Fuente de alimentación en diodo zener y transistor

La fuente de alimentación estabilizada que se considera a continuación es uno de los primeros dispositivos ensamblados por jamones principiantes. Este es un dispositivo muy simple pero muy útil. Para su montaje, no se necesitan componentes caros, que son bastante fáciles de recoger para un principiante, dependiendo de las características requeridas de la fuente de alimentación.
El material también será útil para aquellos que deseen comprender con más detalle el propósito y el cálculo de los componentes de radio más simples. En particular, aprenderá en detalle sobre componentes de la fuente de alimentación como:

• transformador de potencia;
• puente de diodos;
• condensador de alisado;
• diodo zener;
• resistencia para diodo zener;
• transistor
• resistencia de carga;
• LED y resistencia para ello.

También en el artículo se describe en detalle cómo elegir componentes de radio para su fuente de alimentación y qué hacer si no hay una clasificación requerida. El desarrollo de la placa de circuito impreso se mostrará claramente y se revelarán los matices de esta operación. Se dicen algunas palabras específicamente sobre la verificación de los componentes de radio antes de soldar, así como sobre el montaje del dispositivo y su prueba.

Circuito de suministro de energía estabilizado típico

Hay muchos esquemas diferentes de fuentes de alimentación con estabilización de voltaje hoy. Pero una de las configuraciones más simples, con la que un principiante debería comenzar, se basa en solo dos componentes clave: un diodo zener y un potente transistor. Naturalmente, hay otros detalles en el circuito, pero son auxiliares.
Es costumbre desmontar circuitos en electrónica en la dirección en que la corriente fluye a través de ellos. En una fuente de alimentación con estabilización de voltaje, todo comienza con un transformador (TR1). Realiza varias funciones a la vez. En primer lugar, el transformador reduce la tensión de red. En segundo lugar, asegura el funcionamiento del circuito. En tercer lugar, alimenta el dispositivo que está conectado a la unidad.
Puente de diodos (BR1): está diseñado para rectificar la tensión de red reducida. En otras palabras, entra un voltaje alterno y la salida ya es constante. Ni la fuente de alimentación ni los dispositivos que se conectarán funcionarán sin un puente de diodos.
Se necesita un condensador electrolítico de alisado (C1) para eliminar las ondas presentes en la red doméstica. En la práctica, crean interferencias que afectan negativamente el funcionamiento de los aparatos eléctricos. Si, por ejemplo, tomamos un amplificador de sonido alimentado desde una fuente de alimentación sin un condensador de suavizado, entonces estas ondas serán claramente audibles en las columnas en forma de ruido extraño. Otros dispositivos pueden causar interferencia, mal funcionamiento y otros problemas.
El diodo Zener (D1) es un componente de la fuente de alimentación que estabiliza el nivel de voltaje. El hecho es que el transformador producirá los 12 V deseados (por ejemplo) solo cuando la toma de corriente sea exactamente 230 V. Sin embargo, en la práctica, tales condiciones no existen. El voltaje puede hundirse y aumentar. El mismo transformador dará en la salida. Debido a sus propiedades, el diodo zener iguala el bajo voltaje independientemente de las sobretensiones en la red. Para que este componente funcione correctamente, se necesita una resistencia limitadora de corriente (R1). Sobre esto con más detalle a continuación.
Transistor (Q1): necesario para amplificar la corriente. El hecho es que el diodo zener no puede pasar por sí mismo toda la corriente consumida por el dispositivo. Además, funcionará correctamente solo en un cierto rango, por ejemplo, de 5 a 20 mA. Para alimentar cualquier dispositivo, francamente no es suficiente. Un potente transistor hace frente a este problema, cuya apertura y cierre están controlados por un diodo zener.
Condensador de suavizado (C2): diseñado para el mismo que el anterior C1. Los circuitos de suministro de energía estabilizados típicos también incluyen una resistencia de carga (R2). Es necesario para que el circuito permanezca operativo cuando no hay nada conectado a los terminales de salida.
Otros componentes pueden estar presentes en tales esquemas. Este es un fusible que se coloca frente al transformador, y un LED que indica que la unidad está encendida, condensadores de suavizado adicionales y otro transistor amplificador y un interruptor. Todos ellos complican el circuito, sin embargo, aumentan la funcionalidad del dispositivo.

Cálculo y selección de componentes de radio para la fuente de alimentación más simple.

El transformador se selecciona de acuerdo con dos criterios principales: voltaje del devanado secundario y potencia. Hay otros parámetros, pero dentro del material no son particularmente importantes. Si necesita una fuente de alimentación, digamos, a 12 V, entonces el transformador debe seleccionarse para que pueda retirarse un poco más de su devanado secundario. Con potencia de todos modos, tomamos con un pequeño margen.
El parámetro principal del puente de diodos es la corriente máxima que puede pasar. Vale la pena centrarse en esta característica en primer lugar. Veamos algunos ejemplos. La unidad se usará para alimentar un dispositivo que consume una corriente de 1 A. Esto significa que el puente de diodos debe tomarse a aproximadamente 1.5 A. Suponga que planea alimentar un dispositivo de 12 voltios con una potencia de 30 vatios. Esto significa que el consumo de corriente será de aproximadamente 2,5 A. En consecuencia, el puente de diodos debe ser de al menos 3 A. Sus otras características (voltaje máximo, etc.) pueden descuidarse en un circuito tan simple.
Además, vale la pena decir que el puente de diodos no puede prepararse, sino ensamblarlo a partir de cuatro diodos. En este caso, cada uno de ellos debe estar clasificado para la corriente que pasa por el circuito.
Para calcular la capacidad del condensador de suavizado, se utilizan fórmulas bastante complejas, que en este caso son inútiles. Por lo general, se toma una capacitancia de 1000-2200 μF, y esto será suficiente para una fuente de alimentación simple. Puede tomar un condensador y más, pero esto aumentará significativamente el costo del producto. Otro parámetro importante es el voltaje máximo. Según esto, el condensador se selecciona dependiendo de qué voltaje estará presente en el circuito.
Debe tenerse en cuenta que en el intervalo entre el puente de diodos y el diodo zener después de encender el condensador de suavizado, el voltaje será aproximadamente un 30% más alto que en los terminales del transformador. Es decir, si realiza una fuente de alimentación de 12 V y el transformador se apaga con un margen de 15 V, entonces, en esta sección, debido al condensador de suavizado, será de aproximadamente 19.5 V. En consecuencia, debe estar diseñado para este voltaje (la clasificación estándar más cercana 25 V).
El segundo condensador de suavizado en el circuito (C2) generalmente se toma con una capacitancia pequeña: de 100 a 470 microfaradios. El voltaje en esta sección del circuito ya estará estabilizado, por ejemplo, al nivel de 12 V. En consecuencia, el condensador debe estar diseñado para esto (la clasificación estándar más cercana es 16 V).
¿Y qué pasa si los condensadores de las clasificaciones requeridas no están disponibles y usted es reacio a ir a la tienda (o simplemente no desea comprarlos)? En este caso, es bastante posible utilizar la conexión en paralelo de varios condensadores de menor capacidad. ¡Debe tenerse en cuenta que la tensión de funcionamiento máxima con dicha conexión no se sumará!
El diodo zener se selecciona en función del voltaje que necesitamos obtener en la salida de la fuente de alimentación. Si no hay una clasificación adecuada, se pueden conectar varias piezas en serie. La tensión estabilizada, en este caso, se sumará. Por ejemplo, tomemos la situación cuando necesitamos obtener 12 V, y solo hay dos diodos zener a 6 V. Están disponibles al conectarlos en serie, obtenemos el voltaje deseado. Vale la pena señalar que para obtener un valor nominal promedio, la conexión en paralelo de dos diodos zener no funcionará.
Es posible seleccionar la resistencia limitadora de corriente para el diodo zener con la mayor precisión posible solo experimentalmente. Para hacer esto, se incluye una resistencia de aproximadamente 1 kOhm en el circuito que ya funciona (por ejemplo, en una placa de pruebas), y se colocan un amperímetro y una resistencia variable entre el circuito y el diodo zener. Después de encender el circuito, es necesario rotar el mango de la resistencia variable hasta que la corriente de estabilización nominal requerida fluya a través de la sección del circuito (indicado en las características del diodo zener).
El transistor amplificador se selecciona de acuerdo con dos criterios principales. En primer lugar, para el circuito en consideración, debe ser necesariamente una estructura n-p-n. En segundo lugar, en las características del transistor existente, debe observar la corriente máxima del colector. Debe ser ligeramente mayor que la corriente máxima para la que se diseñará la fuente de alimentación ensamblada.
La resistencia de carga en esquemas típicos se toma con un valor nominal de 1 kOhm a 10 kOhm. No debe tomarse menos resistencia, porque en el caso de que la fuente de alimentación no esté cargada, fluirá demasiada corriente a través de esta resistencia y se quemará.

Diseño y fabricación de placas de circuito impreso.

Ahora, considere brevemente un buen ejemplo del desarrollo y montaje de una fuente de alimentación estabilizada de bricolaje. En primer lugar, es necesario encontrar todos los componentes presentes en el circuito. Si no hay condensadores, resistencias o diodos zener de las clasificaciones requeridas, salimos de la situación de la manera descrita anteriormente.
A continuación, deberá diseñar y fabricar una placa de circuito impreso para nuestro dispositivo. Para los principiantes, es mejor usar software simple y, lo más importante, gratuito, por ejemplo, Sprint Layout.
Colocamos en el tablero virtual todos los componentes de acuerdo con el esquema seleccionado. Optimizamos su ubicación, ajustamos según los detalles específicos disponibles. En esta etapa, se recomienda verificar dos veces las dimensiones reales de los componentes y compararlas con las agregadas al esquema desarrollado. Preste especial atención a la polaridad de los condensadores electrolíticos, la ubicación de los terminales del transistor, el diodo zener y el puente de diodos.
Si va a agregar un LED de señal a la fuente de alimentación, entonces puede incluirse en el circuito antes y después del diodo zener (preferiblemente). Para seleccionar una resistencia limitadora de corriente, es necesario realizar el siguiente cálculo. Reste la caída de voltaje en el LED del voltaje de la sección del circuito y divida el resultado por la corriente nominal de su fuente de alimentación. Un ejemplo En el área a la que planeamos conectar el LED de señal, hay 12 V. estabilizados. La caída de voltaje para los LED estándar es de aproximadamente 3 V, y la corriente de suministro nominal es de 20 mA (0.02 A). Obtenemos que la resistencia de la resistencia limitadora de corriente es R = 450 Ohms.

Inspección de componentes y conjunto de fuente de alimentación

Después de desarrollar el tablero en el programa, transfiéralo a fibra de vidrio, grabe, pegue las pistas y elimine el exceso de flujo.
Después de eso, instalamos los componentes de la radio. Vale la pena decir aquí que no será superfluo verificar inmediatamente su rendimiento, especialmente si no son nuevos. ¿Cómo y qué verificar?
Los devanados del transformador se verifican con un ohmímetro. Donde hay más resistencia, está el devanado primario. A continuación, debe conectarlo a la red y asegurarse de que proporcione el voltaje reducido requerido. Al medirlo, tenga mucho cuidado. También tenga en cuenta que el voltaje de salida es variable, por lo tanto, el modo correspondiente se activa en el voltímetro.
Las resistencias se verifican con un ohmímetro. El diodo zener debe "sonar" solo en una dirección. Verificamos el puente de diodos de acuerdo con el esquema. Los diodos integrados en él deben conducir la corriente en una sola dirección. Para verificar los condensadores necesitará un dispositivo especial para medir la capacitancia eléctrica. En el transistor de una estructura n-p-n, la corriente debe fluir desde la base al emisor y al colector. En otras direcciones, no debe fluir.
Es mejor comenzar a ensamblar con piezas pequeñas: resistencias, un diodo zener, un LED. Luego se sueldan los condensadores, el puente de diodos.
Presta especial atención al proceso de instalación de un potente transistor. Si mezcla sus conclusiones, el esquema no funcionará. Además, este componente se calentará bastante bajo carga, ya que debe instalarse en un radiador.
La última en instalarse es la parte más grande: el transformador. Además, según las conclusiones de su devanado primario, se suelda un enchufe de red con un cable. En la salida de la fuente de alimentación, también se proporcionan cables.
Solo queda verificar minuciosamente la instalación correcta de todos los componentes, eliminar los residuos de fundente y encender la fuente de alimentación. Si todo se hace correctamente, el LED se iluminará y, en la salida, el multímetro mostrará el voltaje deseado.