Fonte de alimentação no diodo zener e transistor

A fonte de alimentação estabilizada considerada abaixo é um dos primeiros dispositivos montados por presuntos iniciantes. Este é um dispositivo muito simples, mas muito útil. Para sua montagem, não são necessários componentes caros, que são fáceis de serem adquiridos para iniciantes, dependendo das características necessárias da fonte de alimentação.
O material também será útil para aqueles que desejam entender com mais detalhes a finalidade e o cálculo dos componentes de rádio mais simples. Em particular, você aprenderá em detalhes sobre componentes da fonte de alimentação como:

• transformador de potência;
• ponte de díodos;
• capacitor de alisamento;
• diodo zener;
• resistor para diodo zener;
• transistor
• resistor de carga;
• LED e resistor para isso.

Também neste artigo, é descrito em detalhes como escolher componentes de rádio para sua fonte de alimentação e o que fazer se não houver uma classificação exigida. O desenvolvimento da placa de circuito impresso será mostrado claramente e as nuances dessa operação serão reveladas. Algumas palavras são ditas especificamente sobre a verificação de componentes de rádio antes da soldagem, bem como sobre a montagem e o teste do dispositivo.

Circuito típico de fonte de alimentação estabilizada

Atualmente, existem muitos esquemas de fontes de alimentação com estabilização de tensão. Mas uma das configurações mais simples, com a qual um iniciante deve começar, é construída apenas em dois componentes principais - um diodo zener e um potente transistor. Naturalmente, existem outros detalhes no circuito, mas eles são auxiliares.
É habitual desmontar os circuitos eletrônicos na direção em que a corrente flui através deles. Em uma fonte de alimentação com estabilização de tensão, tudo começa com um transformador (TR1). Ele executa várias funções ao mesmo tempo. Primeiramente, o transformador diminui a tensão da rede. Em segundo lugar, garante o funcionamento do circuito. Em terceiro lugar, ele alimenta o dispositivo conectado à unidade.
Ponte de diodo (BR1) - foi projetada para retificar a tensão de rede reduzida. Em outras palavras, uma tensão alternada entra nela e a saída já é constante. Nem a própria fonte de alimentação nem os dispositivos que se conectam a ela funcionarão sem uma ponte de diodos.
É necessário um capacitor eletrolítico de suavização (C1) para remover as ondulações presentes na rede doméstica. Na prática, eles criam interferências que afetam adversamente a operação de aparelhos elétricos. Se, por exemplo, pegarmos um amplificador de som alimentado por uma fonte de alimentação sem um capacitor de suavização, essas mesmas ondulações serão claramente audíveis nas colunas na forma de ruído estranho. Outros dispositivos podem causar interferência, mau funcionamento e outros problemas.
O diodo Zener (D1) é um componente da fonte de alimentação que estabiliza o nível de tensão. O fato é que o transformador produzirá os 12 V desejados (por exemplo) somente quando a tomada de energia for exatamente 230 V. No entanto, na prática, essas condições não existem. A tensão pode ceder e aumentar. O mesmo transformador dará na saída. Devido às suas propriedades, o diodo zener iguala a baixa tensão, independentemente de surtos na rede. Para que este componente funcione corretamente, é necessário um resistor limitador de corrente (R1). Sobre isso em mais detalhes abaixo.
Transistor (Q1) - necessário para amplificar a corrente. O fato é que o diodo zener não é capaz de passar por si mesmo toda a corrente consumida pelo dispositivo. Além disso, ele funcionará corretamente apenas em um determinado intervalo, por exemplo, de 5 a 20 mA. Para alimentar qualquer dispositivo, isso não é o bastante. Um transistor poderoso lida com esse problema, cuja abertura e fechamento são controlados por um diodo zener.
Capacitor de suavização (C2) - projetado para o mesmo que o C1 acima. Os circuitos típicos de fonte de alimentação estabilizada também incluem um resistor de carga (R2). É necessário para que o circuito permaneça operacional quando nada estiver conectado aos terminais de saída.
Outros componentes podem estar presentes em tais esquemas. Este é um fusível que é colocado na frente do transformador, e um LED sinalizando que a unidade está ligada, e capacitores de suavização adicionais e outro transistor de amplificação e um interruptor. Todos eles complicam o circuito, no entanto, aumentam a funcionalidade do dispositivo.

Cálculo e seleção de componentes de rádio para a fonte de alimentação mais simples

O transformador é selecionado de acordo com dois critérios principais - tensão do enrolamento secundário e potência. Existem outros parâmetros, mas dentro do material eles não são particularmente importantes. Se você precisar de uma fonte de alimentação, digamos, a 12 V, o transformador deverá ser selecionado para que possa ser removido um pouco mais do seu enrolamento secundário. Com energia da mesma forma - tomamos com uma pequena margem.
O principal parâmetro da ponte de diodos é a corrente máxima que ela pode passar. Vale a pena focar nessa característica em primeiro lugar. Vejamos alguns exemplos. A unidade será usada para alimentar o dispositivo, consumindo uma corrente de 1 A. Isso significa que a ponte de diodos precisa ser tomada em cerca de 1,5 A. Suponha que você planeje alimentar qualquer dispositivo de 12 volts com uma potência de 30 watts. Isso significa que o consumo de corrente será de cerca de 2,5 A. Portanto, a ponte de diodos deve ter pelo menos 3 A. Suas outras características (tensão máxima, etc.) podem ser negligenciadas em um circuito tão simples.
Além disso, vale dizer que a ponte de diodos não pode ser preparada, mas montá-la a partir de quatro diodos. Nesse caso, cada um deles deve ser classificado para a corrente que passa pelo circuito.
Para calcular a capacidade do capacitor de suavização, são usadas fórmulas bastante complexas, que neste caso são inúteis. Normalmente, é utilizada uma capacitância de 1000 a 2200 μF, e isso será suficiente para uma fonte de alimentação simples. Você pode usar um capacitor e muito mais, mas isso aumentará significativamente o custo do produto. Outro parâmetro importante é a tensão máxima. Segundo ele, o capacitor é selecionado dependendo da voltagem presente no circuito.
Deve-se ter em mente que, no intervalo entre a ponte de diodos e o diodo zener após ligar o capacitor de suavização, a tensão será aproximadamente 30% maior que nos terminais do transformador. Ou seja, se você fizer uma fonte de alimentação de 12 V e o transformador emitir uma margem de 15 V, nesta seção, devido ao capacitor de suavização, será de aproximadamente 19,5 V. Portanto, ele deve ser projetado para essa tensão (a classificação padrão mais próxima 25 V).
O segundo capacitor de suavização no circuito (C2) é geralmente obtido com uma pequena capacitância - de 100 a 470 microfarads. A tensão nesta seção do circuito já estará estabilizada, por exemplo, para o nível de 12 V. Portanto, o capacitor deve ser projetado para isso (a classificação padrão mais próxima é de 16 V).
E se os capacitores com as classificações exigidas não estiverem disponíveis e você relutar em ir à loja (ou simplesmente não houver desejo de comprá-los)? Nesse caso, é bem possível usar a conexão paralela de vários capacitores de menor capacidade. Note-se que a tensão operacional máxima com essa conexão não será somada!
O diodo zener é selecionado dependendo da voltagem que precisamos obter na saída da fonte de alimentação. Se não houver uma classificação adequada, várias peças poderão ser conectadas em série. A tensão estabilizada, neste caso, será adicionada. Por exemplo, considere a situação em que precisamos obter 12 V e existem apenas dois diodos zener a 6 V. Ao conectá-los em série, obtemos a tensão desejada. É importante notar que, para obter um valor nominal médio, a conexão paralela de dois diodos zener não funcionará.
É possível selecionar o resistor limitador de corrente para o diodo zener com a maior precisão possível apenas experimentalmente. Para fazer isso, um resistor de aproximadamente 1 kOhm é incluído no circuito de trabalho (por exemplo, em uma tábua de pão), e um amperímetro e um resistor variável são colocados entre o circuito e o diodo zener. Depois de ligar o circuito, é necessário girar a alça do resistor variável até que a corrente de estabilização nominal necessária flua através da seção do circuito (indicado nas características do diodo zener).
O transistor de amplificação é selecionado de acordo com dois critérios principais. Primeiramente, para o circuito em consideração, ele deve necessariamente ser uma estrutura n-p-n. Em segundo lugar, nas características do transistor existente, você precisa observar a corrente máxima do coletor. Deve ser um pouco maior que a corrente máxima para a qual a fonte de alimentação montada será projetada.
O resistor de carga em esquemas típicos é obtido com um valor nominal de 1 kOhm a 10 kOhm. Menos resistência não deve ser tomada, porque no caso em que a fonte de alimentação não está carregada, muita corrente flui através desse resistor e ela queima.

Projeto e fabricação de placas de circuito impresso

Agora, considere brevemente um bom exemplo do desenvolvimento e montagem de uma fonte de alimentação estabilizada faça você mesmo. Antes de tudo, é necessário encontrar todos os componentes presentes no circuito. Se não houver capacitores, resistores ou diodos zener com as classificações necessárias, sairemos da situação das maneiras descritas acima.
Em seguida, você precisará projetar e fabricar uma placa de circuito impresso para o nosso dispositivo. Para iniciantes, é melhor usar software simples e, o mais importante, livre, por exemplo, Sprint Layout.
Colocamos na placa virtual todos os componentes de acordo com o esquema selecionado. Otimizamos sua localização, ajustamos dependendo de quais detalhes específicos estão disponíveis. Nesse estágio, é recomendável verificar novamente as dimensões reais dos componentes e compará-las com as adicionadas ao esquema desenvolvido. Preste atenção especial à polaridade dos capacitores eletrolíticos, à localização dos terminais do transistor, diodo zener e ponte de diodos.
Se você adicionar um LED de sinal à fonte de alimentação, ele poderá ser incluído no circuito antes do diodo zener e depois (de preferência). Para selecionar um resistor limitador de corrente para ele, é necessário executar o seguinte cálculo. Subtraia a queda de tensão no LED da tensão da seção do circuito e divida o resultado pela corrente nominal de sua fonte de alimentação. Um exemplo Na área em que planejamos conectar o LED de sinal, há 12 V. estabilizados. A queda de tensão para os LEDs padrão é de cerca de 3 V e a corrente de alimentação nominal é de 20 mA (0,02 A). Concluímos que a resistência do resistor limitador de corrente é R = 450 Ohms.

Inspeção de componentes e montagem da fonte de alimentação

Depois de desenvolver a placa no programa, transfira-a para fibra de vidro, decore, prenda as faixas e remova o excesso de fluxo.
Depois disso, instalamos os componentes de rádio. Vale a pena dizer aqui que não será supérfluo verificar imediatamente seu desempenho, especialmente se eles não forem novos. Como e o que verificar?
Os enrolamentos do transformador são verificados com um ohmímetro. Onde há mais resistência, há o enrolamento primário. Em seguida, você precisa conectá-lo à rede e garantir que ele forneça a voltagem reduzida necessária. Ao medi-lo, seja extremamente cuidadoso. Observe também que a tensão de saída é variável; portanto, o modo correspondente é ativado no voltímetro.
Os resistores são verificados com um ohmímetro. O diodo zener deve "tocar" apenas em uma direção. Verificamos a ponte de diodos de acordo com o esquema. Os diodos incorporados a ele devem conduzir corrente em apenas uma direção. Para verificar os capacitores, você precisará de um dispositivo especial para medir a capacitância elétrica. No transistor de uma estrutura n-p-n, a corrente deve fluir da base para o emissor e para o coletor. Em outras direções, não deve fluir.
É melhor começar a montar com peças pequenas - resistores, um diodo zener, um LED. Em seguida, os capacitores são soldados, a ponte de diodos.
Preste atenção especial ao processo de instalação de um transistor poderoso. Se você misturar as conclusões dele, o esquema não funcionará. Além disso, este componente será aquecido fortemente sob carga, porque deve ser instalado em um radiador.
O último a ser instalado é a maior parte - o transformador. Além disso, às conclusões de seu enrolamento primário, um plugue de rede com um fio é soldado. Na saída da fonte de alimentação, os fios também são fornecidos.
Resta apenas verificar cuidadosamente a instalação correta de todos os componentes, lavar os resíduos de fluxo e ligar a fonte de alimentação. Se tudo for feito corretamente, o LED acenderá e, na saída, o multímetro mostrará a tensão desejada.