วงจรคืออะไรและทำไมเราต้องสร้างวงจร?
ก่อนที่ฉันจะลงรายละเอียดเกี่ยวกับวิธีการออกแบบวงจรโปรดแจ้งให้เราทราบก่อนว่าวงจรคืออะไรและทำไมเราต้องสร้างวงจร
วงจรคือการวนรอบใด ๆ ที่มีการเคลื่อนย้ายสสาร สำหรับวงจรอิเล็กทรอนิกส์สสารนั้นจะถูกประจุโดยอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และแหล่งที่มาของอิเล็กตรอนเหล่านี้คือขั้วบวกของแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้า เมื่อประจุนี้ไหลจากขั้วบวกผ่านลูปและถึงขั้วลบแสดงว่าวงจรเสร็จสมบูรณ์ อย่างไรก็ตามวงจรนี้ประกอบด้วยส่วนประกอบหลายอย่างที่มีผลต่อการไหลของประจุในหลาย ๆ ด้าน บางอย่างอาจเป็นอุปสรรคต่อการไหลเวียนของการเรียกเก็บเงินการจัดเก็บที่เรียบง่ายหรือกระจายการเรียกเก็บเงิน บางชนิดต้องการแหล่งพลังงานจากภายนอกบางแหล่งจ่ายพลังงาน
อาจมีสาเหตุหลายประการที่เราต้องสร้างวงจร บางครั้งเราอาจต้องส่องหลอดไฟใช้มอเตอร์ ฯลฯ อุปกรณ์เหล่านี้ทั้งหมด - หลอดไฟมอเตอร์ LED เป็นสิ่งที่เราเรียกว่าโหลด โหลดแต่ละครั้งต้องใช้กระแสหรือแรงดันไฟฟ้าเพื่อเริ่มการทำงาน แรงดันไฟฟ้านี้อาจเป็นแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงหรือแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ อย่างไรก็ตามมันเป็นไปไม่ได้ที่จะสร้างวงจรด้วยแหล่งจ่ายและโหลด เราต้องการส่วนประกอบอีกสองสามอย่างที่ช่วยในการไหลของประจุที่เหมาะสมและประมวลผลประจุที่จ่ายโดยแหล่งกำเนิดเพื่อให้ประจุจำนวนที่เหมาะสมไหลไปยังโหลด
ตัวอย่างพื้นฐาน - แหล่งจ่ายไฟ DC ที่มีการควบคุมเพื่อเรียกใช้ LED
ให้เราเป็นตัวอย่างพื้นฐานและกฎทีละขั้นตอนในการสร้างวงจร
คำชี้แจงปัญหา : ออกแบบแหล่งจ่ายไฟ DC ที่มีการควบคุม 5V ซึ่งสามารถใช้เพื่อเรียกใช้ LED โดยใช้แรงดันไฟฟ้า AC เป็นอินพุต
วิธีการแก้ : คุณทุกคนต้องระวังแหล่งจ่ายไฟ DC ที่มีการควบคุม ถ้าไม่เป็นเช่นนั้นให้ฉันทราบคร่าวๆ วงจรส่วนใหญ่หรือ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ต้องใช้แรงดันไฟฟ้ากระแสตรงสำหรับการทำงาน เราสามารถใช้แบตเตอรี่ธรรมดาเพื่อให้แรงดันไฟฟ้าได้ แต่ปัญหาหลักของแบตเตอรี่คืออายุการใช้งานที่ จำกัด ด้วยเหตุนี้วิธีเดียวที่เรามีคือการแปลงแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับที่บ้านของเราให้เป็นแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงที่ต้องการ
สิ่งที่เราต้องมีคือการแปลงแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับนี้เป็นแรงดันไฟฟ้ากระแสตรง แต่มันไม่ง่ายอย่างที่คิด ดังนั้นให้เรามีแนวคิดทางทฤษฎีสั้น ๆ เกี่ยวกับการแปลงแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับเป็นแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงที่มีการควบคุม
บล็อกไดอะแกรมโดย ElProCus
ทฤษฎีที่อยู่เบื้องหลังวงจร
- แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับจากแหล่งจ่ายที่ 230V จะถูกก้าวลงไปที่ AC แรงดันต่ำก่อนโดยใช้หม้อแปลงแบบ step-down หม้อแปลงเป็นอุปกรณ์ที่มีขดลวดสองเส้น - หลักและรองซึ่งแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับขดลวดปฐมภูมิจะปรากฏขึ้นทั่วขดลวดทุติยภูมิโดยอาศัยคุณสมบัติของการมีเพศสัมพันธ์แบบอุปนัย เนื่องจากขดลวดทุติยภูมิมีจำนวนรอบน้อยกว่าแรงดันไฟฟ้าทั่วทุติยภูมิจึงน้อยกว่าแรงดันไฟฟ้าข้ามหลักสำหรับหม้อแปลงแบบ step-down
- แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับต่ำนี้ถูกแปลงเป็นแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงแบบกะพริบโดยใช้วงจรเรียงกระแสแบบบริดจ์ วงจรเรียงกระแสแบบบริดจ์คือการจัดเรียงของไดโอด 4 ตัวที่วางอยู่ในรูปแบบบริดจ์เช่นขั้วบวกของไดโอดหนึ่งตัวและแคโทดของไดโอดอื่นเชื่อมต่อกับขั้วบวกของแหล่งจ่ายแรงดันและในลักษณะเดียวกันกับขั้วบวกและแคโทดของไดโอดอีกสองตัวคือ เชื่อมต่อกับขั้วลบของแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้า นอกจากนี้แคโทดของไดโอดสองตัวยังเชื่อมต่อกับขั้วบวกของแรงดันไฟฟ้าและขั้วบวกของไดโอดสองตัวเชื่อมต่อกับขั้วลบของแรงดันขาออก สำหรับแต่ละครึ่งรอบไดโอดคู่ตรงข้ามจะดำเนินการและรับแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงแบบพัลซิ่งผ่านวงจรเรียงกระแสสะพาน
- แรงดันไฟฟ้ากระแสตรงที่ได้รับจึงมีระลอกคลื่นในรูปของแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ ในการลบระลอกคลื่นเหล่านี้จำเป็นต้องใช้ตัวกรองซึ่งจะกรองระลอกคลื่นออกจากแรงดันไฟฟ้ากระแสตรง ตัวเก็บประจุวางขนานกับเอาต์พุตเพื่อให้ตัวเก็บประจุ (เนื่องจากอิมพีแดนซ์) ยอมให้สัญญาณ AC ความถี่สูงส่งผ่านโดยข้ามไปที่พื้นและความถี่ต่ำหรือสัญญาณ DC ถูกบล็อก ดังนั้นตัวเก็บประจุจึงทำหน้าที่เป็นตัวกรองความถี่ต่ำ
- เอาต์พุตที่ผลิตจากตัวกรองตัวเก็บประจุคือแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงที่ไม่ได้ควบคุม ในการผลิตแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงที่มีการควบคุมจะใช้ตัวควบคุมซึ่งพัฒนาแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงคงที่
ตอนนี้ให้เรามาออกแบบวงจรจ่ายไฟ AC-DC แบบง่ายๆเพื่อขับเคลื่อน LED
ขั้นตอนในการสร้างวงจร
ขั้นตอนที่ 1: การออกแบบวงจร
ในการออกแบบวงจรเราต้องมีแนวคิดเกี่ยวกับค่าของแต่ละส่วนประกอบที่จำเป็นในวงจร ตอนนี้ให้เราดูว่าเรากำลังออกแบบวงจรจ่ายไฟ DC ที่มีการควบคุมอย่างไร
1. ตัดสินใจเลือกตัวควบคุมที่จะใช้และแรงดันไฟฟ้าขาเข้า
ที่นี่เราต้องการให้มีแรงดันคงที่ 5V ที่ 20mA พร้อมกับขั้วบวกของแรงดันขาออก ด้วยเหตุนี้เราจึงต้องการตัวควบคุมที่จะให้เอาต์พุต 5V ทางเลือกที่ดีและมีประสิทธิภาพคือตัวควบคุม IC LM7805 ข้อกำหนดต่อไปของเราคือการคำนวณความต้องการแรงดันไฟฟ้าขาเข้าสำหรับตัวควบคุม สำหรับตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าขาเข้าขั้นต่ำควรเป็นแรงดันขาออกที่เพิ่มด้วยค่าสาม ในกรณีนี้เพื่อให้มีแรงดันไฟฟ้า 5V เราต้องมีแรงดันไฟฟ้าอินพุตขั้นต่ำ 8V ให้เราปักหลักสำหรับอินพุต 12V
7805 regulator โดย Flickr
2. ตัดสินใจเลือกหม้อแปลงที่จะใช้
ตอนนี้แรงดันไฟฟ้าที่ไม่ได้ควบคุมคือแรงดันไฟฟ้า 12V นี่คือค่า RMS ของแรงดันไฟฟ้าทุติยภูมิที่จำเป็นสำหรับหม้อแปลง เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าหลักคือ 230V RMS ในการคำนวณอัตราส่วนรอบเราจะได้ค่าเป็น 19 ดังนั้นเราจึงต้องได้หม้อแปลงที่มี 230V / 12V เช่นหม้อแปลง 12V, 20mA
ลดขั้นตอนหม้อแปลงโดย วิกิ
3. ตัดสินใจค่าของตัวเก็บประจุกรอง
ค่าของตัวเก็บประจุตัวกรองขึ้นอยู่กับปริมาณของกระแสไฟฟ้าที่ดึงโดยโหลดกระแสไฟฟ้าที่นิ่ง (กระแสในอุดมคติ) ของตัวควบคุมปริมาณการกระเพื่อมที่อนุญาตในเอาต์พุต DC และช่วงเวลา
สำหรับแรงดันไฟฟ้าสูงสุดของหม้อแปลงหลักจะเป็น 17V (12 * sqrt2) และการลดลงทั้งหมดของไดโอดจะเป็น (2 * 0.7V) 1.4V แรงดันไฟฟ้าสูงสุดของตัวเก็บประจุจะอยู่ที่ประมาณ 15V โดยประมาณ เราสามารถคำนวณปริมาณการกระเพื่อมที่อนุญาตได้ตามสูตรด้านล่าง:
∆V = VpeakCap- Vmin
ตามที่คำนวณแล้ว Vpeakcap = 15V และ Vmin คืออินพุตแรงดันไฟฟ้าขั้นต่ำสำหรับตัวควบคุม ดังนั้น ∆V คือ (15-7) = 8V
ตอนนี้ Capacitance, C = (I * ∆t) / ∆V,
ตอนนี้ฉันเป็นผลรวมของกระแสโหลดบวกกับกระแสไฟนิ่งของตัวควบคุมและ I = 24mA (กระแสไฟฟ้าดับประมาณ 4mA และกระแสโหลดคือ 20mA) นอกจากนี้ ∆t = 1 / 100Hz = 10ms ค่า ∆t ขึ้นอยู่กับความถี่ของสัญญาณอินพุตและที่นี่ความถี่อินพุตคือ 50Hz
ดังนั้นการแทนที่ค่าทั้งหมดค่าของ C จะอยู่ที่ประมาณ 30microFarad ดังนั้นให้เราเลือกค่า 20microFarad
ตัวเก็บประจุแบบอิเล็กโทรไลต์โดย วิกิ
4. กำหนด PIV (แรงดันไฟฟ้าผกผันสูงสุด) ของไดโอดที่จะใช้
เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าสูงสุดของหม้อแปลงรองคือ 17V PIV ทั้งหมดของไดโอดบริดจ์จึงอยู่ที่ประมาณ (4 * 17) เช่น 68V ดังนั้นเราจึงต้องปักหลักสำหรับไดโอดที่มีพิกัด PIV 100V แต่ละตัว โปรดจำไว้ว่า PIV คือแรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่สามารถนำไปใช้กับไดโอดในสภาพเอนเอียงแบบย้อนกลับโดยไม่ทำให้เสีย
PN Junction diode โดย โนชาวันฮา
ขั้นตอนที่ 2. การวาดวงจรและการจำลอง
ตอนนี้คุณมีแนวคิดเกี่ยวกับค่าสำหรับแต่ละส่วนประกอบและแผนภาพวงจรทั้งหมดแล้วให้เรามาวาดวงจรโดยใช้ซอฟต์แวร์สร้างวงจรและจำลองมัน
ซอฟต์แวร์ที่เราเลือกคือ Multisim
หน้าต่างมัลติซิม
ด้านล่างนี้เป็นขั้นตอนที่กำหนดในการวาดวงจรโดยใช้ Multisim และจำลอง
- บนแผงหน้าต่างของคุณคลิกที่ลิงค์ต่อไปนี้: เริ่ม >>> โปรแกรม -> ชาติ -> เครื่องมือ -> ชุดออกแบบวงจร 11.0 -> มัลติซิม 11.0
- หน้าต่างซอฟต์แวร์มัลติซิมจะปรากฏขึ้นพร้อมแถบเมนูและพื้นที่ว่างที่มีลักษณะคล้ายเขียงหั่นขนมเพื่อวาดวงจร
- บนแถบเมนูเลือกสถานที่ -> ส่วนประกอบ
- หน้าต่างจะปรากฏขึ้นพร้อมกับชื่อ - 'เลือกส่วนประกอบ'
- ภายใต้หัวข้อ 'ฐานข้อมูล' - เลือก 'ฐานข้อมูลหลัก' จากเมนูแบบเลื่อนลง
- ภายใต้หัวข้อ 'กลุ่ม' - เลือกกลุ่มที่ต้องการ หากคุณต้องการหาแหล่งจ่ายแรงดันหรือกระแสหรือกราวด์ หากคุณต้องการไปหาส่วนประกอบพื้นฐานเช่นตัวต้านทานตัวเก็บประจุ ฯลฯ ที่นี่ก่อนอื่นเราต้องวางแหล่งจ่าย AC อินพุตดังนั้นจึงเลือกแหล่ง -> แหล่งพลังงาน -> AC_power หลังจากวางส่วนประกอบแล้ว (โดยคลิกปุ่ม 'ตกลง') ให้ตั้งค่าแรงดัน RMS เป็น 230 V และความถี่เป็น 50Hz
- ตอนนี้อีกครั้งภายใต้หน้าต่างส่วนประกอบเลือกพื้นฐานจากนั้นเลือกหม้อแปลงจากนั้นเลือก TS_ideal สำหรับหม้อแปลงในอุดมคติการเหนี่ยวนำของขดลวดทั้งสองจะเหมือนกันเพื่อให้ได้ผลลัพธ์เรามีการเปลี่ยนแปลงการเหนี่ยวนำของขดลวดทุติยภูมิ ตอนนี้เรารู้แล้วว่าอัตราส่วนของการเหนี่ยวนำของขดลวดหม้อแปลงเท่ากับกำลังสองของอัตราส่วนรอบ เนื่องจากอัตราส่วนการหมุนที่ต้องการในกรณีนี้คือ 19 ดังนั้นเราจึงต้องตั้งค่าความเหนี่ยวนำของขดลวดทุติยภูมิเป็น 0.27mH (ตัวเหนี่ยวนำขดลวดปฐมภูมิอยู่ที่ 100mH)
- ภายใต้หน้าต่างส่วนประกอบเลือกพื้นฐานจากนั้นเลือกไดโอดจากนั้นเลือกไดโอด IN4003 เลือกไดโอด 4 ตัวดังกล่าวและวางไว้ในการจัดเรียงบริดจ์
- ภายใต้หน้าต่างส่วนประกอบเลือกพื้นฐานจากนั้น Cap _Electrolytic และเลือกค่าของตัวเก็บประจุเป็น 20microFarad
- ภายใต้หน้าต่างส่วนประกอบเลือกพลังงานจากนั้นเลือก Voltage_ Regulator จากนั้นเลือก 'LM7805' จากเมนูแบบเลื่อนลง
- ภายใต้หน้าต่างส่วนประกอบให้เลือกไดโอดจากนั้นเลือก LED จากนั้นเลือก LED_green จากเมนูแบบเลื่อนลง
- ใช้ขั้นตอนเดียวกันเลือกตัวต้านทานที่มีค่า 100 โอห์ม
- ตอนนี้เรามีส่วนประกอบทั้งหมดและมีความคิดเกี่ยวกับแผนภาพวงจรแล้วให้เรามาวาดแผนภาพวงจรบนแพลตฟอร์มมัลติซิม
- ในการวาดวงจรเราต้องทำการเชื่อมต่อที่เหมาะสมระหว่างส่วนประกอบโดยใช้สายไฟ ในการเลือกสายไฟให้ไปที่สถานที่แล้วต่อสาย อย่าลืมเชื่อมต่อส่วนประกอบเมื่อจุดเชื่อมต่อปรากฏขึ้นเท่านั้น ในมัลติซิมสายเชื่อมต่อจะแสดงด้วยสีแดง
- หากต้องการทราบแรงดันไฟฟ้าทั่วทั้งเอาต์พุตให้ทำตามขั้นตอนที่กำหนด ไปที่สถานที่แล้วเลือก 'ส่วนประกอบ' ตามด้วย 'ตัวบ่งชี้' ตามด้วย 'โวลต์มิเตอร์' จากนั้นเลือกส่วนประกอบแรก
- ตอนนี้วงจรของคุณพร้อมที่จะจำลองแล้ว
- จากนั้นคลิกที่ 'จำลอง' จากนั้นเลือก 'เรียกใช้'
- ตอนนี้คุณสามารถเห็น LED ที่เอาต์พุตกะพริบซึ่งจะแสดงโดยลูกศรที่เป็นสีเขียว
- คุณสามารถตรวจสอบได้ว่าคุณได้รับค่าแรงดันไฟฟ้าที่ถูกต้องในแต่ละส่วนประกอบหรือไม่โดยวางโวลต์มิเตอร์แบบขนาน
แผนภาพวงจรจำลองที่สมบูรณ์โดย ElProCus
ตอนนี้คุณมีความคิดเกี่ยวกับการออกแบบแหล่งจ่ายไฟที่มีการควบคุมสำหรับโหลดที่ต้องการแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงคงที่ แต่สิ่งที่เกี่ยวกับโหลดที่ต้องใช้แรงดันไฟฟ้ากระแสตรงแบบแปรผัน ฉันฝากคุณไว้กับงานนี้ นอกจากนี้คำถามใด ๆ เกี่ยวกับแนวคิดนี้หรือระบบไฟฟ้าและ โครงการอิเล็กทรอนิกส์ โปรดระบุแนวคิดของคุณในส่วนความคิดเห็นด้านล่าง
โปรดไปที่ลิงค์ด้านล่างสำหรับโครงการ 5 in 1 solderless
