Acest instructiv vă va învăța cum să faceți o sursă de tensiune mare utilizând câteva rezistoare, o sursă de tensiune și un tranzistor. Numai o cunoaștere minimă a electronicii este necesară!
Furnituri:
Pasul 1: Motivația
În termeni simpli, ne putem gândi la a Voltaj (sau, mai precis, diferența de potențial) ca sursă de energie într-un circuit. Indiferent de sarcina dvs. poate fi (iPhone, difuzoare, etc), va trebui să furnizați tensiune pentru a funcționa.
Spuneți că aveți o sursă de tensiune, dar nu este reglabilă și sarcina dvs. necesită o tensiune mai mică. Cea mai simplă modalitate de a remedia acest lucru este cu un set de două rezistențe, care vor constitui a separator de tensiune. Dacă știți cum funcționează separatoarele de tensiune, veți ști cum funcționează o mare parte a circuitelor electronice!
Pasul 2: Cum funcționează un separator de tensiune - un exemplu
Divizorul de tensiune funcționează prin ieșirea unei fracții de tensiune de intrare. Această fracție este determinată de relația dintre două rezistențe. Legea lui Kirchoff spuneți-ne că, într-un circuit format din niște tensiuni de intrare Vin și două rezistențe R1 și R2, tensiunea disipată pe R2 va fi
Vin * R2 / (R1 + R2) .
Dacă ne-am conectat sarcina în paralel cu R2, i-am putea da orice tensiune (mai puțin de Vin) cu o bună alegere a valorilor R1 și R2.
De exemplu, dacă Vin este de 15 Volți și R1 și R2 sunt ambele 100 ohmi (ca în fișierul atașat tensiune-divider.pdf ), Vout = 15 * (100) / (200) = 7.5 V. Astfel putem obține o ieșire de 7,5 V de la o sursă fixă de 15 V!
Pasul 3: Probleme cu divizoare de tensiune ca surse de tensiune (sau o introducere în Sag)
thevenin rezistență (pe care o putem considera drept rezistența internă a unei surse de tensiune) a divizorului de tensiune este
R1R2 / (R1 + R2) .
Deși ar fi destul de ușor să construim un divizor de tensiune și să îl folosim ca sursă de tensiune, ne confruntăm cu o mare problemă. Tensiunea reală a sarcinii se dovedește a fi mai degrabă dependentă de rezistența încărcăturii.
Această dependență de tensiune la rezistența la sarcină are ca rezultat scădere a prețului, care nu este de dorit pentru o sursă de tensiune. În mod ideal, am avea o tensiune constantă în sarcină, indiferent de rezistența sa. Cu toate acestea, când conectăm o sarcină, trebuie să luăm în considerare rezistența la sarcină și R2 în paralel. Pentru a adăuga aceste rezistențe, pur și simplu urmați ecuația
1 / Req = 1 / R2 + 1 / R3 ,
unde 1 / R3 este rezistența încărcăturii. Acest lucru ne permite să adăugăm rezistența celor două împreună, deoarece este rezistența echivalentă a celor două rezistoare care alcătuiesc separatorul de tensiune real. Cu cei doi în minte, vă permite să vedeți un exemplu de cât de mult un divider de tensiune poate cădea cu o sarcină mică.
Să presupunem că avem aceeași rezistență ca înainte. Cu toate acestea, de data aceasta vom adăuga o sarcină de 10 ohmi. În locul celui de-al doilea rezistor din divizorul de tensiune egal cu 100 ohmi, trebuie să factorizăm rezistența paralelă și să folosim Req ca rezistență.
Cu rezistență de 10 ohmi și 100 ohmi în paralel, rezistența echivalentă este apoi 9,09 ohmi (1/10 + 1/100 = .11, 1 / .11 = 9,09). Când acest lucru este folosit ca al doilea rezistor în divizorul de tensiune, obținem un divider de tensiune care scoate 9.09 / 109.09 * 15 = 1.25 V, semnificativ mai mic decât cele 7.5 volți pe care le-am dorit!
Ceea ce dorim în cele din urmă este a rigid sursă de tensiune sau una care nu schimbă tensiunea de ieșire, indiferent de rezistența la sarcină.
Pasul 4: Tranzistorii rezolvă problema noastră - următorul emițător
Se pare că o soluție bună la această problemă este un circuit special numit emițătorr. Următorul emițător constă din tensiuni de intrare (care pot sau nu pot proveni din aceeași sursă) la baza și colector din ceea ce numim a tranzistor, cu tensiunea de ieșire (și sarcina noastră, în cele din urmă) la tranzistor emițător.
Există două reguli principale de bază care trebuie cunoscute atunci când lucrați cu tranzistori.
1. Tensiunea emițătorului va fi întotdeauna tensiunea de bază minus o picătură de 0,6 V (care este pentru dioda care leagă baza de emițător.
2. Curentul de la emițător este întotdeauna egal cu curentul din colector, care este de aproximativ 100 de ori mai mare decât curentul de la bază. ( Există anumite limitări la acest lucru: dacă sursa de colector nu poate pune suficientă tensiune pentru a menține curentul la acel nivel, sarcina dvs. nu va obține tensiunea pe care încercați să o dați. De asemenea, tensiunea din colector trebuie să fie întotdeauna cu aproximativ 0,2 V mai mare decât tensiunea din bază. În caz contrar, tranzistorul se va rupe.)
La prima vedere, următorul emițător pare un circuit inutil. Tensiunea noastră de ieșire este pur și simplu tensiunea noastră de intrare, minus 0,6 volți pierduți trecând prin tranzistor.
Cu toate acestea, următorul emițător poate fi foarte util în ceea ce privește "întărirea" sursei noastre de tensiune (adică reducerea căderii). În mod ideal, rezistența internă a sursei de tensiune este minimă, iar rezistența la sarcină este maximă. Putem să ne gândim la acest lucru, deoarece sursele de tensiune "plac" încărcările cu o rezistență mare și sursele de tensiune "plănuiește" cu rezistență internă scăzută.
Factorul de ~ 100 diferență de curent între emițător și bază înseamnă că rezistența sursei noastre de tensiune (care în cazul nostru este ceva numită rezistența Thevenin a divizorului nostru de tensiune) arată ~ de 100 de ori mai mică decât sarcina noastră, ceea ce ajută la cu problema noastră de sag!
Să revedem exemplul nostru precedent, dar acum folosim sursa de tensiune pentru următorii emițători. Apoi Vout = Vin * (Rload) / (Rload + Rth / 100) = 15 * (10) / (10 + 50/100) = 15 * (10) / (10.5) = 14.28 V.
Pasul 5: O sursă bună de tensiune darn (sau, cel puțin, un heck de mult mai bine)
Acest circuit afisat aici este unul care va livra un curent rigid de 5V care va scadea doar 5% la curentul maxim care trece prin sarcina, care este de 25 mA. Acestea sunt, în general, numere bune pentru cele mai multe circuite pe care le va fi alimentarea și numerele pot fi modificate în consecință pentru a se potrivi nevoilor dumneavoastră. Cel de-al doilea rezistor din emițător va împiedica încărcarea încărcăturii. Pentru ca acest al doilea rezistor să nu afecteze designul, doriți să păstrați această rezistență semnificativ mai mare decât rezistența încărcăturii (vedeți ecuațiile de rezistență paralelă dacă acest lucru nu are sens).
