Napájení zenerovy diody a tranzistoru

Stabilizovaný napájecí zdroj uvažovaný níže je jedním z prvních zařízení, která jsou sestavena začátečníky. Jedná se o velmi jednoduché, ale velmi užitečné zařízení. K jeho montáži nejsou zapotřebí drahé komponenty, které se v závislosti na požadovaných vlastnostech zdroje napájení snadno vyzvednou pro začátečníky.
Materiál bude také užitečný pro ty, kteří chtějí podrobněji porozumět účelu a výpočtu nejjednodušších rádiových komponent. Zejména se dozvíte podrobně o takových součástech zdroje napájení, jako jsou:

• výkonový transformátor;
• diodový můstek;
• vyhlazovací kondenzátor;
• zenerova dioda;
• rezistor pro Zenerovu diodu;
• tranzistor
• zatěžovací odpor;
• LED a odpor za to.

V článku je také podrobně popsáno, jak vybrat rádiové komponenty pro vaše napájení a co dělat, pokud není požadováno jmenovité hodnocení. Vývoj desky s plošnými spoji bude jasně zobrazen a budou odhaleny nuance této operace. Několik slov se říká konkrétně o kontrole rádiových komponentů před pájením, o sestavení zařízení a jeho testování.

Typický stabilizovaný napájecí obvod

Dnes existuje celá řada různých schémat napájení se stabilizací napětí. Jedna z nejjednodušších konfigurací, se kterou by měl začínající začínat, je postavena pouze na dvou klíčových komponentech - zenerově diodě a výkonném tranzistoru. V obvodu jsou samozřejmě další podrobnosti, ale jsou pomocné.
Je obvyklé rozebírat obvody v elektronice ve směru, kterým jimi protéká proud. U zdroje napájení se stabilizací napětí vše začíná transformátorem (TR1). Provádí několik funkcí najednou. Zaprvé, transformátor snižuje síťové napětí. Za druhé, zajišťuje provoz obvodu. Zatřetí, napájí zařízení připojené k jednotce.
Diodový můstek (BR1) - je určen k usměrnění sníženého síťového napětí. Jinými slovy, vstupuje do něj střídavé napětí a výstup je již konstantní. Samotný zdroj napájení ani zařízení, která k němu budou připojena, nebudou fungovat bez diodového můstku.
K odstranění zvlnění přítomných v domácí síti je zapotřebí vyhlazovací elektrolytický kondenzátor (C1). V praxi způsobují rušení, které nepříznivě ovlivňuje provoz elektrických spotřebičů. Pokud například vezmeme zesilovač zvuku napájený z napájecího zdroje bez vyhlazovacího kondenzátoru, budou tyto velmi vlnky ve sloupcích jasně slyšitelné ve formě cizího šumu. Jiná zařízení mohou způsobovat rušení, poruchu a další problémy.
Zenerova dioda (D1) je součástí napájecího zdroje, který stabilizuje úroveň napětí. Skutečnost je taková, že transformátor bude produkovat požadovaných 12 V (například) pouze tehdy, když je zásuvka přesně 230 V. V praxi však takové podmínky neexistují. Napětí může poklesnout i zvýšit. Stejný transformátor dá na výstupu. Zenerova dioda díky svým vlastnostem vyrovnává nízké napětí bez ohledu na přepětí v síti. Aby tato komponenta fungovala správně, je zapotřebí odporový omezovač proudu (R1). O tom podrobněji níže.
Tranzistor (Q1) - potřebný pro zesílení proudu. Faktem je, že zenerova dioda není schopna projít skrz sebe veškerý proud spotřebovaný zařízením. Navíc bude pracovat správně pouze v určitém rozsahu, například od 5 do 20 mA. Pro napájení jakéhokoli zařízení to není upřímně dostačující. S tímto problémem se vyrovnává výkonný tranzistor, jehož otevírání a zavírání je řízeno zenerovou diodou.
Vyhlazovací kondenzátor (C2) - navržen pro stejný jako výše uvedený C1. Typické stabilizované napájecí obvody také obsahují zátěžový rezistor (R2). Je nutné, aby obvod zůstal funkční, i když k výstupním svorkám nebude nic připojeno.
V těchto schématech mohou být přítomny další složky. Toto je pojistka, která je umístěna před transformátorem, a LED signalizace jednotky je zapnutá, další vyhlazovací kondenzátory a další zesilovací tranzistor a spínač. Všechny z nich komplikují obvod, ale zvyšují funkčnost zařízení.

Výpočet a výběr rádiových komponent pro nejjednodušší napájení

Transformátor je vybrán podle dvou hlavních kritérií - napětí sekundárního vinutí a výkonu. Existují další parametry, ale v materiálu nejsou zvlášť důležité. Pokud potřebujete napájení, řekněme při 12 V, musí být transformátor vybrán tak, aby mohl být odstraněn o něco více ze svého sekundárního vinutí. Se silou stejnou - bereme s malým rozpětím.
Hlavním parametrem diodového můstku je maximální proud, který může projít. V první řadě je třeba se na tuto vlastnost zaměřit. Podívejme se na několik příkladů. Jednotka bude použita k napájení zařízení, které spotřebovává proud 1 A. To znamená, že diodový můstek musí být odebrán při asi 1,5 A. Předpokládejme, že plánujete napájení 12 V zařízení s výkonem 30 wattů. To znamená, že spotřeba proudu bude asi 2,5 A. V souladu s tím musí být diodový můstek alespoň 3 A. V takovém jednoduchém obvodu mohou být zanedbány jeho další vlastnosti (maximální napětí atd.).
Navíc stojí za zmínku, že diodový můstek nemůže být připraven, ale sestavit jej ze čtyř diod. V tomto případě musí být každá z nich dimenzována na proud procházející obvodem.
Pro výpočet kapacity vyhlazovacího kondenzátoru se používají spíše složité vzorce, které jsou v tomto případě zbytečné. Obvykle je odebrána kapacita 1000-2200 μF, což bude stačit pro jednoduché napájení. Můžete si vzít kondenzátor a další, ale to výrazně zvýší náklady na produkt. Dalším důležitým parametrem je maximální napětí. Podle toho je kondenzátor vybrán v závislosti na tom, jaké napětí bude v obvodu přítomno.
Je třeba mít na paměti, že v intervalu mezi diodovým můstkem a zenerovou diodou po zapnutí vyhlazovacího kondenzátoru bude napětí přibližně o 30% vyšší než na svorkách transformátoru. To znamená, že pokud provedete napájení 12 V a transformátor vydá s rezervou 15 V, pak v této části bude kvůli vyhlazovacímu kondenzátoru přibližně 19,5 V. Proto by mělo být navrženo pro toto napětí (nejbližší standardní jmenovitá hodnota) 25 V).
Druhý vyhlazovací kondenzátor v obvodu (C2) se obvykle přijímá s malou kapacitou - od 100 do 470 mikroffarád. Napětí v této části obvodu bude již stabilizováno, například na úroveň 12 V. K tomu by měl být kondenzátor zkonstruován (nejbližší standardní jmenovitá hodnota je 16 V).
A co když kondenzátory požadovaných jmenovitých hodnot nejsou k dispozici, a vy se zdráháte jít do obchodu (nebo prostě neexistuje touha je koupit)? V tomto případě je docela možné použít paralelní zapojení několika kondenzátorů nižší kapacity. Je třeba si uvědomit, že maximální provozní napětí při takovém připojení nebude sečteno!
Zenerova dioda je vybrána v závislosti na tom, jaké napětí musíme dostat na výstup napájecího zdroje. Pokud není k dispozici vhodné hodnocení, lze do série zapojit několik kusů. Stabilizované napětí bude v tomto případě sečteno. Vezměte například situaci, kdy potřebujeme 12 V a jsou k dispozici pouze dvě zenerovy diody o napětí 6 V. Připojením do série získáme požadované napětí. Je třeba poznamenat, že pro získání průměrné jmenovité hodnoty nebude paralelní připojení dvou zenerových diod fungovat.
Je možné vybrat odpor omezující proud pro Zenerovu diodu co nejpřesněji pouze experimentálně. K tomu je již zapojený rezistor přibližně 1 kOhm (například na prkénku) a mezi obvod a zenerovou diodu je umístěn ampérmetr a variabilní rezistor. Po zapnutí obvodu je nutné otáčet rukojetí variabilního rezistoru, dokud požadovaný jmenovitý stabilizační proud protéká úsekem obvodu (uvedeno ve vlastnostech zenerovy diody).
Zesilovací tranzistor je vybrán podle dvou hlavních kritérií. Zaprvé, pro uvažovaný obvod musí být nutně struktura n-p-n. Za druhé, v charakteristice existujícího tranzistoru je třeba se podívat na maximální proud kolektoru. Měl by být o něco větší než maximální proud, pro který bude navrženo sestavené napájení.
Zatěžovací rezistor v typických schématech se bere s nominální hodnotou 1 kOhm až 10 kOhm. Neměl by se brát menší odpor, protože v případě, že není napájen zdroj, bude přes tento odpor protékat příliš mnoho proudu a bude hořet.

Návrh a výroba desek plošných spojů

Nyní krátce zvažte dobrý příklad vývoje a montáže stabilizovaného napájení do-it-yourself. Nejprve je nutné najít všechny komponenty přítomné v obvodu. Pokud neexistují kondenzátory, rezistory nebo zenerovy diody s požadovanými hodnotami, ukončíme situaci výše popsaným způsobem.
Dále budete muset pro naše zařízení navrhnout a vyrobit desku s plošnými spoji. Pro začátečníky je nejlepší používat jednoduchý a hlavně svobodný software, například Sprint Layout.
Na virtuální tabuli umístíme všechny komponenty podle vybraného schématu. Optimalizujeme jejich umístění, upravujeme podle toho, jaké konkrétní podrobnosti jsou k dispozici. V této fázi se doporučuje zkontrolovat skutečné rozměry součástí a porovnat je s těmi, které byly přidány do vyvinutého schématu. Zvláštní pozornost věnujte polaritě elektrolytických kondenzátorů, umístění svorek tranzistoru, zenerovy diody a diodového můstku.
Pokud k napájení přidáte signální LED, pak může být zapojena do obvodu před zenerovou diodou i po ní (nejlépe). Aby bylo možné vybrat odpor omezující proud, je nutné provést následující výpočet. Odečtěte úbytek napětí na LED od napětí části obvodu a výsledek vydělte jmenovitým proudem jeho napájecího zdroje. Příklad. V oblasti, do které plánujeme připojit signální LED, je stabilizováno 12 V. Pokles napětí pro standardní LED je asi 3 V a jmenovitý napájecí proud je 20 mA (0,02 A). Zjistíme, že odpor odporu omezujícího proud je R = 450 Ohmů.

Sestava kontroly komponent a napájení

Po vývoji desky v programu ji přeneste na sklolaminát, lept, lepte stopy a odstraňte přebytečný tok.
Poté nainstalujeme rádiové komponenty. Zde stojí za to říci, že nebude zbytečné okamžitě zkontrolovat jejich výkon, zejména pokud nejsou nové. Jak a co zkontrolovat?
Vinutí transformátoru se kontrolují ohmmetrem. Tam, kde je větší odpor, existuje primární vinutí. Dále jej musíte připojit k síti a ujistit se, že poskytuje požadované snížené napětí. Při jeho měření buďte velmi opatrní. Také si všimněte, že výstupní napětí je variabilní, proto je na voltmetru aktivován odpovídající režim.
Odpory jsou kontrolovány ohmmetrem. Zenerova dioda by měla „zvonit“ pouze jedním směrem. Kontrolujeme diodový můstek podle schématu. Diody, které jsou do ní zabudovány, musí vést proud pouze jedním směrem. Ke kontrole kondenzátorů budete potřebovat speciální zařízení pro měření elektrické kapacity. V tranzistoru n-p-n struktury musí proud proudit od základny k emitoru a ke kolektoru. V jiných směrech by neměla proudit.
Nejlepší je začít montovat s malými součástkami - odpory, zenerovou diodou, LED. Pak jsou kondenzátory pájeny, diodový můstek.
Věnujte zvláštní pozornost procesu instalace výkonného tranzistoru. Pokud smícháte jeho závěry, schéma nebude fungovat. Kromě toho bude tato součást při zahřívání poměrně silně zahřívána, protože musí být instalována na radiátoru.
Poslední nainstalovaná část je největší část - transformátor. Dále, k závěrům jeho primárního vinutí, je pájená síťová zástrčka s drátem. Na výstupu napájecího zdroje jsou také poskytnuty vodiče.
Zbývá pouze důkladně zkontrolovat správnou instalaci všech součástí, smýt zbytky toku a zapnout napájení. Pokud je vše provedeno správně, LED svítí a multimetr na výstupu zobrazí požadované napětí.