Napajanje na zener diodi i tranzistoru

Stabilizirano napajanje koje se razmatra u nastavku jedan je od prvih uređaja koji su sastavljeni od strane početnika. Ovo je vrlo jednostavan, ali vrlo koristan uređaj. Za njegovu montažu nisu potrebne skupe komponente, koje je prilično lako odabrati za početnika, ovisno o potrebnim karakteristikama napajanja.

Materijal će također biti koristan onima koji žele detaljnije razumjeti svrhu i proračun najjednostavnijih radio komponenti. Konkretno, naučit ćete detaljno o takvim komponentama napajanja kao što su:

  • transformator snage;

  • diodni most;

  • kondenzator za izglađivanje;

  • zener dioda;

  • otpornik za zener diodu;

  • tranzistor;

  • otpornik na opterećenje;

  • LED i otpornik za to.

Također u članku je detaljno opisano kako odabrati radio komponente za vaše napajanje i što učiniti ako nema potrebne ocjene. Razvoj štampanog kruga će biti jasno prikazan i nijanse ove operacije. Nekoliko riječi je rečeno posebno o provjeri radio komponenti prije lemljenja, kao i o sastavljanju uređaja i njegovom testiranju.

Tipični stabilizirani strujni krug

Danas postoji puno različitih shema napajanja sa stabilizacijom napona. Ali jedna od najjednostavnijih konfiguracija, s kojom bi početnik trebao započeti, izgrađena je na samo dvije ključne komponente - zener diodi i moćnom tranzistoru. Naravno, u krugu postoje i drugi detalji, ali oni su pomoćni.

Uobičajeno je da se sklopovi u elektronici rastavljaju u smjeru u kojem struja teče kroz njih. U napajanju sa stabilizacijom napona, sve počinje s transformatorom (TR1). Obavlja nekoliko funkcija odjednom. Prvo, transformator smanjuje mrežni napon. Drugo, osigurava rad kruga. Treće, napaja uređaj koji je spojen na jedinicu.

Diodni most (BR1) - dizajniran je za ispravljanje smanjenog napona mreže. Drugim riječima, u njega se ulazi izmjenični napon, a izlaz je već konstantan. Ni sam izvor napajanja, niti uređaji koji će se spojiti na njega neće raditi bez diodnog mosta.

Glatki elektrolitički kondenzator (C1) potreban je za uklanjanje pukotina prisutnih u kućanskoj mreži. U praksi stvaraju smetnje koje nepovoljno utječu na rad električnih uređaja. Ako za primjer uzmemo pojačalo zvuka koje napaja iz napajanja bez izglađujućih kondenzatora, onda će se te vrlo varalice jasno čuti u stupcima u obliku vanjske buke. Ostali uređaji mogu uzrokovati smetnje, neispravnost i druge probleme.

Zener dioda (D1) sastavni je dio napajanja koji stabilizira razinu napona. Činjenica je da će transformator proizvesti željenih 12 V (na primjer) samo kad je utičnica točno 230 V. Međutim, u praksi takvi uvjeti ne postoje. Napon se može spustiti i povećati. Isti će transformator dati na izlazu. Zbog svojih svojstava, zener dioda izjednačava niski napon bez obzira na prenapone u mreži. Da bi ova komponenta ispravno radila, potreban je strujni ograničavajući otpornik (R1). O tome detaljnije u nastavku.

Tranzistor (Q1) - potreban za pojačavanje struje. Činjenica je da zener dioda ne može proći kroz sebe svu struju koju uređaj troši. Štoviše, ispravno će raditi samo u određenom rasponu, na primjer, od 5 do 20 mA. Da biste napajali bilo koje uređaje, iskreno to nije dovoljno. Snažni tranzistor suočava se s tim problemom, čije otvaranje i zatvaranje kontrolira zener dioda.

Kondenzator za izglađivanje (C2) - dizajniran je za isti kao gore navedeni C1. Tipični stabilizirani krugovi napajanja također uključuju otpornik na opterećenje (R2). Potreban je tako da krug i dalje djeluje kada ništa nije spojeno na izlazne stezaljke.

Ostale komponente mogu biti prisutne u takvim shemama. To je osigurač koji je postavljen ispred transformatora, uključen je LED signal koji uređaj šalje, dodatni kondenzatori za zaglađivanje, drugi pojačavajući tranzistor i prekidač. Svi oni kompliciraju krug, ali povećavaju funkcionalnost uređaja.

Proračun i odabir radijskih komponenata za najjednostavnije napajanje

Transformator je odabran prema dva glavna kriterija - napon sekundarnog namota i snaga. Postoje i drugi parametri, ali unutar materijala oni nisu osobito važni. Ako vam treba napajanje, recimo, na 12 V, tada transformator mora biti odabran tako da se može malo više odvojiti od sekundarnog namotaja. Snagom sve isto - uzimamo s malom maržom.

Glavni parametar diodnog mosta je maksimalna struja koju može proći. Vrijedno je usredotočiti se na ovu karakteristiku. Pogledajmo nekoliko primjera. Jedinica će se koristiti za napajanje uređaja koji troši struju od 1 A. To znači da se diodni most mora nalaziti na oko 1, 5 A. Pretpostavimo da planirate napajati 12-voltni uređaj snage 30 W. To znači da će trenutna potrošnja biti oko 2, 5 A. Prema tome, diodni most mora biti najmanje 3 A. U tako jednostavnom krugu mogu se zanemariti i ostale karakteristike (maksimalni napon itd.).

Uz to, vrijedi reći da se diodni most ne može uzeti spreman, već ga sastaviti iz četiri diode. U tom slučaju svaki od njih mora biti ocijenjen za struju koja prolazi kroz krug.

Za izračunavanje kapaciteta kondenzatora za zaglađivanje koriste se prilično složene formule koje su u ovom slučaju beskorisne. Obično se uzima kapacitet od 1000-2200 μF, a to će biti dovoljno za jednostavno napajanje. Možete uzeti kondenzator i više, ali to će značajno povećati troškove proizvoda. Drugi važan parametar je maksimalni napon. Prema njemu, kondenzator se bira ovisno o naponu koji će biti prisutan u krugu.

Treba imati na umu da će u intervalu između diodnog mosta i zener diode nakon uključivanja kondenzatora za zaglađivanje napon biti približno 30% veći nego na terminalima transformatora. To jest, ako napravite napajanje od 12 V, a transformator daje napon od 15 V, tada će u ovom odjeljku zbog kondenzatora za zaglađivanje biti oko 19, 5 V. U skladu s tim, trebao bi biti dizajniran za ovaj napon (najbliža standardna ocjena 25 V).

Drugi kondenzator za zaglađivanje u krugu (C2) obično se uzima s malim kapacitetom - od 100 do 470 mikrofarada. Napon u ovom dijelu kruga već će biti stabiliziran, na primjer, na razinu od 12 V. U skladu s tim, kondenzator treba dizajnirati za to (najbliža standardna vrijednost je 16 V).

A što ako kondenzatori potrebnih ocjena nisu dostupni, a vi nerado idete u trgovinu (ili jednostavno ne postoji želja da ih kupite)? U ovom je slučaju sasvim moguće koristiti paralelni spoj nekoliko kondenzatora manjeg kapaciteta. Treba napomenuti da se maksimalni radni napon s takvim priključkom neće zbrajati!

Zener dioda se bira ovisno o naponu koji trebamo dobiti na izlazu napajanja. Ako nema odgovarajuće ocjene, tada se nekoliko komada može spojiti u nizu. Stabilizirani napon će se, u ovom slučaju, zbrajati. Na primjer, uzmimo situaciju kada moramo dobiti 12 V, a na raspolaganju su samo dvije zener diode na 6 V. Spajajući ih serijski, dobivamo željeni napon. Vrijedi napomenuti da za dobivanje prosječne nazivne vrijednosti paralelno spajanje dviju zener dioda neće raditi.

Moguće je odabrati otpornik za ograničavanje struje za zener diodu što je moguće isključivo eksperimentalno. Da biste to učinili, u radni krug (na primjer, na ploči) uključen je otpornik od približno 1 kOhm, a između kruga i zener diode postavljeni su ampermetar i promjenjivi otpornik. Nakon uključivanja kruga potrebno je zakrenuti ručicu promjenjivog otpornika sve dok željena nazivna stabilizacijska struja ne prođe kroz dio kruga (naznačeno u karakteristikama zener diode).

Pojačavajući tranzistor odabran je prema dva glavna kriterija. Prvo, za razmatrani krug to mora biti npn struktura. Drugo, u karakteristikama postojećeg tranzistora morate pogledati maksimalnu struju kolektora. Ona bi trebala biti malo veća od maksimalne struje za koju će biti projektirano sklopljeno napajanje.

Otpor opterećenja u tipičnim se shemama uzima s nominalnom vrijednošću od 1 kOhm do 10 kOhm. Manje otpora ne treba uzimati, jer u slučaju kada napajanje nije napunjeno, kroz ovaj otpornik će teći previše struje i ono će izgorjeti.

Dizajn i izrada tiskanih pločica

Sada, ukratko razmotrite dobar primjer razvoja i sastavljanja samostalno stabiliziranog napajanja. Prije svega, potrebno je pronaći sve komponente prisutne u krugu. Ako nema kondenzatora, otpornika ili zener dioda potrebnih vrijednosti, izlazimo iz situacije na gore opisane načine.

Zatim ćete morati dizajnirati i proizvesti ploču s tiskanim pločama za naš uređaj. Za početnike je najbolje koristiti jednostavan i, što je najvažnije, besplatni softver, na primjer, Sprint Layout.

Na virtualnu ploču postavljamo sve komponente prema odabranoj shemi. Optimiziramo njihovu lokaciju, prilagođavamo ovisno o tome koji su konkretni detalji dostupni. U ovoj se fazi preporučuje dvostruka provjera stvarnih dimenzija komponenata i uspoređivanje s onima koje su dodane razvijenoj shemi. Obratite posebnu pozornost na polaritet elektrolitskih kondenzatora, položaj terminala tranzistora, zener dioda i diodni most.

Ako dodate signalnu LED signalu za napajanje, ona se može uključiti u krug prije zener diode i poslije (poželjno). Za odabir otpornika koji ograničava struju za njega potrebno je izvršiti sljedeći proračun. Oduzmite pad napona na LED-u od napona odsjeka kruga i rezultat podijelite nazivnom strujom njegovog napajanja. Primjer. U području na koje planiramo priključiti signalnu LED diodu stabilizirano je 12 V. Pad napona za standardne LED diode je oko 3 V, a nazivna struja napajanja je 20 mA (0, 02 A). Dobivamo da je otpor otpornika na ograničavanje struje R = 450 Ohma.

Pregled komponenti i sklop napajanja

Nakon što razvijete ploču u programu, prebacite je na stakloplastiku, jetkujte, zalijepite staze i uklonite višak fluksa.

Nakon toga instaliramo radio komponente. Ovdje vrijedi reći da neće biti suvišno odmah dvaput provjeriti njihovu izvedbu, pogotovo ako nisu novi. Kako i što provjeriti?

Namota transformatora provjeravaju se ohmmetrom. Tamo gdje postoji veći otpor, tu je i primarno navijanje. Zatim ga trebate povezati s mrežom i provjerite daje li potreban smanjeni napon. Pri mjerenju budite izuzetno oprezni. Također imajte na umu da je izlazni napon promjenjiv, stoga se odgovarajući način rada aktivira na voltmetru.

Otpornici se provjeravaju ohmmetrom. Zener dioda trebala bi "zvoniti" samo u jednom smjeru. Provjeravamo diodni most prema shemi. Diode ugrađene u nju moraju voditi struju samo u jednom smjeru. Za provjeru kondenzatora trebat će vam poseban uređaj za mjerenje električne kapacitivnosti. U npn tranzistoru strukture struja mora teći od baze do emitera i do kolektora. U drugim smjerovima ne bi trebao teći.

Najbolje je započeti sastavljanje s malim dijelovima - otpornicima, zener diodom, LED. Zatim su kondenzatori lemljeni, diodni most.

Obratite posebnu pozornost na postupak instalacije moćnog tranzistora. Ako miješate njegove zaključke, shema neće uspjeti. Osim toga, ova će se komponenta prilično zagrijati pod opterećenjem, jer se mora instalirati na radijator.

Posljednji koji je ugrađen najveći je dio - transformator. Nadalje, do zaključaka svog primarnog namotaja je lemljen mrežni utikač s žicom. Na izlazu iz izvora napajanja također se pružaju žice.

Ostaje samo temeljito dvostruko provjeriti ispravnu ugradnju svih komponenata, isprati ostatke fluksa i uključiti napajanje. Ako se sve pravilno izvrši, tada će LED svijetliti, a na izlazu će multimetar pokazati željeni napon.