Co to jest obwód i dlaczego musimy go zbudować?

Zanim przejdę do szczegółów na temat projektowania obwodu, daj nam najpierw znać, czym jest obwód i dlaczego musimy go zbudować.

Obwód to każda pętla, przez którą przenoszona jest materia. W obwodzie elektronicznym przenoszona materia jest ładunkiem elektroniki, a źródłem tych elektronów jest dodatnia końcówka źródła napięcia. Kiedy ładunek przepływa z dodatniego zacisku przez pętlę i dociera do ujemnego zacisku, obwód mówi się, że jest zamknięty. Jednak ten obwód składa się z kilku elementów, które wpływają na przepływ ładunku na wiele sposobów. Niektóre mogą stanowić przeszkodę w przepływie ładunku, niektóre proste magazynowanie lub rozpraszanie ładunku. Niektóre wymagają zewnętrznego źródła energii, inne dostarczają energię.

Może być wiele powodów, dla których musimy zbudować obwód. Czasami może zajść potrzeba zapalenia lampy, uruchomienia silnika itp. Wszystkie te urządzenia - lampy, silnik, diody LED, nazywamy obciążeniami. Każde obciążenie wymaga określonego prądu lub napięcia, aby rozpocząć działanie. To napięcie może być stałym napięciem stałym lub napięciem zmiennym. Jednak nie jest możliwe zbudowanie obwodu tylko ze źródłem i obciążeniem. Potrzebujemy jeszcze kilku komponentów, które pomagają w prawidłowym przepływie ładunku i przetwarzają ładunek dostarczany przez źródło tak, aby odpowiednia ilość ładunku wpłynęła do ładunku.

Podstawowy przykład - regulowany zasilacz prądu stałego do uruchamiania diody LED

Oto podstawowy przykład i zasady krok po kroku w budowaniu obwodu.

Stwierdzenie problemu : Zaprojektuj regulowany zasilacz DC 5 V, który może być użyty do uruchomienia diody LED, wykorzystując napięcie AC jako wejście.

Rozwiązanie : Wszyscy musicie być świadomi regulowanego zasilania prądem stałym. Jeśli nie, pozwólcie, że przedstawię krótki pomysł. Większość obwodów lub urządzenia elektryczne do działania wymagają napięcia stałego. Możemy użyć prostych baterii do zapewnienia napięcia, ale głównym problemem z bateriami jest ich ograniczona żywotność. Z tego powodu jedynym sposobem, jaki mamy, jest konwersja napięcia zmiennego w naszych domach na wymagane napięcie prądu stałego.

Wszystko, czego potrzebujemy, to zamienić to napięcie AC na napięcie DC. Ale to nie jest tak proste, jak się wydaje. Spójrzmy więc na krótki teoretyczny pomysł na to, jak napięcie przemienne jest przekształcane w regulowane napięcie stałe.

Schemat blokowy wg ElProCus

Teoria obwodu

Napięcie AC z sieci 230 V jest najpierw obniżane do niskiego napięcia AC za pomocą transformatora obniżającego napięcie. Transformator to urządzenie z dwoma uzwojeniami - pierwotnym i wtórnym, w którym napięcie przyłożone do uzwojenia pierwotnego pojawia się na uzwojeniu wtórnym dzięki sprzężeniu indukcyjnemu. Ponieważ cewka wtórna ma mniejszą liczbę zwojów, napięcie na uzwojeniu wtórnym jest mniejsze niż napięcie na uzwojeniu pierwotnym dla transformatora obniżającego napięcie.
To niskie napięcie AC jest przekształcane na pulsujące napięcie DC za pomocą prostownika mostkowego. Mostek prostowniczy to układ 4 diod umieszczonych w postaci zmostkowanej, tak że anoda jednej diody i katoda drugiej diody są podłączone do dodatniego zacisku źródła napięcia i w ten sam sposób anoda i katoda pozostałych dwóch diod są podłączony do ujemnego zacisku źródła napięcia. Ponadto katody dwóch diod są połączone z dodatnią biegunowością napięcia, a anoda dwóch diod jest połączona z ujemną biegunowością napięcia wyjściowego. Dla każdego półcyklu przeciwna para diod przewodzi i pulsuje napięcie stałe na mostkach prostowniczych.
Uzyskane w ten sposób pulsujące napięcie stałe zawiera tętnienia w postaci napięcia przemiennego. Aby usunąć te tętnienia, potrzebny jest filtr, który odfiltrowuje tętnienia z napięcia stałego. Kondensator jest umieszczony równolegle do wyjścia w taki sposób, że kondensator (ze względu na swoją impedancję) umożliwia przejście sygnałów prądu przemiennego o wysokiej częstotliwości, które są omijane do masy, a sygnał niskiej częstotliwości lub prądu stałego jest blokowany. W ten sposób kondensator działa jak filtr dolnoprzepustowy.
Wyjście wytwarzane przez filtr kondensatora to nieregulowane napięcie stałe. Aby wytworzyć regulowane napięcie DC, używany jest regulator, który wytwarza stałe napięcie DC.

Przejdźmy więc teraz do projektowania prostego obwodu zasilacza regulowanego AC-DC do sterowania diodą LED.

Etapy budowy obwodu

Krok 1: Projektowanie obwodów

Aby zaprojektować obwód, musimy mieć pojęcie o wartościach każdego komponentu wymaganego w obwodzie. Zobaczmy teraz, jak projektujemy regulowany obwód zasilania prądem stałym.

“jak zmierzyć pojemność za pomocą multimetru cyfrowego ”

1. Zdecyduj, jaki regulator ma być używany i jakie jest jego napięcie wejściowe.

Tutaj wymagamy stałego napięcia 5 V przy 20 mA z dodatnią polaryzacją napięcia wyjściowego. Z tego powodu potrzebujemy regulatora, który zapewniłby wyjście 5 V. Idealnym i wydajnym wyborem byłby regulator IC LM7805. Naszym kolejnym wymaganiem jest obliczenie wymaganego napięcia wejściowego dla regulatora. W przypadku regulatora minimalne napięcie wejściowe powinno być napięciem wyjściowym dodanym o wartość trzy. W takim przypadku, aby mieć napięcie 5 V, potrzebujemy minimalnego napięcia wejściowego 8 V. Rozstrzygnijmy się dla wejścia 12V.

7805 regulator wg Flickr

2. Zdecyduj, jaki transformator będzie używany

Teraz wytwarzane nieregulowane napięcie jest napięciem 12 V. Jest to wartość skuteczna napięcia wtórnego wymaganego dla transformatora. Ponieważ napięcie pierwotne wynosi 230V RMS, obliczając przekładnię zwojów otrzymujemy wartość 19. Stąd musimy otrzymać transformator z 230V / 12V, czyli transformator 12V, 20mA.

“co robi prostownik na motocyklu ”

Zmniejsz transformator o Wiki

3. Określ wartość kondensatora filtra

Wartość kondensatora filtrującego zależy od ilości prądu pobieranego przez obciążenie, prądu spoczynkowego (idealnego) regulatora, wielkości dopuszczalnych tętnień na wyjściu DC oraz okresu.

Aby szczytowe napięcie na uzwojeniu pierwotnym transformatora wynosiło 17 V (12 * sqrt2), a całkowity spadek na diodach wynosił (2 * 0,7 V) 1,4 V, szczytowe napięcie na kondensatorze wynosi około 15 V ok. Możemy obliczyć wielkość dopuszczalnego tętnienia według poniższego wzoru:

∆V = VpeakCap- Vmin

Zgodnie z obliczeniami, Vpeakcap = 15V, a Vmin to minimalne napięcie wejściowe dla regulatora. Zatem ∆V wynosi (15-7) = 8V.

Teraz pojemność, C = (I * ∆t) / ∆V,

Teraz jestem sumą prądu obciążenia plus prąd spoczynkowy regulatora i I = 24mA (prąd spoczynkowy to około 4mA, a prąd obciążenia to 20mA). Również ∆t = 1 / 100Hz = 10ms. Wartość ∆t zależy od częstotliwości sygnału wejściowego i tutaj częstotliwość wejściowa wynosi 50 Hz.

W ten sposób zastępując wszystkie wartości, wartość C dochodzi do około 30 mikrofaradów. Zatem wybierzmy wartość 20 mikroFarad.

Kondensator elektrolitu wg Wiki

4. Wybierz PIV (szczytowe napięcie odwrotne) zastosowanych diod.

Ponieważ szczytowe napięcie na uzwojeniu wtórnym transformatora wynosi 17 V, całkowita wartość PIV mostka diodowego wynosi około (4 * 17), tj. 68 V. Musimy więc zdecydować się na diody o wartości PIV 100V każda. Pamiętaj, że PIV to maksymalne napięcie, które można przyłożyć do diody w stanie spolaryzowanym odwrotnie, bez powodowania awarii.

PN Dioda łączeniowa wg Nojavanha

Krok 2. Rysowanie i symulacja obwodu

Teraz, gdy masz pojęcie o wartościach dla każdego komponentu i całego schematu obwodu, przejdźmy do narysowania obwodu za pomocą oprogramowania do tworzenia obwodów i zasymuluj go.

Tutaj nasz wybór oprogramowania to Multisim.

Okno Multisim

Poniżej znajdują się kroki, aby narysować obwód za pomocą Multisim i zasymulować go.

W panelu Windows kliknij następujące łącze: Start >>> Programy -> National -> Instruments -> Circuit design suite 11.0 -> multisim 11.0.
Pojawi się okno oprogramowania multisim z paskiem menu i pustą przestrzenią przypominającą płytkę prototypową, aby narysować obwód.
Na pasku menu wybierz miejsce -> komponenty
Pojawi się okno z tytułem - „wybierz komponenty”
Pod nagłówkiem „Baza danych” - z rozwijanego menu wybierz „Główna baza danych”.
Pod nagłówkiem „grupa” - wybierz wymaganą grupę. Jeśli chcesz wybrać źródło napięcia lub prądu lub uziemienie. Jeśli chcesz przejść do dowolnego podstawowego elementu, takiego jak rezystor, kondensator itp. Tutaj najpierw musimy umieścić źródło zasilania wejściowego AC, stąd wybierz Source -> Power Sources -> AC_power. Po umieszczeniu komponentu (klikając przycisk „ok”) ustaw wartość napięcia RMS na 230 V i częstotliwość na 50 Hz.
Teraz ponownie w oknie komponentów wybierz basic, następnie transformer, a następnie wybierz TS_ideal. Dla idealnego transformatora indukcyjność obu cewek jest taka sama, aby uzyskać wyjście, musimy zmienić indukcyjność cewki wtórnej. Teraz wiemy, że stosunek indukcyjności cewek transformatora jest równy kwadratowi stosunku zwojów. Ponieważ wymagany współczynnik zwojów w tym przypadku wynosi 19, musimy ustawić indukcyjność cewki wtórnej na 0,27mH. (Indukcyjność cewki pierwotnej wynosi 100mH).
W oknie komponentów wybierz podstawowe, następnie diody, a następnie wybierz diodę IN4003. Wybierz 4 takie diody i umieść je w układzie mostka prostowniczego.
Pod oknami komponentów wybierz basic, a następnie Cap _Electrolytic i wybierz wartość kondensatora na 20microFarad.
W oknie komponentów wybierz moc, następnie Voltage_ Regulator, a następnie wybierz „LM7805” z menu rozwijanego.
Pod oknem komponentów wybierz diody, następnie wybierz LED iz rozwijanego menu wybierz LED_green.
W ten sam sposób wybierz rezystor o wartości 100 omów.
Teraz, gdy mamy już wszystkie komponenty i mamy pojęcie o schemacie obwodu, przejdźmy do narysowania schematu obwodu na platformie multi sim.
Aby narysować obwód, musimy wykonać odpowiednie połączenia między elementami za pomocą przewodów. Aby wybrać przewody, przejdź do Umieść, a następnie przewody. Pamiętaj, aby połączyć komponenty tylko wtedy, gdy pojawi się punkt połączenia. W multisimie przewody łączące są oznaczone kolorem czerwonym.
Aby uzyskać wskazanie napięcia na wyjściu, wykonaj podane czynności. Przejdź do miejsca, następnie „Komponenty”, następnie „Wskaźnik”, a następnie „Woltomierz”, a następnie wybierz pierwszy składnik.
Teraz twój obwód jest gotowy do symulacji.
Teraz kliknij „Symuluj”, a następnie wybierz „Uruchom”.
Teraz możesz zobaczyć, że dioda LED na wyjściu miga, co jest sygnalizowane zielonymi strzałkami.
Możesz sprawdzić, czy uzyskujesz prawidłową wartość napięcia na każdym elemencie, umieszczając równolegle woltomierz.

Kompletny schemat symulowanego obwodu autorstwa ElProCus

“różnica między mocą 2-fazową i 3-fazową ”

Teraz masz pomysł na zaprojektowanie regulowanego zasilacza dla obciążeń, które wymagają stałego napięcia DC, ale co z obciążeniami, które wymagają zmiennego napięcia DC. Zostawiam cię z tym zadaniem. Ponadto wszelkie pytania dotyczące tej koncepcji lub elektrycznej i projekty elektroniczne Podaj swoje pomysły w sekcji komentarzy poniżej.

Skorzystaj z poniższego linku dla projektów bez lutowania 5 w 1