Cung cấp điện với diode zener và bóng bán dẫn
Bộ nguồn ổn định được thảo luận dưới đây là một trong những thiết bị đầu tiên được lắp ráp bởi những người mới làm quen với đài phát thanh nghiệp dư. Đây là một thiết bị rất đơn giản nhưng rất hữu ích. Việc lắp ráp nó không yêu cầu các bộ phận đắt tiền, khá dễ dàng cho người mới bắt đầu lựa chọn tùy thuộc vào đặc tính yêu cầu của nguồn điện.
Tài liệu này cũng sẽ hữu ích cho những ai muốn hiểu chi tiết hơn về mục đích và tính toán các thành phần vô tuyến đơn giản. Bao gồm, bạn sẽ tìm hiểu chi tiết về các thành phần của nguồn điện như:
- máy biến áp;
- cầu đi-ốt;
- tụ điện làm mịn;
- Điốt Zener;
- điện trở cho diode zener;
- bóng bán dẫn;
- điện trở tải;
- Điốt phát sáng và một điện trở cho nó.
Bài viết cũng mô tả chi tiết cách chọn linh kiện vô tuyến cho nguồn điện của bạn và những việc cần làm nếu bạn không có định mức yêu cầu. Sự phát triển của một bảng mạch in sẽ được thể hiện rõ ràng và các sắc thái của hoạt động này sẽ được bộc lộ. Cụ thể sẽ nói một vài lời về việc kiểm tra các linh kiện vô tuyến trước khi hàn, cũng như về việc lắp ráp và thử nghiệm thiết bị.
Mạch điển hình của nguồn điện ổn định
Hiện nay có rất nhiều mạch cấp nguồn có ổn áp khác nhau. Nhưng một trong những cấu hình đơn giản nhất mà người mới bắt đầu nên bắt đầu, được xây dựng chỉ trên hai thành phần chính - một diode zener và một bóng bán dẫn mạnh mẽ. Đương nhiên, có những chi tiết khác trong sơ đồ, nhưng chúng chỉ mang tính chất phụ trợ.
Các mạch điện tử vô tuyến thường được tháo rời theo hướng dòng điện chạy qua chúng. Trong nguồn điện được điều chỉnh bằng điện áp, tất cả đều bắt đầu bằng máy biến áp (TR1). Nó thực hiện một số chức năng cùng một lúc. Đầu tiên, máy biến áp làm giảm điện áp nguồn. Thứ hai, nó đảm bảo hoạt động của mạch. Thứ ba, nó cấp nguồn cho thiết bị được kết nối với thiết bị.
Cầu điốt (BR1) – được thiết kế để khắc phục điện áp nguồn thấp. Nói cách khác, một điện áp xoay chiều đi vào nó và đầu ra không đổi. Nếu không có cầu diode, cả nguồn điện và các thiết bị được kết nối với nó đều không hoạt động.
Cần có một tụ điện điện phân mịn (C1) để loại bỏ các gợn sóng có trong mạng gia đình. Trong thực tế, chúng tạo ra nhiễu ảnh hưởng tiêu cực đến hoạt động của các thiết bị điện. Ví dụ: nếu chúng ta lấy một bộ khuếch đại âm thanh được cấp nguồn từ nguồn điện không có tụ điện làm mịn, thì những xung tương tự này sẽ được nghe rõ ràng trong loa dưới dạng tiếng ồn bên ngoài. Ở các thiết bị khác, nhiễu có thể dẫn đến hoạt động không chính xác, trục trặc và các vấn đề khác.
Diode Zener (D1) là một thành phần của nguồn điện có tác dụng ổn định mức điện áp.Thực tế là máy biến áp sẽ chỉ tạo ra điện áp 12 V mong muốn (chẳng hạn) khi có chính xác 230 V trong ổ cắm. Tuy nhiên, trên thực tế, những điều kiện như vậy không tồn tại. Điện áp có thể giảm hoặc tăng. Máy biến áp sẽ tạo ra điều tương tự ở đầu ra. Nhờ các đặc tính của nó, diode zener cân bằng điện áp thấp bất kể sự đột biến trong mạng. Để thành phần này hoạt động chính xác, cần có điện trở giới hạn dòng điện (R1). Nó được thảo luận chi tiết hơn dưới đây.
Transitor (Q1) – cần thiết để khuếch đại dòng điện. Thực tế là diode zener không có khả năng tự truyền toàn bộ dòng điện mà thiết bị tiêu thụ. Hơn nữa, nó sẽ chỉ hoạt động chính xác trong một phạm vi nhất định, chẳng hạn như từ 5 đến 20 mA. Thành thật mà nói, điều này không đủ để cung cấp năng lượng cho bất kỳ thiết bị nào. Vấn đề này được giải quyết bằng một bóng bán dẫn mạnh mẽ, việc đóng và mở bóng bán dẫn này được điều khiển bởi một diode zener.
Tụ điện làm mịn (C2) - được thiết kế cho mục đích tương tự như C1 được mô tả ở trên. Trong các mạch điện ổn định điển hình cũng có điện trở tải (R2). Nó cần thiết để mạch vẫn hoạt động khi không có gì được kết nối với các đầu ra.
Các thành phần khác có thể có mặt trong các mạch như vậy. Đây là cầu chì được đặt phía trước máy biến áp và Điốt phát sáng, báo hiệu rằng thiết bị đã được bật, các tụ điện làm mịn bổ sung, một bóng bán dẫn khuếch đại khác và một công tắc. Tất cả chúng đều làm phức tạp mạch điện, tuy nhiên, chúng làm tăng chức năng của thiết bị.
Tính toán và lựa chọn các thành phần vô tuyến cho nguồn điện đơn giản
Máy biến áp được lựa chọn theo hai tiêu chí chính - điện áp và công suất cuộn thứ cấp.Có những thông số khác, nhưng trong khuôn khổ tài liệu, chúng không đặc biệt quan trọng. Nếu bạn cần nguồn điện, chẳng hạn như 12 V, thì máy biến áp cần phải được chọn sao cho có thể loại bỏ thêm một chút khỏi cuộn dây thứ cấp của nó. Với sức mạnh, mọi thứ đều giống nhau - chúng tôi chấp nhận nó với một biên độ nhỏ.
Thông số chính của cầu diode là dòng điện tối đa mà nó có thể đi qua. Đặc điểm này đáng được tập trung đầu tiên. Hãy xem xét các ví dụ. Khối này sẽ được sử dụng để cấp nguồn cho một thiết bị tiêu thụ dòng điện 1 A. Điều này có nghĩa là cầu diode cần được lấy ở mức xấp xỉ 1,5 A. Giả sử bạn dự định cấp nguồn cho thiết bị 12 volt có công suất 30 W. Điều này có nghĩa là mức tiêu thụ hiện tại sẽ vào khoảng 2,5 A. Theo đó, cầu diode ít nhất phải là 3 A. Các đặc tính khác của nó (điện áp tối đa, v.v.) có thể bị bỏ qua trong khuôn khổ của một mạch đơn giản như vậy.
Ngoài ra, điều đáng nói là bạn không cần phải lấy một cây cầu điốt làm sẵn mà hãy lắp ráp nó từ bốn điốt. Trong trường hợp này, mỗi cái trong số chúng phải được thiết kế cho dòng điện chạy qua mạch.
Để tính công suất của tụ điện làm mịn, người ta sử dụng các công thức khá phức tạp, trong trường hợp này không được sử dụng. Thông thường, điện dung 1000-2200 uF được lấy và điều này sẽ khá đủ cho một nguồn điện đơn giản. Bạn có thể lấy một tụ điện lớn hơn, nhưng điều này sẽ làm tăng đáng kể giá thành của sản phẩm. Một thông số quan trọng khác là điện áp tối đa. Theo đó, tụ điện được chọn tùy thuộc vào điện áp sẽ có trong mạch.
Ở đây cần lưu ý rằng ở đoạn giữa cầu diode và diode zener, sau khi bật tụ điện làm mịn, điện áp sẽ cao hơn ở các cực máy biến áp khoảng 30%.Nghĩa là, nếu bạn đang tạo ra một nguồn điện 12 V và máy biến áp tạo ra 15 V có dự trữ, thì trong phần này do hoạt động của tụ điện làm mịn sẽ có khoảng 19,5 V. Theo đó, nó phải được thiết kế cho việc này điện áp (giá trị tiêu chuẩn gần nhất 25 V).
Tụ điện làm mịn thứ hai trong mạch (C2) thường được lấy với điện dung nhỏ - từ 100 đến 470 μF. Điện áp trong phần này của mạch sẽ được ổn định, chẳng hạn như ở mức 12 V. Theo đó, tụ điện phải được thiết kế cho mục đích này (định mức tiêu chuẩn gần nhất là 16 V).
Nhưng phải làm gì nếu không có tụ điện có xếp hạng yêu cầu và bạn không muốn đến cửa hàng (hoặc đơn giản là không muốn mua chúng)? Trong trường hợp này, hoàn toàn có thể sử dụng kết nối song song của một số tụ điện có công suất nhỏ hơn. Điều đáng lưu ý là điện áp hoạt động tối đa với kết nối như vậy sẽ không được tổng hợp!
Điốt zener được chọn tùy thuộc vào điện áp chúng ta cần để có được ở đầu ra của nguồn điện. Nếu không có giá trị phù hợp thì bạn có thể kết nối nhiều phần thành chuỗi. Điện áp ổn định sẽ được tổng hợp. Ví dụ, hãy lấy một tình huống mà chúng ta cần có được 12 V, nhưng chỉ có sẵn hai điốt zener 6 V. Bằng cách mắc nối tiếp chúng, chúng ta sẽ có được điện áp mong muốn. Điều đáng chú ý là để có được đánh giá trung bình, việc kết nối song song hai điốt zener sẽ không hoạt động.
Có thể chọn điện trở giới hạn dòng điện cho diode zener một cách chính xác nhất có thể chỉ bằng thực nghiệm.Để thực hiện điều này, một điện trở có giá trị danh nghĩa khoảng 1 kOhm được kết nối với mạch đã hoạt động (ví dụ: trên bảng mạch bánh mì), đồng thời giữa nó và một diode zener trong mạch hở, một ampe kế và một điện trở thay đổi được đặt. Sau khi bật mạch, bạn cần xoay núm điện trở thay đổi cho đến khi dòng điện ổn định định mức cần thiết chạy qua phần mạch (được biểu thị trong đặc tính của diode zener).
Transistor khuếch đại được lựa chọn theo hai tiêu chí chính. Thứ nhất, đối với mạch đang xét, nó phải có cấu trúc n-p-n. Thứ hai, về đặc điểm của bóng bán dẫn hiện có, bạn cần xem xét dòng điện thu tối đa. Nó phải lớn hơn một chút so với dòng điện tối đa mà nguồn điện lắp ráp sẽ được thiết kế.
Điện trở tải trong các mạch thông thường được lấy với giá trị danh định từ 1 kOhm đến 10 kOhm. Bạn không nên lấy điện trở nhỏ hơn, vì nếu nguồn điện không được tải, dòng điện quá lớn sẽ chạy qua điện trở này và nó sẽ bị cháy.
Thiết kế và sản xuất PCB
Bây giờ chúng ta hãy xem xét ngắn gọn một ví dụ rõ ràng về việc phát triển và lắp ráp nguồn điện ổn định bằng chính đôi tay của bạn. Trước hết, bạn cần tìm tất cả các thành phần có trong mạch. Nếu không có tụ điện, điện trở hoặc điốt zener có xếp hạng yêu cầu, chúng ta sẽ thoát khỏi tình huống này bằng cách sử dụng các phương pháp được mô tả ở trên.
Tiếp theo, chúng ta sẽ cần thiết kế và chế tạo bảng mạch in cho thiết bị của mình. Đối với người mới bắt đầu, tốt nhất nên sử dụng phần mềm đơn giản và quan trọng nhất là miễn phí, chẳng hạn như Sprint Layout.
Chúng tôi đặt tất cả các thành phần trên bảng ảo theo mạch đã chọn. Chúng tôi tối ưu hóa vị trí của chúng và điều chỉnh chúng tùy thuộc vào những bộ phận cụ thể có sẵn.Ở giai đoạn này, nên kiểm tra kỹ kích thước thực tế của các bộ phận và so sánh chúng với kích thước được thêm vào mạch đã phát triển. Đặc biệt chú ý đến cực tính của tụ điện, vị trí các cực của bóng bán dẫn, diode zener và cầu diode.
Nếu bạn muốn thêm tín hiệu vào nguồn điện Điốt phát sáng, thì nó có thể được đưa vào mạch cả trước và sau diode zener (tốt nhất là). Để chọn một điện trở giới hạn dòng điện cho nó, bạn cần thực hiện phép tính sau. Từ điện áp của phần mạch, chúng tôi trừ đi điện áp rơi trên đèn LED và chia kết quả cho dòng điện định mức của nguồn cung cấp. Ví dụ. Trong khu vực mà chúng tôi dự định kết nối tín hiệu Điốt phát sáng, có điện áp ổn định 12 V. Giảm điện áp tiêu chuẩn đèn LED khoảng 3 V và dòng điện định mức là 20 mA (0,02 A). Ta thấy điện trở của điện trở giới hạn dòng điện là R = 450 Ohms.
Kiểm tra linh kiện và lắp ráp nguồn điện
Sau khi phát triển bảng trong chương trình, chúng tôi chuyển nó sang tấm sợi thủy tinh, khắc nó, thiếc các đường ray và loại bỏ từ thông dư thừa.
Sau đó, chúng tôi cài đặt các thành phần radio. Điều đáng nói ở đây là sẽ không sai nếu ngay lập tức kiểm tra lại hiệu suất của chúng, đặc biệt nếu chúng không phải là mới. Làm thế nào và những gì để kiểm tra?
Cuộn dây máy biến áp được kiểm tra bằng ôm kế. Nơi nào điện trở lớn hơn là cuộn sơ cấp. Tiếp theo, bạn cần cắm nó vào mạng và đảm bảo rằng nó tạo ra điện áp giảm theo yêu cầu. Hãy hết sức thận trọng khi đo nó. Cũng lưu ý rằng điện áp đầu ra có thể thay đổi nên chế độ tương ứng được bật trên vôn kế.
Các điện trở được kiểm tra bằng ôm kế. Diode zener chỉ nên “đổ chuông” theo một hướng. Chúng tôi kiểm tra cầu diode theo sơ đồ.Các điốt được tích hợp trong nó phải dẫn dòng điện chỉ theo một hướng. Để kiểm tra tụ điện, bạn sẽ cần một thiết bị đặc biệt để đo điện dung. Trong một bóng bán dẫn n-p-n, dòng điện phải chạy từ cực gốc đến cực phát tới cực thu. Nó không nên chảy theo hướng khác.
Tốt nhất là bắt đầu lắp ráp từ các bộ phận nhỏ - điện trở, diode zener, đèn LED. Sau đó các tụ điện và cầu diode được hàn vào.
Đặc biệt chú ý đến quá trình lắp đặt một bóng bán dẫn mạnh mẽ. Nếu bạn nhầm lẫn kết luận của nó, mạch sẽ không hoạt động. Ngoài ra, thành phần này sẽ khá nóng khi tải nên phải lắp trên bộ tản nhiệt.
Phần lớn nhất được lắp đặt cuối cùng - máy biến áp. Tiếp theo, phích cắm điện có dây được hàn vào các đầu của cuộn dây sơ cấp. Dây điện cũng được cung cấp ở đầu ra của nguồn điện.
Tất cả những gì còn lại là kiểm tra kỹ lưỡng việc lắp đặt chính xác của tất cả các thành phần, rửa sạch từ thông còn lại và bật nguồn điện vào mạng. Nếu mọi thứ được thực hiện chính xác, đèn LED sẽ sáng và đầu ra đồng hồ vạn năng sẽ hiển thị điện áp mong muốn.
