Napájanie zenerovej diódy a tranzistora

Stabilizovaný napájací zdroj, o ktorom sa uvažuje ďalej, je jedným z prvých zariadení, ktoré sú zostavené začiatočníckou šunkou. Jedná sa o veľmi jednoduché, ale veľmi užitočné zariadenie. Na jeho montáž nie sú potrebné drahé komponenty, ktoré sa dajú pomerne ľahko vyzdvihnúť pre začiatočníkov v závislosti od požadovaných charakteristík napájacieho zdroja.
Tento materiál bude tiež užitočný pre tých, ktorí chcú podrobnejšie porozumieť účelu a výpočtu najjednoduchších rádiových komponentov. Podrobne sa dozviete najmä také komponenty napájacieho zdroja, ako sú:

• výkonový transformátor;
• diódový mostík;
• vyhladzovací kondenzátor;
• zenerova dióda;
• odpor pre Zenerovu diódu;
• tranzistor;
• záťažový rezistor;
• LED a odpor pre to.

V článku je tiež podrobne opísaný spôsob výberu rádiových komponentov pre vaše napájanie a čo robiť, ak nie je požadované hodnotenie. Bude jasne znázornený vývoj dosky plošných spojov a budú sa odhaľovať nuansy tejto operácie. Niekoľko slov sa hovorí konkrétne o kontrole rádiových komponentov pred spájkovaním, ako aj o zostavení zariadenia a jeho otestovaní.

Typický stabilizovaný obvod napájania

Dnes existuje veľa rôznych schém napájania so stabilizáciou napätia. Jedna z najjednoduchších konfigurácií, s ktorou by mal začiatočník začať, je postavená iba na dvoch kľúčových komponentoch - zenerovej dióde a výkonnom tranzistore. V obvode sú samozrejme ďalšie podrobnosti, sú však pomocné.
Je obvyklé rozobrať obvody v elektronike v smere, ktorým nimi preteká prúd. Pri napájaní so stabilizáciou napätia všetko začína transformátorom (TR1). Vykonáva niekoľko funkcií naraz. Po prvé, transformátor zníži sieťové napätie. Po druhé, zabezpečuje prevádzku obvodu. Po tretie, napája zariadenie, ktoré je pripojené k jednotke.
Diódový mostík (BR1) - je určený na usmerňovanie zníženého sieťového napätia. Inými slovami, vstupuje do neho striedavé napätie a výstup je už konštantný. Samotný zdroj napájania ani zariadenia, ktoré sa k nemu pripoja, nebudú fungovať bez diodového mostíka.
Aby sa odstránili vlnky prítomné v domácej sieti, je potrebný vyhladzovací elektrolytický kondenzátor (C1). V praxi spôsobujú rušenie, ktoré nepriaznivo ovplyvňuje činnosť elektrických spotrebičov. Ak napríklad vezmeme zosilňovač zvuku napájaný z napájacieho zdroja bez vyhladzovacieho kondenzátora, tieto veľmi vlnky budú zreteľne počuteľné v stĺpcoch vo forme cudzieho šumu. Iné zariadenia môžu spôsobiť rušenie, poruchu a iné problémy.
Zenerova dióda (D1) je súčasťou napájacieho zdroja, ktorý stabilizuje úroveň napätia. Faktom je, že transformátor bude vyrábať požadované 12 V (napríklad) iba vtedy, keď je výstupná zásuvka presne 230 V. V praxi však takéto podmienky neexistujú. Napätie sa môže prehustiť aj zvýšiť. Rovnaký transformátor poskytne na výstupe. Zenerova dióda vďaka svojim vlastnostiam vyrovnáva nízke napätie bez ohľadu na prepätie v sieti. Aby tento komponent pracoval správne, je potrebný odpor obmedzujúci prúd (R1). O tom podrobnejšie nižšie.
Tranzistor (Q1) - potrebný na zosilnenie prúdu. Faktom je, že zenerova dióda nie je schopná prejsť cez seba všetok prúd spotrebovaný zariadením. Okrem toho bude správne fungovať iba v určitom rozsahu, napríklad od 5 do 20 mA. Na napájanie akýchkoľvek zariadení to úprimne povedané nestačí. S týmto problémom sa vyrovnáva výkonný tranzistor, ktorého otváranie a zatváranie je riadené zenerovou diódou.
Kondenzátor vyhladzovania (C2) - navrhnutý pre rovnaké ako vyššie uvedené C1. Typické stabilizované napájacie obvody tiež obsahujú záťažový rezistor (R2). Je potrebné, aby obvod zostal funkčný, aj keď na výstupné svorky nie je nič pripojené.
V týchto schémach môžu byť prítomné ďalšie zložky. Toto je poistka, ktorá je umiestnená pred transformátorom, a LED signalizácia jednotky je zapnutá, ďalšie vyhladzovacie kondenzátory a ďalší zosilňovací tranzistor a spínač. Všetky z nich komplikujú obvod, ale zvyšujú funkčnosť zariadenia.

Výpočet a výber rádiových komponentov pre najjednoduchšie napájanie

Transformátor je zvolený podľa dvoch hlavných kritérií - napätie sekundárneho vinutia a výkon. Existujú aj ďalšie parametre, ale v materiáli nie sú zvlášť dôležité. Ak potrebujete napájanie, napríklad pri 12 V, musíte vybrať transformátor, aby ste ho mohli zo svojho sekundárneho vinutia trochu odstrániť. S rovnakou silou - berieme s malou rezervou.
Hlavným parametrom diodového mostíka je maximálny prúd, ktorý môže prejsť. Na túto vlastnosť sa oplatí zamerať predovšetkým. Pozrime sa na niekoľko príkladov. Jednotka sa použije na napájanie zariadenia, ktoré spotrebováva prúd 1 A. To znamená, že diódový most musí byť odobratý na približne 1,5 A. Predpokladajme, že plánujete napájať 12-voltové zariadenie s výkonom 30 wattov. To znamená, že spotreba prúdu bude asi 2,5 A. V súlade s tým musí byť diódový mostík najmenej 3 A. V takom jednoduchom obvode môžu byť zanedbané jeho ďalšie charakteristiky (maximálne napätie atď.).
Ďalej stojí za zmienku, že diódový mostík nemôže byť pripravený, ale zostaviť ho zo štyroch diód. V tomto prípade musí byť každý z nich dimenzovaný na prúd prechádzajúci obvodom.
Na výpočet kapacity vyhladzovacieho kondenzátora sa používajú skôr zložité vzorce, ktoré sú v tomto prípade zbytočné. Spravidla sa berie kapacita 1000 - 200 μF, čo bude stačiť na jednoduché napájanie. Môžete si vziať kondenzátor a ďalšie, ale to výrazne zvýši náklady na produkt. Ďalším dôležitým parametrom je maximálne napätie. Podľa toho je kondenzátor zvolený v závislosti od toho, aké napätie bude v obvode prítomné.
Malo by sa pamätať na to, že v intervale medzi diódovým mostíkom a zenerovou diódou po zapnutí vyhladzovacieho kondenzátora bude napätie približne o 30% vyššie ako na svorkách transformátora. To znamená, že ak urobíte 12 V napájanie a transformátor vydá s rezervou 15 V, potom v tejto časti, kvôli vyhladzovaciemu kondenzátoru, bude to približne 19,5 V. Preto by malo byť navrhnuté pre toto napätie (najbližšia štandardná hodnota) 25 V).
Druhý vyhladzovací kondenzátor v obvode (C2) sa obvykle berie s malou kapacitanciou - od 100 do 470 mikroffarád. Napätie v tejto časti obvodu bude už stabilizované, napríklad na úroveň 12 V. Preto by mal byť na tento účel navrhnutý kondenzátor (najbližšia štandardná hodnota je 16 V).
A čo keď kondenzátory požadovaných ratingov nie sú k dispozícii a vy sa zdráhate ísť do obchodu (alebo nie je zakázaný ich nákup)? V tomto prípade je celkom možné použiť paralelné pripojenie niekoľkých kondenzátorov s nízkou kapacitou. Je potrebné poznamenať, že maximálne prevádzkové napätie pri takomto pripojení nebude spočítané!
Zenerova dióda je vybraná v závislosti od toho, aké napätie musíme dostať na výstup napájacieho zdroja. Ak nie je k dispozícii vhodné hodnotenie, možno do série zapojiť niekoľko kusov. Stabilizované napätie sa v tomto prípade pripočíta. Napríklad v situácii, keď potrebujeme 12 V a sú k dispozícii iba dve zenerove diódy s napätím 6 V. Tým, že ich zapojíte do série, získate požadované napätie. Je potrebné poznamenať, že na získanie priemernej nominálnej hodnoty nebude paralelné spojenie dvoch zenerových diód fungovať.
Je možné zvoliť odpor obmedzujúci prúd pre Zenerovu diódu čo najpresnejšie iba experimentálne. Za týmto účelom je už zapojený odpor (približne 1 kOhm) v už pracujúcom obvode (napríklad na doštičke) a medzi obvod a zenerovu diódu je umiestnený ampérmeter a variabilný odpor. Po zapnutí obvodu je potrebné otočiť rukoväťou variabilného odporu, až kým požadovaný menovitý stabilizačný prúd nebude pretekať cez obvodovú časť (uvedené v charakteristikách zenerovej diódy).
Zosilňovací tranzistor je vybraný podľa dvoch hlavných kritérií. Po prvé, pre uvažovaný obvod musí nevyhnutne ísť o štruktúru n-p-n. Po druhé, v charakteristikách existujúceho tranzistora sa musíte pozrieť na maximálny prúd kolektora. Malo by byť o niečo väčšie ako maximálny prúd, pre ktorý bude zostavený napájací zdroj navrhnutý.
Zaťažovací odpor v typických schémach sa berie s menovitou hodnotou 1 kOhm až 10 kOhm. Menší odpor by sa nemal brať, pretože v prípade, keď nie je napájanie napájané, pretečie cez tento odpor príliš veľa prúdu a horí.

Dizajn a výroba dosiek s plošnými spojmi

Teraz stručne zvážte dobrý príklad vývoja a montáže stabilizovaného napájacieho zdroja pre domácich majstrov. Najprv je potrebné nájsť všetky komponenty prítomné v obvode. Ak neexistujú kondenzátory, odpory alebo zenerove diódy s požadovanými hodnotami, ukončíme situáciu vyššie opísaným spôsobom.
Ďalej budete musieť navrhnúť a vyrobiť dosku plošných spojov pre naše zariadenie. Pre začiatočníkov je najlepšie používať jednoduchý a, čo je najdôležitejšie, slobodný softvér, napríklad Sprint Layout.
Na virtuálnu dosku umiestňujeme všetky komponenty podľa zvolenej schémy. Optimalizujeme ich umiestnenie a upravujeme ich podľa toho, aké konkrétne podrobnosti sú k dispozícii. V tejto fáze sa odporúča skontrolovať skutočné rozmery komponentov a porovnať ich s tými, ktoré sa pridali do vyvinutej schémy. Venujte osobitnú pozornosť polarite elektrolytických kondenzátorov, umiestneniu terminálov tranzistora, zenerovej diódy a dióde.
Ak do napájacieho zdroja idete pridať signálnu LED, môže byť zapojená do obvodu pred zenerovou diódou aj po nej (najlepšie). Na výber odporu obmedzujúceho prúd je potrebné vykonať nasledujúci výpočet. Odčítajte úbytok napätia na LED od napätia časti obvodu a výsledok vydelte menovitým prúdom jeho napájacieho zdroja. Príklad. V oblasti, do ktorej plánujeme pripojiť signálnu LED, je stabilizované 12 V. Pokles napätia pre štandardné LED je približne 3 V a nominálny napájací prúd je 20 mA (0,02 A). Zistíme, že odpor odporu obmedzujúceho prúd je R = 450 Ohmov.

Zostava na kontrolu komponentov a napájanie

Po vývoji dosky v programe ju preneste na laminát, leptajte, lepte stopy a odstráňte prebytočný tok.
Potom nainštalujeme komponenty rádia. Tu stojí za to povedať, že nebude zbytočné okamžite skontrolovať ich výkon, najmä ak nie sú nové. Ako a čo skontrolovať?
Vinutie transformátora sa kontroluje ohmmetrom. Tam, kde je väčší odpor, existuje primárne vinutie. Ďalej ho musíte pripojiť k sieti a ubezpečiť sa, že poskytuje požadované znížené napätie. Pri jeho meraní buďte veľmi opatrní. Tiež si všimnite, že výstupné napätie je variabilné, preto je na voltmetri aktivovaný zodpovedajúci režim.
Odpory sa kontrolujú ohmmetrom. Zenerova dióda by mala „zvoniť“ iba jedným smerom. Kontrolujeme diódový most podľa schémy. Diódy, ktoré sú do nej zabudované, musia viesť prúd iba jedným smerom. Na kontrolu kondenzátorov budete potrebovať špeciálne zariadenie na meranie elektrickej kapacity. V tranzistore štruktúry n-p-n musí prúd prúdiť zo základne do žiariča a do kolektora. V iných smeroch by nemal prúdiť.
Najlepšie je začať s montážou malých častí - odporov, zenerovej diódy, LED. Potom sú kondenzátory spájkované, diódový mostík.
Venujte osobitnú pozornosť procesu inštalácie výkonného tranzistora. Ak zmiešate jeho závery, schéma nebude fungovať. Okrem toho bude tento komponent zohrievaný pomerne silne pod zaťažením, pretože musí byť nainštalovaný na chladiči.
Posledná nainštalovaná je najväčšia časť - transformátor. Ďalej k záverom svojho primárneho vinutia sa spájkuje sieťová zástrčka s drôtom. Na výstupe z napájacieho zdroja sú tiež poskytnuté káble.
Zostáva len dôkladne skontrolovať správnu inštaláciu všetkých komponentov, opláchnuť zvyšky toku a zapnúť napájanie. Ak je všetko urobené správne, potom LED dióda svieti a na výstupe multimeter zobrazí požadované napätie.