īpašībām, Zener diode izlīdzina zemo spriegumu neatkarīgi no pārsprieguma tīklā. Lai šis komponents darbotos pareizi, ir nepieciešams strāvu ierobežojošs rezistors (R1). Tas ir sīkāk apspriests tālāk.

Tranzistors (Q1) – nepieciešams strāvas pastiprināšanai. Fakts ir tāds, ka Zener diode nespēj izlaist caur sevi visu ierīces patērēto strāvu. Turklāt tas pareizi darbosies tikai noteiktā diapazonā, piemēram, no 5 līdz 20 mA. Ar to, atklāti sakot, nepietiek, lai darbinātu jebkuru ierīci. Šo problēmu atrisina jaudīgs tranzistors, kura atvēršanu un aizvēršanu kontrolē Zener diode.

Izlīdzinošais kondensators (C2) - paredzēts tam pašam iepriekš aprakstītajam C1. Stabilizēto barošanas avotu tipiskajās shēmās ir arī slodzes rezistors (R2). Tas ir nepieciešams, lai ķēde darbotos, kad nekas nav pievienots izejas spailēm.

Šādās shēmās var būt arī citi komponenti. Šis ir drošinātājs, kas ir novietots transformatora priekšā un Gaismas diode, kas signalizē, ka iekārta ir ieslēgta, un papildu izlīdzinošie kondensatori, un vēl viens pastiprinošs tranzistors un slēdzis. Visi no tiem sarežģī ķēdi, tomēr palielina ierīces funkcionalitāti.

Radio komponentu aprēķins un izvēle vienkāršai barošanas avotam

Transformators tiek izvēlēts pēc diviem galvenajiem kritērijiem - sekundārā tinuma sprieguma un jaudas.Ir arī citi parametri, taču materiāla ietvaros tie nav īpaši svarīgi. Ja jums ir nepieciešams barošanas avots, piemēram, 12 V, tad transformators ir jāizvēlas tā, lai no tā sekundārā tinuma varētu noņemt nedaudz vairāk. Ar jaudu viss ir pa vecam - ņemam ar nelielu rezervi.

Diodes tilta galvenais parametrs ir maksimālā strāva, ko tas var šķērsot. Vispirms ir vērts pievērst uzmanību šai iezīmei. Apskatīsim piemērus. Bloks tiks izmantots, lai darbinātu ierīci, kas patērē 1 A strāvu. Tas nozīmē, ka diodes tiltam ir jāuzņem aptuveni 1,5 A. Pieņemsim, ka plānojat darbināt 12 voltu ierīci ar jaudu 30 W. Tas nozīmē, ka strāvas patēriņš būs aptuveni 2,5 A. Attiecīgi diodes tiltam jābūt vismaz 3 A. Šādas vienkāršas shēmas ietvaros var neņemt vērā citus tā raksturlielumus (maksimālo spriegumu utt.).

Turklāt ir vērts teikt, ka jums nav jāņem gatavs diodes tilts, bet jāsamontē tas no četrām diodēm. Šajā gadījumā katrai no tām jābūt paredzētai strāvai, kas iet caur ķēdi.

Lai aprēķinātu izlīdzinošā kondensatora jaudu, tiek izmantotas diezgan sarežģītas formulas, kuras šajā gadījumā nav noderīgas. Parasti tiek ņemta kapacitāte 1000-2200 uF, un ar to pilnīgi pietiks vienkāršai barošanas avotam. Jūs varat ņemt lielāku kondensatoru, taču tas ievērojami palielinās produkta izmaksas. Vēl viens svarīgs parametrs ir maksimālais spriegums. Saskaņā ar to kondensators tiek izvēlēts atkarībā no tā, kāds spriegums būs ķēdē.

Šeit ir vērts padomāt, ka segmentā starp diodes tiltu un Zenera diodi pēc izlīdzināšanas kondensatora ieslēgšanas spriegums būs aptuveni par 30% lielāks nekā transformatora spailēs.Tas ir, ja jūs veidojat 12 V barošanas avotu un transformators ražo 15 V ar rezervi, tad šajā sadaļā izlīdzināšanas kondensatora darbības dēļ būs aptuveni 19,5 V. Attiecīgi tam jābūt paredzētam šim nolūkam. spriegums (tuvākā standarta vērtība 25 V).

Otrais izlīdzināšanas kondensators ķēdē (C2) parasti tiek ņemts ar nelielu kapacitāti - no 100 līdz 470 μF. Spriegums šajā ķēdes sadaļā jau tiks stabilizēts, piemēram, līdz 12 V līmenim. Attiecīgi kondensators ir jāprojektē šim nolūkam (tuvākā standarta jauda ir 16 V).

Bet ko darīt, ja nav pieejami nepieciešamie jaudas kondensatori un jūs nevēlaties doties uz veikalu (vai vienkārši nevēlaties tos iegādāties)? Šajā gadījumā ir pilnīgi iespējams izmantot vairāku mazākas jaudas kondensatoru paralēlu savienojumu. Ir vērts uzskatīt, ka maksimālais darba spriegums ar šādu savienojumu netiks summēts!

Zenera diode tiek izvēlēta atkarībā no tā, kāds spriegums mums jāiegūst pie barošanas avota izejas. Ja nav piemērotas vērtības, varat savienot vairākus gabalus sērijveidā. Stabilizētais spriegums tiks summēts. Piemēram, pieņemsim situāciju, kad vajag iegūt 12 V, bet ir pieejamas tikai divas 6 V Zener diodes. Savienojot tās virknē mēs iegūsim vēlamo spriegumu. Ir vērts atzīmēt, ka, lai iegūtu vidējo vērtējumu, divu zenera diožu paralēla savienošana nedarbosies.

Strāvas ierobežošanas rezistoru Zener diodei ir iespējams izvēlēties pēc iespējas precīzāk tikai eksperimentāli.Lai to izdarītu, rezistors ar nominālvērtību aptuveni 1 kOhm ir savienots ar jau strādājošu ķēdi (piemēram, uz maizes dēļa), un starp to un Zenera diodi atvērtajā ķēdē ir novietots ampērmetrs un mainīgs rezistors. Pēc ķēdes ieslēgšanas jums jāpagriež mainīgā rezistora poga, līdz vajadzīgā nominālā stabilizācijas strāva plūst caur ķēdes sekciju (norādīta Zener diodes raksturlielumos).

Pastiprināšanas tranzistors tiek izvēlēts pēc diviem galvenajiem kritērijiem. Pirmkārt, aplūkojamai ķēdei tai jābūt n-p-n struktūrai. Otrkārt, esošā tranzistora raksturlielumos jums jāaplūko maksimālā kolektora strāva. Tam vajadzētu būt nedaudz lielākam par maksimālo strāvu, kurai tiks paredzēts samontētais barošanas avots.

Slodzes rezistors tipiskās shēmās tiek ņemts ar nominālo vērtību no 1 kOhm līdz 10 kOhm. Nevajadzētu ņemt mazāku pretestību, jo, ja barošanas avots nav noslogots, caur šo rezistoru plūdīs pārāk daudz strāvas un tas izdegs.

PCB projektēšana un izgatavošana

Tagad īsumā apskatīsim skaidru piemēru stabilizēta barošanas avota izstrādei un montāžai ar savām rokām. Pirmkārt, jums ir jāatrod visas ķēdē esošās sastāvdaļas. Ja nav nepieciešamo nominālu kondensatoru, rezistoru vai zenera diožu, mēs izkļūstam no situācijas, izmantojot iepriekš aprakstītās metodes.

Tālāk mums būs jāizstrādā un jāizgatavo mūsu ierīces iespiedshēmas plate. Iesācējiem vislabāk ir izmantot vienkāršu un, pats galvenais, bezmaksas programmatūru, piemēram, Sprint Layout.

Visas sastāvdaļas ievietojam virtuālajā platē atbilstoši izvēlētajai shēmai. Mēs optimizējam to atrašanās vietu un pielāgojam tos atkarībā no tā, kādas konkrētas detaļas ir pieejamas.Šajā posmā ir ieteicams vēlreiz pārbaudīt komponentu faktiskos izmērus un salīdzināt tos ar tiem, kas pievienoti izstrādātajai shēmai. Pievērsiet īpašu uzmanību elektrolītisko kondensatoru polaritātei, tranzistora, Zenera diodes un diodes tilta spaiļu atrašanās vietai.

Ja vēlaties pievienot signālu strāvas padevei Gaismas diode, tad to var iekļaut ķēdē gan pirms zenera diodes, gan pēc (vēlams). Lai tam izvēlētos strāvu ierobežojošu rezistoru, jums jāveic šāds aprēķins. No ķēdes sekcijas sprieguma mēs atņemam sprieguma kritumu pāri LED un dalām rezultātu ar tā barošanas nominālo strāvu. Piemērs. Apgabalā, kuram plānojam pieslēgt signālu Gaismas diode, ir stabilizēts 12 V. Sprieguma kritums standartam Gaismas diodes apmēram 3 V, un nominālā barošanas strāva ir 20 mA (0,02 A). Mēs atklājam, ka strāvu ierobežojošā rezistora pretestība ir R = 450 omi.

Detaļu pārbaude un barošanas avota montāža

Pēc plātnes izstrādes programmā to pārnesam uz stiklašķiedras lamināta, kodinām, skārdām sliedes un noņemam lieko kušņu.

Pēc tam mēs uzstādām radio komponentus. Šeit ir vērts teikt, ka nebūtu nepareizi nekavējoties vēlreiz pārbaudīt to veiktspēju, it īpaši, ja tie nav jauni. Kā un ko pārbaudīt?

Transformatora tinumus pārbauda ar ommetru. Ja pretestība ir lielāka, ir primārais tinums. Pēc tam jums tas jāpievieno tīklam un jāpārliecinās, ka tas rada nepieciešamo samazināto spriegumu. Mērot to, ievērojiet īpašu piesardzību. Ņemiet vērā arī to, ka izejas spriegums ir mainīgs, tāpēc uz voltmetra ir ieslēgts atbilstošais režīms.

Rezistori tiek pārbaudīti ar ommetru. Zenera diodei vajadzētu “zvanīt” tikai vienā virzienā. Mēs pārbaudām diodes tiltu saskaņā ar shēmu.Tajā iebūvētajām diodēm ir jāvada strāva tikai vienā virzienā. Lai pārbaudītu kondensatorus, jums būs nepieciešama īpaša ierīce elektriskās kapacitātes mērīšanai. n-p-n tranzistorā strāvai jāplūst no bāzes uz emitētāju uz kolektoru. Tam nevajadzētu plūst citos virzienos.

Vislabāk ir sākt montāžu ar mazām detaļām - rezistoriem, zenera diode, LED. Pēc tam tiek pielodēti kondensatori un diodes tilts.

Pievērsiet īpašu uzmanību jaudīga tranzistora uzstādīšanas procesam. Ja jūs sajaucat tā secinājumus, ķēde nedarbosies. Turklāt šī sastāvdaļa slodzes laikā kļūs diezgan karsta, tāpēc tā jāuzstāda uz radiatora.

Lielākā daļa ir uzstādīta pēdējā - transformators. Pēc tam strāvas kontaktdakša ar vadu tiek pielodēta pie tā primārā tinuma spailēm. Strāvas avota izejā tiek nodrošināti arī vadi.

Atliek tikai rūpīgi pārbaudīt visu komponentu pareizu uzstādīšanu, nomazgāt atlikušo plūsmu un ieslēgt strāvas padevi tīklam. Ja viss ir izdarīts pareizi, gaismas diode degs un izvade multimetrs parādīs vēlamo spriegumu.