Strömförsörjning med zenerdiod och transistor

Den stabiliserade strömförsörjningen som diskuteras nedan är en av de första enheterna som monteras av nybörjare radioamatörer. Detta är en mycket enkel men mycket användbar enhet. Dess montering kräver inte dyra komponenter, som är ganska lätta för en nybörjare att välja beroende på strömförsörjningens nödvändiga egenskaper.

Materialet kommer också att vara användbart för dem som mer i detalj vill förstå syftet och beräkningen av enkla radiokomponenter. Inklusive kommer du att lära dig i detalj om sådana komponenter i strömförsörjningen som:

• krafttransformator;
• diodbro;
• utjämningskondensator;
• Zenerdiod;
• motstånd för zenerdiod;
• transistor;
• belastningsmotstånd;
• Ljusdiod och ett motstånd för det.

Artikeln beskriver också i detalj hur du väljer radiokomponenter för din strömförsörjning och vad du ska göra om du inte har den klassificering som krävs. Utvecklingen av ett tryckt kretskort kommer att visas tydligt och nyanserna av denna operation kommer att avslöjas. Några ord sägs specifikt om att kontrollera radiokomponenter före lödning, samt om att montera enheten och testa den.

Typisk krets för en stabiliserad strömförsörjning

Det finns många olika strömförsörjningskretsar med spänningsstabilisering idag. Men en av de enklaste konfigurationerna, som en nybörjare bör börja med, är byggd på bara två nyckelkomponenter - en zenerdiod och en kraftfull transistor. Naturligtvis finns det andra detaljer i diagrammet, men de är extra.

Kretsar i radioelektronik demonteras vanligtvis i den riktning i vilken ström flyter genom dem. I ett spänningsreglerat nätaggregat börjar allt med transformatorn (TR1). Den utför flera funktioner samtidigt. För det första minskar transformatorn nätspänningen. För det andra säkerställer det kretsens funktion. För det tredje driver den enheten som är ansluten till enheten.

Diodbrygga (BR1) – designad för att likrikta låg nätspänning. Med andra ord kommer en växelspänning in i den, och utgången är konstant. Utan en diodbrygga fungerar varken själva strömförsörjningen eller enheterna som ska kopplas till den.

En utjämnande elektrolytisk kondensator (C1) behövs för att ta bort krusningar som finns i hushållsnätverket. I praktiken skapar de störningar som negativt påverkar driften av elektriska apparater. Om vi ​​till exempel tar en ljudförstärkare som drivs från en strömkälla utan utjämningskondensator, så kommer samma pulsationer att vara tydligt hörbara i högtalarna i form av främmande brus. I andra enheter kan störningar leda till felaktig användning, funktionsfel och andra problem.

Zenerdioden (D1) är en komponent i strömförsörjningen som stabiliserar spänningsnivån.Faktum är att transformatorn kommer att producera önskade 12 V (till exempel) endast när det finns exakt 230 V i eluttaget. Men i praktiken existerar inte sådana förhållanden. Spänningen kan antingen sjunka eller stiga. Transformatorn kommer att producera samma vid utgången. Tack vare sina egenskaper utjämnar zenerdioden lågspänningen oavsett överspänningar i nätverket. För korrekt funktion av denna komponent krävs ett strömbegränsande motstånd (R1). Det diskuteras mer i detalj nedan.

Transistor (Q1) – behövs för att förstärka strömmen. Faktum är att zenerdioden inte kan passera genom sig själv all ström som förbrukas av enheten. Dessutom fungerar det bara korrekt inom ett visst område, till exempel från 5 till 20 mA. Detta är uppriktigt sagt inte tillräckligt för att driva några enheter. Detta problem löses av en kraftfull transistor, vars öppning och stängning styrs av en zenerdiod.

Utjämningskondensator (C2) - konstruerad för samma sak som C1 beskrivits ovan. I typiska kretsar med stabiliserad strömförsörjning finns också ett belastningsmotstånd (R2). Det behövs så att kretsen förblir i drift när inget är anslutet till utgångsterminalerna.

Andra komponenter kan finnas i sådana kretsar. Detta är en säkring som är placerad framför transformatorn, och Ljusdiod, som signalerar att enheten är påslagen, och ytterligare utjämningskondensatorer, och en annan förstärkande transistor, och en switch. Alla komplicerar kretsen, men de ökar enhetens funktionalitet.

Beräkning och val av radiokomponenter för en enkel strömförsörjning

Transformatorn väljs enligt två huvudkriterier - sekundärlindningsspänning och effekt.Det finns andra parametrar, men inom ramen för materialet är de inte särskilt viktiga. Om du behöver en strömförsörjning, säg 12 V, måste transformatorn väljas så att lite mer kan tas bort från dess sekundära lindning. Med kraft är allt sig likt – vi tar det med liten marginal.

Huvudparametern för en diodbrygga är den maximala ström som den kan passera. Denna egenskap är värd att fokusera på först. Låt oss titta på exempel. Blocket kommer att användas för att driva en enhet som förbrukar en ström på 1 A. Det betyder att diodbryggan måste tas på ungefär 1,5 A. Låt oss säga att du planerar att driva en 12-voltsenhet med en effekt på 30 W. Detta innebär att strömförbrukningen blir cirka 2,5 A. Följaktligen måste diodbryggan vara minst 3 A. Dess övriga egenskaper (maximal spänning etc.) kan försummas inom ramen för en så enkel krets.

Dessutom är det värt att säga att du inte behöver ta en färdig diodbrygga, utan montera den från fyra dioder. I det här fallet måste var och en av dem utformas för strömmen som passerar genom kretsen.

För att beräkna utjämningskondensatorns kapacitet används ganska komplexa formler, som i det här fallet inte är till någon nytta. Vanligtvis tas en kapacitans på 1000-2200 uF, och detta kommer att vara tillräckligt för en enkel strömförsörjning. Du kan ta en större kondensator, men detta kommer att öka kostnaden för produkten avsevärt. En annan viktig parameter är den maximala spänningen. Enligt den väljs kondensatorn beroende på vilken spänning som kommer att finnas i kretsen.

Här är det värt att tänka på att i segmentet mellan diodbryggan och zenerdioden, efter att ha slagit på utjämningskondensatorn, kommer spänningen att vara cirka 30% högre än vid transformatorterminalerna.Det vill säga, om du gör en 12 V strömförsörjning, och transformatorn producerar 15 V med en reserv, kommer det i det här avsnittet på grund av driften av utjämningskondensatorn att finnas cirka 19,5 V. Följaktligen måste den designas för detta spänning (närmaste standardvärde 25 V).

Den andra utjämningskondensatorn i kretsen (C2) tas vanligtvis med en liten kapacitans - från 100 till 470 μF. Spänningen i denna del av kretsen kommer redan att stabiliseras, till exempel till en nivå av 12 V. Följaktligen måste kondensatorn utformas för detta (närmaste standardklassificering är 16 V).

Men vad ska man göra om kondensatorer med de erforderliga betygen inte är tillgängliga och du inte vill gå till butiken (eller helt enkelt inte vill köpa dem)? I det här fallet är det fullt möjligt att använda parallellanslutning av flera kondensatorer med mindre kapacitet. Det är värt att tänka på att den maximala driftspänningen med en sådan anslutning inte kommer att summeras!

Zenerdioden väljs beroende på vilken spänning vi behöver för att få vid utgången av strömförsörjningen. Om det inte finns något lämpligt värde kan du ansluta flera delar i serie. Den stabiliserade spänningen kommer att summeras. Låt oss till exempel ta en situation där vi behöver få 12 V, men det finns bara två 6 V zenerdioder tillgängliga. Genom att seriekoppla dem får vi önskad spänning. Det är värt att notera att det inte kommer att fungera att ansluta två zenerdioder parallellt för att få den genomsnittliga betygsättningen.

Det är möjligt att välja det strömbegränsande motståndet för en zenerdiod så exakt som möjligt endast experimentellt.För att göra detta är ett motstånd med ett nominellt värde på cirka 1 kOhm anslutet till en redan fungerande krets (till exempel på en breadboard), och en amperemeter och ett variabelt motstånd placeras mellan det och zenerdioden i den öppna kretsen. Efter att ha slagit på kretsen måste du vrida det variabla motståndsratten tills den erforderliga nominella stabiliseringsströmmen flyter genom kretssektionen (indikeras i zenerdiodens egenskaper).

Den förstärkande transistorn väljs enligt två huvudkriterier. För det första måste den för den aktuella kretsen vara en n-p-n-struktur. För det andra, i egenskaperna hos den befintliga transistorn måste du titta på den maximala kollektorströmmen. Den bör vara något större än den maximala strömmen för vilken den sammansatta strömförsörjningen kommer att utformas.

Belastningsmotståndet i typiska kretsar tas med ett nominellt värde från 1 kOhm till 10 kOhm. Du bör inte ta ett mindre motstånd, eftersom om strömförsörjningen inte är laddad kommer för mycket ström att flyta genom detta motstånd och det kommer att brinna ut.

PCB design och tillverkning

Låt oss nu kort titta på ett tydligt exempel på att utveckla och montera en stabiliserad strömförsörjning med dina egna händer. Först och främst måste du hitta alla komponenter som finns i kretsen. Om det inte finns några kondensatorer, motstånd eller zenerdioder med de erforderliga värdena, kommer vi ur situationen med metoderna som beskrivs ovan.

Därefter måste vi designa och tillverka ett kretskort för vår enhet. För nybörjare är det bäst att använda enkel och, viktigast av allt, gratis programvara, som Sprint Layout.

Vi placerar alla komponenter på det virtuella kortet enligt den valda kretsen. Vi optimerar deras placering och justerar dem beroende på vilka specifika delar som finns tillgängliga.I detta skede rekommenderas det att dubbelkontrollera komponenternas faktiska dimensioner och jämföra dem med de som läggs till i den utvecklade kretsen. Var särskilt uppmärksam på polariteten hos elektrolytiska kondensatorer, placeringen av terminalerna på transistorn, zenerdioden och diodbryggan.

Om du vill lägga till en signal till strömförsörjningen Ljusdiod, då kan den ingå i kretsen både före zenerdioden och efter (helst). För att välja ett strömbegränsande motstånd för det måste du utföra följande beräkning. Från kretssektionens spänning subtraherar vi spänningsfallet över lysdioden och dividerar resultatet med märkströmmen för dess försörjning. Exempel. I området som vi planerar att ansluta signalen till Ljusdiod, det är stabiliserat 12 V. Spänningsfall för standard lysdioder ca 3 V, och märkströmmen är 20 mA (0,02 A). Vi finner att resistansen för det strömbegränsande motståndet är R = 450 Ohm.

Kontroll av komponenter och montering av strömförsörjning

Efter att ha utvecklat brädet i programmet överför vi det till glasfiberlaminat, etsar det, förtinar spåren och tar bort överflödigt flussmedel.

Efter detta installerar vi radiokomponenterna. Här är det värt att säga att det inte skulle vara fel att omedelbart dubbelkolla deras prestanda, särskilt om de inte är nya. Hur och vad ska man kontrollera?

Transformatorlindningarna kontrolleras med en ohmmeter. Där motståndet är större är primärlindningen. Därefter måste du ansluta den till nätverket och se till att den producerar den reducerade spänningen som krävs. Var extremt försiktig när du mäter den. Observera också att utspänningen är variabel, så motsvarande läge är påslaget på voltmetern.

Motstånd kontrolleras med en ohmmeter. Zenerdioden ska bara "ringa" i en riktning. Vi kontrollerar diodbryggan enligt diagrammet.Dioderna som är inbyggda i den måste leda ström i endast en riktning. För att testa kondensatorer behöver du en speciell anordning för att mäta elektrisk kapacitans. I en n-p-n transistor måste ström flyta från basen till emittern till kollektorn. Det ska inte flyta åt andra håll.

Det är bäst att börja montera med små delar - motstånd, zenerdiod, LED. Sedan löds kondensatorerna och diodbryggan in.

Var särskilt uppmärksam på processen att installera en kraftfull transistor. Om du förväxlar dess slutsatser kommer kretsen inte att fungera. Dessutom kommer denna komponent att bli ganska varm under belastning, så den måste installeras på en radiator.

Den största delen installeras sist - transformatorn. Därefter löds en strömkontakt med en tråd till terminalerna på dess primärlindning. Kablar finns också vid utgången av strömförsörjningen.

Allt som återstår är att noggrant dubbelkontrollera korrekt installation av alla komponenter, tvätta bort det återstående flödet och slå på strömförsörjningen till nätverket. Om allt görs på rätt sätt kommer lysdioden att lysa, och utgången multimeter kommer att visa önskad spänning.