Dette instruerbare vil lære dig at lave en stor spændingskilde ved hjælp af et par modstande, en spændingskilde og en transistor. Kun en minimal viden om elektronik er påkrævet!
forsyninger:
Trin 1: Motivation
Enkelt sagt kan vi tænke på a spænding (eller mere specifikt potentiel forskel) som energikilden i et kredsløb. Uanset hvad din belastning kan være (iPhone, højttalere osv.), Skal du give spænding for at den kan fungere.
Sig, at du har en spændingskilde, men den er ikke justerbar, og din belastning kræver en mindre spænding. Den enkleste måde at afhjælpe dette på er med et sæt af to modstande, som vil udgøre en spændingsdeler. Hvis du ved, hvordan spændingsdelere fungerer, vil du vide, hvordan en stor del af elektroniske kredsløb fungerer!
Trin 2: Sådan fungerer en spændingsdeler - et eksempel
Spændingsdeleren fungerer ved at udsende en brøkdel af indgangsspændingen. Denne fraktion bestemmes af forholdet mellem to modstande. Kirchoffs love fortæl os, at i et kredsløb bestående af en del indgangsspænding Vin og to modstande R1 og R2 vil spændingen spredt over R2 være
Vin * R2 / (R1 + R2) .
Hvis vi tilslutter vores last parallelt med R2, kan vi give det uanset spænding (mindre end Vin) med godt valg af R1 og R2 værdier.
For eksempel, hvis Vin er 15 volt og R1 og R2 begge er 100 ohm (som i den vedhæftede fil spænding-divider.pdf ), Vout = 15 * (100) / (200) = 7,5 V. Således kan vi få en effekt på 7,5 volt fra en fast 15 volt kilde!
Trin 3: Problemer med spændingsdividere som spændingskilder (eller en introduktion til Sag)
Det thevenin resistens (som vi kan tænke på som den interne modstand af en spændingskilde) af spændingsdeleren er
R1R2 / (R1 + R2) .
Selvom det ville være nemt nok at bare opbygge en spændingsdeler og bruge den som en spændingskilde, løber vi ind i et stort problem. Den faktiske spænding over belastningen viser sig at være ret afhængig af belastningens modstand.
Denne afhængighed af spænding ved belastningsmodstand resulterer i synke, hvilket ikke er ønskeligt for en spændingskilde. Ideelt set ville vi have en konstant spænding over belastningen, uanset dens modstand. Men når vi tilslutter en last, skal vi overveje belastningsmodstanden og R2 parallelt. For at tilføje disse modstande følger du simpelthen ligningen
1 / Req = 1 / R2 + 1 / R3 ,
hvor 1 / R3 er belastningens modstand. Dette tillader os at tilføje modstanden af de to sammen, da det er den tilsvarende modstand af de to modstande, der udgør den aktuelle spændingsdeler. Med de to i tankerne kan vi se et eksempel på, hvor meget en spændingsdeler kan sænke med en lille belastning.
Lad os sige, at vi har den samme modstand som før. Men denne gang vil vi tilføje i en 10 ohm belastning. I stedet for den anden modstand i spændingsdeleren svarer til 100 ohm, må vi faktor i parallelmotstanden og bruge Req som vores modstand.
Med en 10 ohm og en 100 ohm modstand parallelt er den tilsvarende modstand derefter 9,09 ohm (1/10 + 1/100 = .11, 1 / .11 = 9,09). Når dette bruges som den anden modstand i spændingsdeleren, får vi en spændingsdeler, der sætter ud 9.09 / 109.09 * 15 = 1,25 V, signifikant mindre end de 7,5 volt, vi ønskede!
Hvad vi i sidste ende ønsker er en stiv spændingskilde, eller en, der ikke ændrer spændingsudgang, uanset hvilken belastningsmodstand.
Trin 4: Transistorer løser vores problem - Emitter Follower
Det viser sig, at en god løsning på dette problem er et specielt kredsløb kaldet en emitter follower. Emitterfølgeren består af indgangsspændinger (som måske kommer fra samme kilde) ved basen og solfanger af hvad vi kalder en transistor, med udgangsspænding (og vores belastning til sidst) på transistorens emitter.
Der er to hovedregler for at vide, hvornår man arbejder med transistorer.
1. Emitterspændingen vil altid være bundspændingen minus en 0,6 V dråbe (som er til diode, som forbinder basen med emitteren.
2. Strømmen fra emitteren er altid lig med strømmen fra samleren, som er cirka 100 gange større end strømmen fra basen. ( Der er visse begrænsninger for dette: Hvis samlerkilden ikke kan udstikke nok spænding til at holde strømmen på det niveau, vil din belastning ikke få den spænding, du forsøger at give den. Spændingen fra samleren skal også altid være ca. 0,2 V højere end spændingen fra bunden. Ellers vil transistoren bryde.)
Ved første øjekast synes emitterfølgeren som et ubrugeligt kredsløb. Vores udgangsspænding er simpelthen vores indgangsspænding, minus 0,6 volt, vi mister at gå gennem transistoren.
Emitterfølgeren kan imidlertid være meget nyttig i form af "stivning" af vores spændingskilde (dvs. reducerende sag). Ideelt set er en spændingskildes indre modstand minimal, og vores belastningsmodstand er maksimal. Vi kan tænke på dette som spændingskilder, der "ligner" belastninger med stor modstand og masser af "spændende" spændingskilder med lav indre modstand.
Faktoren på ~ 100 forskel i strømmen mellem emitteren og basen betyder, at modstanden fra vores spændingskilde (som i vores tilfælde er noget, der hedder Thevenin-modstanden i vores spændingsdeler) ser ~ 100 gange mindre til vores belastning, hvilket hjælper med vores sag problem!
Lad os se vores tidligere eksempel, men nu bruger vi vores emitterfølgerspændingskilde. Så Vout = Vin * (Rload) / (Rload + Rth / 100) = 15 * (10) / (10 + 50/100) = 15 * (10) / (10,5) = 14,28 V.
Trin 5: En Darn Good Voltage Source (eller i det mindste en Heck of Lot Better)
Dette kredsløb, der vises her, er en, der vil levere en stiv 5V strøm, der kun sager 5% ved den maksimale strøm, der går gennem belastningen, hvilket er 25 mA. Disse er generelt gode tal for de fleste kredsløb, som du vil drive, og tallene kan ændres i overensstemmelse hermed, så de passer til dine behov. Den anden modstand ud af emitteren vil holde belastningen fra at sprænge op. For at holde den anden modstand fra at påvirke dit design, vil du beholde denne modstand betydeligt højere end belastningens modstand (se parallelle modstandsligninger, hvis det ikke giver mening).
