Что такое схема и зачем нам ее строить?

Прежде чем я подробно расскажу о том, как спроектирована схема, дайте нам сначала узнать, что такое схема и зачем нам ее создавать.

Цепь - это любая петля, по которой переносится материя. Для электронной схемы переносимое вещество является зарядом электроники, а источником этих электронов является положительный полюс источника напряжения. Когда этот заряд течет от положительного вывода через петлю и достигает отрицательного вывода, цепь считается завершенной. Однако эта схема состоит из нескольких компонентов, которые по-разному влияют на поток заряда. Некоторые могут препятствовать прохождению заряда, некоторые просто накапливать или рассеивать заряд. Некоторые требуют внешнего источника энергии, некоторые поставляют энергию.

Может быть много причин, по которым нам нужно построить схему. Иногда нам может потребоваться зажечь лампу, запустить двигатель и т.д. Все эти устройства - лампы, двигатель, светодиоды - это то, что мы называем нагрузками. Каждая нагрузка требует определенного тока или напряжения для начала своей работы. Это напряжение может быть постоянным напряжением постоянного или переменного тока. Однако невозможно построить схему только с источником и нагрузкой. Нам нужно еще несколько компонентов, которые помогают в правильном потоке заряда и обрабатывают заряд, подаваемый источником, так что соответствующее количество заряда течет к нагрузке.

Базовый пример - регулируемый источник питания постоянного тока для работы светодиода

Приведем базовый пример и пошаговые правила построения схемы.

Постановка задачи : Разработайте стабилизированный источник питания постоянного тока 5 В, который можно использовать для работы светодиода, используя переменное напряжение в качестве входа.

Решение : Вы все должны знать о регулируемом источнике питания постоянного тока. Если нет, позвольте мне дать краткое представление. Большинство схем или электронные устройства для их работы требуется постоянное напряжение. Мы можем использовать простые батареи для обеспечения напряжения, но основная проблема с батареями - их ограниченный срок службы. По этой причине единственный способ, который у нас есть, - это преобразовать напряжение переменного тока в наших домах в необходимое постоянное напряжение.

Все, что нам нужно, это преобразовать это переменное напряжение в постоянное. Но все не так просто, как кажется. Итак, позвольте нам иметь краткое теоретическое представление о том, как напряжение переменного тока преобразуется в регулируемое напряжение постоянного тока.

Блок-схема ElProCus

Теория схемы

Напряжение переменного тока от источника 230 В сначала понижается до низкого напряжения переменного тока с помощью понижающего трансформатора. Трансформатор - это устройство с двумя обмотками - первичной и вторичной, в котором напряжение, приложенное к первичной обмотке, появляется на вторичной обмотке за счет индуктивной связи. Поскольку вторичная обмотка имеет меньшее количество витков, напряжение на вторичной обмотке меньше, чем напряжение на первичной обмотке понижающего трансформатора.
Это низкое переменное напряжение преобразуется в пульсирующее постоянное напряжение с помощью мостового выпрямителя. Мостовой выпрямитель представляет собой схему из 4 диодов, расположенных в виде моста, так что анод одного диода и катод другого диода подключены к положительному выводу источника напряжения, и таким же образом анод и катод двух других диодов соединены. подключен к отрицательной клемме источника напряжения. Также катоды двух диодов подключены к положительной полярности напряжения, а анод двух диодов подключен к отрицательной полярности выходного напряжения. Для каждого полупериода противоположная пара диодов проводит, и на мостовых выпрямителях получается пульсирующее напряжение постоянного тока.
Полученное таким образом пульсирующее напряжение постоянного тока содержит пульсации в форме переменного напряжения. Чтобы удалить эти колебания, необходим фильтр, который отфильтровывает пульсации постоянного напряжения. Конденсатор размещается параллельно выходу, так что конденсатор (из-за его полного сопротивления) позволяет пропускать высокочастотные сигналы переменного тока, обходя их землю, а низкочастотный сигнал или сигнал постоянного тока блокируется. Таким образом, конденсатор действует как фильтр нижних частот.
Выходной сигнал конденсаторного фильтра представляет собой нерегулируемое постоянное напряжение. Для создания регулируемого постоянного напряжения используется регулятор, который вырабатывает постоянное постоянное напряжение.

Итак, давайте теперь займемся разработкой простой схемы источника питания постоянного и переменного тока для управления светодиодами.

Этапы построения схемы

Шаг 1: Проектирование схемы

Чтобы спроектировать схему, нам нужно иметь представление о значениях каждого компонента, необходимого в схеме. Давайте теперь посмотрим, как мы разрабатываем схему стабилизированного источника постоянного тока.

“что делает аттенюатор ”

1. Выберите регулятор, который будет использоваться, и его входное напряжение.

Здесь нам требуется постоянное напряжение 5 В при 20 мА с положительной полярностью выходного напряжения. По этой причине нам нужен стабилизатор, обеспечивающий выход 5 В. Идеальным и эффективным выбором будет регулятор IC LM7805. Наше следующее требование - рассчитать необходимое входное напряжение для регулятора. Для регулятора минимальное входное напряжение должно равняться выходному напряжению, добавленному на три единицы. В этом случае, чтобы иметь напряжение 5 В, нам нужно минимальное входное напряжение 8 В. Приступим к вводу 12 В.

7805 регулятор Flickr

2. Выберите трансформатор, который будет использоваться.

Теперь нерегулируемое напряжение составляет 12 В. Это действующее значение вторичного напряжения, необходимого для трансформатора. Поскольку первичное напряжение составляет 230 В (среднеквадратичное значение), при вычислении отношения витков мы получаем значение 19. Следовательно, мы должны получить трансформатор с напряжением 230 В / 12 В, то есть трансформатор 12 В, 20 мА.

“как построить зарядное устройство на солнечной батарее ”

Понижающий трансформатор Вики

3. Определите номинал конденсатора фильтра.

Величина конденсатора фильтра зависит от величины тока, потребляемого нагрузкой, тока покоя (идеального тока) регулятора, величины допустимой пульсации на выходе постоянного тока и периода.

Для пикового напряжения на первичной обмотке трансформатора, равного 17 В (12 * sqrt2), а полного падения на диодах, равного (2 * 0,7 В) 1,4 В, пиковое напряжение на конденсаторе составляет примерно 15 В. Мы можем рассчитать величину допустимой пульсации по следующей формуле:

∆V = VpeakCap- Vmin

Согласно расчетам, Vpeakcap = 15 В, а Vmin - минимальное входное напряжение для регулятора. Таким образом, ∆V равно (15-7) = 8V.

Теперь емкость, C = (I * ∆t) / ∆V,

Теперь я представляю собой сумму тока нагрузки плюс ток покоя регулятора и I = 24 мА (ток покоя составляет около 4 мА, а ток нагрузки - 20 мА). Также ∆t = 1/100 Гц = 10 мс. Значение ∆t зависит от частоты входного сигнала, и здесь входная частота составляет 50 Гц.

Таким образом, подставляя все значения, значение C составляет около 30 мкФарад. Итак, давайте выберем значение 20 мкФарад.

Электролитический конденсатор от Вики

4. Определите PIV (пиковое обратное напряжение) используемых диодов.

Поскольку пиковое напряжение на вторичной обмотке трансформатора составляет 17 В, общий PIV диодного моста составляет около (4 * 17), то есть 68 В. Таким образом, мы должны остановиться на диодах с рейтингом PIV 100 В. Помните, что PIV - это максимальное напряжение, которое может быть приложено к диоду в состоянии обратного смещения, не вызывая пробоя.

PN переходный диод от Ноджавана

Шаг 2. Схема и моделирование

Теперь, когда у вас есть представление о значениях для каждого компонента и всей принципиальной схемы, давайте приступим к рисованию схемы с помощью программного обеспечения для построения схем и ее моделированию.

Здесь наш выбор программного обеспечения - Multisim.

Окно Multisim

Ниже приведены шаги, чтобы нарисовать схему с помощью Multisim и смоделировать ее.

На панели Windows щелкните следующую ссылку: Пуск >>> Программы -> National -> Инструменты -> Набор схем проектирования 11.0 -> multisim 11.0.
Появится окно программы Multisim с полосой меню и пустым пространством, напоминающим макет, для рисования схемы.
В строке меню выберите место -> компоненты
Появится окно с заголовком «Выбрать компоненты».
Под заголовком «База данных» выберите «Основная база данных» в раскрывающемся меню.
Под заголовком «группа» выберите необходимую группу. Если вы хотите использовать источник напряжения, тока или землю. Если вы хотите использовать какой-либо базовый компонент, такой как резистор, конденсатор и т. Д. Здесь сначала мы должны разместить входной источник питания переменного тока, поэтому выберите Источник -> Источники питания -> AC_power. После размещения компонента (нажав кнопку «ОК») установите значение среднеквадратичного напряжения на 230 В и частоты на 50 Гц.
Теперь снова в окне компонентов выберите базовый, затем трансформатор, затем выберите TS_ideal. Для идеального трансформатора индуктивность обеих катушек одинакова, для достижения выходной мощности необходимо изменить индуктивность вторичной катушки. Теперь мы знаем, что отношение индуктивностей катушек трансформатора равно квадрату отношения витков. Поскольку требуемое соотношение витков в данном случае равно 19, мы должны установить индуктивность вторичной катушки на 0,27 мГн. (Индуктивность первичной катушки составляет 100 мГн).
Под окном компонентов выберите базовый, затем диоды, а затем выберите диод IN4003. Выберите 4 таких диода и разместите их в виде мостового выпрямителя.
В окнах компонентов выберите базовый, затем Cap _Electrolytic и выберите емкость конденсатора 20 мкФ.
В окне компонентов выберите мощность, затем Voltage_ Regulator, а затем выберите «LM7805» в раскрывающемся меню.
В окне компонентов выберите диоды, затем выберите LED и в раскрывающемся меню выберите LED_green.
Используя ту же процедуру, выберите резистор номиналом 100 Ом.
Теперь, когда у нас есть все компоненты и представление о принципиальной схеме, давайте перейдем к рисованию принципиальной схемы на платформе multi sim.
Чтобы нарисовать схему, мы должны правильно соединить компоненты с помощью проводов. Чтобы выбрать провода, перейдите в раздел «Место», затем «Подключите». Не забывайте соединять компоненты только тогда, когда появляется точка соединения. В multisim соединительные провода обозначены красным цветом.
Чтобы получить индикацию напряжения на выходе, выполните указанные шаги. Выберите «Место», затем «Компоненты», затем «Индикатор», затем «Вольтметр», затем выберите первый компонент.
Теперь ваша схема готова к моделированию.
Теперь нажмите «Simulate», затем выберите «Run».
Теперь вы можете видеть, как светодиод на выходе мигает, на что указывают стрелки зеленого цвета.
Вы можете проверить, получаете ли вы правильное значение напряжения на каждом компоненте, подключив вольтметр параллельно.

Полная смоделированная принципиальная схема ElProCus

Теперь у вас есть представление о разработке регулируемого источника питания для нагрузок, которым требуется постоянное напряжение постоянного тока, но как насчет нагрузок, требующих переменного напряжения постоянного тока. Я оставляю вас с этой задачей. Кроме того, любые вопросы относительно этой концепции или электрических и проекты электроники Пожалуйста, поделитесь своими идеями в разделе комментариев ниже.