Fonte de alimentação com diodo zener e transistor

A fonte de alimentação estabilizada discutida abaixo é um dos primeiros dispositivos montados por rádios amadores novatos. Este é um dispositivo muito simples, mas muito útil. Sua montagem não requer componentes caros, que são bastante fáceis de serem selecionados por um iniciante dependendo das características exigidas da fonte de alimentação.

O material também será útil para quem deseja entender mais detalhadamente a finalidade e o cálculo de componentes simples de rádio. Inclusive, você aprenderá detalhadamente sobre componentes da fonte de alimentação como:

• transformador;
• ponte de diodos;
• capacitor de suavização;
• Diodo Zener;
• resistor para diodo zener;
• transistor;
• resistor de carga;
• Diodo emissor de luz e um resistor para isso.

O artigo também descreve detalhadamente como selecionar componentes de rádio para sua fonte de alimentação e o que fazer se você não tiver a classificação necessária. O desenvolvimento de uma placa de circuito impresso será mostrado com clareza e as nuances desta operação serão reveladas. Algumas palavras são ditas especificamente sobre a verificação dos componentes do rádio antes da soldagem, bem como sobre a montagem e teste do dispositivo.

Circuito típico de uma fonte de alimentação estabilizada

Existem muitos circuitos de fonte de alimentação diferentes com estabilização de tensão hoje. Mas uma das configurações mais simples com a qual um iniciante deve começar é baseada em apenas dois componentes principais - um diodo zener e um transistor poderoso. Naturalmente, existem outros detalhes no diagrama, mas são auxiliares.

Os circuitos na radioeletrônica geralmente são desmontados na direção em que a corrente flui através deles. Em uma fonte de alimentação regulada por tensão, tudo começa com o transformador (TR1). Ele executa várias funções ao mesmo tempo. Em primeiro lugar, o transformador reduz a tensão da rede. Em segundo lugar, garante o funcionamento do circuito. Em terceiro lugar, alimenta o dispositivo que está conectado à unidade.

Ponte de diodos (BR1) – projetada para retificar baixa tensão da rede. Em outras palavras, uma tensão alternada entra nele e a saída é constante. Sem uma ponte de diodos, nem a própria fonte de alimentação nem os dispositivos que serão conectados a ela funcionarão.

Um capacitor eletrolítico de suavização (C1) é necessário para remover ondulações presentes na rede doméstica. Na prática, eles criam interferências que afetam negativamente o funcionamento dos aparelhos elétricos. Se, por exemplo, pegarmos um amplificador de áudio alimentado por uma fonte de alimentação sem capacitor de suavização, então essas mesmas pulsações serão claramente audíveis nos alto-falantes na forma de ruído estranho. Em outros dispositivos, a interferência pode causar operação incorreta, mau funcionamento e outros problemas.

O diodo Zener (D1) é um componente da fonte de alimentação que estabiliza o nível de tensão.O fato é que o transformador produzirá os 12 V desejados (por exemplo) somente quando houver exatamente 230 V na tomada, porém na prática tais condições não existem. A tensão pode cair ou aumentar. O transformador produzirá o mesmo na saída. Graças às suas propriedades, o diodo zener equaliza a baixa tensão independentemente dos surtos na rede. Para o correto funcionamento deste componente é necessário um resistor limitador de corrente (R1). É discutido com mais detalhes abaixo.

Transistor (Q1) – necessário para amplificar a corrente. O fato é que o diodo zener não é capaz de passar por si toda a corrente consumida pelo dispositivo. Além disso, funcionará corretamente apenas em uma determinada faixa, por exemplo, de 5 a 20 mA. Francamente, isso não é suficiente para alimentar nenhum dispositivo. Este problema é resolvido por um poderoso transistor, cuja abertura e fechamento são controlados por um diodo zener.

Capacitor de suavização (C2) - projetado para a mesma função que C1 descrito acima. Em circuitos típicos de fontes de alimentação estabilizadas existe também um resistor de carga (R2). É necessário para que o circuito permaneça operacional quando nada estiver conectado aos terminais de saída.

Outros componentes podem estar presentes em tais circuitos. Este é um fusível colocado na frente do transformador e Diodo emissor de luz, sinalizando que a unidade está ligada, e capacitores de suavização adicionais, e outro transistor amplificador e uma chave. Todos eles complicam o circuito, porém aumentam a funcionalidade do aparelho.

Cálculo e seleção de componentes de rádio para uma fonte de alimentação simples

O transformador é selecionado de acordo com dois critérios principais - tensão e potência do enrolamento secundário.Existem outros parâmetros, mas no âmbito do material eles não são particularmente importantes. Se você precisar de uma fonte de alimentação, digamos, 12 V, então o transformador precisa ser selecionado para que um pouco mais possa ser retirado de seu enrolamento secundário. Com o poder tudo é igual - aceitamos com uma pequena margem.

O principal parâmetro de uma ponte de diodos é a corrente máxima que ela pode passar. Vale a pena focar nessa característica primeiro. Vejamos exemplos. O bloco será usado para alimentar um dispositivo que consome uma corrente de 1 A. Isso significa que a ponte de diodos precisa ser tomada em aproximadamente 1,5 A. Digamos que você planeje alimentar um dispositivo de 12 volts com potência de 30 W. Isso significa que o consumo de corrente será de cerca de 2,5 A. Conseqüentemente, a ponte de diodos deve ter pelo menos 3 A. Suas outras características (tensão máxima, etc.) podem ser desprezadas dentro de um circuito tão simples.

Além disso, vale dizer que não é necessário levar uma ponte de diodos pronta, mas sim montá-la a partir de quatro diodos. Neste caso, cada um deles deve ser projetado para a corrente que passa pelo circuito.

Para calcular a capacidade do capacitor de suavização, são utilizadas fórmulas bastante complexas, que neste caso são inúteis. Normalmente é usada uma capacitância de 1000-2200 uF, e isso será suficiente para uma fonte de alimentação simples. Você pode usar um capacitor maior, mas isso aumentará significativamente o custo do produto. Outro parâmetro importante é a tensão máxima. Segundo ele, o capacitor é selecionado dependendo da tensão que estará presente no circuito.

Aqui vale considerar que no segmento entre a ponte de diodos e o diodo zener, após ligar o capacitor de suavização, a tensão será aproximadamente 30% maior do que nos terminais do transformador.Ou seja, se você estiver fazendo uma fonte de alimentação de 12 V, e o transformador produzir 15 V com reserva, então nesta seção devido ao funcionamento do capacitor de suavização haverá aproximadamente 19,5 V. Dessa forma, deve ser projetado para isso tensão (o valor padrão mais próximo é 25 V).

O segundo capacitor de suavização do circuito (C2) geralmente é usado com uma capacitância pequena - de 100 a 470 μF. A tensão nesta seção do circuito já estará estabilizada, por exemplo, em um nível de 12 V. Conseqüentemente, o capacitor deve ser projetado para isso (a classificação padrão mais próxima é 16 V).

Mas o que fazer se os capacitores com as classificações exigidas não estiverem disponíveis e você não quiser ir à loja (ou simplesmente não quiser comprá-los)? Neste caso, é bem possível utilizar a conexão paralela de vários capacitores de menor capacidade. Vale a pena considerar que a tensão máxima de operação com tal conexão não será resumida!

O diodo zener é selecionado dependendo da tensão que precisamos obter na saída da fonte de alimentação. Se não houver um valor adequado, você poderá conectar várias peças em série. A tensão estabilizada será resumida. Por exemplo, vamos considerar uma situação em que precisamos obter 12 V, mas existem apenas dois diodos zener disponíveis de 6 V. Ao conectá-los em série obteremos a tensão desejada. Vale ressaltar que para obter a classificação média, conectar dois diodos zener em paralelo não funcionará.

É possível selecionar o resistor limitador de corrente para um diodo zener com a maior precisão possível apenas experimentalmente.Para fazer isso, um resistor com valor nominal de aproximadamente 1 kOhm é conectado a um circuito já em funcionamento (por exemplo, em uma placa de ensaio), e um amperímetro e um resistor variável são colocados entre ele e o diodo zener no circuito aberto. Depois de ligar o circuito, você precisa girar o botão do resistor variável até que a corrente de estabilização nominal necessária flua através da seção do circuito (indicada nas características do diodo zener).

O transistor amplificador é selecionado de acordo com dois critérios principais. Em primeiro lugar, para o circuito em consideração deve ser uma estrutura n-p-n. Em segundo lugar, nas características do transistor existente, é necessário observar a corrente máxima do coletor. Deve ser um pouco maior que a corrente máxima para a qual a fonte de alimentação montada será projetada.

O resistor de carga em circuitos típicos é obtido com um valor nominal de 1 kOhm a 10 kOhm. Não se deve usar uma resistência menor, pois se a fonte de alimentação não estiver carregada, muita corrente fluirá por esse resistor e ele queimará.

Projeto e fabricação de PCB

Agora vamos dar uma olhada rápida em um exemplo claro de desenvolvimento e montagem de uma fonte de alimentação estabilizada com suas próprias mãos. Em primeiro lugar, é necessário encontrar todos os componentes presentes no circuito. Se não houver capacitores, resistores ou diodos zener com as classificações exigidas, saímos da situação usando os métodos descritos acima.

A seguir, precisaremos projetar e fabricar uma placa de circuito impresso para nosso dispositivo. Para iniciantes, é melhor usar software simples e, o mais importante, gratuito, como o Sprint Layout.

Colocamos todos os componentes na placa virtual de acordo com o circuito selecionado. Otimizamos sua localização e ajustamos dependendo das peças específicas disponíveis.Nesta fase, recomenda-se verificar novamente as dimensões reais dos componentes e compará-las com as adicionadas ao circuito desenvolvido. Preste atenção especial à polaridade dos capacitores eletrolíticos, à localização dos terminais do transistor, ao diodo zener e à ponte de diodos.

Se você deseja adicionar um sinal à fonte de alimentação Diodo emissor de luz, então ele pode ser incluído no circuito antes e depois do diodo zener (de preferência). Para selecionar um resistor limitador de corrente para ele, você precisa realizar o seguinte cálculo. Da tensão da seção do circuito, subtraímos a queda de tensão no LED e dividimos o resultado pela corrente nominal de sua alimentação. Exemplo. Na área à qual planejamos conectar o sinal Diodo emissor de luz, há 12 V estabilizados. Queda de tensão para padrão LEDs cerca de 3 V e a corrente de alimentação nominal é de 20 mA (0,02 A). Descobrimos que a resistência do resistor limitador de corrente é R = 450 Ohms.

Verificando componentes e montando a fonte de alimentação

Após desenvolver a placa no programa, transferimos para laminado de fibra de vidro, gravamos, estanhamos os trilhos e retiramos o excesso de fluxo.

Depois disso, instalamos os componentes do rádio. Vale a pena dizer aqui que não seria errado verificar imediatamente o seu desempenho, especialmente se não forem novos. Como e o que verificar?

Os enrolamentos do transformador são verificados com um ohmímetro. Onde a resistência é maior é o enrolamento primário. Em seguida, você precisa conectá-lo à rede e certificar-se de que produz a tensão reduzida necessária. Tenha extremo cuidado ao medi-lo. Observe também que a tensão de saída é variável, portanto o modo correspondente está ativado no voltímetro.

Os resistores são verificados com um ohmímetro. O diodo zener deve “tocar” apenas em uma direção. Verificamos a ponte de diodos de acordo com o diagrama.Os diodos embutidos nele devem conduzir corrente em apenas uma direção. Para testar capacitores você precisará de um dispositivo especial para medir a capacitância elétrica. Em um transistor n-p-n, a corrente deve fluir da base para o emissor e para o coletor. Não deve fluir em outras direções.

É melhor começar a montagem com peças pequenas - resistores, diodo zener, LED. Em seguida, os capacitores e a ponte de diodos são soldados.

Preste atenção especial ao processo de instalação de um transistor potente. Se você confundir suas conclusões, o circuito não funcionará. Além disso, este componente aquece bastante sob carga, por isso deve ser instalado em um radiador.

A maior parte é instalada por último - o transformador. Em seguida, um plugue de alimentação com fio é soldado aos terminais de seu enrolamento primário. Fios também são fornecidos na saída da fonte de alimentação.

Resta verificar cuidadosamente a correta instalação de todos os componentes, lavar o fluxo restante e ligar a alimentação da rede. Se tudo for feito corretamente, o LED acenderá e a saída multímetro mostrará a tensão desejada.