Захранване на стабилизиращ диод и транзистор

Разгледаното по-долу стабилизирано захранване е едно от първите устройства, които се сглобяват от начинаещи бутове. Това е много просто, но много полезно устройство. За сглобяването му не са необходими скъпи компоненти, които е доста лесно да се вземе за начинаещ, в зависимост от необходимите характеристики на захранването.

Материалът ще бъде полезен и за тези, които желаят да разберат по-подробно целта и изчисляването на най-простите радио компоненти. По-специално, ще научите подробно за такива компоненти на захранването като:

  • силов трансформатор;

  • диоден мост;

  • изглаждащ кондензатор;

  • ценеров диод;

  • резистор за ценеров диод;

  • транзистор;

  • товарен резистор;

  • LED и резистор за него.

Също така в статията е описано подробно как да изберете радио компоненти за вашето захранване и какво да направите, ако няма необходима оценка. Развитието на печатната платка ще бъде ясно показано и ще бъдат разкрити нюансите на тази операция. Няколко думи са казани специално за проверка на радиокомпонентите преди запояване, както и за сглобяването на устройството и тестването му.

Типична стабилизирана верига за захранване

Днес има много различни схеми на захранвания със стабилизация на напрежението. Но една от най-простите конфигурации, с която трябва да започне начинаещ, е изградена само на два ключови компонента - ценеров диод и мощен транзистор. Естествено, във веригата има и други подробности, но те са спомагателни.

Обичайно е да се разглобяват вериги в електрониката в посоката, в която тече ток през тях. При захранване със стабилизация на напрежението всичко започва с трансформатор (TR1). Той изпълнява няколко функции наведнъж. Първо, трансформаторът понижава мрежовото напрежение. На второ място, той осигурява работата на веригата. Трето, захранва устройството, което е свързано към устройството.

Диоден мост (BR1) - е проектиран да коригира намалено мрежово напрежение. С други думи, в него влиза променливо напрежение, а изходът вече е постоянен. Нито самото захранване, нито устройствата, които ще се свържат към него, няма да работят без диоден мост.

Необходим е изглаждащ електролитен кондензатор (С1), за да се отстранят пулсациите, присъстващи в домакинската мрежа. На практика те създават смущения, които влияят неблагоприятно върху работата на електрическите уреди. Ако например вземем звуков усилвател, захранван от захранване без изглаждащ кондензатор, тогава тези много пулсации ще бъдат ясно чути в колоните под формата на външен шум. Други устройства могат да причинят смущения, неизправност и други проблеми.

Ценеровият диод (D1) е компонент на захранването, който стабилизира нивото на напрежението. Факт е, че трансформаторът ще произведе желаните 12 V (например) само когато изходът на мощността е точно 230 V. Въпреки това, на практика такива условия не съществуват. Напрежението може както да се свие, така и да се увеличи. Същият трансформатор ще даде на изхода. Благодарение на свойствата си, ценеровият диод изравнява ниското напрежение, независимо от скоковете в мрежата. За да работи този компонент правилно, е необходим ограничаващ ток резистор (R1). За това по-подробно по-долу.

Транзистор (Q1) - необходим за усилване на тока. Факт е, че ценеровият диод не е в състояние да премине през себе си целия ток, консумиран от устройството. Освен това, тя ще работи правилно само в определен диапазон, например от 5 до 20 mA. За да захранвате всякакви устройства, това откровено не е достатъчно. Мощен транзистор се справя с този проблем, чието отваряне и затваряне се контролира от ценеров диод.

Изглаждащ кондензатор (C2) - проектиран за същия като горния C1. Типичните стабилизирани вериги за захранване включват също резистор за натоварване (R2). Той е необходим, така че веригата да остане работеща, когато нищо не е свързано към изходните клеми.

Други компоненти могат да присъстват в такива схеми. Това е предпазител, който е поставен пред трансформатора и е включен светодиод, който сигнализира на устройството, и допълнителни изглаждащи кондензатори, и друг усилващ транзистор, и превключвател. Всички те усложняват веригата, но увеличават функционалността на устройството.

Изчисляване и избор на радио компоненти за най-просто захранване

Трансформаторът се избира според два основни критерия - напрежение на вторичната намотка и мощност. Има и други параметри, но в рамките на материала те не са особено важни. Ако се нуждаете от захранване, да речем, на 12 V, тогава трансформаторът трябва да бъде избран така, че да може да бъде изваден малко повече от вторичната си намотка. Със сила все едно - приемаме с малък марж.

Основният параметър на диодния мост е максималният ток, който може да премине. Струва си да се съсредоточим върху тази характеристика на първо място. Нека разгледаме някои примери. Устройството ще се използва за захранване на устройството, консумиращо ток от 1 А. Това означава, че диодният мост трябва да бъде взет на около 1, 5 А. Да предположим, че планирате да захранвате всяко 12-волтово устройство с мощност 30 вата. Това означава, че консумацията на ток ще бъде около 2, 5 А. Съответно диодният мост трябва да бъде най-малко 3 А. Другите му характеристики (максимално напрежение и т.н.) могат да бъдат пренебрегвани в такава проста верига.

Освен това си струва да се каже, че диодният мост не може да се вземе готов, а да се сглоби от четири диода. В този случай всеки от тях трябва да бъде оценен за тока, преминаващ през веригата.

За да се изчисли капацитетът на изглаждащия кондензатор, се използват доста сложни формули, които в този случай са безполезни. Обикновено се взема капацитет от 1000-2200 μF и това ще бъде достатъчно за обикновено захранване. Можете да вземете кондензатор и повече, но това значително ще увеличи цената на продукта. Друг важен параметър е максималното напрежение. Според него кондензаторът се избира в зависимост от това какво напрежение ще присъства във веригата.

Трябва да се има предвид, че в интервала между диодния мост и ценеровия диод след включване на изглаждащия кондензатор, напрежението ще бъде приблизително 30% по-високо, отколкото на клемите на трансформатора. Тоест, ако направите 12 V захранване и трансформаторът издава с марж от 15 V, тогава в този раздел, заради изглаждащия кондензатор, той ще бъде приблизително 19, 5 V. Съответно, той трябва да бъде проектиран за това напрежение (най-близкият стандартен рейтинг 25 V).

Вторият изглаждащ кондензатор във веригата (С2) обикновено се взема с малък капацитет - от 100 до 470 микрофарада. Напрежението в тази секция на веригата ще бъде вече стабилизирано, например, до нивото от 12 V. Съответно кондензаторът трябва да бъде проектиран за това (най-близкият стандартен рейтинг е 16 V).

И какво ще стане, ако кондензаторите с необходимите оценки не са налични и не сте склонни да отидете до магазина (или просто няма желание да ги купите)? В този случай е напълно възможно да се използва паралелната връзка на няколко кондензатора с по-малък капацитет. Трябва да се отбележи, че максималното работно напрежение при такава връзка няма да се сумира!

Ценеровият диод се избира в зависимост от това какво напрежение трябва да получим на изхода на захранването. Ако няма подходяща оценка, след това няколко части могат да бъдат свързани последователно. В този случай стабилизираното напрежение ще бъде добавено. Например вземете ситуацията, когато трябва да вземем 12 V, а има само два ценерови диода на 6 V. Свързвайки ги последователно, получаваме желаното напрежение. Струва си да се отбележи, че за получаване на средна номинална стойност паралелното свързване на два ценерови диода няма да работи.

Възможно е да се избере резисторът за ограничаване на тока за ценеровия диод възможно най-точно, само експериментално. За да направите това, в работната верига (например на дъска) се включва резистор с приблизително 1 kOhm, а между веригата и ценеровия диод се поставят амперметър и променлив резистор. След включване на веригата е необходимо да завъртите дръжката на променливия резистор, докато нужният номинален ток за стабилизиране не премине през секцията на веригата (посочена в характеристиките на ценеровия диод).

Усилвателният транзистор се избира според два основни критерия. Първо, за разглежданата схема, тя трябва да е npn структура. На второ място, в характеристиките на съществуващия транзистор, трябва да разгледате максималния ток на колектора. Той трябва да е малко по-голям от максималния ток, за който ще бъде проектирано сглобеното захранване.

Товарният резистор в типични схеми се приема с номинална стойност от 1 kOhm до 10 kOhm. Не трябва да се приема по-малко съпротивление, тъй като в случай, че захранването не е натоварено, през този резистор ще тече твърде много ток и той ще изгори.

Проектиране и производство на печатни платки

Сега накратко помислете за добър пример за разработването и сглобяването на самостоятелно стабилизирано захранване. На първо място е необходимо да се намерят всички компоненти, присъстващи във веригата. Ако няма кондензатори, резистори или ценерови диоди с необходимите оценки, излизаме от ситуацията по описаните по-горе начини.

След това ще трябва да проектирате и произведете печатна платка за нашето устройство. За начинаещи е най-добре да използват прост и най-важното безплатен софтуер, например Sprint Layout.

Поставяме на виртуалната дъска всички компоненти според избраната схема. Оптимизираме тяхното местоположение, коригираме в зависимост от това какви конкретни детайли са налични. На този етап се препоръчва да се провери двойно действителните размери на компонентите и да се сравнят с добавените към разработената схема. Обърнете специално внимание на полярността на електролитните кондензатори, местоположението на изводите на транзистора, ценеровия диод и диодния мост.

Ако отидете да добавите сигнален светодиод към захранването, тогава той може да бъде включен във веригата както преди зенеровия диод, така и след (за предпочитане). За да изберете резистор за ограничаване на тока за него, е необходимо да се извърши следното изчисление. Извадете спада на напрежението върху светодиода от напрежението на веригата и разделете резултата на номиналния ток на неговото захранване. Пример. В зоната, към която планираме да свържем сигналния светодиод, са стабилизирани 12 V. Спадът на напрежението за стандартните светодиоди е около 3 V, а номиналният ток на захранване е 20 mA (0, 02 A). Получаваме, че съпротивлението на ограничаващия ток резистор е R = 450 Ома.

Инспекция на компоненти и монтаж на захранване

След като разработите дъската в програмата, прехвърлете я върху фибростъкло, офортете, залепете следите и премахнете излишния поток.

След това инсталираме радио компонентите. Тук си струва да кажем, че няма да е излишно незабавно да проверите отново тяхната ефективност, особено ако не са нови. Как и какво да проверя?

Намотките на трансформатора се проверяват с омметър. Там, където има по-голямо съпротивление, там е първичната намотка. След това трябва да го свържете към мрежата и да се уверите, че тя осигурява необходимото намалено напрежение. Когато го измервате, бъдете изключително внимателни. Също така имайте предвид, че изходното напрежение е променливо, следователно съответният режим се активира на волтметъра.

Резисторите се проверяват с омметър. Ценеровият диод трябва да "звъни" само в една посока. Проверяваме диодния мост според схемата. Вградените в него диоди трябва да провеждат ток само в една посока. За да проверите кондензаторите, ще ви е необходимо специално устройство за измерване на електрически капацитет. В npn транзистора на структурата токът трябва да тече от основата към емитера и към колектора. В други направления не трябва да тече.

Най-добре е да започнете сглобяването с малки части - резистори, ценеров диод, светодиод. Тогава кондензаторите са споени, диодният мост.

Обърнете специално внимание на процеса на инсталиране на мощен транзистор. Ако смесите заключенията му, схемата няма да работи. В допълнение, този компонент ще се нагрява доста силно под товар, тъй като трябва да бъде инсталиран на радиатор.

Последната инсталирана е най-голямата част - трансформаторът. Освен това, до заключенията на своята първична намотка, мрежова тапа с жица е споена. На изхода на захранването се осигуряват и проводници.

Остава само старателно да проверите правилната инсталация на всички компоненти, да измиете остатъците от флюса и да включите захранването. Ако всичко е направено правилно, тогава светодиодът ще свети, а на изхода мултицетът ще покаже желаното напрежение.