Этот инструктаж научит вас, как сделать отличный источник напряжения, используя несколько резисторов, источник напряжения и транзистор. Требуются только минимальные знания электроники!
Расходные материалы:
Шаг 1: Мотивация
Проще говоря, мы можем думать о вольтаж (или, более конкретно, разность потенциалов) в качестве источника энергии в цепи. Какой бы ни была ваша нагрузка (iPhone, динамики и т. Д.), Вам нужно будет подать напряжение, чтобы она функционировала.
Скажем, у вас есть источник напряжения, но он не регулируется, и ваша нагрузка требует меньшего напряжения. Самый простой способ исправить это с помощью набора из двух резисторов, которые составят делитель напряжения, Если вы знаете, как работают делители напряжения, вы узнаете, как работает большая часть электронных схем!
Шаг 2: Как работает делитель напряжения - пример
Делитель напряжения работает, выводя часть входного напряжения. Эта доля определяется соотношением двух резисторов. Законы Кирхгофа скажите нам, что в цепи, состоящей из некоторого входного напряжения Vin и двух резисторов R1 и R2, напряжение, рассеиваемое на R2, будет
Vin * R2 / (R1 + R2) .
Если мы подключим нашу нагрузку параллельно с R2, мы можем дать ей любое напряжение (меньше Vin) с хорошим выбором значений R1 и R2.
Например, если Vin равен 15 Вольт, а R1 и R2 оба - 100 Ом (как в прикрепленном файле Напряжение-divider.pdf ), Vout = 15 * (100) / (200) = 7,5 В. Таким образом, мы можем получить выход 7,5 Вольт от фиксированного источника 15 Вольт!
Шаг 3. Проблемы с делителями напряжения в качестве источников напряжения (или введение в Sag)
Сопротивление (который мы можем рассматривать как внутреннее сопротивление источника напряжения) делителя напряжения
R1R2 / (R1 + R2) .
Хотя было бы достаточно просто создать делитель напряжения и использовать его в качестве источника напряжения, мы столкнулись с одной большой проблемой. Фактическое напряжение на нагрузке оказывается довольно зависимым от сопротивления нагрузки.
Эта зависимость напряжения от сопротивления нагрузки приводит к провисать, что не желательно для источника напряжения. В идеале, у нас должно быть постоянное напряжение на нагрузке, независимо от ее сопротивления. Однако, когда мы подключаем нагрузку, мы должны учитывать сопротивление нагрузки и R2 параллельно. Чтобы добавить эти сопротивления, просто следуйте уравнению
1 / Req = 1 / R2 + 1 / R3 ,
где 1 / R3 - сопротивление нагрузки. Это позволяет нам сложить сопротивление двух вместе, так как это эквивалентное сопротивление этих двух резисторов, которые составляют фактический делитель напряжения. Имея в виду два, давайте рассмотрим пример того, насколько делитель напряжения может прогибаться при небольшой нагрузке.
Допустим, у нас тот же резистор, что и раньше. Однако на этот раз мы добавим нагрузку 10 Ом. Вместо второго резистора в делителе напряжения, равного 100 Ом, мы должны включить параллельный резистор и использовать Req в качестве нашего сопротивления.
При параллельном сопротивлении 10 Ом и сопротивлении 100 Ом эквивалентное сопротивление составляет 9,09 Ом (1/10 + 1/100 = .11, 1 / .11 = 9.09). Когда это используется в качестве второго резистора в делителе напряжения, мы получаем делитель напряжения, который выдает 9,09 / 109,09 * 15 = 1,25 В, что значительно меньше требуемых 7,5 Вольт!
То, что мы в конечном итоге желаем жесткий источник напряжения, или источник, который не изменяет выходное напряжение независимо от того, какое сопротивление нагрузки.
Шаг 4: Транзисторы решают нашу проблему - последователь эмиттера
Оказывается, что хорошим решением этой проблемы является специальная схема, называемая эмитент следуетр. Повторитель излучателя состоит из входных напряжений (которые могут приходить или не приходить от одного и того же источника) на база а также коллектор о том, что мы называем транзисторс выходным напряжением (и нашей нагрузкой, в конце концов) на транзисторе эмиттер.
При работе с транзисторами необходимо знать два основных правила.
1. Напряжение на эмиттере всегда будет напряжением базы минус падение напряжения 0,6 В (для диода, соединяющего базу с эмиттером).
2. Ток от эмиттера всегда равен току от коллектора, который примерно в 100 раз больше, чем ток от базы. ( Есть определенные ограничения: если источник коллектора не может выдать достаточное напряжение, чтобы поддерживать ток на этом уровне, ваша нагрузка не получит напряжение, которое вы пытаетесь подать. Кроме того, напряжение от коллектора всегда должно быть примерно на 0,2 В выше, чем напряжение от базы. В противном случае транзистор сломается.)
На первый взгляд, повторитель излучателя кажется бесполезной схемой. Наше выходное напряжение - это просто наше входное напряжение, минус 0,6 Вольт, которые мы теряем при прохождении через транзистор.
Однако повторитель эмиттера может быть очень полезен с точки зрения «усиления» нашего источника напряжения (то есть уменьшения провисания). В идеале внутреннее сопротивление источника напряжения минимально, а сопротивление нагрузки максимально. Мы можем думать об этом как об источниках напряжения, которые «любят» нагрузки с большим сопротивлением, и о нагрузках, которые «любят» источники напряжения с низким внутренним сопротивлением.
Разница в ~ 100 в токе между эмиттером и базой означает, что сопротивление нашего источника напряжения (которое в нашем случае называется сопротивлением Тевенина нашего делителя напряжения) в ~ 100 раз меньше нашей нагрузки, что помогает с нашей проблемой провисания!
Давайте вернемся к нашему предыдущему примеру, но теперь используем наш источник напряжения повторителя. Тогда Vout = Vin * (Rload) / (Rload + Rth / 100) = 15 * (10) / (10 + 50/100) = 15 * (10) / (10,5) = 14,28 В.
Шаг 5: чертовски хороший источник напряжения (или, по крайней мере, чертовски много лучше)
Эта схема, показанная здесь, будет обеспечивать ток 5 В, который будет проваливаться только на 5% при максимальном токе, проходящем через нагрузку, который составляет 25 мА. Как правило, это хорошие цифры для большинства цепей, на которые вы будете подавать питание, и номера можно изменить в соответствии с вашими потребностями. Второй резистор, выходящий из эмиттера, не допустит взрыва нагрузки. Чтобы этот второй резистор не влиял на ваш дизайн, вы хотите, чтобы это сопротивление было значительно выше, чем сопротивление нагрузки (см. Уравнения параллельного сопротивления, если это не имеет смысла).
