Aquest instructable us ensenyarà com fer una font de tensió gran utilitzant algunes resistències, una font de tensió i un transistor. Només es requereix un coneixement mínim d’electrònica.
Subministraments:
Pas 1: Motivació
En termes simples, es pot pensar en un voltatge (o més específicament, diferència de potencial) com a font d’energia en un circuit. Qualsevol que sigui la seva càrrega (iPhone, altaveus, etc.), haureu de proporcionar tensió perquè funcioni.
Diu que teniu una font de tensió, però no és ajustable i la vostra càrrega requereix una tensió menor. La manera més senzilla de solucionar-ho és amb un conjunt de dues resistències, que constituiran un divisor de tensió. Si sabeu com funcionen els divisors de tensió, sabreu com funcionen una gran part dels circuits electrònics!
Pas 2: Com funciona un divisor de tensió: un exemple
El divisor de tensió funciona mitjançant la sortida d'una fracció de la tensió d’entrada. Aquesta fracció està determinada per la relació entre dues resistències. Les lleis de Kirchoff diguin-nos que, en un circuit format per una mica de tensió d'entrada Vin i dues resistències R1 i R2, la tensió dissipada a través de R2 serà
Vin * R2 / (R1 + R2) .
Si connectem la nostra càrrega en paral·lel a R2, podem donar-li qualsevol tensió (inferior a Vin) amb una bona elecció dels valors R1 i R2.
Per exemple, si Vin té 15 Volts i R1 i R2 són 100 ohms (com en el fitxer adjunt) voltatge-divisor.pdf ), Vout = 15 * (100) / (200) = 7,5 V. Així, podem obtenir una sortida de 7,5 volts a partir d’una font fixa de 15 volts.
Pas 3: problemes amb els divisors de tensió com a fonts de voltatge (o una introducció a la transmissió)
El resistència de la venin (que es pot considerar com la resistència interna d’una font de tensió) del divisor de tensió
R1R2 / (R1 + R2) .
Tot i que seria bastant fàcil construir un divisor de tensió i utilitzar-lo com a font de tensió, ens trobem amb un gran problema. La tensió real a la càrrega depèn de la resistència de la càrrega.
Aquesta dependència de la tensió sobre la resistència de la càrrega es tradueix en caure, que no és desitjable per a una font de tensió. Idealment, tindríem una tensió constant a tota la càrrega, independentment de la seva resistència. No obstant això, quan connectem una càrrega, hem de considerar la resistència de la càrrega i R2 en paral·lel. Per afegir aquestes resistències, simplement seguiu l’equació
1 / Req = 1 / R2 + 1 / R3 ,
on 1 / R3 és la resistència de la càrrega. Això ens permet afegir la resistència dels dos, ja que és la resistència equivalent de les dues resistències que formen el divisor de tensió real. Tenint en compte els dos, anem a veure un exemple de quant pot dividir un divisor de tensió amb una petita càrrega.
Diguem que tenim la mateixa resistència que abans. Tanmateix, aquesta vegada afegirem una càrrega de 10 ohms. En comptes de la segona resistència del divisor de tensió igual a 100 ohms, hem de tenir en compte la resistència paral·lela i utilitzar el Req com a resistència.
Amb una resistència de 10 ohms i 100 ohms en paral·lel, la resistència equivalent és de 9,09 ohms (1/10 + 1/100 = .11, 1 / .11 = 9.09). Quan s’utilitza com a segona resistència del divisor de tensió, obtenim un divisor de tensió que posa de manifest 9,09 / 109,09 * 15 = 1,25 V, significativament menys que els 7,5 volts que volíem.
El que finalment desitgem és un rígid font de tensió, o que no canviï la sortida de tensió, independentment de la resistència de la càrrega.
Pas 4: Els transistors resolen el nostre problema: el seguidor emissor
Resulta que una bona solució a aquest problema és un circuit especial anomenat an emissor seguitr. El seguidor d 'emissor consisteix en tensions d' entrada (que poden o no provenir de la mateixa font) al base i col·leccionista del que anomenem transistor, amb la tensió de sortida (i la nostra càrrega, eventualment) al transistor emissor.
Hi ha dues regles principals per saber quan es treballa amb transistors.
1. La tensió d’emissor serà sempre la tensió base menys una caiguda de 0,6 V (que és per al díode que connecta la base a l’emissor).
2. El corrent de l’emissor sempre és igual al corrent del col·lector, que és 100 vegades més gran que el corrent de la base. ( Hi ha certes limitacions a això: si la font del col·leccionista no pot emetre suficient tensió per mantenir el corrent en aquest nivell, la vostra càrrega no obtindrà la tensió que intenteu donar-li. A més, la tensió del col·lector ha de ser sempre aproximadament de 0,2 V superior a la tensió de la base. En cas contrari, el transistor es trenca.)
A primera vista, el seguidor de l'emissor sembla un circuit inútil. La nostra tensió de sortida és simplement la nostra tensió d’entrada, menys els 0,6 volts que perdem passant pel transistor.
No obstant això, el seguidor d’emissor pot ser molt útil en termes d’estirar la nostra font de tensió (és a dir, reduir el descens). Idealment, la resistència interna d’una font de tensió és mínima i la nostra resistència de càrrega és màxima. Podem pensar en això com a fonts de tensió que "agraden" les càrregues amb una gran resistència i carreguen fonts de tensió "agradables" amb baixa resistència interna.
El factor de ~ 100 diferències de corrent entre l’emissor i la base significa que la resistència de la nostra font de tensió (que en el nostre cas es coneix com a resistència Thevenin del nostre divisor de tensió) sembla ~ 100 vegades més petita que la nostra càrrega, la qual cosa ajuda amb el nostre problema de sag!
Anem a revisar el nostre exemple anterior, però ara utilitzem la nostra font de tensió de seguidor emissor. Llavors Vout = Vin * (Rload) / (Rload + Rth / 100) = 15 * (10) / (10 + 50/100) = 15 * (10) / (10,5) = 14,28 V.
Pas 5: Una font de bona tensió (o almenys una mica millor)
Aquest circuit que es mostra aquí és el que lliurarà un corrent 5V de corrent que només s’enfonsarà un 5% a la màxima intensitat que travessa la càrrega, que és de 25 mA. Generalment, aquests números són bons per a la majoria de circuits que s’encendran i els números es poden canviar d’acord amb les vostres necessitats. La segona resistència fora de l’emissor evitarà que la càrrega s’acabi. Perquè aquesta segona resistència no afecti el vostre disseny, voleu mantenir aquesta resistència significativament superior a la resistència de la càrrega (vegeu les equacions de resistència paral·leles si això no té sentit).
