Stromversorgung über Zenerdiode und Transistor

Das unten beschriebene stabilisierte Netzteil ist eines der ersten Geräte, die von Anfängerschinken zusammengebaut werden. Dies ist ein sehr einfaches, aber sehr nützliches Gerät. Für die Montage werden keine teuren Bauteile benötigt, die für einen Anfänger je nach den geforderten Eigenschaften des Netzteils recht einfach zu beschaffen sind.
Das Material ist auch für diejenigen nützlich, die den Zweck und die Berechnung der einfachsten Funkkomponenten genauer verstehen möchten. Insbesondere lernen Sie im Detail solche Komponenten des Netzteils kennen, wie:

• Leistungstransformator;
• Diodenbrücke;
• Glättungskondensator;
• Zenerdiode;
• Widerstand für Zenerdiode;
• Transistor
• Lastwiderstand;
• LED und Widerstand dafür.

Außerdem wird im Artikel ausführlich beschrieben, wie Sie Funkkomponenten für Ihre Stromversorgung auswählen und was zu tun ist, wenn keine erforderliche Bewertung vorliegt. Die Entwicklung der Leiterplatte wird anschaulich dargestellt und die Feinheiten dieses Vorgangs aufgezeigt. Ein paar Worte speziell über die Überprüfung von Funkkomponenten vor dem Löten sowie über die Montage und Prüfung des Geräts.

Typischer stabilisierter Stromversorgungskreis

Es gibt heutzutage viele verschiedene Stromversorgungsschemata mit Spannungsstabilisierung. Eine der einfachsten Konfigurationen, mit denen ein Anfänger beginnen sollte, besteht jedoch nur aus zwei Schlüsselkomponenten - einer Zenerdiode und einem leistungsstarken Transistor. Natürlich gibt es andere Details in der Schaltung, aber sie sind Hilfsmittel.
Es ist üblich, Schaltkreise in der Elektronik in der Richtung zu zerlegen, in der sie von Strom durchflossen werden. Bei einem Netzteil mit Spannungsstabilisierung beginnt alles mit einem Transformator (TR1). Es führt mehrere Funktionen gleichzeitig aus. Erstens senkt der Transformator die Netzspannung. Zweitens stellt es den Betrieb der Schaltung sicher. Drittens wird das an das Gerät angeschlossene Gerät mit Strom versorgt.
Diodenbrücke (BR1) - dient zur Gleichrichtung reduzierter Netzspannung. Das heißt, es wird eine Wechselspannung angelegt und die Leistung ist bereits konstant. Weder das Netzteil selbst noch die daran angeschlossenen Geräte funktionieren ohne Diodenbrücke.
Ein glättender Elektrolytkondensator (C1) wird benötigt, um die im Haushaltsnetz vorhandenen Welligkeiten zu beseitigen. In der Praxis verursachen sie Störungen, die den Betrieb elektrischer Geräte beeinträchtigen. Nehmen wir zum Beispiel einen Schallverstärker, der von einem Netzteil ohne Glättungskondensator gespeist wird, dann sind diese Wellen in den Spalten in Form von Fremdgeräuschen deutlich zu hören. Andere Geräte können Störungen, Fehlfunktionen und andere Probleme verursachen.
Die Zenerdiode (D1) ist eine Komponente der Stromversorgung, die den Spannungspegel stabilisiert. Tatsache ist, dass der Transformator die gewünschten 12 V (zum Beispiel) nur dann erzeugt, wenn die Steckdose genau 230 V beträgt. In der Praxis gibt es solche Bedingungen jedoch nicht. Die Spannung kann sowohl durchhängen als auch ansteigen. Der gleiche Transformator wird am Ausgang geben. Aufgrund ihrer Eigenschaften gleicht die Zenerdiode die Niederspannung unabhängig von Spannungsspitzen im Netzwerk aus. Damit diese Komponente ordnungsgemäß funktioniert, ist ein Strombegrenzungswiderstand (R1) erforderlich. Darüber weiter unten.
Transistor (Q1) - wird benötigt, um den Strom zu verstärken. Tatsache ist, dass die Zenerdiode nicht in der Lage ist, den gesamten vom Gerät verbrauchten Strom durch sich selbst zu leiten. Außerdem funktioniert es nur in einem bestimmten Bereich, beispielsweise von 5 bis 20 mA, korrekt. Um Geräte mit Strom zu versorgen, reicht dies offen gesagt nicht aus. Diesem Problem begegnet ein leistungsfähiger Transistor, dessen Öffnen und Schließen von einer Zenerdiode gesteuert wird.
Glättungskondensator (C2) - Entspricht dem obigen C1. Typische stabilisierte Stromversorgungsschaltungen enthalten auch einen Lastwiderstand (R2). Es wird benötigt, damit die Schaltung betriebsbereit bleibt, wenn nichts an die Ausgangsanschlüsse angeschlossen ist.
In solchen Schemata können andere Komponenten vorhanden sein. Hierbei handelt es sich um eine Sicherung, die vor dem Transformator angebracht ist, und eine LED, die das Einschalten des Geräts signalisiert, sowie zusätzliche Glättungskondensatoren, einen weiteren Verstärkungstransistor und einen Schalter. Alle von ihnen erschweren die Schaltung, erhöhen jedoch die Funktionalität des Gerätes.

Berechnung und Auswahl von Funkkomponenten für die einfachste Stromversorgung

Der Transformator wird nach zwei Hauptkriterien ausgewählt - Spannung der Sekundärwicklung und Leistung. Es gibt andere Parameter, aber innerhalb des Materials sind sie nicht besonders wichtig. Wenn Sie eine Spannungsversorgung von beispielsweise 12 V benötigen, muss der Transformator so ausgewählt werden, dass er ein wenig weiter von seiner Sekundärwicklung entfernt werden kann. Mit Kraft trotzdem - wir nehmen mit einem kleinen Vorsprung.
Der Hauptparameter der Diodenbrücke ist der maximale Strom, den sie durchlassen kann. Es lohnt sich, sich zunächst auf dieses Merkmal zu konzentrieren. Schauen wir uns einige Beispiele an. Das Gerät wird zur Stromversorgung eines Geräts verwendet, das einen Strom von 1 A verbraucht. Dies bedeutet, dass die Diodenbrücke bei ca. 1,5 A abgenommen werden muss. Angenommen, Sie planen die Stromversorgung eines 12-Volt-Geräts mit einer Leistung von 30 Watt. Dies bedeutet, dass der Stromverbrauch ungefähr 2,5 A beträgt. Dementsprechend muss die Diodenbrücke mindestens 3 A betragen. Ihre anderen Eigenschaften (maximale Spannung usw.) können in einer solch einfachen Schaltung vernachlässigt werden.
Ergänzend ist anzumerken, dass die Diodenbrücke nicht fertig genommen werden kann, sondern aus vier Dioden zusammengebaut wird. In diesem Fall muss jeder von ihnen für den Strom ausgelegt sein, der durch den Stromkreis fließt.
Zur Berechnung der Kapazität des Glättungskondensators werden recht komplexe Formeln verwendet, die in diesem Fall unbrauchbar sind. Typischerweise wird eine Kapazität von 1000-2200 μF verwendet, was für eine einfache Stromversorgung ausreicht. Sie können einen Kondensator und mehr mitnehmen, dies erhöht jedoch die Produktkosten erheblich. Ein weiterer wichtiger Parameter ist die maximale Spannung. Entsprechend wird der Kondensator in Abhängigkeit davon ausgewählt, welche Spannung in der Schaltung vorhanden sein wird.
Es ist zu beachten, dass im Intervall zwischen Diodenbrücke und Zenerdiode nach dem Einschalten des Glättungskondensators die Spannung ca. 30% höher ist als an den Klemmen des Transformators. Das heißt, wenn Sie eine 12-V-Stromversorgung herstellen und der Transformator mit einer Toleranz von 15 V ausgibt, beträgt er in diesem Abschnitt aufgrund des Glättungskondensators ungefähr 19,5 V. Dementsprechend sollte er für diese Spannung ausgelegt sein (der nächstliegende Standardwert) 25 V).
Der zweite Glättungskondensator in der Schaltung (C2) wird normalerweise mit einer kleinen Kapazität von 100 bis 470 Mikrofarad verwendet. Die Spannung in diesem Abschnitt des Stromkreises wird bereits auf beispielsweise 12 V stabilisiert. Dementsprechend sollte der Kondensator dafür ausgelegt sein (die nächstliegende Standardbemessung beträgt 16 V).
Und was ist, wenn die Kondensatoren der erforderlichen Nennwerte nicht verfügbar sind und Sie nur ungern in den Laden gehen (oder einfach keine Kauflust haben)? In diesem Fall ist es durchaus möglich, mehrere Kondensatoren mit geringerer Kapazität parallel zu schalten. Es ist zu beachten, dass die maximale Betriebsspannung bei einem solchen Anschluss nicht aufsummiert wird!
Die Auswahl der Zenerdiode hängt davon ab, welche Spannung am Ausgang des Netzteils anliegt. Wenn keine geeignete Bewertung vorliegt, können mehrere Teile in Reihe geschaltet werden. Die stabilisierte Spannung wird in diesem Fall addiert. Nehmen wir zum Beispiel die Situation, in der 12 V benötigt werden und nur zwei Zenerdioden mit 6 V zur Verfügung stehen. Indem diese in Reihe geschaltet werden, erhalten wir die gewünschte Spannung. Es ist zu beachten, dass die Parallelschaltung von zwei Zenerdioden nicht funktioniert, um einen durchschnittlichen Nennwert zu erhalten.
Es ist nur experimentell möglich, den Strombegrenzungswiderstand für die Zenerdiode möglichst genau zu wählen. Zu diesem Zweck wird ein Widerstand von ungefähr 1 kOhm in den bereits arbeitenden Stromkreis einbezogen (beispielsweise auf einem Steckbrett), und ein Amperemeter und ein variabler Widerstand werden zwischen dem Stromkreis und der Zenerdiode angeordnet. Nach dem Einschalten des Stromkreises muss der Griff des variablen Widerstands gedreht werden, bis der erforderliche Bemessungsstabilisierungsstrom durch den Stromkreisabschnitt fließt (angegeben in den Eigenschaften der Zenerdiode).
Der Verstärkungstransistor wird nach zwei Hauptkriterien ausgewählt. Erstens muss es sich bei der betrachteten Schaltung notwendigerweise um eine n-p-n-Struktur handeln. Zweitens müssen Sie in den Eigenschaften des vorhandenen Transistors den maximalen Kollektorstrom betrachten. Sie sollte etwas größer sein als der maximale Strom, für den das montierte Netzteil ausgelegt ist.
Der Lastwiderstand wird in typischen Schemata mit einem Nennwert von 1 kOhm bis 10 kOhm angenommen. Ein geringerer Widerstand sollte nicht verwendet werden, da in dem Fall, in dem das Netzteil nicht geladen ist, zu viel Strom durch diesen Widerstand fließt und er brennt.

Design und Herstellung von Leiterplatten

Betrachten Sie nun kurz ein gutes Beispiel für die Entwicklung und den Aufbau eines stabilisierten Heimwerker-Netzteils. Zunächst müssen alle in der Schaltung vorhandenen Komponenten gefunden werden. Wenn keine Kondensatoren, Widerstände oder Zenerdioden mit den erforderlichen Nennwerten vorhanden sind, verlassen wir die Situation auf die oben beschriebenen Arten.
Als nächstes müssen Sie eine Leiterplatte für unser Gerät entwerfen und herstellen. Für Anfänger ist es am besten, einfache und vor allem kostenlose Software zu verwenden, zum Beispiel Sprint Layout.
Wir platzieren alle Komponenten gemäß dem ausgewählten Schema auf der virtuellen Platine. Wir optimieren ihren Standort und passen ihn an, je nachdem, welche Details verfügbar sind. In diesem Stadium wird empfohlen, die tatsächlichen Abmessungen der Komponenten zu überprüfen und mit denen zu vergleichen, die dem entwickelten Schema hinzugefügt wurden. Achten Sie besonders auf die Polarität der Elektrolytkondensatoren, die Lage der Anschlüsse des Transistors, der Zenerdiode und der Diodenbrücke.
Wenn Sie der Stromversorgung eine Signal-LED hinzufügen, kann diese sowohl vor als auch nach der Zenerdiode in die Schaltung einbezogen werden (vorzugsweise). Um einen Strombegrenzungswiderstand dafür auszuwählen, muss die folgende Berechnung durchgeführt werden. Subtrahieren Sie den Spannungsabfall an der LED von der Spannung des Schaltungsteils und dividieren Sie das Ergebnis durch den Nennstrom seiner Stromversorgung. Ein Beispiel. In dem Bereich, an den wir die Signal-LED anschließen möchten, sind 12 V stabilisiert. Der Spannungsabfall für Standard-LEDs beträgt ca. 3 V und der Nennversorgungsstrom 20 mA (0,02 A). Wir erhalten, dass der Widerstandswert des Strombegrenzungswiderstands R = 450 Ohm beträgt.

Komponenteninspektion und Netzteilmontage

Nachdem Sie die Platine im Programm entwickelt haben, übertragen Sie sie auf Glasfaser, ätzen Sie die Spuren, und entfernen Sie überschüssiges Flussmittel.
Danach installieren wir die Funkkomponenten. Es ist hier zu erwähnen, dass es nicht überflüssig sein wird, ihre Leistung sofort zu überprüfen, insbesondere wenn sie nicht neu sind. Wie und was ist zu prüfen?
Die Transformatorwicklungen werden mit einem Ohmmeter geprüft. Wo es mehr Widerstand gibt, gibt es die Primärwicklung. Als nächstes müssen Sie es mit dem Netzwerk verbinden und sicherstellen, dass es die erforderliche reduzierte Spannung liefert. Seien Sie beim Messen äußerst vorsichtig. Beachten Sie auch, dass die Ausgangsspannung variabel ist und daher der entsprechende Modus am Voltmeter aktiviert ist.
Widerstände werden mit einem Ohmmeter geprüft. Die Zenerdiode sollte nur in einer Richtung "klingeln". Wir prüfen die Diodenbrücke nach Schema. Die eingebauten Dioden dürfen den Strom nur in eine Richtung leiten. Zur Überprüfung der Kondensatoren benötigen Sie ein spezielles Gerät zur Messung der elektrischen Kapazität. In dem Transistor einer n-p-n-Struktur muss Strom von der Basis zum Emitter und zum Kollektor fließen. In anderen Richtungen sollte es nicht fließen.
Beginnen Sie am besten mit der Montage von Kleinteilen - Widerständen, einer Zenerdiode, einer LED. Dann werden die Kondensatoren verlötet, die Diodenbrücke.
Achten Sie besonders auf den Installationsprozess eines leistungsstarken Transistors. Wenn Sie seine Schlussfolgerungen verwechseln, funktioniert das Schema nicht. Außerdem wird dieses Bauteil unter Last sehr stark erwärmt, da es an einem Heizkörper montiert werden muss.
Der letzte zu installierende Teil ist der größte - der Transformator. Ferner wird zu den Schlussfolgerungen seiner Primärwicklung ein Netzwerkstecker mit einem Draht verlötet. Am Ausgang des Netzteils sind ebenfalls Drähte vorgesehen.
Es muss nur noch die korrekte Installation aller Komponenten gründlich überprüft, die Flussmittelreste abgewaschen und die Stromversorgung eingeschaltet werden. Wenn alles richtig gemacht wurde, leuchtet die LED und am Ausgang zeigt das Multimeter die gewünschte Spannung an.