แหล่งจ่ายไฟพร้อมซีเนอร์ไดโอดและทรานซิสเตอร์

แหล่งจ่ายไฟที่มีความเสถียรที่กล่าวถึงด้านล่างนี้เป็นหนึ่งในอุปกรณ์แรกๆ ที่ประกอบโดยนักวิทยุสมัครเล่นมือใหม่ นี่เป็นอุปกรณ์ที่เรียบง่าย แต่มีประโยชน์มาก การประกอบไม่จำเป็นต้องใช้ส่วนประกอบที่มีราคาแพงซึ่งค่อนข้างง่ายสำหรับผู้เริ่มต้นในการเลือกขึ้นอยู่กับลักษณะที่ต้องการของแหล่งจ่ายไฟ

วัสดุนี้จะเป็นประโยชน์สำหรับผู้ที่ต้องการทำความเข้าใจรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับวัตถุประสงค์และการคำนวณส่วนประกอบวิทยุอย่างง่าย รวมถึงคุณจะได้เรียนรู้รายละเอียดเกี่ยวกับส่วนประกอบของแหล่งจ่ายไฟดังนี้:

• หม้อแปลงไฟฟ้า;
• สะพานไดโอด
• ตัวเก็บประจุแบบเรียบ;
• ซีเนอร์ไดโอด;
• ตัวต้านทานสำหรับซีเนอร์ไดโอด
• ทรานซิสเตอร์;
• ตัวต้านทานโหลด;
• ไดโอดเปล่งแสง และตัวต้านทานสำหรับมัน

บทความนี้ยังอธิบายรายละเอียดวิธีการเลือกส่วนประกอบวิทยุสำหรับแหล่งจ่ายไฟของคุณ และจะทำอย่างไรหากคุณไม่มีระดับที่ต้องการ การพัฒนาแผงวงจรพิมพ์จะแสดงอย่างชัดเจนและจะเปิดเผยความแตกต่างของการดำเนินการนี้ มีคำพูดสองสามคำเกี่ยวกับการตรวจสอบส่วนประกอบวิทยุก่อนการบัดกรี รวมถึงการประกอบอุปกรณ์และการทดสอบโดยเฉพาะ

วงจรทั่วไปของแหล่งจ่ายไฟที่เสถียร

ปัจจุบันมีวงจรจ่ายไฟที่แตกต่างกันมากมายพร้อมระบบรักษาแรงดันไฟฟ้า แต่หนึ่งในการกำหนดค่าที่ง่ายที่สุดซึ่งผู้เริ่มต้นควรเริ่มต้นด้วยนั้นสร้างขึ้นจากองค์ประกอบหลักเพียงสองอย่าง - ซีเนอร์ไดโอดและทรานซิสเตอร์ที่ทรงพลัง โดยปกติแล้วจะมีรายละเอียดอื่น ๆ ในแผนภาพ แต่เป็นส่วนเสริม

วงจรในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทางวิทยุมักจะถูกแยกชิ้นส่วนในทิศทางที่กระแสไหลผ่าน ในแหล่งจ่ายไฟที่ควบคุมแรงดันไฟฟ้า ทุกอย่างเริ่มต้นด้วยหม้อแปลงไฟฟ้า (TR1) มันทำหน้าที่หลายอย่างพร้อมกัน ประการแรก หม้อแปลงไฟฟ้าจะลดแรงดันไฟหลัก ประการที่สองช่วยให้มั่นใจได้ถึงการทำงานของวงจร ประการที่สาม จ่ายไฟให้กับอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อกับตัวเครื่อง

ไดโอดบริดจ์ (BR1) – ออกแบบมาเพื่อแก้ไขแรงดันไฟหลักต่ำ กล่าวอีกนัยหนึ่งแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับจะเข้ามาและเอาต์พุตจะคงที่ หากไม่มีไดโอดบริดจ์ ทั้งตัวจ่ายไฟและอุปกรณ์ที่จะเชื่อมต่อจะไม่ทำงาน

จำเป็นต้องใช้ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าแบบปรับให้เรียบ (C1) เพื่อขจัดระลอกคลื่นที่อยู่ในเครือข่ายในครัวเรือน ในทางปฏิบัติพวกมันสร้างสัญญาณรบกวนที่ส่งผลเสียต่อการทำงานของเครื่องใช้ไฟฟ้า ตัวอย่างเช่น หากเราใช้เครื่องขยายเสียงที่ขับเคลื่อนจากแหล่งจ่ายไฟโดยไม่มีตัวเก็บประจุแบบปรับให้เรียบ ดังนั้นการเต้นแบบเดียวกันเหล่านี้จะได้ยินได้ชัดเจนในลำโพงในรูปแบบของเสียงรบกวนจากภายนอก ในอุปกรณ์อื่นๆ การรบกวนอาจนำไปสู่การทำงานที่ไม่ถูกต้อง การทำงานผิดปกติ และปัญหาอื่นๆ

ซีเนอร์ไดโอด (D1) เป็นส่วนประกอบของแหล่งจ่ายไฟที่ช่วยรักษาระดับแรงดันไฟฟ้าให้คงที่ความจริงก็คือหม้อแปลงไฟฟ้าจะผลิตไฟ 12 V ที่ต้องการ (ตัวอย่าง) เฉพาะเมื่อมีปลั๊กไฟ 230 V เท่านั้น อย่างไรก็ตามในทางปฏิบัติไม่มีเงื่อนไขดังกล่าว แรงดันไฟฟ้าอาจลดลงหรือเพิ่มขึ้นได้ หม้อแปลงจะผลิตเหมือนกันที่เอาต์พุต ด้วยคุณสมบัติของมัน ซีเนอร์ไดโอดจึงปรับแรงดันไฟฟ้าต่ำให้เท่ากันโดยไม่คำนึงถึงไฟกระชากในเครือข่าย เพื่อการทำงานที่ถูกต้องของส่วนประกอบนี้ จำเป็นต้องใช้ตัวต้านทานจำกัดกระแส (R1) มีการกล่าวถึงในรายละเอียดเพิ่มเติมด้านล่าง

ทรานซิสเตอร์ (Q1) – จำเป็นสำหรับการขยายกระแส ความจริงก็คือซีเนอร์ไดโอดไม่สามารถส่งกระแสไฟฟ้าทั้งหมดที่อุปกรณ์ใช้ผ่านตัวมันเองได้ ยิ่งไปกว่านั้น มันจะทำงานได้อย่างถูกต้องในช่วงที่กำหนดเท่านั้น เช่น ตั้งแต่ 5 ถึง 20 mA นี่ไม่เพียงพอที่จะจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์ใด ๆ ปัญหานี้แก้ไขได้ด้วยทรานซิสเตอร์ที่ทรงพลังซึ่งการเปิดและปิดซึ่งควบคุมโดยซีเนอร์ไดโอด

ตัวเก็บประจุแบบเรียบ (C2) - ออกแบบมาเพื่อสิ่งเดียวกับ C1 ที่อธิบายไว้ข้างต้น ในวงจรทั่วไปของแหล่งจ่ายไฟที่มีความเสถียร ยังมีตัวต้านทานโหลด (R2) ด้วย จำเป็นเพื่อให้วงจรยังคงทำงานได้เมื่อไม่มีการเชื่อมต่อกับขั้วเอาต์พุต

ส่วนประกอบอื่นๆ อาจมีอยู่ในวงจรดังกล่าว นี่คือฟิวส์ที่วางอยู่หน้าหม้อแปลงและ ไดโอดเปล่งแสงเพื่อส่งสัญญาณว่าเครื่องเปิดอยู่ และตัวเก็บประจุแบบปรับเรียบเพิ่มเติม และทรานซิสเตอร์ขยายเสียงอีกตัว และสวิตช์ ทั้งหมดนี้ทำให้วงจรซับซ้อน แต่จะเพิ่มฟังก์ชันการทำงานของอุปกรณ์

การคำนวณและการเลือกส่วนประกอบวิทยุสำหรับแหล่งจ่ายไฟแบบธรรมดา

หม้อแปลงไฟฟ้าถูกเลือกตามเกณฑ์หลักสองประการ - แรงดันไฟฟ้าและกำลังของขดลวดทุติยภูมิมีพารามิเตอร์อื่น ๆ แต่ภายในกรอบของวัสดุนั้นไม่สำคัญอย่างยิ่ง หากคุณต้องการแหล่งจ่ายไฟเช่น 12 V จะต้องเลือกหม้อแปลงไฟฟ้าเพื่อให้สามารถถอดขดลวดทุติยภูมิออกได้อีกเล็กน้อย ด้วยพลัง ทุกอย่างก็เหมือนเดิม - เราเอามันไปด้วยส่วนต่างเล็กน้อย

พารามิเตอร์หลักของไดโอดบริดจ์คือกระแสสูงสุดที่สามารถผ่านได้ คุณลักษณะนี้ควรค่าแก่การมุ่งเน้นเป็นอันดับแรก ลองดูตัวอย่าง บล็อกนี้จะใช้ในการจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์ที่ใช้กระแสไฟฟ้า 1 A ซึ่งหมายความว่าต้องใช้ไดโอดบริดจ์ที่ประมาณ 1.5 A สมมติว่าคุณวางแผนที่จะจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์ 12 โวลต์ที่มีกำลัง 30 W ซึ่งหมายความว่าปริมาณการใช้กระแสไฟจะอยู่ที่ประมาณ 2.5 A ดังนั้นสะพานไดโอดต้องมีอย่างน้อย 3 A ลักษณะอื่น ๆ (แรงดันไฟฟ้าสูงสุด ฯลฯ ) สามารถละเลยได้ภายในกรอบของวงจรง่ายๆเช่นนี้

นอกจากนี้ยังควรบอกว่าคุณไม่จำเป็นต้องใช้สะพานไดโอดสำเร็จรูป แต่ประกอบจากไดโอดสี่ตัว ในกรณีนี้แต่ละอันจะต้องได้รับการออกแบบสำหรับกระแสที่ไหลผ่านวงจร

ในการคำนวณความจุของตัวเก็บประจุแบบปรับให้เรียบจะใช้สูตรที่ค่อนข้างซับซ้อนซึ่งในกรณีนี้ไม่มีประโยชน์ โดยปกติแล้วจะใช้ความจุ 1,000-2200 uF และจะเพียงพอสำหรับแหล่งจ่ายไฟธรรมดา คุณสามารถใช้ตัวเก็บประจุขนาดใหญ่ขึ้นได้ แต่จะทำให้ต้นทุนของผลิตภัณฑ์เพิ่มขึ้นอย่างมาก พารามิเตอร์ที่สำคัญอีกประการหนึ่งคือแรงดันไฟฟ้าสูงสุด ตามนั้นตัวเก็บประจุจะถูกเลือกขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าที่จะมีอยู่ในวงจร

ที่นี่ควรพิจารณาว่าในส่วนระหว่างไดโอดบริดจ์และซีเนอร์ไดโอดหลังจากเปิดตัวเก็บประจุแบบเรียบแล้วแรงดันไฟฟ้าจะสูงกว่าที่ขั้วหม้อแปลงประมาณ 30%นั่นคือถ้าคุณสร้างแหล่งจ่ายไฟ 12 V และหม้อแปลงผลิต 15 V โดยมีการสำรองดังนั้นในส่วนนี้เนื่องจากการทำงานของตัวเก็บประจุแบบปรับให้เรียบจะมีประมาณ 19.5 V ดังนั้นจึงต้องได้รับการออกแบบสำหรับสิ่งนี้ แรงดันไฟฟ้า (ค่ามาตรฐานที่ใกล้ที่สุด 25 V)

ตัวเก็บประจุปรับให้เรียบตัวที่สองในวงจร (C2) มักจะใช้ความจุขนาดเล็ก - ตั้งแต่ 100 ถึง 470 μF แรงดันไฟฟ้าในส่วนนี้ของวงจรจะคงที่อยู่แล้วเช่นที่ระดับ 12 V ดังนั้นจึงต้องออกแบบตัวเก็บประจุสำหรับสิ่งนี้ (ระดับมาตรฐานที่ใกล้ที่สุดคือ 16 V)

แต่จะทำอย่างไรถ้าไม่มีตัวเก็บประจุตามระดับที่ต้องการและคุณไม่ต้องการไปที่ร้าน (หรือเพียงแค่ไม่ต้องการซื้อ) ในกรณีนี้ค่อนข้างเป็นไปได้ที่จะใช้การเชื่อมต่อแบบขนานของตัวเก็บประจุหลายตัวที่มีความจุน้อยกว่า ควรพิจารณาว่าแรงดันไฟฟ้าสูงสุดในการทำงานกับการเชื่อมต่อดังกล่าวจะไม่ถูกรวมเข้าด้วยกัน!

ซีเนอร์ไดโอดถูกเลือกขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าที่เราต้องใช้ที่เอาต์พุตของแหล่งจ่ายไฟ หากไม่มีค่าที่เหมาะสมคุณสามารถเชื่อมต่อหลายชิ้นเป็นอนุกรมได้ แรงดันไฟฟ้าที่เสถียรจะถูกสรุป ตัวอย่างเช่น ลองใช้สถานการณ์ที่เราจำเป็นต้องได้รับ 12 V แต่มีซีเนอร์ไดโอด 6 V เพียงสองตัวเท่านั้น เมื่อเชื่อมต่อเป็นอนุกรมเราจะได้แรงดันไฟฟ้าที่ต้องการ เป็นที่น่าสังเกตว่าเพื่อให้ได้คะแนนเฉลี่ยการเชื่อมต่อซีเนอร์ไดโอดสองตัวแบบขนานจะไม่ทำงาน

คุณสามารถเลือกตัวต้านทานจำกัดกระแสสำหรับซีเนอร์ไดโอดได้อย่างแม่นยำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ในการทดลองเท่านั้นในการทำเช่นนี้ตัวต้านทานที่มีค่าเล็กน้อยประมาณ 1 kOhm จะเชื่อมต่อกับวงจรที่ใช้งานอยู่แล้ว (เช่นบนเขียงหั่นขนม) และระหว่างตัวต้านทานกับซีเนอร์ไดโอดในวงจรเปิดจะมีแอมป์มิเตอร์และตัวต้านทานแบบแปรผัน หลังจากเปิดวงจรแล้วคุณจะต้องหมุนปุ่มหมุนตัวต้านทานแบบปรับค่าได้จนกระทั่งกระแสเสถียรภาพที่กำหนดที่ต้องการจะไหลผ่านส่วนวงจร (ระบุในลักษณะของซีเนอร์ไดโอด)

ทรานซิสเตอร์ขยายเสียงถูกเลือกตามเกณฑ์หลักสองประการ ประการแรก สำหรับวงจรที่กำลังพิจารณา จะต้องเป็นโครงสร้าง n-p-n ประการที่สองในลักษณะของทรานซิสเตอร์ที่มีอยู่คุณต้องดูกระแสสะสมสูงสุด ควรมากกว่ากระแสสูงสุดที่จะออกแบบแหล่งจ่ายไฟที่ประกอบขึ้นเล็กน้อย

ตัวต้านทานโหลดในวงจรทั่วไปจะใช้ค่าเล็กน้อยตั้งแต่ 1 kOhm ถึง 10 kOhm คุณไม่ควรรับความต้านทานน้อยลง เนื่องจากหากไม่ได้โหลดแหล่งจ่ายไฟ กระแสมากเกินไปจะไหลผ่านตัวต้านทานนี้และมันจะไหม้

การออกแบบและการผลิต PCB

ตอนนี้เรามาดูตัวอย่างที่ชัดเจนของการพัฒนาและประกอบแหล่งจ่ายไฟที่มีความเสถียรด้วยมือของคุณเองโดยย่อ ก่อนอื่น คุณต้องค้นหาส่วนประกอบทั้งหมดที่อยู่ในวงจรก่อน หากไม่มีตัวเก็บประจุ ตัวต้านทาน หรือซีเนอร์ไดโอดตามพิกัดที่ต้องการ เราจะออกจากสถานการณ์โดยใช้วิธีการที่อธิบายไว้ข้างต้น

ต่อไป เราจะต้องออกแบบและผลิตแผงวงจรพิมพ์สำหรับอุปกรณ์ของเรา สำหรับผู้เริ่มต้น ควรใช้ซอฟต์แวร์ที่เรียบง่ายและที่สำคัญที่สุดคือฟรี เช่น Sprint Layout

เราวางส่วนประกอบทั้งหมดไว้บนบอร์ดเสมือนตามวงจรที่เลือก เราปรับตำแหน่งให้เหมาะสมและปรับเปลี่ยนตามชิ้นส่วนที่มีอยู่ในขั้นตอนนี้ ขอแนะนำให้ตรวจสอบขนาดที่แท้จริงของส่วนประกอบอีกครั้ง และเปรียบเทียบกับขนาดที่เพิ่มเข้าไปในวงจรที่พัฒนาแล้ว ให้ความสนใจเป็นพิเศษกับขั้วของตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าตำแหน่งของขั้วของทรานซิสเตอร์ซีเนอร์ไดโอดและสะพานไดโอด

หากต้องการเพิ่มสัญญาณให้กับแหล่งจ่ายไฟ ไดโอดเปล่งแสงจากนั้นจึงสามารถรวมไว้ในวงจรทั้งก่อนซีเนอร์ไดโอดและหลัง (ควรดีกว่า) ในการเลือกตัวต้านทานจำกัดกระแสคุณต้องทำการคำนวณต่อไปนี้ จากแรงดันไฟฟ้าของส่วนวงจรเราจะลบแรงดันไฟฟ้าตกคร่อม LED และหารผลลัพธ์ด้วยกระแสไฟที่กำหนดของแหล่งจ่าย ตัวอย่าง. ในพื้นที่ที่เราวางแผนจะเชื่อมต่อสัญญาณ ไดโอดเปล่งแสง,มีไฟคงที่ 12 V. แรงดันตกคร่อมมาตรฐาน ไฟ LED ประมาณ 3 V และกระแสไฟจ่ายที่กำหนดคือ 20 mA (0.02 A) เราพบว่าความต้านทานของตัวต้านทานจำกัดกระแสคือ R = 450 โอห์ม

ตรวจสอบส่วนประกอบและประกอบแหล่งจ่ายไฟ

หลังจากพัฒนาบอร์ดในโปรแกรมแล้ว เราจะถ่ายโอนไปยังลามิเนตไฟเบอร์กลาส กัดกรด ดีบุกราง และขจัดฟลักซ์ส่วนเกิน

หลังจากนั้นเราจะติดตั้งส่วนประกอบวิทยุ เป็นเรื่องที่ควรบอกว่าการตรวจสอบประสิทธิภาพอีกครั้งในทันทีนั้นไม่ใช่เรื่องผิด โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากไม่ใช่ของใหม่ จะตรวจสอบอย่างไรและอย่างไร?

ตรวจสอบขดลวดหม้อแปลงด้วยโอห์มมิเตอร์ ในกรณีที่มีความต้านทานมากกว่าคือขดลวดปฐมภูมิ ถัดไปคุณต้องเสียบเข้ากับเครือข่ายและตรวจสอบให้แน่ใจว่าสร้างแรงดันไฟฟ้าที่ลดลงตามที่ต้องการ ใช้ความระมัดระวังอย่างยิ่งในการวัด โปรดทราบด้วยว่าแรงดันไฟขาออกเป็นตัวแปร ดังนั้นโวลต์มิเตอร์จึงเปิดโหมดที่เกี่ยวข้อง

ตรวจสอบตัวต้านทานด้วยโอห์มมิเตอร์ ซีเนอร์ไดโอดควร "ส่งเสียง" ไปในทิศทางเดียวเท่านั้น เราตรวจสอบสะพานไดโอดตามแผนภาพไดโอดที่อยู่ภายในจะต้องนำกระแสในทิศทางเดียวเท่านั้น ในการทดสอบตัวเก็บประจุ คุณจะต้องมีอุปกรณ์พิเศษสำหรับวัดความจุไฟฟ้า ในทรานซิสเตอร์ชนิด n-p-n กระแสจะต้องไหลจากฐานไปยังตัวปล่อยไปยังตัวสะสม ไม่ควรไหลไปในทิศทางอื่น

วิธีที่ดีที่สุดคือเริ่มการประกอบด้วยชิ้นส่วนขนาดเล็ก - ตัวต้านทาน, ซีเนอร์ไดโอด, LED จากนั้นจึงบัดกรีตัวเก็บประจุและไดโอดบริดจ์เข้าไป

ให้ความสนใจเป็นพิเศษกับกระบวนการติดตั้งทรานซิสเตอร์อันทรงพลัง หากคุณสับสนกับข้อสรุป วงจรจะไม่ทำงาน นอกจากนี้ส่วนประกอบนี้จะค่อนข้างร้อนเมื่อโหลดจึงต้องติดตั้งบนหม้อน้ำ

ส่วนที่ใหญ่ที่สุดจะถูกติดตั้งครั้งสุดท้าย - หม้อแปลงไฟฟ้า จากนั้นปลั๊กไฟที่มีสายไฟจะถูกบัดกรีเข้ากับขั้วของขดลวดปฐมภูมิ มีสายไฟอยู่ที่เอาต์พุตของแหล่งจ่ายไฟด้วย

สิ่งที่เหลืออยู่คือตรวจสอบการติดตั้งส่วนประกอบทั้งหมดอย่างถูกต้องอีกครั้งล้างฟลักซ์ที่เหลือและเปิดแหล่งจ่ายไฟให้กับเครือข่าย หากทุกอย่างถูกต้อง LED จะสว่างและเอาต์พุต มัลติมิเตอร์ จะแสดงแรงดันไฟที่ต้องการ