Co je to obvod a proč musíme stavět obvod?
Než se pustím do podrobností o tom, jak je obvod navržen, dejte nám nejprve vědět, co je obvod a proč musíme obvod postavit.
Okruh je jakákoli smyčka, kterou se přenáší hmota. U elektronického obvodu je přenášenou látkou náboj elektroniky a zdrojem těchto elektronů je kladná svorka zdroje napětí. Když tento náboj teče z kladného terminálu smyčkou a dosáhne záporného terminálu, obvod je označen jako dokončený. Tento obvod se však skládá z několika komponent, které ovlivňují tok náboje mnoha způsoby. Některé mohou bránit toku náboje, jiné snadno ukládat nebo rozptýlit náboj. Některé vyžadují externí zdroj energie, jiné dodávají energii.
Existuje mnoho důvodů, proč musíme postavit obvod. Občas možná budeme muset žhnout lampu, spustit motor atd. Všechna tato zařízení - lampy, motor, LED jsou to, co nazýváme zátěží. Každá zátěž vyžaduje pro zahájení provozu určitý proud nebo napětí. Tímto napětím může být konstantní stejnosměrné napětí nebo střídavé napětí. Není však možné vytvořit obvod pouze se zdrojem a zátěží. Potřebujeme několik dalších komponent, které pomáhají při správném toku náboje a zpracovávají náboj dodávaný zdrojem tak, aby do zátěže proudilo odpovídající množství náboje.
Základní příklad - Regulovaný stejnosměrný napájecí zdroj pro provoz LED
Uveďme si základní příklad a pravidla krok za krokem při budování obvodu.
Problémové prohlášení : Navrhněte regulovaný stejnosměrný napájecí zdroj 5 V, který lze použít ke spuštění LED pomocí vstupu střídavého napětí.
Řešení : Všichni si musíte být vědomi regulovaného stejnosměrného napájení. Pokud ne, dovolte mi krátkou představu. Většina obvodů nebo elektronická zařízení vyžadují pro svou činnost stejnosměrné napětí. K napájení můžeme použít jednoduché baterie, ale hlavním problémem s bateriemi je jejich omezená životnost. Z tohoto důvodu je jediným způsobem, jak převést napájecí napětí střídavého proudu v našich domovech na požadované stejnosměrné napětí.
Vše, co potřebujeme, je převést toto střídavé napětí na stejnosměrné. Ale není to tak jednoduché, jak se zdá. Pojďme tedy mít krátkou teoretickou představu o tom, jak se střídavé napětí převádí na regulované stejnosměrné napětí.
Blokové schéma podle ElProCus
Teorie za obvodem
- Střídavé napětí ze zdroje při 230 V se nejprve sníží na nízkonapěťové střídavé napětí pomocí sestupného transformátoru. Transformátor je zařízení se dvěma vinutími - primárním a sekundárním, přičemž napětí přivedené na primární vinutí se objevuje na sekundárním vinutí na základě indukční vazby. Vzhledem k tomu, že sekundární cívka má menší počet závitů, je napětí na sekundárním obvodu menší než napětí na primárním vinutí pro sestupný transformátor.
- Toto nízké střídavé napětí je přeměněno na pulzující stejnosměrné napětí pomocí můstkového usměrňovače. Můstkový usměrňovač je uspořádání 4 diod umístěných v přemostěném tvaru, takže anoda jedné diody a katoda jiné diody jsou připojeny ke kladné svorce zdroje napětí a stejným způsobem jsou anoda a katoda dalších dvou diod připojeno k záporné svorce zdroje napětí. Také katody dvou diod jsou připojeny k kladné polaritě napětí a anoda dvou diod je připojena k záporné polaritě výstupního napětí. Pro každý poloviční cyklus je přes můstkové usměrňovače vedena opačná dvojice diod a pulzující stejnosměrné napětí.
- Takto získané pulzující stejnosměrné napětí obsahuje vlnění ve formě střídavého napětí. K odstranění těchto zvlnění je zapotřebí filtr, který odfiltruje zvlnění od stejnosměrného napětí. Kondenzátor je umístěn paralelně s výstupem tak, aby kondenzátor (kvůli své impedanci) umožňoval procházet vysokofrekvenčními střídavými signály, obcházet je na zem a blokovat nízkofrekvenční nebo stejnosměrný signál. Kondenzátor tedy funguje jako dolní propust.
- Výstupem z kondenzátorového filtru je neregulované stejnosměrné napětí. K výrobě regulovaného stejnosměrného napětí se používá regulátor, který vyvíjí konstantní stejnosměrné napětí.
Pojďme se tedy nyní pustit do navrhování jednoduchého napájecího obvodu regulovaného AC-DC, který bude pohánět LED.
Kroky při budování okruhu
Krok 1: Návrh obvodu
Abychom mohli navrhnout obvod, musíme mít představu o hodnotách jednotlivých komponent požadovaných v obvodu. Podívejme se nyní, jak navrhujeme regulovaný stejnosměrný napájecí obvod.
1. Rozhodněte, který regulátor se má použít, a jeho vstupní napětí.
Zde požadujeme konstantní napětí 5V při 20mA s kladnou polaritou výstupního napětí. Z tohoto důvodu potřebujeme regulátor, který by poskytoval výstup 5V. Ideální a efektivní volbou by byl regulátor IC LM7805. Naším dalším požadavkem je výpočet požadavku na vstupní napětí pro regulátor. U regulátoru by minimální vstupní napětí mělo být výstupní napětí přidané o hodnotu tři. V takovém případě, abychom zde měli napětí 5V, potřebujeme minimální vstupní napětí 8V. Pojďme se usadit na vstupu 12V.
7805 regulátor od Flickr
2. Rozhodněte se, který transformátor chcete použít
Nyní produkované neregulované napětí je napětí 12V. Toto je RMS hodnota sekundárního napětí požadovaného pro transformátor. Protože primární napětí je 230 V RMS, při výpočtu poměru otáček dostaneme hodnotu 19. Proto musíme získat transformátor s 230 V / 12V, tj. Transformátor 12V, 20 mA.
Sestoupit z transformátoru o Wiki
3. Rozhodněte o hodnotě filtračního kondenzátoru
Hodnota filtračního kondenzátoru závisí na množství proudu odebíraného zátěží, klidovém proudu (ideálním proudu) regulátoru, množství povoleného zvlnění stejnosměrného výstupu a období.
Aby špičkové napětí na primárním transformátoru bylo 17 V (12 * sqrt2) a celkový pokles na diodách (2 * 0,7 V) 1,4 V, špičkové napětí na kondenzátoru je přibližně 15 V. Můžeme vypočítat množství povoleného zvlnění podle vzorce níže:
∆V = VpeakCap- Vmin
Podle výpočtu je Vpeakcap = 15 V a Vmin minimální napěťový vstup pro regulátor. ∆V je tedy (15-7) = 8V.
Nyní, kapacita, C = (I * ∆t) / ∆V,
Nyní jsem součtem zatěžovacího proudu plus klidového proudu regulátoru a I = 24 mA (klidový proud je asi 4 mA a zátěžový proud je 20 mA). Také ∆t = 1 / 100Hz = 10ms. Hodnota dependst závisí na frekvenci vstupního signálu a zde je vstupní frekvence 50 Hz.
Nahrazením všech hodnot se tedy hodnota C pohybuje kolem 30 mikroFaradů. Pojďme tedy vybrat hodnotu 20microFarad.
Elektrolytický kondenzátor od Wiki
4. Určete PIV (špičkové inverzní napětí) použitých diod.
Protože špičkové napětí na sekundárním transformátoru je 17V, je celkový PIV diodového můstku přibližně (4 * 17), tj. 68V. Musíme se tedy usadit u diod s hodnocením PIV po 100 V. Nezapomeňte, že PIV je maximální napětí, které lze přivést na diodu v opačném předpětí, aniž by došlo k poruše.
Dioda PN Junction od Nojavanha
Krok 2. Kreslení a simulace obvodu
Nyní, když máte představu o hodnotách pro každou komponentu a celé schéma zapojení, pojďme se pustit do kreslení obvodu pomocí softwaru pro vytváření obvodů a simulovat ho.
Zde je náš výběr softwaru Multisim.
Multisim okno
Níže jsou uvedeny kroky k nakreslení obvodu pomocí Multisimu a jeho simulaci.
- Na panelu Windows klikněte na následující odkaz: Start >>> Programy -> Národní -> Nástroje -> Sada návrhů obvodů 11.0 -> multisim 11.0.
- Objeví se softwarové okno multisim s menubarem a mezerou připomínající prkénko, které nakreslí obvod.
- Na řádku nabídek vyberte místo -> komponenty
- Zobrazí se okno s názvem - „vyberte komponenty“
- Pod nadpisem „Databáze“ - v rozbalovací nabídce vyberte možnost „Hlavní databáze“.
- Pod nadpisem „skupina“ vyberte požadovanou skupinu. Pokud chcete jít na zdroj napětí nebo proudu nebo zem. Pokud chcete použít jakoukoli základní součást, jako je rezistor, kondenzátor atd. Tady nejdříve musíme umístit vstupní zdroj střídavého napájení, proto vyberte Zdroj -> Zdroje energie -> AC_power. Po umístění komponenty (kliknutím na tlačítko „ok“) nastavte hodnotu napětí RMS na 230 V a frekvence na 50 Hz.
- Nyní znovu v okně komponenty vyberte základní, pak transformátor, pak vyberte TS_ideal. Pro ideální transformátor je indukčnost obou cívek stejná, k dosažení výstupu máme změnu indukčnosti sekundární cívky. Nyní víme, že poměr indukčnosti cívek transformátoru se rovná druhé mocnině poměru závitů. Protože v tomto případě je požadovaný poměr otáček 19, musíme nastavit indukčnost sekundární cívky na 0,27 mH. (Primární indukčnost cívky je 100 mH).
- V okně komponent vyberte základní, poté diody a poté vyberte diodu IN4003. Vyberte 4 takové diody a umístěte je do uspořádání můstkového usměrňovače.
- Pod okny komponent vyberte basic, poté Cap _Electrolytic a vyberte hodnotu kondenzátoru na 20microFarad.
- V okně komponent vyberte napájení, poté Voltage_ Regulator a poté z rozevírací nabídky vyberte „LM7805“.
- V okně komponent vyberte diody, poté vyberte LED a z rozevírací nabídky vyberte LED_green.
- Stejným postupem vyberte rezistor s hodnotou 100 Ohmů.
- Nyní, když máme všechny komponenty a máme představu o schématu zapojení, pojďme se pustit do kreslení schématu zapojení na platformě multi sim.
- Abychom nakreslili obvod, musíme provést správné propojení mezi komponenty pomocí vodičů. Chcete-li vybrat dráty, přejděte na Místo a poté na drát. Nezapomeňte připojit komponenty, pouze když se objeví spojovací bod. V multisimu jsou spojovací vodiče označeny červenou barvou.
- Chcete-li získat indikaci napětí na výstupu, postupujte podle uvedených kroků. Přejděte na Místo, poté na „Komponenty“, poté na „indikátor“, poté na „Voltmetr“ a poté vyberte první komponentu.
- Nyní je váš obvod připraven k simulaci.
- Nyní klikněte na „Simulovat“ a poté vyberte „Spustit“.
- Nyní můžete vidět LED na výstupu blikat, což je indikováno zelenými šipkami.
- Můžete ověřit, zda dostáváte správnou hodnotu napětí napříč každou komponentou paralelním umístěním voltmetru.
Kompletní simulovaný obvodový diagram od ElProCus
Nyní máte představu o návrhu regulovaného napájecího zdroje pro zátěže, které vyžadují konstantní stejnosměrné napětí, ale co zátěže, které vyžadují proměnné stejnosměrné napětí. Nechám vás na tomto úkolu. Dále jakékoli dotazy týkající se tohoto konceptu nebo elektrických a projekty elektroniky Uveďte své nápady v sekci komentáře níže.
prosím sledujte níže uvedený odkaz pro projekty 5 v 1 bez pájení
