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

Bevor ich näher auf den Aufbau einer Schaltung eingehe, lassen Sie uns zunächst wissen, was eine Schaltung ist und warum wir eine Schaltung bauen müssen.

Eine Schaltung ist eine Schleife, durch die Materie transportiert wird. Bei einer elektronischen Schaltung ist die Ladung die Ladung durch die Elektronik und die Quelle dieser Elektronen ist der positive Anschluss der Spannungsquelle. Wenn diese Ladung vom positiven Anschluss durch die Schleife fließt und den negativen Anschluss erreicht, wird die Schaltung als abgeschlossen bezeichnet. Diese Schaltung besteht jedoch aus mehreren Komponenten, die den Ladungsfluss auf vielfältige Weise beeinflussen. Einige können den Ladungsfluss behindern, andere einfach speichern oder die Ladung abführen. Einige benötigen eine externe Energiequelle, andere liefern Energie.

Es kann viele Gründe geben, warum wir eine Schaltung bauen müssen. Manchmal müssen wir möglicherweise eine Lampe leuchten lassen, einen Motor betreiben usw. Alle diese Geräte - Lampen, Motor, LED - werden als Lasten bezeichnet. Jede Last benötigt einen bestimmten Strom oder eine bestimmte Spannung, um ihren Betrieb aufzunehmen. 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 benötigen einige weitere Komponenten, die den ordnungsgemäßen Ladungsfluss unterstützen und die von der Quelle gelieferte Ladung so verarbeiten, dass eine angemessene Ladungsmenge zur Last fließt.

Ein grundlegendes Beispiel - Geregelte Gleichstromversorgung zum Betreiben einer LED

Lassen Sie uns ein grundlegendes Beispiel und die Schritt-für-Schritt-Regeln beim Aufbau der Schaltung geben.

Problemstellung : Entwerfen Sie eine geregelte Gleichstromversorgung von 5 V, mit der eine LED mit Wechselspannung als Eingang betrieben werden kann.

Lösung : Sie alle müssen sich der geregelten Gleichstromversorgung bewusst sein. Wenn nicht, lassen Sie mich eine kurze Idee geben. Die meisten Schaltungen oder elektronische Geräte benötigen eine Gleichspannung für ihren Betrieb. Wir können einfache Batterien verwenden, um die Spannung bereitzustellen, aber das Hauptproblem bei Batterien ist ihre begrenzte Lebensdauer. Aus diesem Grund besteht die einzige Möglichkeit darin, die Wechselspannungsversorgung in unseren Häusern auf die erforderliche Gleichspannung umzustellen.

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

Blockdiagramm von ElProCus

Die Theorie hinter der Schaltung

Die Wechselspannung von der Versorgung bei 230 V wird zuerst unter Verwendung eines Abwärtstransformators auf Niederspannungswechselstrom herabgesetzt. Ein Transformator ist ein Gerät mit zwei Wicklungen - Primär- und Sekundärwicklung, wobei die an die Primärwicklung angelegte Spannung aufgrund der induktiven Kopplung an der Sekundärwicklung auftritt. Da die Sekundärspule eine geringere Anzahl von Windungen aufweist, ist die Spannung an der Sekundärspule geringer als die Spannung an der Primärspule für einen Abwärtstransformator.
Diese niedrige Wechselspannung wird unter Verwendung eines Brückengleichrichters in pulsierende Gleichspannung umgewandelt. Ein Brückengleichrichter ist eine Anordnung von 4 Dioden, die in der überbrückten Form angeordnet sind, so dass die Anode einer Diode und die Kathode einer anderen Diode mit dem positiven Anschluss der Spannungsquelle verbunden sind und auf die gleiche Weise die Anode und die Kathode von zwei anderen Dioden an den Minuspol der Spannungsquelle angeschlossen. Auch die Kathoden von zwei Dioden sind mit der positiven Polarität der Spannung verbunden und die Anode von zwei Dioden ist mit der negativen Polarität der Ausgangsspannung verbunden. Für jede Halbwelle wird das entgegengesetzte Diodenpaar leitend und pulsierende Gleichspannung über die Brückengleichrichter erhalten.
Die so erhaltene pulsierende Gleichspannung enthält Welligkeiten in Form von Wechselspannung. Um diese Welligkeiten zu entfernen, wird ein Filter benötigt, der die Welligkeiten aus der Gleichspannung herausfiltert. Ein Kondensator ist parallel zum Ausgang angeordnet, so dass der Kondensator (aufgrund seiner Impedanz) den Durchgang von hochfrequenten Wechselstromsignalen zur Erde ermöglicht und das niederfrequente oder Gleichstromsignal blockiert wird. Somit wirkt der Kondensator als Tiefpassfilter.
Der von einem Kondensatorfilter erzeugte Ausgang ist die ungeregelte Gleichspannung. Zur Erzeugung einer geregelten Gleichspannung wird ein Regler verwendet, der eine konstante Gleichspannung entwickelt.

Lassen Sie uns nun einen einfachen AC / DC-geregelten Stromversorgungskreis zum Ansteuern einer LED entwerfen.

Schritte beim Aufbau der Schaltung

Schritt 1: Schaltungsentwurf

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

“Wofür verwenden wir Mikrowellen ”

1. Entscheiden Sie sich für den zu verwendenden Regler und dessen Eingangsspannung.

Hier benötigen wir eine konstante Spannung von 5 V bei 20 mA mit der positiven Polarität der Ausgangsspannung. Aus diesem Grund benötigen wir einen Regler, der einen 5-V-Ausgang liefert. Eine ideale und effiziente Wahl wäre der Regler-IC LM7805. Unsere nächste Anforderung besteht darin, die Eingangsspannungsanforderung für den Regler zu berechnen. Bei einem Regler sollte die minimale Eingangsspannung die Ausgangsspannung sein, die um einen Wert von drei addiert wird. In diesem Fall benötigen wir für eine Spannung von 5 V eine minimale Eingangsspannung von 8 V. Lassen Sie uns für einen Eingang von 12V entscheiden.

7805 Regler von Flickr

2. Entscheiden Sie, welcher Transformator verwendet werden soll

Jetzt beträgt die ungeregelte Spannung eine Spannung von 12V. Dies ist der Effektivwert der für einen Transformator erforderlichen Sekundärspannung. Da die Primärspannung 230 V RMS beträgt, erhalten wir bei der Berechnung des Windungsverhältnisses einen Wert von 19. Daher müssen wir einen Transformator mit 230 V / 12 V erhalten, d. H. Einen 12 V, 20 mA Transformator.

“LED-Licht Schaltplan 12V ”

Transformator herunterfahren um Wiki

3. Bestimmen Sie den Wert des Filterkondensators

Der Wert des Filterkondensators hängt von der von der Last aufgenommenen Strommenge, dem Ruhestrom (idealer Strom) des Reglers, der zulässigen Welligkeit des Gleichstromausgangs und der Periode ab.

Bei einer Spitzenspannung am Primärtransformator von 17 V (12 * sqrt2) und einem Gesamtabfall an den Dioden von (2 * 0,7 V) 1,4 V beträgt die Spitzenspannung am Kondensator ca. 15 V. Wir können den Betrag der zulässigen Welligkeit anhand der folgenden Formel berechnen:

∆V = VpeakCap-Vmin

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

Nun ist die Kapazität C = (I * ∆t) / ∆V,

Jetzt bin ich die Summe aus dem Laststrom plus dem Ruhestrom des Reglers und I = 24 mA (der Ruhestrom beträgt ungefähr 4 mA und der Laststrom beträgt 20 mA). Auch ∆t = 1 / 100Hz = 10ms. Der Wert von ∆t hängt von der Frequenz des Eingangssignals ab und hier beträgt die Eingangsfrequenz 50 Hz.

Wenn also alle Werte ersetzt werden, beträgt der Wert von C etwa 30 Mikrofarad. Wählen wir also einen Wert von 20microFarad.

Ein Elektrolytkondensator von Wiki

4. Entscheiden Sie, welcher PIV (Peak Inverse Voltage) der Dioden verwendet werden soll.

Da die Spitzenspannung über der Sekundärwicklung des Transformators 17 V beträgt, beträgt der Gesamt-PIV der Diodenbrücke ungefähr (4 · 17), d. H. 68 V. Wir müssen uns also mit Dioden mit einem PIV-Wert von jeweils 100 V zufrieden geben. Denken Sie daran, dass PIV die maximale Spannung ist, die in ihrem in Sperrrichtung vorgespannten Zustand an die Diode angelegt werden kann, ohne einen Durchschlag zu verursachen.

PN Junction Diode von Nojavanha

Schritt 2. Schaltungszeichnung und Simulation

Nachdem Sie nun die Idee der Werte für jede Komponente und den gesamten Schaltplan haben, können Sie die Schaltung mithilfe einer Schaltungsbildungssoftware zeichnen und simulieren.

“Blockschaltbild des Phasenregelkreises ”

Hier ist unsere Wahl der Software Multisim.

Multisim-Fenster

Im Folgenden finden Sie die angegebenen Schritte zum Zeichnen und Simulieren einer Schaltung mit Multisim.

Klicken Sie in Ihrem Windows-Bereich auf den folgenden Link: Start >>> Programme -> National -> Instrumente -> Circuit Design Suite 11.0 -> Multisim 11.0.
Ein Multisim-Softwarefenster mit einer Menüleiste und einem Leerzeichen, das einem Steckbrett ähnelt, wird angezeigt, um die Schaltung zu zeichnen.
Wählen Sie in der Menüleiste Ort -> Komponenten
Ein Fenster mit dem Titel 'Komponenten auswählen' wird angezeigt.
Wählen Sie unter der Überschrift 'Datenbank' die Option 'Stammdatenbank' aus dem Dropdown-Menü.
Wählen Sie unter der Überschrift 'Gruppe' die gewünschte Gruppe aus. Wenn Sie sich für eine Spannungs- oder Stromquelle oder Masse entscheiden möchten. Wenn Sie sich für eine Basiskomponente wie einen Widerstand, einen Kondensator usw. entscheiden möchten, müssen Sie hier zuerst die Eingangswechselstromquelle platzieren und daher Quelle -> Stromquellen -> Wechselstrom auswählen. 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.
Wählen Sie nun erneut im Komponentenfenster Basic, dann Transformator und dann TS_ideal aus. Für einen idealen Transformator ist die Induktivität beider Spulen gleich. Um den Ausgang zu erreichen, müssen wir die Sekundärspuleninduktivität ändern. Jetzt wissen wir, dass das Verhältnis der Induktivität der Transformatorspulen gleich dem Quadrat des Windungsverhältnisses ist. Da das in diesem Fall erforderliche Windungsverhältnis 19 beträgt, müssen wir die Induktivität der Sekundärspule auf 0,27 mH einstellen. (Die Induktivität der Primärspule liegt bei 100 mH).
Wählen Sie im Komponentenfenster Basic, dann Dioden und dann die Diode IN4003 aus. Wählen Sie 4 solcher Dioden aus und platzieren Sie sie in einer Brückengleichrichteranordnung.
Wählen Sie unter den Komponentenfenstern basic und dann Cap _Electrolytic aus und wählen Sie den Wert des Kondensators als 20microFarad aus.
Wählen Sie im Komponentenfenster Strom, dann Spannungsregler und dann 'LM7805' aus dem Dropdown-Menü.
Wählen Sie im Komponentenfenster Dioden und dann LED aus und wählen Sie im Dropdown-Menü LED_green aus.
Wählen Sie auf die gleiche Weise einen Widerstand mit dem Wert 100 Ohm.
Nachdem wir alle Komponenten haben und eine Vorstellung vom Schaltplan haben, können wir den Schaltplan auf der Multi-Sim-Plattform zeichnen.
Um die Schaltung zu zeichnen, müssen wir die richtigen Verbindungen zwischen den Komponenten mithilfe von Drähten herstellen. Um Drähte auszuwählen, gehen Sie zu Platzieren und dann zu Draht. Denken Sie daran, die Komponenten nur anzuschließen, wenn ein Verbindungspunkt angezeigt wird. Bei Multisim sind die Verbindungsdrähte rot gekennzeichnet.
Befolgen Sie die angegebenen Schritte, um eine Anzeige der Spannung am Ausgang zu erhalten. Gehen Sie zu Platzieren, dann zu 'Komponenten', dann zu 'Anzeige', dann zu 'Voltmeter' und wählen Sie dann die erste Komponente aus.
Jetzt kann Ihre Schaltung simuliert werden.
Klicken Sie nun auf 'Simulieren' und wählen Sie 'Ausführen'.
Jetzt können Sie sehen, dass die LED am Ausgang blinkt, was durch die grün gefärbten Pfeile angezeigt wird.
Sie können überprüfen, ob Sie für jede Komponente den richtigen Spannungswert erhalten, indem Sie ein Voltmeter parallel schalten.

Ein vollständiges simuliertes Schaltbild von ElProCus

Jetzt haben Sie eine Idee zum Entwerfen einer geregelten Stromversorgung für Lasten, die eine konstante Gleichspannung benötigen, aber was ist mit Lasten, die eine variable Gleichspannung benötigen. Ich überlasse Ihnen diese Aufgabe. Darüber hinaus sind alle Fragen zu diesem Konzept oder elektrischen und Elektronikprojekte Bitte geben Sie Ihre Ideen in den Kommentaren unten.

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