Voeding met zenerdiode en transistor

De hieronder besproken gestabiliseerde voeding is een van de eerste apparaten die door beginnende radioamateurs in elkaar worden gezet. Dit is een heel eenvoudig maar zeer nuttig apparaat. Voor de montage zijn geen dure componenten nodig, die voor een beginner vrij eenvoudig te selecteren zijn, afhankelijk van de vereiste kenmerken van de voeding.

Het materiaal zal ook nuttig zijn voor degenen die het doel en de berekening van eenvoudige radiocomponenten in meer detail willen begrijpen. Inclusief leert u in detail over dergelijke componenten van de voeding, zoals:

• transformator;
• diodebrug;
• afvlakcondensator;
• Zener diode;
• weerstand voor zenerdiode;
• transistor;
• belastingsweerstand;
• Lichtgevende diode en een weerstand ervoor.

Het artikel beschrijft ook gedetailleerd hoe u radiocomponenten voor uw stroomvoorziening selecteert en wat u moet doen als u niet over de vereiste kwalificatie beschikt. De ontwikkeling van een printplaat zal duidelijk worden getoond en de nuances van deze operatie zullen worden onthuld. Er worden specifiek een paar woorden gezegd over het controleren van radiocomponenten vóór het solderen, maar ook over het assembleren en testen van het apparaat.

Typisch circuit van een gestabiliseerde voeding

Er zijn tegenwoordig veel verschillende voedingscircuits met spanningsstabilisatie. Maar een van de eenvoudigste configuraties waarmee een beginner zou moeten beginnen, is gebouwd op slechts twee belangrijke componenten: een zenerdiode en een krachtige transistor. Uiteraard zijn er nog andere details in het diagram, maar deze zijn aanvullend.

Circuits in radio-elektronica worden meestal gedemonteerd in de richting waarin de stroom erdoorheen vloeit. Bij een spanningsgeregelde voeding begint het allemaal met de transformator (TR1). Het voert meerdere functies tegelijk uit. Ten eerste verlaagt de transformator de netspanning. Ten tweede zorgt het voor de werking van het circuit. Ten derde voedt het het apparaat dat op het apparaat is aangesloten.

Diodebrug (BR1) – ontworpen om lage netspanning gelijk te richten. Met andere woorden, er komt een wisselspanning binnen en de uitvoer is constant. Zonder diodebrug zullen noch de voeding zelf, noch de apparaten die erop worden aangesloten werken.

Er is een afvlakkende elektrolytische condensator (C1) nodig om de aanwezige rimpelingen in het huishoudelijke netwerk te verwijderen. In de praktijk veroorzaken ze interferentie die de werking van elektrische apparaten negatief beïnvloedt. Als we bijvoorbeeld een audioversterker nemen die wordt gevoed door een voeding zonder afvlakcondensator, dan zullen dezelfde pulsaties duidelijk hoorbaar zijn in de luidsprekers in de vorm van externe ruis. Bij andere apparaten kan interferentie leiden tot onjuiste bediening, storingen en andere problemen.

De Zenerdiode (D1) is een onderdeel van de voeding dat het spanningsniveau stabiliseert.Feit is dat de transformator (bijvoorbeeld) alleen de gewenste 12 V zal produceren als er precies 230 V in het stopcontact staat, maar in de praktijk bestaan ​​dergelijke omstandigheden niet. De spanning kan dalen of stijgen. De transformator zal hetzelfde produceren aan de uitgang. Dankzij zijn eigenschappen egaliseert de zenerdiode de lage spanning, ongeacht pieken in het netwerk. Voor een correcte werking van dit onderdeel is een stroombegrenzende weerstand (R1) vereist. Het wordt hieronder in meer detail besproken.

Transistor (Q1) – nodig om de stroom te versterken. Het feit is dat de zenerdiode niet in staat is om alle stroom die door het apparaat wordt verbruikt, door zichzelf te laten gaan. Bovendien werkt het alleen correct in een bepaald bereik, bijvoorbeeld van 5 tot 20 mA. Dit is eerlijk gezegd niet genoeg om apparaten van stroom te voorzien. Dit probleem wordt opgelost door een krachtige transistor, waarvan het openen en sluiten wordt geregeld door een zenerdiode.

Afvlakcondensator (C2) - ontworpen voor hetzelfde als C1 hierboven beschreven. In typische circuits van gestabiliseerde voedingen is er ook een belastingsweerstand (R2). Het is nodig zodat het circuit operationeel blijft als er niets op de uitgangsklemmen is aangesloten.

In dergelijke circuits kunnen andere componenten aanwezig zijn. Dit is een zekering die voor de transformator wordt geplaatst, en Lichtgevende diode, wat aangeeft dat het apparaat is ingeschakeld, en extra afvlakcondensatoren, en nog een versterkende transistor en een schakelaar. Ze compliceren allemaal het circuit, maar ze vergroten de functionaliteit van het apparaat.

Berekening en selectie van radiocomponenten voor een eenvoudige stroomvoorziening

De transformator wordt geselecteerd op basis van twee hoofdcriteria: spanning en vermogen van de secundaire wikkeling.Er zijn nog andere parameters, maar binnen het kader van het materiaal zijn ze niet bijzonder belangrijk. Als je een voeding van bijvoorbeeld 12 V nodig hebt, moet de transformator zo worden geselecteerd dat er iets meer uit de secundaire wikkeling kan worden verwijderd. Met kracht is alles hetzelfde - we nemen het met een kleine marge.

De belangrijkste parameter van een diodebrug is de maximale stroom die deze kan passeren. Dit kenmerk is het waard om eerst op te focussen. Laten we naar voorbeelden kijken. Het blok wordt gebruikt om een ​​apparaat van stroom te voorzien dat een stroom van 1 A verbruikt. Dit betekent dat de diodebrug op ongeveer 1,5 A moet worden genomen. Stel dat u van plan bent een apparaat van 12 volt met een vermogen van 30 W van stroom te voorzien. Dit betekent dat het stroomverbruik ongeveer 2,5 A zal zijn. Dienovereenkomstig moet de diodebrug minimaal 3 A zijn. De andere kenmerken ervan (maximale spanning, enz.) Kunnen worden verwaarloosd in het kader van zo'n eenvoudig circuit.

Bovendien is het de moeite waard om te zeggen dat je geen kant-en-klare diodebrug hoeft te nemen, maar deze uit vier diodes moet samenstellen. In dit geval moet elk van hen zijn ontworpen voor de stroom die door het circuit gaat.

Om de capaciteit van de afvlakcondensator te berekenen, worden tamelijk complexe formules gebruikt, die in dit geval geen nut hebben. Meestal wordt een capaciteit van 1000-2200 uF genomen, en dit zal voldoende zijn voor een eenvoudige voeding. U kunt een grotere condensator nemen, maar dit zal de kosten van het product aanzienlijk verhogen. Een andere belangrijke parameter is de maximale spanning. Volgens dit wordt de condensator geselecteerd afhankelijk van welke spanning in het circuit aanwezig zal zijn.

Hier is het de moeite waard om te overwegen dat in het segment tussen de diodebrug en de zenerdiode, na het inschakelen van de afvlakcondensator, de spanning ongeveer 30% hoger zal zijn dan op de transformatoraansluitingen.Dat wil zeggen, als u een voeding van 12 V maakt en de transformator 15 V produceert met een reserve, dan zal er in deze sectie vanwege de werking van de afvlakcondensator ongeveer 19,5 V zijn. Dienovereenkomstig moet deze hiervoor worden ontworpen spanning (de dichtstbijzijnde standaardwaarde 25 V).

De tweede afvlakcondensator in het circuit (C2) wordt meestal met een kleine capaciteit genomen - van 100 tot 470 μF. De spanning in dit gedeelte van het circuit zal al gestabiliseerd zijn, bijvoorbeeld op een niveau van 12 V. Dienovereenkomstig moet de condensator hiervoor worden ontworpen (de dichtstbijzijnde standaardwaarde is 16 V).

Maar wat te doen als er geen condensatoren met de vereiste classificaties beschikbaar zijn en u niet naar de winkel wilt gaan (of ze gewoon niet wilt kopen)? In dit geval is het heel goed mogelijk om een ​​parallelle aansluiting van meerdere condensatoren met een kleinere capaciteit te gebruiken. Het is de moeite waard om te overwegen dat de maximale bedrijfsspanning bij een dergelijke aansluiting niet wordt opgeteld!

De zenerdiode wordt geselecteerd afhankelijk van welke spanning we nodig hebben om aan de uitgang van de voeding te krijgen. Als er geen geschikte waarde is, kunt u meerdere stukken in serie aansluiten. De gestabiliseerde spanning wordt opgeteld. Laten we bijvoorbeeld een situatie nemen waarin we 12 V nodig hebben, maar er zijn slechts twee zenerdiodes van 6 V. Door ze in serie te schakelen, krijgen we de gewenste spanning. Het is vermeldenswaard dat om de gemiddelde beoordeling te verkrijgen, het parallel aansluiten van twee zenerdiodes niet zal werken.

Alleen experimenteel is het mogelijk om de stroombegrenzende weerstand voor een zenerdiode zo nauwkeurig mogelijk te selecteren.Om dit te doen, wordt een weerstand met een nominale waarde van ongeveer 1 kOhm aangesloten op een reeds werkend circuit (bijvoorbeeld op een breadboard), en worden er een ampèremeter en een variabele weerstand tussen geplaatst en de zenerdiode in het open circuit. Nadat u het circuit hebt ingeschakeld, moet u aan de knop van de variabele weerstand draaien totdat de vereiste nominale stabilisatiestroom door het circuitgedeelte stroomt (aangegeven in de kenmerken van de zenerdiode).

De versterkende transistor wordt geselecteerd op basis van twee hoofdcriteria. Ten eerste moet het voor de beschouwde schakeling een n-p-n-structuur zijn. Ten tweede moet je bij de kenmerken van de bestaande transistor naar de maximale collectorstroom kijken. Deze moet iets groter zijn dan de maximale stroom waarvoor de geassembleerde voeding zal worden ontworpen.

De belastingsweerstand in typische circuits wordt genomen met een nominale waarde van 1 kOhm tot 10 kOhm. Je moet geen kleinere weerstand nemen, want als de voeding niet wordt belast, zal er te veel stroom door deze weerstand lopen en zal deze doorbranden.

PCB-ontwerp en productie

Laten we nu kort kijken naar een duidelijk voorbeeld van het met uw eigen handen ontwikkelen en assembleren van een gestabiliseerde stroomvoorziening. Allereerst moet u alle componenten in het circuit vinden. Als er geen condensatoren, weerstanden of zenerdiodes met de vereiste classificaties zijn, komen we uit de situatie met behulp van de hierboven beschreven methoden.

Vervolgens moeten we een printplaat voor ons apparaat ontwerpen en vervaardigen. Voor beginners kun je het beste eenvoudige en vooral gratis software gebruiken, zoals Sprint Layout.

We plaatsen alle componenten op het virtuele bord volgens het geselecteerde circuit. We optimaliseren hun locatie en passen ze aan, afhankelijk van welke specifieke onderdelen beschikbaar zijn.In dit stadium wordt aanbevolen om de werkelijke afmetingen van de componenten nogmaals te controleren en deze te vergelijken met de afmetingen die aan het ontwikkelde circuit zijn toegevoegd. Besteed speciale aandacht aan de polariteit van elektrolytische condensatoren, de locatie van de aansluitingen van de transistor, zenerdiode en diodebrug.

Als u een signaal aan de voeding wilt toevoegen Lichtgevende diode, dan kan het zowel vóór de zenerdiode als erna (bij voorkeur) in het circuit worden opgenomen. Om er een stroombegrenzende weerstand voor te selecteren, moet u de volgende berekening uitvoeren. Van de spanning van het circuitgedeelte trekken we de spanningsval over de LED af en delen we het resultaat door de nominale stroom van de voeding. Voorbeeld. In het gebied waar we het signaal willen aansluiten Lichtgevende diodeEr is gestabiliseerde 12 V. Spanningsval standaard LED's ongeveer 3 V, en de nominale voedingsstroom is 20 mA (0,02 A). We vinden dat de weerstand van de stroombegrenzende weerstand R = 450 Ohm is.

Controleren van componenten en monteren van de voeding

Nadat we het bord in het programma hebben ontwikkeld, brengen we het over op glasvezellaminaat, etsen het, vertinnen de sporen en verwijderen overtollig vloeimiddel.

Hierna installeren we de radiocomponenten. Hier is het de moeite waard om te zeggen dat het niet verkeerd zou zijn om hun prestaties onmiddellijk te controleren, vooral als ze niet nieuw zijn. Hoe en wat controleren?

De transformatorwikkelingen worden gecontroleerd met een ohmmeter. Waar de weerstand groter is, is de primaire wikkeling. Vervolgens moet u hem op het netwerk aansluiten en ervoor zorgen dat hij de vereiste lagere spanning produceert. Wees uiterst voorzichtig bij het meten ervan. Merk ook op dat de uitgangsspanning variabel is, dus de overeenkomstige modus is ingeschakeld op de voltmeter.

Weerstanden worden gecontroleerd met een ohmmeter. De zenerdiode mag slechts in één richting "rinkelen". We controleren de diodebrug volgens het diagram.De daarin ingebouwde diodes mogen stroom slechts in één richting geleiden. Om condensatoren te testen heeft u een speciaal apparaat nodig voor het meten van de elektrische capaciteit. In een n-p-n-transistor moet stroom van de basis naar de emitter naar de collector vloeien. Het mag niet in andere richtingen stromen.

Het is het beste om te beginnen met de montage met kleine onderdelen - weerstanden, zenerdiode, LED. Vervolgens worden de condensatoren en de diodebrug erin gesoldeerd.

Besteed speciale aandacht aan het proces van het installeren van een krachtige transistor. Als je de conclusies ervan verwart, zal het circuit niet werken. Bovendien wordt dit onderdeel onder belasting behoorlijk heet, dus moet het op een radiator worden geïnstalleerd.

Het grootste onderdeel wordt als laatste geïnstalleerd: de transformator. Vervolgens wordt een stekker met een draad aan de klemmen van de primaire wikkeling gesoldeerd. Ook aan de uitgang van de voeding zijn draden aanwezig.

Het enige dat overblijft is een grondige controle van de juiste installatie van alle componenten, het wegspoelen van de resterende flux en het inschakelen van de stroomtoevoer naar het netwerk. Als alles correct is gedaan, gaat de LED branden en wordt de uitgang weergegeven multimeter toont de gewenste spanning.