Schritte zum Aufbau einer elektronischen Schaltung

Was ist eine Schaltung und warum müssen wir eine Schaltung aufbauen?

Lassen Sie uns zunächst wissen, was eine Schaltung eigentlich ist und warum wir eine Schaltung aufbauen müssen, bevor ich mich näher mit dem Aufbau einer Schaltung befasse.

Eine Schaltung ist eigentlich eine Schleife, durch dieMaterie wird getragen. Bei einer elektronischen Schaltung wird die Ladung von der Elektronik getragen, und die Elektronenquelle ist der positive Anschluss der Spannungsquelle. Wenn diese Ladung vom positiven Anschluss durch die Schleife fließt und den negativen Anschluss erreicht, befindet sich die Schaltung soll abgeschlossen sein. Diese Schaltung besteht jedoch aus einer Reihe von Komponenten, die den Ladungsfluss in vielerlei Hinsicht beeinflussen. Einige können den Ladefluss behindern, einige einfach speichern oder abführen. Einige benötigen eine externe Energiequelle, andere liefern Energie.

Es gibt viele Gründe, warum wir eine bauen müssenSchaltung. Manchmal müssen wir eine Lampe leuchten, einen Motor betreiben usw. Alle diese Geräte - eine Lampe, ein Motor, LED - nennen wir Lasten. Jede Last benötigt einen bestimmten Strom oder eine bestimmte Spannung, um den Betrieb zu starten. Diese Spannung kann eine konstante Gleichspannung oder eine Wechselspannung sein. Es ist jedoch nicht möglich, eine Schaltung nur mit einer Quelle und einer Last aufzubauen. Wir brauchen wenige weitere Komponenten, die den ordnungsgemäßen Ladungsfluss unterstützen und die von der Quelle gelieferte Ladung so verarbeiten, dass eine angemessene Ladungsmenge zur Last fließt.

Ein einfaches Beispiel - geregelte Gleichstromversorgung, um eine LED zu betreiben

Lassen Sie uns ein grundlegendes Beispiel und die schrittweisen Regeln für den Bau der Rennstrecke nennen.

Problemstellung: Entwerfen Sie eine geregelte Gleichstromversorgung von 5 V, die zum Betrieb einer LED verwendet werden kann, wobei die Wechselspannung als Eingang dient.

Lösung: Sie müssen alle auf geregelte Gleichspannung achtenliefern. Wenn nicht, lass mich eine kurze Idee geben. Tatsächlich benötigen die meisten Schaltkreise oder elektronischen Geräte für ihren Betrieb eine Gleichspannung. Wir können einfache Batterien verwenden, um die Spannung bereitzustellen, aber das Hauptproblem bei Batterien ist ihre begrenzte Lebensdauer. Aus diesem Grund besteht der einzige Weg darin, die Wechselstromversorgung in unseren Häusern auf die erforderliche Gleichspannung umzuwandeln.

Alles was wir brauchen ist, diese Wechselspannung in Gleichspannung umzuwandeln. Aber es ist nicht so einfach, wie es scheint. Lassen Sie uns eine kurze theoretische Vorstellung davon haben, wie Wechselspannung in geregelte Gleichspannung umgewandelt wird.

Brückengleichrichter

Theorie hinter der Rennstrecke

  1. Wechselspannung aus der Versorgung bei 230V ist vorrangigmit einem Abwärtstransformator auf Niederspannungs-Wechselstrom geschaltet. Ein Transformator ist ein Gerät mit zwei Wicklungen (Primär- und Sekundärwicklung), bei dem die Spannung, die an die Primärwicklung angelegt wird, aufgrund der induktiven Kopplung an der Sekundärwicklung auftritt. Da die Sekundärspule eine geringere Anzahl von Windungen aufweist, ist die Spannung an der Sekundärseite niedriger als die Spannung an der Primärwicklung für einen Abwärtstransformator.
  2. Diese niedrige Wechselspannung wird in pulsierenden Gleichstrom umgewandeltSpannung mit Brückengleichrichter. Ein Brückengleichrichter ist eine Anordnung von 4 Dioden, die in überbrückter Form angeordnet sind, so dass die Anode einer Diode und die Kathode einer anderen Diode zusammen mit dem positiven Anschluss der Spannungsquelle verbunden sind und auf dieselbe Weise die Anode und die Kathode von zwei anderen Dioden verbunden sind an den negativen Anschluss der Spannungsquelle. Auch die Kathoden zweier Dioden sind zur positiven Polarität der Spannung zusammengeschaltet und die Anode der zwei Dioden ist zur negativen Polarität der Ausgangsspannung zusammengeschaltet. Für jeden Halbzyklus leitet das gegenüberliegende Diodenpaar, und über die Brückengleichrichter erhält man eine pulsierende Gleichspannung.
  3. Die so erhaltene pulsierende Gleichspannung enthältWellen in Form von Wechselspannung. Um diese Wellen zu entfernen, wird ein Filter benötigt, der die Wellen aus der Gleichspannung herausfiltert. Ein Kondensator ist parallel zum Ausgang angeordnet, so dass der Kondensator (aufgrund seiner Impedanz) das Durchlassen von hochfrequenten Wechselstromsignalen zur Erde ermöglicht und ein Niederfrequenz- oder Gleichstromsignal blockiert. Somit wirkt der Kondensator als Tiefpassfilter.
  4. Die von einem Kondensatorfilter erzeugte Ausgabe ist die ungeregelte Gleichspannung. Zur Erzeugung einer geregelten Gleichspannung wird ein Regler verwendet, der eine konstante Gleichspannung aufbaut.

Lassen Sie uns nun einen einfachen AC / DC-Stromkreis für die Ansteuerung einer LED entwerfen.

Schritte beim Aufbau der Rennstrecke

Schritt 1: Schaltungsentwurf

Um eine Schaltung zu entwerfen, müssen wir eine Vorstellung von den Werten jeder Komponente haben, die in der Schaltung benötigt werden. Lassen Sie uns nun sehen, wie wir eigentlich einen geregelten Gleichstromversorgungskreis entwerfen.

1. Legen Sie den zu verwendenden Regler und seine Eingangsspannung fest.

Hier ist es unser Anspruch, eine Konstante zu habenSpannung von 5 V bei 20 mA bei positiver Polarität der Ausgangsspannung. Aus diesem Grund benötigen wir einen Regler, der einen 5V-Ausgang liefert. Eine ideale und effiziente Wahl wäre der Regler-IC LM7805. Unsere nächste Anforderung ist die Berechnung der Eingangsspannungsanforderung für den Regler. Bei einem Regler sollte die minimale Eingangsspannung die um drei addierte Ausgangsspannung sein. Um hier eine Spannung von 5 V zu haben, benötigen wir eine minimale Eingangsspannung von 8 V. Lassen Sie uns für einen Eingang von 12V beruhigen.

7805 Regler von Flickr

2. Legen Sie den zu verwendenden Transformator fest

Nun ist die erzeugte ungeregelte Spannung eine Spannungvon 12V. Dies ist der Effektivwert der Sekundärspannung, der für einen Transformator erforderlich ist. Da die Primärspannung 230 V RMS beträgt, erhalten wir bei der Berechnung des Windungsverhältnisses den Wert 19. Daher müssen wir einen Transformator mit 230 V / 12 V erhalten, d.

Abwärtstransformator durch Wiki

3. Bestimmen Sie den Wert des Filterkondensators

Der Wert des Filterkondensators hängt von der abStromstärke, die von der Last aufgenommen wird, Ruhestrom (idealer Strom) des Reglers, zulässige Welligkeit des DC-Ausgangs und Zeitdauer

Für die Spitzenspannung am Transformatorprimär 17 V (12 * sqrt2) betragen und der Gesamtabfall über den Dioden (2 * 0,7 V) 1,4 V betragen, beträgt die Spitzenspannung am Kondensator ungefähr 15 V. Wir können die zulässige Welligkeit anhand der folgenden Formel berechnen:

∆V = VpeakCap-Vmin

Wie berechnet ist Vpeakcap = 15V und Vmin ist der minimale Spannungseingang für den Regler. Also ist ∆V (15-7) = 8V.

Nun, Kapazität, C = (I * ∆t) / ∆V,

Nun ist ich die Summe des Laststroms plus derRuhestrom des Reglers und I = 24mA (Ruhestrom beträgt etwa 4mA und Laststrom beträgt 20mA). Auch ∆t = 1 / 100Hz = 10 ms. Der Wert von ∆t hängt von der Frequenz des Eingangssignals ab und hier beträgt die Eingangsfrequenz 50 Hz.

Durch Ersetzen aller Werte liegt der Wert von C bei etwa 30 Mikrometern. Lassen Sie uns also einen Wert von 20microFarad auswählen.

Ein Elektrolytkondensator von Wiki

4. Bestimmen Sie die PIV (Spitzenspannung) der zu verwendenden Dioden.

Da die Spitzenspannung am TransformatorSekundär ist 17 V, der Gesamt-PIV der Diodenbrücke beträgt etwa (4 * 17), d. h. 68 V. Daher müssen wir uns für Dioden mit einer PIV-Bewertung von jeweils 100 V entscheiden. Denken Sie daran, dass PIV die maximale Spannung ist, die an die Diode in Sperrrichtung angelegt werden kann, ohne dass es zu einem Durchbruch kommt.

PN Junction Diode von Nojavanha

Schritt 2. Schaltungszeichnung und Simulation

Nachdem Sie nun die Werte der einzelnen Komponenten und des gesamten Schaltplans verstanden haben, lassen Sie uns die Schaltung mit Schaltungsbau-Software zeichnen und simulieren.

Hier wählen wir Multisim aus.

Multisim-Fenster

Nachfolgend sind die angegebenen Schritte beschrieben, um einen Kreis mit Multisim zu zeichnen und zu simulieren.

  1. Klicken Sie im Windows-Fenster auf den folgenden Link: Start >>> Programme -> National -> Instrumente -> Circuit Design Suite 11.0 -> Multisim 11.0.
  2. Ein Multisim-Software-Fenster mit einer Leiste und einer Leiste, die einem Steckbrett ähnelt, erscheint, um die Schaltung zu zeichnen.
  3. Wählen Sie in der Menüleiste Ort -> Komponenten
  4. Es erscheint ein Fenster mit dem Titel "Komponenten auswählen".
  5. Wählen Sie unter "Datenbank" die Option "Master-Datenbank" aus dem Dropdown-Menü.
  6. Wählen Sie unter der Überschrift "Gruppe" das gewünschte ausGruppe. Wenn Sie nach Spannung oder Stromquelle oder Masse gehen möchten. Wenn Sie sich für eine Basiskomponente wie einen Widerstand, einen Kondensator usw. entscheiden möchten, müssen Sie zuerst die Eingangswechselstromquelle platzieren. Wählen Sie daher Quelle -> Stromquellen -> AC_Power. Stellen Sie nach dem Platzieren der Komponente (durch Klicken auf die Schaltfläche „OK“) den Wert der Effektivspannung auf 230 V und die Frequenz auf 50 Hz ein.
  7. Nun erneut unter dem Komponentenfenster auswählenbasic, dann Transformator, dann TS_ideal auswählen. Da für einen idealen Transformator die Induktivität beider Spulen gleich ist, müssen wir zur Erreichung unserer Leistung die Sekundärspuleninduktivität ändern. Nun wissen wir, dass das Verhältnis der Induktivität der Transformatorspulen gleich dem Quadrat des Windungsverhältnisses ist. Da das Windungsverhältnis in diesem Fall 19 beträgt, müssen wir die Sekundärspuleninduktivität auf 0,27 mH einstellen. (Primärspuleninduktivität liegt bei 100 mH).
  8. Wählen Sie unter dem Komponentenfenster Basic, dann Dioden und dann die Diode IN4003 aus. Wählen Sie 4 solcher Dioden aus und platzieren Sie sie in einer Brückengleichrichteranordnung.
  9. Wählen Sie unter den Komponentenfenstern basic und dann Cap _Electrolytic aus. Wählen Sie als Kondensator 20microFarad.
  10. Wählen Sie unter dem Komponentenfenster die Stromversorgung aus, dann den Spannungsregler und wählen Sie dann 'LM7805' aus dem Dropdown-Menü aus.
  11. Wählen Sie im Komponentenfenster Dioden und dann LED aus. Wählen Sie dann im Dropdown-Menü LED_green aus.
  12. Wählen Sie auf dieselbe Weise einen Widerstand mit dem Wert 100 Ohm.
  13. Nun, da wir alle Komponenten haben und eine Vorstellung von dem Schaltplan haben, können wir den Schaltplan auf der Multisim-Plattform zeichnen.
  14. Um die Schaltung zu zeichnen, müssen wir es richtig machenVerbindungen zwischen den Komponenten über Drähte. Um die Drähte auszuwählen, gehen Sie zu Platzieren und dann zu Draht. Denken Sie daran, die Komponenten nur anzuschließen, wenn ein Verbindungspunkt angezeigt wird. Im Multisim werden die Verbindungsdrähte durch rote Farbe angezeigt.
  15. Befolgen Sie die angegebenen Schritte, um einen Hinweis auf die Spannung am Ausgang zu erhalten. Gehen Sie zu Ort, dann zu „Komponenten“, dann zu „Anzeige“, dann zu „Voltmeter“ und wählen Sie dann die erste Komponente aus.
  16. Jetzt kann Ihre Schaltung simuliert werden.
  17. Klicken Sie nun auf "Simulieren" und wählen Sie "Ausführen".
  18. Jetzt können Sie sehen, dass die LED am Ausgang blinkt, was durch die grünen Pfeile angezeigt wird.
  19. Sie können überprüfen, ob Sie den korrekten Spannungswert für jede Komponente erhalten, indem Sie ein Voltmeter parallel schalten.
Ein komplettes simuliertes Schaltbild

Nun haben Sie eine Idee, ein reguliertes System zu entwerfenStromversorgung für Lasten, die eine konstante Gleichspannung erfordern, aber was ist mit Lasten, die eine variable Gleichspannung erfordern Ich überlasse Ihnen diese Aufgabe. Des Weiteren Fragen zu diesem Konzept oder zu Elektro- und Elektronikprojekten Bitte geben Sie Ihre Ideen in den Kommentaren unten ein.

Bitte folgen Sie dem Link für: 5 in 1 lotlosen Projekten


Teile mit deinen Freunden