Τι είναι ένα κύκλωμα και γιατί πρέπει να χτίσουμε ένα κύκλωμα;

Πριν αναφερθώ σε λεπτομέρειες σχετικά με τον τρόπο σχεδιασμού ενός κυκλώματος, ας μάθουμε πρώτα τι είναι ένα κύκλωμα και γιατί πρέπει να κατασκευάσουμε ένα κύκλωμα.

Ένα κύκλωμα είναι κάθε βρόχος μέσω του οποίου μεταφέρεται η ύλη. Για ένα ηλεκτρονικό κύκλωμα, το υλικό που μεταφέρεται είναι η φόρτιση από ηλεκτρονικά και η πηγή αυτών των ηλεκτρονίων είναι το θετικό τερματικό της πηγής τάσης. Όταν αυτό το φορτίο ρέει από το θετικό τερματικό, μέσω του βρόχου και φτάσει στον αρνητικό ακροδέκτη, το κύκλωμα λέγεται ότι έχει ολοκληρωθεί. Ωστόσο, αυτό το κύκλωμα αποτελείται από πολλά εξαρτήματα που επηρεάζουν τη ροή φόρτισης με πολλούς τρόπους. Κάποιοι μπορεί να παρεμποδίσουν τη ροή της χρέωσης, κάποιο απλό κατάστημα ή να διαλύσουν τη χρέωση. Κάποιοι απαιτούν εξωτερική πηγή ενέργειας, κάποιοι τροφοδοτούν ενέργεια.

Μπορεί να υπάρχουν πολλοί λόγοι για τους οποίους πρέπει να χτίσουμε ένα κύκλωμα. Μερικές φορές ίσως χρειαστεί να ανάβουμε μια λάμπα, να θέσουμε σε λειτουργία έναν κινητήρα, κλπ. Όλες αυτές οι συσκευές - λαμπτήρες, κινητήρας, LED είναι αυτό που ονομάζουμε φορτία. Κάθε φορτίο απαιτεί ένα συγκεκριμένο ρεύμα ή τάση για να ξεκινήσει η λειτουργία του. Αυτή η τάση μπορεί να είναι μια σταθερή τάση DC ή τάση AC. Ωστόσο, δεν είναι δυνατή η κατασκευή κυκλώματος μόνο με πηγή και φορτίο. Χρειαζόμαστε μερικά ακόμη στοιχεία που βοηθούν στη σωστή ροή φόρτισης και επεξεργαζόμαστε τη φόρτιση που παρέχεται από την πηγή έτσι ώστε μια κατάλληλη ποσότητα φόρτισης να ρέει στο φορτίο.

Ένα βασικό παράδειγμα - Ρυθμιζόμενο τροφοδοτικό DC για λειτουργία LED

Ας κάνουμε ένα βασικό παράδειγμα και τους κανόνες βήμα προς βήμα στην κατασκευή του κυκλώματος.

Δήλωση προβλήματος : Σχεδιάστε μια ρυθμιζόμενη τροφοδοσία συνεχούς ρεύματος 5V που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την εκτέλεση LED, χρησιμοποιώντας την τάση AC ως είσοδο.

Λύση : Όλοι πρέπει να γνωρίζετε τη ρυθμιζόμενη τροφοδοσία DC. Εάν όχι, επιτρέψτε μου να δώσω μια σύντομη ιδέα. Τα περισσότερα κυκλώματα ή ηλεκτρονικές συσκευές απαιτούν τάση DC για τη λειτουργία τους. Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε απλές μπαταρίες για την παροχή της τάσης, αλλά το μεγαλύτερο πρόβλημα με τις μπαταρίες είναι η περιορισμένη διάρκεια ζωής τους. Για αυτόν τον λόγο, ο μόνος τρόπος που έχουμε είναι να μετατρέψουμε την παροχή τάσης AC στα σπίτια μας στην απαιτούμενη τάση DC.

Το μόνο που χρειαζόμαστε είναι να μετατρέψουμε αυτήν την τάση AC σε τάση DC. Αλλά δεν είναι τόσο απλό όσο φαίνεται. Ας έχουμε λοιπόν μια σύντομη θεωρητική ιδέα για το πώς η τάση AC μετατρέπεται σε ρυθμιζόμενη τάση DC.

Διάγραμμα μπλοκ από ElProCus

Η θεωρία πίσω από το κύκλωμα

Η τάση εναλλασσόμενου ρεύματος από την τροφοδοσία στα 230V αρχικά κατεβαίνει σε εναλλασσόμενο ρεύμα χαμηλής τάσης χρησιμοποιώντας μετασχηματιστή. Ένας μετασχηματιστής είναι μια συσκευή με δύο περιελίξεις - πρωταρχική και δευτερεύουσα, όπου η τάση που εφαρμόζεται κατά την πρωτεύουσα περιέλιξη, εμφανίζεται κατά μήκος της δευτερεύουσας περιέλιξης λόγω της επαγωγικής ζεύξης. Δεδομένου ότι το δευτερεύον πηνίο έχει μικρότερο αριθμό στροφών, η τάση κατά μήκος του δευτερεύοντος είναι μικρότερη από την τάση κατά μήκος του πρωτεύοντος για έναν μετασχηματιστή κατεβάσματος.
Αυτή η χαμηλή τάση AC μετατρέπεται σε παλμική τάση DC χρησιμοποιώντας ανορθωτή γέφυρας. Ένας ανορθωτής γέφυρας είναι μια διάταξη 4 διόδων τοποθετημένων στη γεφυρωμένη μορφή, έτσι ώστε η άνοδος μιας διόδου και η κάθοδος μιας άλλης δίοδος να συνδέονται στο θετικό τερματικό της πηγής τάσης και με τον ίδιο τρόπο είναι η άνοδος και η κάθοδος άλλων δύο διόδων συνδεδεμένο στον αρνητικό ακροδέκτη της πηγής τάσης. Επίσης, οι κάθοδοι δύο διόδων συνδέονται με τη θετική πολικότητα της τάσης και η άνοδος των δύο διόδων συνδέεται με την αρνητική πολικότητα της τάσης εξόδου. Για κάθε μισό κύκλο, λαμβάνεται το αντίθετο ζεύγος διόδου και παλλόμενη τάση DC στους ανορθωτές της γέφυρας.
Η παλλόμενη τάση DC που λαμβάνεται έτσι περιέχει κυματισμούς με τη μορφή τάσης AC. Για την αφαίρεση αυτών των κυματισμών απαιτείται ένα φίλτρο που φιλτράρει τους κυματισμούς από την τάση DC. Ένας πυκνωτής τοποθετείται παράλληλα με την έξοδο έτσι ώστε ο πυκνωτής (λόγω της σύνθετης αντίστασης του) να επιτρέπει τη διέλευση σημάτων AC υψηλής συχνότητας, να παρακάμπτονται στο έδαφος και να αποκλείεται το σήμα χαμηλής συχνότητας ή DC. Έτσι ο πυκνωτής δρα ως φίλτρο χαμηλής διέλευσης.
Η έξοδος που παράγεται από ένα φίλτρο πυκνωτή είναι η μη ρυθμιζόμενη τάση DC. Για την παραγωγή μιας ρυθμιζόμενης τάσης DC χρησιμοποιείται ένας ρυθμιστής που αναπτύσσει μια σταθερή τάση DC.

Ας ξεκινήσουμε λοιπόν να σχεδιάζουμε ένα απλό κύκλωμα τροφοδοσίας με ρυθμιζόμενο AC-DC για οδήγηση ενός LED.

Βήματα στην κατασκευή του κυκλώματος

Βήμα 1: Σχεδιασμός κυκλώματος

Για να σχεδιάσουμε ένα κύκλωμα, πρέπει να έχουμε μια ιδέα για τις τιμές κάθε εξαρτήματος που απαιτείται στο κύκλωμα. Ας δούμε τώρα πώς σχεδιάζουμε ένα ρυθμιζόμενο κύκλωμα τροφοδοσίας DC.

“δοκιμή πυκνωτών με πολύμετρο ”

1. Αποφασίστε τον ρυθμιστή που θα χρησιμοποιηθεί και την τάση εισόδου του.

Εδώ πρέπει να έχουμε μια σταθερή τάση 5V στα 20mA με τη θετική πολικότητα της τάσης εξόδου. Για αυτόν τον λόγο, χρειαζόμαστε έναν ρυθμιστή που θα παρέχει έξοδο 5V. Μια ιδανική και αποτελεσματική επιλογή θα ήταν ο ρυθμιστής IC LM7805. Η επόμενη απαίτησή μας είναι να υπολογίσουμε την απαίτηση τάσης εισόδου για τον ρυθμιστή. Για έναν ρυθμιστή, η ελάχιστη τάση εισόδου πρέπει να είναι η τάση εξόδου που προστίθεται με τιμή τριών. Σε αυτήν την περίπτωση, εδώ για να έχουμε τάση 5V, χρειαζόμαστε μια ελάχιστη τάση εισόδου 8V. Ας ηρεμήσουμε για είσοδο 12V.

7805 ρυθμιστής από Flickr

2. Αποφασίστε τον μετασχηματιστή που θα χρησιμοποιηθεί

Τώρα η μη ρυθμιζόμενη τάση που παράγεται είναι τάση 12V. Αυτή είναι η τιμή RMS της δευτερεύουσας τάσης που απαιτείται για έναν μετασχηματιστή. Δεδομένου ότι η κύρια τάση είναι 230V RMS, για τον υπολογισμό του λόγου στροφών, έχουμε μια τιμή 19. Ως εκ τούτου, πρέπει να πάρουμε έναν μετασχηματιστή με 230V / 12V, δηλαδή έναν μετασχηματιστή 12V, 20mA.

“πώς να κάνετε κυκλώματα οικιακού κινηματογράφου ”

Κάτω μετασχηματιστής από Wiki

3. Αποφασίστε την τιμή του πυκνωτή φίλτρου

Η τιμή του πυκνωτή φίλτρου εξαρτάται από την ποσότητα του ρεύματος που αντλείται από το φορτίο, το ηρεμιστικό ρεύμα (ιδανικό ρεύμα) του ρυθμιστή, την ποσότητα του επιτρεπόμενου κυματισμού στην έξοδο DC και την περίοδο.

Για την μέγιστη τάση κατά μήκος του πρωτεύοντος μετασχηματιστή να είναι 17V (12 * sqrt2) και η συνολική πτώση των διόδων να είναι (2 * 0,7V) 1,4V, η μέγιστη τάση στον πυκνωτή είναι περίπου 15V περίπου. Μπορούμε να υπολογίσουμε την ποσότητα του επιτρεπόμενου κυματισμού με τον παρακάτω τύπο:

ΔV = VpeakCap- Vmin

Όπως υπολογίστηκε, το Vpeakcap = 15V και το Vmin είναι η ελάχιστη είσοδος τάσης για τον ρυθμιστή. Έτσι το ΔV είναι (15-7) = 8V.

Τώρα, Χωρητικότητα, C = (I * Δt) / ΔV,

Τώρα, είμαι το άθροισμα του ρεύματος φορτίου συν το ρεύμα ηρεμίας του ρυθμιστή και I = 24mA (Το ρεύμα ηρεμίας είναι περίπου 4mA και το ρεύμα φόρτωσης είναι 20mA). Δt = 1 / 100Hz = 10ms. Η τιμή του Δt εξαρτάται από τη συχνότητα του σήματος εισόδου και εδώ η συχνότητα εισόδου είναι 50Hz.

Αντικαθιστώντας έτσι όλες τις τιμές, η τιμή του C είναι περίπου 30microFarad. Ας επιλέξουμε λοιπόν μια τιμή 20microFarad.

Ένας πυκνωτής ηλεκτρολύτη από Wiki

“συστήματα ανοικτού βρόχου έναντι κλειστού βρόχου ”

4. Αποφασίστε το PIV (μέγιστη αντίστροφη τάση) των διόδων που θα χρησιμοποιηθούν.

Δεδομένου ότι η μέγιστη τάση κατά μήκος του δευτερεύοντος μετασχηματιστή είναι 17V, το συνολικό PIV της γέφυρας διόδων είναι περίπου (4 * 17) δηλ. 68V. Πρέπει λοιπόν να καθορίσουμε διόδους με βαθμολογία PIV 100V έκαστη. Να θυμάστε ότι το PIV είναι η μέγιστη τάση που μπορεί να εφαρμοστεί στη δίοδο στην αντίστροφη μεροληπτική της κατάσταση, χωρίς να προκαλείται βλάβη.

Δίοδος PN Junction από Nojavanha

Βήμα 2. Σχέδιο κυκλώματος και προσομοίωση

Τώρα που έχετε την ιδέα των τιμών για κάθε στοιχείο και ολόκληρο το διάγραμμα κυκλώματος, ας αρχίσουμε να σχεδιάζουμε το κύκλωμα χρησιμοποιώντας λογισμικό δημιουργίας κυκλωμάτων και να το προσομοιώσουμε.

Εδώ η επιλογή μας για το λογισμικό είναι Multisim.

Πολλαπλό παράθυρο

Παρακάτω δίνονται τα βήματα για να σχεδιάσετε ένα κύκλωμα χρησιμοποιώντας το Multisim και να το προσομοιώσετε.

Στον πίνακα παραθύρων σας, κάντε κλικ στον ακόλουθο σύνδεσμο: Έναρξη >>> Προγράμματα -> Εθνικά -> Όργανα -> Σουίτα σχεδιασμού κυκλώματος 11.0 -> multisim 11.0.
Εμφανίζεται ένα παράθυρο λογισμικού πολλαπλών σειρών με ένα μενού και κενό χώρο που μοιάζει με ένα breadboard, για να σχεδιάσετε το κύκλωμα.
Στη γραμμή μενού, επιλέξτε θέση -> στοιχεία
Εμφανίζεται ένα παράθυρο με τον τίτλο «Επιλογή των στοιχείων»
Κάτω από την επικεφαλίδα «Βάση δεδομένων» - επιλέξτε «Κύρια βάση δεδομένων» από το αναπτυσσόμενο μενού.
Στην επικεφαλίδα 'ομάδα' - επιλέξτε την απαιτούμενη ομάδα. Εάν θέλετε να αναζητήσετε τάση ή τρέχουσα πηγή ή γείωση. Αν θέλετε να αναζητήσετε οποιοδήποτε βασικό εξάρτημα, όπως μια αντίσταση, έναν πυκνωτή, κ.λπ. Εδώ πρώτα πρέπει να τοποθετήσουμε την πηγή τροφοδοσίας εναλλασσόμενου ρεύματος, επομένως επιλέξτε Πηγή -> Πηγές ισχύος -> AC_power. Αφού τοποθετηθεί το στοιχείο (κάνοντας κλικ στο κουμπί «ok»), ορίστε την τιμή της τάσης RMS στα 230 V και τη συχνότητα στα 50Hz.
Τώρα και πάλι κάτω από το παράθυρο στοιχείων, επιλέξτε βασικό, μετά μετασχηματιστή και, στη συνέχεια, επιλέξτε TS_ideal. Για έναν ιδανικό μετασχηματιστή, η επαγωγή και των δύο πηνίων είναι η ίδια, για να επιτύχουμε την έξοδο έχουμε την αλλαγή της δευτερεύουσας επαγωγής πηνίου. Τώρα γνωρίζουμε ότι ο λόγος της επαγωγής των πηνίων του μετασχηματιστή είναι ίσος με το τετράγωνο του λόγου των στροφών. Δεδομένου ότι ο λόγος στροφών που απαιτείται σε αυτήν την περίπτωση είναι 19, επομένως πρέπει να ρυθμίσουμε τη δευτερεύουσα επαγωγή πηνίου στα 0,27 mH. (Η πρωταρχική επαγωγή πηνίου είναι στα 100mH).
Κάτω από το παράθυρο συστατικών, επιλέξτε βασικές, έπειτα δίοδοι και, στη συνέχεια, επιλέξτε τη δίοδο IN4003. Επιλέξτε 4 τέτοιες διόδους και τοποθετήστε τις σε διάταξη ανορθωτή γέφυρας.
Κάτω από τα παράθυρα των συστατικών, επιλέξτε βασικό, έπειτα Cap _Electrolytic και επιλέξτε την τιμή του πυκνωτή που θα είναι 20microFarad.
Κάτω από το παράθυρο στοιχείων, επιλέξτε τροφοδοσία, μετά Voltage_ Regulator και, στη συνέχεια, επιλέξτε 'LM7805' από το αναπτυσσόμενο μενού.
Κάτω από το παράθυρο στοιχείων, επιλέξτε διόδους και, στη συνέχεια, επιλέξτε LED και από το αναπτυσσόμενο μενού, επιλέξτε LED_green.
Χρησιμοποιώντας την ίδια διαδικασία, επιλέξτε μια αντίσταση με την τιμή των 100 Ohms.
Τώρα που έχουμε όλα τα στοιχεία και έχουμε μια ιδέα για το διάγραμμα κυκλώματος, ας αρχίσουμε να σχεδιάζουμε το διάγραμμα κυκλώματος στην πλατφόρμα πολλαπλών sim.
Για να σχεδιάσουμε το κύκλωμα, πρέπει να κάνουμε σωστές συνδέσεις μεταξύ των εξαρτημάτων χρησιμοποιώντας καλώδια. Για να επιλέξετε καλώδια, μεταβείτε στο Μέρος και μετά καλώδιο. Θυμηθείτε να συνδέσετε τα στοιχεία μόνο όταν εμφανίζεται ένα σημείο διασταύρωσης. Σε πολλαπλές σειρές, τα καλώδια σύνδεσης υποδεικνύονται με κόκκινο χρώμα.
Για να λάβετε μια ένδειξη της τάσης στην έξοδο, ακολουθήστε τα παρακάτω βήματα. Πηγαίνετε στο Place, μετά «Components», στη συνέχεια «ένδειξη», μετά «Voltmeter» και μετά επιλέξτε το πρώτο στοιχείο.
Τώρα το κύκλωμα είναι έτοιμο για προσομοίωση.
Τώρα κάντε κλικ στο «Προσομοίωση» και μετά επιλέξτε «Εκτέλεση».
Τώρα μπορείτε να δείτε το LED στην έξοδο να αναβοσβήνει, το οποίο υποδεικνύεται από τα βέλη που γίνονται πράσινα στο χρώμα.
Μπορείτε να επαληθεύσετε εάν λαμβάνετε τη σωστή τιμή τάσης σε κάθε στοιχείο τοποθετώντας παράλληλα ένα βολτόμετρο.

Ένα πλήρες διάγραμμα προσομοίωσης κυκλώματος από ElProCus

Τώρα έχετε μια ιδέα για το σχεδιασμό ρυθμιζόμενης τροφοδοσίας για φορτία που απαιτούν σταθερή τάση DC, αλλά τι γίνεται με φορτία που απαιτούν μεταβλητή τάση DC. Σας αφήνω με αυτό το έργο. Επιπλέον, τυχόν απορίες σχετικά με αυτήν την έννοια ή ηλεκτρικές και έργα ηλεκτρονικής Δώστε τις ιδέες σας στην παρακάτω ενότητα σχολίων.

παρακαλούμε ακολουθήστε τον παρακάτω σύνδεσμο για έργα σε 1 χωρίς κόλλα