Passos per construir circuits electrònics

Passos per construir circuits electrònics
Què és un circuit i per què necessitem construir un circuit?

Abans d’entrar en detalls sobre com es dissenya un circuit, primer ens informem de què és un circuit i per què hem de construir un circuit.



Un circuit és qualsevol bucle per on es transporta la matèria. Per a un circuit electrònic, la matèria transportada és la càrrega electrònica i la font d’aquests electrons és el terminal positiu de la font de tensió. Quan aquesta càrrega flueix des del terminal positiu, a través del bucle, i arriba al terminal negatiu, es diu que el circuit està completat. No obstant això, aquest circuit consta de diversos components que afecten el flux de càrrega de moltes maneres. Alguns poden obstaculitzar el flux de càrrega, alguns poden emmagatzemar-los o dissipar-los. Alguns requereixen una font d’energia externa, d’altres subministren energia.


Hi ha moltes raons per les quals necessitem construir un circuit. De vegades és possible que necessitem encendre una làmpada, fer funcionar un motor, etc. Tots aquests dispositius: llums, motors, LED són el que anomenem càrregues. Cada càrrega requereix un determinat corrent o tensió per iniciar el seu funcionament. Aquest voltatge pot ser un voltatge continu CC o un voltatge altern. No obstant això, no és possible construir un circuit només amb una font i una càrrega. Necessitem uns quants components més que ajudin al flux de càrrega adequat i processin la càrrega subministrada per la font de manera que una quantitat adequada de càrrega flueixi a la càrrega.





Un exemple bàsic: font d'alimentació de CC regulada per executar un LED

Posem un exemple bàsic i les regles pas a pas en la construcció del circuit.

Plantejament del problema : Dissenyeu una font d'alimentació CC regulada de 5V que es pugui utilitzar per fer funcionar un LED, utilitzant la tensió CA com a entrada.



Solució : Tots heu de ser conscients de la font d'alimentació de CC regulada. Si no, deixeu-me fer una breu idea. La majoria dels circuits o dispositius electrònics requereixen una tensió CC per al seu funcionament. Podem utilitzar bateries simples per proporcionar la tensió, però el principal problema de les bateries és la seva vida útil limitada. Per aquest motiu, l’única manera que tenim és convertir el subministrament de tensió de corrent altern a casa nostra a la tensió de corrent continu requerida.


Tot el que necessitem és convertir aquest voltatge de CA en voltatge de corrent continu. Però no és tan senzill com sembla. De manera que tinguem una breu idea teòrica sobre com es converteix el voltatge de CA en voltatge de CC regulat.

Rectificador de ponts

Diagrama de blocs per ElProCus

La teoria darrere del circuit

  1. El voltatge de corrent altern de l’alimentació a 230 V es redueix primerament a CA de baixa tensió mitjançant un transformador reductor. Un transformador és un dispositiu amb dos bobinatges –primari i secundari– en què la tensió aplicada a l’enrotllament primari apareix a través del bobinat secundari gràcies a l’acoblament inductiu. Com que la bobina secundària té un nombre menor de voltes, el voltatge a través del secundari és inferior al voltatge a través del primari per a un transformador descendent.
  2. Aquesta baixa tensió de CA es converteix en tensió de CC pulsant mitjançant un rectificador de pont. Un rectificador de pont és una disposició de 4 díodes col·locats en forma de pont, de manera que l’ànode d’un díode i el càtode d’un altre díode es connecta al terminal positiu de la font de tensió i, de la mateixa manera, l’ànode i el càtode d’altres dos díodes són connectat al terminal negatiu de la font de tensió. A més, els càtodes de dos díodes estan connectats a la polaritat positiva del voltatge i l’ànode de dos díodes està connectat a la polaritat negativa del voltatge de sortida. Per a cada mig cicle, s'obté el parell oposat de díodes que condueixen i la tensió de CC pulsant a través dels rectificadors de pont.
  3. La tensió de CC pulsant així obtinguda conté ondulacions en forma de voltatge de corrent altern. Per eliminar aquestes ondulacions es necessita un filtre que filtri les ondulacions de la tensió CC. Un condensador es col·loca en paral·lel a la sortida, de manera que el condensador (a causa de la seva impedància) permet que els senyals de CA d'alta freqüència passin per terra i es bloquegi el senyal de baixa freqüència o CC. Així, el condensador actua com un filtre de pas baix.
  4. La sortida produïda a partir d’un filtre de condensador és la tensió CC no regulada. Per produir una tensió de CC regulada s’utilitza un regulador que desenvolupa una tensió de CC constant.

Comencem ara a dissenyar un senzill circuit de font d'alimentació regulat per AC-DC per accionar un LED.

Passos per construir el circuit

Pas 1: Disseny de circuits

Per dissenyar un circuit, hem de tenir una idea dels valors de cada component requerits al circuit. Vegem ara com estem dissenyant un circuit d'alimentació de CC regulat.

1. Decidiu el regulador que s’utilitzarà i el voltatge d’entrada.

Aquí necessitem tenir una tensió constant de 5V a 20mA amb la polaritat positiva de la tensió de sortida. Per aquest motiu, necessitem un regulador que proporcioni una sortida de 5V. Una opció ideal i eficient seria el regulador IC LM7805. El nostre següent requisit és calcular el voltatge d’entrada requerit per al regulador. Per a un regulador, la tensió d'entrada mínima ha de ser la tensió de sortida afegida per un valor de tres. En aquest cas, per tenir una tensió de 5V, necessitem una tensió d’entrada mínima de 8V. Conformem-nos amb una entrada de 12V.

Regulador 7805 de Flickr

Regulador 7805 per Flickr

2. Decidiu el transformador que voleu utilitzar

Ara, la tensió no regulada produïda és una tensió de 12V. Aquest és el valor RMS de la tensió secundària necessària per a un transformador. Com que la tensió primària és de 230 V RMS, en calcular la relació de girs, obtenim un valor de 19. Per tant, hem d’obtenir un transformador de 230 V / 12 V, és a dir, un transformador de 12 V, 20 mA.

Baixeu el transformador de Wiki

Baixeu el transformador Wiki

3. Decidiu el valor del condensador del filtre

El valor del condensador del filtre depèn de la quantitat de corrent extreta per la càrrega, del corrent en repòs (corrent ideal) del regulador, de la quantitat d'ondulació permesa a la sortida de CC i del període.

Perquè la tensió màxima a través del transformador primari sigui de 17 V (12 * sqrt2) i la caiguda total dels díodes sigui de (2 * 0,7 V) a 1,4 V, la tensió màxima del condensador és d’uns 15 V aprox. Podem calcular la quantitat d’ondulació permesa mitjançant la fórmula següent:

∆V = VpeakCap- Vmin

Tal com es calcula, Vpeakcap = 15V i Vmin és la tensió mínima d’entrada del regulador. Així, ∆V és (15-7) = 8V.

Ara, Capacitància, C = (I * ∆t) / ∆V,

Ara, sóc la suma del corrent de càrrega més el corrent de repòs del regulador i I = 24 mA (el corrent de repòs és d’uns 4 mA i el de càrrega és de 20 mA). També ∆t = 1 / 100Hz = 10 ms. El valor de ∆t depèn de la freqüència del senyal d'entrada i aquí la freqüència d'entrada és de 50Hz.

Així, substituint tots els valors, el valor de C arriba a ser al voltant dels 30microFarad. Per tant, seleccionem un valor de 20microFarad.

Un condensador d

Un condensador d'electròlits per Wiki

4. Decidiu el PIV (voltatge invers màxim) dels díodes que s’utilitzaran.

Com que la tensió màxima a través del transformador secundari és de 17 V, el PIV total del pont de díodes és d’uns (4 * 17), és a dir, de 68 V. Així doncs, ens hem de conformar amb díodes amb un PIV de 100V cadascun. Recordeu que el PIV és el voltatge màxim que es pot aplicar al díode en el seu estat de polarització inversa, sense que es produeixi cap avaria.

PN Junction díode per nojavanha

PN Diodo de unió per Nojavanha

Pas 2. Dibuix i simulació de circuits

Ara que ja teniu la idea dels valors de cada component i de tot el diagrama del circuit, anem a dibuixar el circuit mitjançant el programari de construcció de circuits i simulem-lo.

Aquí la nostra elecció del programari és Multisim.

Finestra multisim

Finestra multisim

A continuació es mostren els passos per dibuixar un circuit mitjançant Multisim i simular-lo.

  1. Al tauler de Windows, feu clic al següent enllaç: Inici >>> Programes -> Nacional -> Instruments -> Circuit design suite 11.0 -> multisim 11.0.
  2. Apareix una finestra de programari multisim amb una barra de menú i un espai en blanc que s’assembla a una taula de treball per dibuixar el circuit.
  3. A la barra de menú, seleccioneu lloc -> components
  4. Apareix una finestra amb el títol 'selecciona els components'
  5. Al títol 'Base de dades': seleccioneu 'Base de dades principal' al menú desplegable.
  6. A l’encapçalament ‘grup’, seleccioneu el grup desitjat. Si voleu buscar una font o terra de tensió o corrent. Si voleu buscar algun component bàsic com una resistència, un condensador, etc. Aquí primer hem de col·locar la font d'alimentació d'entrada d'entrada, per tant, seleccioneu Font -> Fonts d'alimentació -> AC_power. Després de col·locar el component (fent clic al botó 'ok'), configureu el valor de la tensió RMS a 230 V i la freqüència a 50Hz.
  7. Ara de nou, a la finestra de components, seleccioneu bàsic, després transformador i seleccioneu TS_ideal. Per a un transformador ideal, la inductància de les dues bobines és la mateixa, per aconseguir la sortida tenim el canvi de la inductància de la bobina secundària. Ara sabem que la proporció de la inductància de les bobines del transformador és igual al quadrat de la proporció de voltes. Com que la relació de girs necessària en aquest cas és de 19, per tant hem d’establir la inductància de la bobina secundària a 0,27 mH. (La inductància primària de la bobina és de 100 mH).
  8. A la finestra de components, seleccioneu bàsic i, a continuació, díodes i, a continuació, seleccioneu el díode IN4003. Seleccioneu 4 díodes d’aquest tipus i col·loqueu-los en una disposició de rectificador de pont.
  9. A les finestres de components, seleccioneu bàsic i, a continuació, tapeu _Electrolytic i seleccioneu el valor del condensador a 20microFarad.
  10. A la finestra de components, seleccioneu alimentació i, a continuació, Voltage_ Regulator i, a continuació, seleccioneu 'LM7805' al menú desplegable.
  11. A la finestra de components, seleccioneu díodes i, a continuació, seleccioneu LED i, al menú desplegable, seleccioneu LED_verd.
  12. Mitjançant el mateix procediment, seleccioneu una resistència amb un valor de 100 ohms.
  13. Ara que tenim tots els components i tenim una idea sobre el diagrama de circuits, anem a dibuixar el diagrama de circuits a la plataforma multi sim.
  14. Per dibuixar el circuit, hem de fer connexions adequades entre els components mitjançant cables. Per seleccionar cables, aneu a Col·loca i, a continuació, cableja. Recordeu connectar els components només quan aparegui un punt d’unió. En multisim, els cables de connexió s’indiquen amb color vermell.
  15. Per obtenir una indicació de la tensió a la sortida, seguiu els passos indicats. Aneu a Lloc, després a 'Components', després a 'indicador', després a 'Voltímetre' i, a continuació, seleccioneu el primer component.
  16. Ara el vostre circuit està a punt per ser simulat.
  17. Ara feu clic a 'Simula' i seleccioneu 'Executa'.
  18. Ara podeu veure el LED a la sortida parpelleja, cosa que s’indica amb les fletxes de color verd.
  19. Podeu verificar si obteniu el valor correcte de la tensió en cada component col·locant un voltímetre en paral·lel.
Un diagrama de circuits simulats complet

Un diagrama de circuits simulats complet de ElProCus

Ara teniu una idea sobre el disseny d’una font d’alimentació regulada per a càrregues que requereixen una tensió de CC constant, però què passa amb les càrregues que requereixen una tensió de CC variable. Et deixo aquesta tasca. A més, qualsevol consulta sobre aquest concepte o elèctrica i projectes electrònics Proporcioneu les vostres idees a la secció de comentaris a continuació.

Si us plau, seguiu l'enllaç següent per a projectes sense soldadura 5 en 1