Virtalähde zener-diodilla ja transistorilla

Jäljempänä tarkasteltu stabiloitu virtalähde on yksi ensimmäisistä laitteista, jotka aloittelija-kinkut kokoavat. Tämä on erittäin yksinkertainen, mutta erittäin hyödyllinen laite. Kokoonpanoonsa ei tarvita kalliita komponentteja, jotka on melko helppo valita aloittelijalle virtalähteen vaadituista ominaisuuksista riippuen.
Aineisto on hyödyllinen myös niille, jotka haluavat ymmärtää tarkemmin yksinkertaisten radiokomponenttien tarkoituksen ja laskennan. Erityisesti opit yksityiskohtaisesti virtalähteen seuraavista komponenteista:

• valta muuntaja;
• diodi silta;
• tasoituskondensaattori;
• zener-diodi;
• zener-diodin vastus;
• transistori;
• kuormavastus;
• LED ja sen vastus.

Lisäksi artikkelissa kuvataan yksityiskohtaisesti, kuinka valita radiokomponentit virtalähteellesi ja mitä tehdä, jos vaadittua luokitusta ei ole. Painetun piirilevyn kehitys näkyy selvästi ja tämän toiminnan vivahteet paljastetaan. Muutamia sanoja sanotaan erityisesti radiokomponenttien tarkistamisesta ennen juottamista, samoin kuin laitteen kokoamisesta ja testaamisesta.

Tyypillinen vakautettu virtalähdepiiri

Nykyään on olemassa paljon erilaisia ​​virtalähteiden järjestelmiä, joilla on jännitteenvakautus. Mutta yksi yksinkertaisimmista kokoonpanoista, joista aloittelijan tulisi aloittaa, on rakennettu vain kahdelle avainkomponentille - zener-diodille ja voimakkaalle transistorille. Luonnollisesti piirissä on muita yksityiskohtia, mutta ne ovat ylimääräisiä.
Elektroniikkapiirit on tapana purkaa suuntaan, johon virta virtaa niiden läpi. Jännitestabiloidussa virtalähteessä kaikki alkaa muuntajalta (TR1). Se suorittaa useita toimintoja kerralla. Ensinnäkin muuntaja alentaa verkkojännitettä. Toiseksi se varmistaa piirin toiminnan. Kolmanneksi se antaa laitteelle kytketyn laitteen virran.
Diodesilta (BR1) - on suunniteltu oikaistun verkkojännitteen oikaisemiseen. Toisin sanoen siihen tulee vaihtojännite, ja lähtö on jo vakio. Sekä itse virtalähde että siihen kytkettävät laitteet eivät toimi ilman diodisiltaa.
Kotitalousverkossa olevien väreilyjen poistamiseksi tarvitaan tasoittava elektrolyyttikondensaattori (C1). Käytännössä ne luovat häiriöitä, jotka vaikuttavat haitallisesti sähkölaitteiden toimintaan. Jos esimerkiksi otamme äänenvahvistimen, joka saa virtalähdettä ilman tasoituskondensaattoria, niin nämä samat aallot ovat selvästi kuultavissa sarakkeissa vieraan kohinan muodossa. Muut laitteet voivat aiheuttaa häiriöitä, toimintahäiriöitä ja muita ongelmia.
Zener-diodi (D1) on virtalähteen osa, joka stabiloi jännitetasoa. Tosiasia, että muuntaja tuottaa halutun 12 V: n (esimerkiksi) vain, kun pistorasia on täsmälleen 230 V. Kuitenkin käytännössä sellaisia ​​olosuhteita ei ole. Jännite voi sekä laskea että kasvaa. Sama muuntaja antaa lähdössä. Ominaisuuksistaan ​​johtuen zener-diodi tasaa pienjännitteen verkon ylijänniteistä riippumatta. Jotta tämä komponentti toimisi oikein, tarvitaan virranrajoitusvastus (R1). Tietoja siitä yksityiskohtaisemmin alla.
Transistori (Q1) - tarvitaan virran vahvistamiseen. Tosiasia on, että zener-diodi ei kykene kulkemaan kaiken laitteen kuluttaman virran läpi. Lisäksi se toimii oikein vain tietyllä alueella, esimerkiksi 5 - 20 mA. Minkä tahansa laitteen virran saamiseksi tämä ei suoraan sanoen riitä. Tehokas transistori selviää tästä ongelmasta, jonka avaamista ja sulkemista ohjataan zener-diodilla.
Tasoituskondensaattori (C2) - suunniteltu samaan kuin yllä oleva C1. Tyypillisiin stabiloituihin teholähdepiireihin sisältyy myös kuormavastus (R2). Sitä tarvitaan, jotta piiri pysyy toiminnassa, kun mitään ei ole kytketty lähtöliittimiin.
Muita komponentteja voi olla läsnä tällaisissa järjestelmissä. Tämä on sulake, joka asetetaan muuntajan eteen, ja yksikköä osoittava LED-valo on kytketty päälle, sekä ylimääräiset tasoituskondensaattorit ja toinen vahvistustransistori ja kytkin. Ne kaikki vaikeuttavat virtapiiriä, mutta lisäävät laitteen toimivuutta.

Radiokomponenttien laskeminen ja valinta yksinkertaisimmalle virransyötölle

Muuntaja valitaan kahden pääkriteerin - toisiokäämin jännitteen ja tehon - perusteella. Muita parametreja on, mutta materiaalissa ne eivät ole erityisen tärkeitä. Jos tarvitset virtalähdettä, esimerkiksi 12 V: n jännitteellä, muuntaja on valittava niin, että se voidaan poistaa hieman enemmän toisiokäämityksestä. Voimalla sama - otamme pienellä marginaalilla.
Diodesillan pääparametri on suurin virta, jonka se voi kuljettaa. Ensinnäkin on syytä keskittyä tähän ominaisuuteen. Katsotaanpa joitain esimerkkejä. Yksikköä käytetään virran tuottamiseen laitteelle, joka kuluttaa 1 A virran. Tämä tarkoittaa, että diodisilta on otettava noin 1,5 A: lla. Oletetaan, että aiot antaa virran 12 voltin laitteelle, jonka teho on 30 wattia. Tämä tarkoittaa, että virrankulutus on noin 2,5 A. Vastaavasti diodisillan on oltava vähintään 3 A. Sen muut ominaisuudet (maksimijännite jne.) Voidaan jättää huomiotta niin yksinkertaisessa piirissä.
Lisäksi on syytä sanoa, että diodisiltaa ei voida ottaa valmiina, vaan koota se neljästä diodista. Tässä tapauksessa jokaisen niistä on mitoitettava piirin läpi kulkevalle virralle.
Tasoituskondensaattorin kapasiteetin laskemiseksi käytetään melko monimutkaisia ​​kaavoja, jotka tässä tapauksessa ovat turhia. Tyypillisesti kapasitanssi on 1000 - 2 200 μF, ja tämä riittää yksinkertaiseen virtalähteeseen. Voit ottaa kondensaattorin ja enemmän, mutta tämä lisää huomattavasti tuotteen kustannuksia. Toinen tärkeä parametri on maksimijännite. Sen mukaan kondensaattori valitaan sen mukaan, mikä jännite piirissä on.
On pidettävä mielessä, että diodisillan ja Zener-diodin välissä olevassa tasossa tasoituskondensaattorin kytkemisen jälkeen jännite on noin 30% korkeampi kuin muuntajan liittimissä. Toisin sanoen, jos teet 12 V: n virtalähteen ja muuntaja antaa virtaa 15 V: n marginaalilla, niin tässä osassa tasoituskondensaattorin vuoksi se on noin 19,5 V. Tämän vuoksi se olisi suunniteltava tälle jännitteelle (lähin vakioarvo) 25 V).
Piirin toinen tasoituskondensaattori (C2) otetaan yleensä pienellä kapasitanssilla - 100 - 470 mikrofaradia. Jännite piirin tässä osassa jo stabiloituu, esimerkiksi tasolle 12 V. Tämän vuoksi kondensaattori tulisi suunnitella tätä varten (lähin vakioarvo on 16 V).
Entä jos vaadittujen nimelliskondensaattoreita ei ole saatavana ja et halua mennä kauppaan (tai niitä ei yksinkertaisesti haluta ostaa)? Tässä tapauksessa on täysin mahdollista käyttää useiden pienemmän kapasiteetin kondensaattoreiden rinnankytkentää. On huomattava, että tällaisen liitännän enimmäisjännitettä ei lasketa yhteen!
Zener-diodi valitaan sen mukaan, mikä jännite meidän on saatava virtalähteen ulostulosta. Jos sopivaa luokitusta ei ole, useita kappaleita voidaan kytkeä sarjaan. Vakautettu jännite, tässä tapauksessa, lasketaan yhteen. Otetaan esimerkiksi tilanne, kun meidän on saatava 12 V, ja 6 V: llä on vain kaksi zener-diodia. Yhdistämällä ne sarjaan saadaan haluttu jännite. On syytä huomata, että keskimääräisen nimellisarvon saamiseksi kahden zener-diodin rinnakkaisliitäntä ei toimi.
Zener-diodille on mahdollista valita virtaa rajoittava vastus mahdollisimman tarkasti, vain kokeellisesti. Tätä varten jo työpiiriin sisältyy noin 1 kOhm: n vastus (esimerkiksi leipälevylle) ja piirin ja Zener-diodin väliin asetetaan ampeerimittari ja muuttuva vastus. Piirin kytkemisen jälkeen on tarpeen kiertää muuttuvan vastuksen kahvaa, kunnes vaadittu nimellinen vakautusvirta virtaa piiriosan läpi (merkitty Zener-diodin ominaisuuksissa).
Vahvistustransistori valitaan kahden pääkriteerin mukaan. Ensinnäkin tarkasteltavassa piirissä sen on välttämättä oltava n-p-n-rakenne. Toiseksi, olemassa olevan transistorin ominaisuuksissa sinun on tarkasteltava keräimen maksimivirtaa. Sen tulee olla hiukan suurempi kuin maksimivirta, jota varten koottu virtalähde suunnitellaan.
Kuormitusvastus otetaan tyypillisissä malleissa nimellisarvolla 1 kOhm - 10 kOhm. Vähemmän vastustusta ei pidä ottaa, koska siinä tapauksessa, että virtalähdettä ei ole ladattu, vastuksen läpi virtaa liian paljon virtaa ja se palaa.

Piirilevyjen suunnittelu ja valmistus

Mieti nyt lyhyesti hyvää esimerkkiä itse tekemäsi vakautetun virtalähteen kehittämisestä ja kokoamisesta. Ensinnäkin on löydettävä kaikki piirissä olevat komponentit. Jos ei ole vaadittujen nimelliskondensaattoreita, vastuksia tai zener-diodeja, poistumme tilanteesta yllä kuvatuilla tavoilla.
Seuraavaksi sinun on suunniteltava ja valmistettava painettu piirilevy laitteellemme. Aloittelijoille on parasta käyttää yksinkertaista ja mikä tärkeintä ilmaista ohjelmistoa, esimerkiksi Sprint Layout.
Sijoitamme virtuaalikortille kaikki komponentit valitun järjestelmän mukaisesti. Optimoimme heidän sijaintinsa, säädämme käytettävissä olevien yksityiskohtien mukaan. Tässä vaiheessa on suositeltavaa tarkistaa uudelleen komponenttien todelliset mitat ja verrata niitä kehitettyyn järjestelmään lisättyihin. Kiinnitä erityistä huomiota elektrolyyttikondensaattoreiden napaisuuteen, transistorin, zener-diodin ja diodisillan napojen sijaintiin.
Jos lisäät signaal LED-virtalähteeseen, se voidaan sisällyttää piiriin sekä ennen zener-diodia että sen jälkeen (mieluiten). Jotta voitaisiin valita virranrajoittava vastus sille, on suoritettava seuraava laskelma. Vähennä LED-jännitteen pudotus piirilevyn jännitteestä ja jaa tulos virransyötön nimellisvirralla. Esimerkki. Alueella, johon aiomme kytkeä signaalidiodi, on vakautettu 12 V. Jännitteen pudotus vakio-LED-merkkivaloissa on noin 3 V ja nimellinen syöttövirta on 20 mA (0,02 A). Saamme, että virranrajoittajan vastuksen resistanssi on R = 450 ohmia.

Komponenttien tarkastus ja virtalähdekokoonpano

Kun olet kehittänyt levyn ohjelmassa, siirrä se lasikuituun, syövyttämään, kiinnittämään raidat ja poistamaan ylimääräinen vuoto.
Sen jälkeen asennamme radiokomponentit. Tässä yhteydessä on syytä todeta, että ei ole tarpeetonta tarkistaa heti niiden suorituskyky heti, varsinkin jos ne eivät ole uusia. Kuinka ja mitä tarkistaa?
Muuntajan käämit tarkistetaan ohmmeterillä. Missä vastus on enemmän, siinä on ensiökäämi. Seuraavaksi sinun on kytkettävä se verkkoon ja varmista, että se tarjoaa vaaditun alennetun jännitteen. Mittaamalla sitä, ole erityisen varovainen. Huomaa myös, että lähtöjännite on muuttuva, joten vastaava tila aktivoidaan voltmetrillä.
Vastukset tarkistetaan ohmimittarilla. Zener-diodin pitäisi "soi" vain yhteen suuntaan. Tarkastamme diodesillan järjestelmän mukaan. Siihen rakennettujen diodien on johdettava virta vain yhteen suuntaan. Kondensaattorien tarkistamiseen tarvitaan erityinen laite sähkökapasitanssin mittaamiseksi. N-p-n-rakenteen transistorissa virran on virtautettava pohjasta emitteriin ja kollektoriin. Muihin suuntiin sen ei pitäisi virtata.
Kokoaminen on parasta aloittaa pienillä osilla - vastuksilla, zener-diodilla, LEDillä. Sitten kondensaattorit juotetaan, diodisilta.
Kiinnitä erityistä huomiota voimakkaan transistorin asennusprosessiin. Jos sekoitat hänen päätelmänsä, järjestelmä ei toimi. Lisäksi tämä komponentti kuumenee melko voimakkaasti kuormituksen alaisena, koska se on asennettava jäähdyttimeen.
Viimeisin asennettava on suurin osa - muuntaja. Lisäksi pääkäämin johtopäätöksiin juotettu verkkojohto on johdotettu. Virtalähteen ulostulossa on myös johdot.
Jää vain tarkistaa perusteellisesti kaikkien komponenttien oikeat asennukset, pestä vuotojäämät ja kytkeä virtalähde päälle. Jos kaikki tehdään oikein, LED-valo palaa, ja lähdössä yleismittari näyttää halutun jännitteen.