Напајање са зенер диодом и транзистором

Стабилизовано напајање о коме се говори у наставку је један од првих уређаја који склапају почетници радио-аматери. Ово је веома једноставан, али веома користан уређај. За његову монтажу нису потребне скупе компоненте, које је почетнику прилично лако изабрати у зависности од потребних карактеристика напајања.

Материјал ће такође бити користан онима који желе детаљније да разумеју сврху и прорачун једноставних радио компоненти. Укључујући, детаљно ћете научити о таквим компонентама напајања као што су:

• трафо;
• диодни мост;
• кондензатор за изравнавање;
• Зенер диода;
• отпорник за зенер диоду;
• транзистор;
• отпорник оптерећења;
• Светлећа диода и отпорник за то.

У чланку је такође детаљно описано како да изаберете радио компоненте за напајање и шта да радите ако немате потребну оцену. Биће јасно приказан развој штампане плоче и откривене нијансе ове операције. Неколико речи је посебно речено о провери радио компоненти пре лемљења, као ио склапању уређаја и тестирању.

Типично коло стабилизованог напајања

Данас постоји много различитих струјних кола са стабилизацијом напона. Али једна од најједноставнијих конфигурација, са којом би почетник требало да почне, изграђена је на само две кључне компоненте - зенер диоди и моћном транзистору. Наравно, на дијаграму постоје и други детаљи, али они су помоћни.

Кола у радио електроници се обично растављају у правцу у коме струја тече кроз њих. У напонско регулисаном напајању све почиње од трансформатора (ТР1). Обавља неколико функција одједном. Прво, трансформатор смањује напон мреже. Друго, обезбеђује рад кола. Треће, напаја уређај који је повезан са јединицом.

Диодни мост (БР1) – дизајниран за исправљање ниског мрежног напона. Другим речима, у њега улази наизменични напон, а излаз је константан. Без диодног моста неће радити ни само напајање нити уређаји који ће на њега бити повезани.

Електролитички кондензатор за изравнавање (Ц1) је потребан да би се уклонили таласи присутни у кућној мрежи. У пракси стварају сметње које негативно утичу на рад електричних уређаја. Ако, на пример, узмемо аудио појачало напајано из извора напајања без кондензатора за изравнавање, онда ће се ове исте пулсације јасно чути у звучницима у облику страног шума. Код других уређаја, сметње могу довести до неправилног рада, кварова и других проблема.

Зенер диода (Д1) је компонента напајања која стабилизује ниво напона.Чињеница је да ће трансформатор произвести жељених 12 В (на пример) само када је у утичници тачно 230 В. Међутим, у пракси такви услови не постоје. Напон може или пасти или порасти. Трансформатор ће произвести исто на излазу. Захваљујући својим својствима, зенер диода изједначава низак напон без обзира на пренапоне у мрежи. За исправан рад ове компоненте потребан је отпорник за ограничавање струје (Р1). О томе се детаљније говори у наставку.

Транзистор (К1) – потребан за појачање струје. Чињеница је да зенер диода није способна да прође кроз себе сву струју коју троши уређај. Штавише, он ће исправно радити само у одређеном опсегу, на пример, од 5 до 20 мА. Ово искрено није довољно за напајање било којег уређаја. Овај проблем се решава снажним транзистором, чије отварање и затварање контролише зенер диода.

Кондензатор за изглађивање (Ц2) - дизајниран за исту ствар као Ц1 описан горе. У типичним круговима стабилизованих извора напајања постоји и отпорник оптерећења (Р2). Потребно је да коло остане у функцији када ништа није повезано на излазне терминале.

Друге компоненте могу бити присутне у таквим колима. Ово је осигурач који је постављен испред трансформатора, и Светлећа диода, сигнализирајући да је јединица укључена, и додатни кондензатори за изравнавање, и још један транзистор за појачавање и прекидач. Сви они компликују коло, али повећавају функционалност уређаја.

Прорачун и избор радио компоненти за једноставно напајање

Трансформатор се бира према два главна критеријума - напон секундарног намотаја и снага.Постоје и други параметри, али у оквиру материјала они нису посебно важни. Ако вам је потребно напајање, рецимо, 12 В, онда је потребно одабрати трансформатор тако да се из његовог секундарног намотаја може уклонити још мало. Са снагом је све исто - узимамо је са малом маргином.

Главни параметар диодног моста је максимална струја коју може да прође. На ову карактеристику вреди се прво обратити. Погледајмо примере. Блок ће се користити за напајање уређаја који троши струју од 1 А. То значи да диодни мост треба узети на приближно 1,5 А. Рецимо да планирате да напајате 12-волтни уређај снаге 30 В. То значи да ће потрошња струје бити око 2,5 А. Сходно томе, диодни мост мора бити најмање 3 А. Његове друге карактеристике (максимални напон итд.) У оквиру тако једноставног кола могу се занемарити.

Поред тога, вреди рећи да не морате да узимате готов диодни мост, већ га саставите од четири диоде. У овом случају, сваки од њих мора бити дизајниран за струју која пролази кроз коло.

За израчунавање капацитета кондензатора за изравнавање користе се прилично сложене формуле, које у овом случају нису од користи. Обично се узима капацитет од 1000-2200 уФ, а то ће бити сасвим довољно за једноставно напајање. Можете узети већи кондензатор, али то ће значајно повећати цену производа. Још један важан параметар је максимални напон. Према њему, кондензатор се бира у зависности од тога који ће напон бити присутан у колу.

Овде је вредно узети у обзир да ће у сегменту између диодног моста и зенер диоде, након укључивања кондензатора за изравнавање, напон бити приближно 30% већи него на терминалима трансформатора.То јест, ако правите напајање од 12 В, а трансформатор производи 15 В са резервом, онда ће у овом одељку због рада кондензатора за изравнавање бити приближно 19,5 В. Сходно томе, мора бити дизајниран за ово напон (најближа стандардна вредност 25 В).

Други кондензатор за изравнавање у колу (Ц2) обично се узима са малим капацитетом - од 100 до 470 μФ. Напон у овом делу кола ће већ бити стабилизован, на пример, на ниво од 12 В. Сходно томе, кондензатор мора бити дизајниран за ово (најближа стандардна оцена је 16 В).

Али шта да радите ако кондензатори потребних оцена нису доступни, а ви не желите да идете у продавницу (или једноставно не желите да их купите)? У овом случају је сасвим могуће користити паралелно повезивање неколико кондензатора мањег капацитета. Вриједно је узети у обзир да се максимални радни напон са таквом везом неће сумирати!

Зенер диода се бира у зависности од тога који напон треба да добијемо на излазу напајања. Ако нема одговарајуће вредности, можете повезати неколико комада у серији. Стабилизовани напон ће се сумирати. На пример, узмимо ситуацију где треба да добијемо 12 В, а на располагању су само две зенер диоде од 6 В. Серијским повезивањем добићемо жељени напон. Вреди напоменути да за добијање просечне оцене, паралелно повезивање две зенер диоде неће радити.

Могуће је одабрати отпорник који ограничава струју за зенер диоду што је прецизније могуће само експериментално.Да бисте то урадили, отпорник са номиналном вредношћу од приближно 1 кОхм је повезан на већ радно коло (на пример, на матичној плочи), а између њега и зенер диоде у отвореном колу постављени су амперметар и променљиви отпорник. Након укључивања кола, потребно је да ротирате дугме променљивог отпорника све док потребна номинална стабилизацијска струја не прође кроз део кола (означено у карактеристикама зенер диоде).

Транзистор за појачање се бира према два главна критеријума. Прво, за коло које се разматра мора бити н-п-н структура. Друго, у карактеристикама постојећег транзистора морате погледати максималну струју колектора. Требало би да буде нешто веће од максималне струје за коју ће бити дизајнирано склопљено напајање.

Отпорник оптерећења у типичним колима узима се са номиналном вредношћу од 1 кОхм до 10 кОхм. Не треба узимати мањи отпор, јер ако напајање није оптерећено, превише струје ће тећи кроз овај отпорник и он ће изгорети.

Дизајн и производња ПЦБ-а

Хајде сада да укратко погледамо јасан пример развоја и склапања стабилизованог напајања сопственим рукама. Пре свега, морате пронаћи све компоненте присутне у колу. Ако нема кондензатора, отпорника или зенер диода потребних оцена, излазимо из ситуације користећи горе описане методе.

Затим ћемо морати да дизајнирамо и произведемо штампану плочу за наш уређај. За почетнике је најбоље користити једноставан и, што је најважније, бесплатан софтвер, као што је Спринт Лаиоут.

Све компоненте постављамо на виртуелну плочу према изабраном колу. Оптимизујемо њихову локацију и прилагођавамо их у зависности од тога који су конкретни делови доступни.У овој фази, препоручује се још једном проверити стварне димензије компоненти и упоредити их са онима које су додате у развијено коло. Обратите посебну пажњу на поларитет електролитских кондензатора, локацију терминала транзистора, зенер диоде и диодног моста.

Ако желите да додате сигнал у напајање Светлећа диода, онда се може укључити у коло и пре зенер диоде и после (пожељно). Да бисте изабрали отпорник који ограничава струју за њега, потребно је да извршите следећи прорачун. Од напона дела кола одузимамо пад напона на ЛЕД диоди и поделимо резултат са називном струјом његовог напајања. Пример. У зони на коју планирамо да повежемо сигнал Светлећа диода, постоји стабилизовано 12 В. Пад напона за стандард ЛЕД диоде око 3 В, а називна струја напајања је 20 мА (0,02 А). Налазимо да је отпор отпорника који ограничава струју Р = 450 Охма.

Провера компоненти и монтажа напајања

Након развијања плоче у програму, преносимо је на ламинат од фибергласа, гравирамо, калајишемо стазе и уклањамо вишак флукса.

Након тога, постављамо радио компоненте. Овде вреди рећи да не би било лоше да се одмах поново провери њихов учинак, поготово ако нису нови. Како и шта проверити?

Намотаји трансформатора се проверавају омметром. Тамо где је отпор већи је примарни намотај. Затим га морате укључити у мрежу и уверити се да производи потребан смањени напон. Будите изузетно опрезни када га мерите. Такође имајте на уму да је излазни напон променљив, тако да је одговарајући режим укључен на волтметру.

Отпорници се проверавају омметром. Зенер диода треба да "звони" само у једном правцу. Проверавамо диодни мост према дијаграму.Диоде уграђене у њега морају водити струју само у једном правцу. За тестирање кондензатора биће вам потребан посебан уређај за мерење електричне капацитивности. У н-п-н транзистору струја мора тећи од базе до емитера до колектора. Не би требало да тече у другим правцима.

Најбоље је започети монтажу са малим деловима - отпорницима, зенер диодом, ЛЕД диодом. Затим су кондензатори и диодни мост залемљени.

Обратите посебну пажњу на процес инсталирања моћног транзистора. Ако збуните његове закључке, коло неће радити. Поред тога, ова компонента ће се прилично загрејати под оптерећењем, тако да се мора инсталирати на радијатор.

Највећи део се поставља последњи - трансформатор. Затим је утикач са жицом залемљен на терминале његовог примарног намотаја. Жице су такође обезбеђене на излазу напајања.

Остаје само да темељно још једном проверите исправну инсталацију свих компоненти, исперите преостали флукс и укључите напајање мреже. Ако је све урађено исправно, ЛЕД ће светлети, а излаз мултиметар ће показати жељени напон.