คำแนะนำนี้จะสอนวิธีสร้างแหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้าที่ยอดเยี่ยมโดยใช้ตัวต้านทานบางตัวแหล่งกำเนิดแรงดันและทรานซิสเตอร์ จำเป็นต้องมีความรู้ด้านอิเล็กทรอนิกส์น้อยที่สุด!
วัสดุ:
ขั้นตอนที่ 1: แรงจูงใจ
ในแง่ง่ายเราสามารถคิดถึง แรงดันไฟฟ้า (หรือเฉพาะเจาะจงมากขึ้นความต่างศักย์) เป็นแหล่งพลังงานในวงจร ไม่ว่าคุณจะโหลดอะไร (iPhone, ลำโพง, ฯลฯ ) คุณจะต้องมีแรงดันไฟฟ้าเพื่อให้มันทำงานได้
สมมติว่าคุณมีแหล่งจ่ายแรงดัน แต่ไม่สามารถปรับได้และโหลดของคุณต้องการแรงดันไฟฟ้าที่เล็กกว่า วิธีที่ง่ายที่สุดในการแก้ไขปัญหานี้คือด้วยชุดตัวต้านทานสองตัวซึ่งจะทำขึ้น ตัวแบ่งแรงดัน. ถ้าคุณรู้ว่าตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าทำงานอย่างไรคุณจะรู้ว่าส่วนใหญ่ของวงจรอิเล็กทรอนิกส์นั้นทำงานอย่างไร!
ขั้นตอนที่ 2: การทำงานของตัวกระจายแรงดันไฟฟ้า - ตัวอย่าง
ตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าทำงานโดยการส่งออกเศษของแรงดันไฟฟ้าขาเข้า ส่วนนี้จะถูกกำหนดโดยความสัมพันธ์ระหว่างตัวต้านทานสองตัว กฎหมายของ Kirchoff บอกเราว่าในวงจรที่ประกอบด้วยแรงดันไฟฟ้าอินพุต Vin และตัวต้านทานสองตัว R1 และ R2 แรงดันไฟฟ้าที่กระจายไปทั่ว R2 จะเป็น
Vin * R2 / (R1 + R2) .
ถ้าเราต่อโหลดของเราควบคู่กับ R2 เราอาจให้แรงดันไฟฟ้าใดก็ได้ (น้อยกว่า Vin) ด้วยตัวเลือกที่ดีของค่า R1 และ R2
ตัวอย่างเช่นถ้า Vin เป็น 15 Volts และ R1 และ R2 มีทั้ง 100 ohms (เช่นเดียวกับในไฟล์แนบ แรงดันไฟฟ้า divider.pdf ), Vout = 15 * (100) / (200) = 7.5 V. ดังนั้นเราสามารถรับเอาท์พุท 7.5 โวลต์จากแหล่งที่คงที่ 15 โวลต์!
ขั้นตอนที่ 3: ปัญหาเกี่ยวกับตัวแยกแรงดันไฟฟ้าเป็นแหล่งจ่ายแรงดัน (หรือแนะนำให้รู้จักกับ Sag)
thevenin ความต้านทาน (ซึ่งเราคิดว่าเป็นความต้านทานภายในของแหล่งจ่ายแรงดัน) ของตัวแบ่งแรงดันคือ
R1R2 / (R1 + R2) .
แม้ว่ามันจะง่ายพอที่จะสร้างตัวแบ่งแรงดันและใช้เป็นแหล่งจ่ายแรงดัน แต่เราพบปัญหาใหญ่อย่างหนึ่ง แรงดันไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจริงในการโหลดจะค่อนข้างขึ้นอยู่กับความต้านทานของโหลด
การพึ่งพาแรงดันไฟฟ้าต่อความต้านทานโหลดนี้ ลดลงซึ่งไม่เป็นที่ต้องการสำหรับแหล่งจ่ายแรงดัน โดยหลักการแล้วเราจะมีแรงดันไฟฟ้าคงที่ตลอดโหลดไม่ว่าจะมีความต้านทาน อย่างไรก็ตามเมื่อเราทำการโหลดเราจะต้องพิจารณาความต้านทานโหลดและ R2 ในแบบคู่ขนาน ในการเพิ่มความต้านทานเหล่านี้คุณเพียงแค่ทำตามสมการ
1 / Req = 1 / R2 + 1 / R3 ,
โดยที่ 1 / R3 คือความต้านทานของโหลด สิ่งนี้ช่วยให้เราสามารถเพิ่มความต้านทานของทั้งสองเข้าด้วยกันเนื่องจากมันเป็นความต้านทานเทียบเท่าของตัวต้านทานทั้งสองที่ประกอบขึ้นเป็นตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าที่แท้จริง ด้วยความคำนึงถึงทั้งสองอย่างนี้ช่วยให้ดูตัวอย่างว่าตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าสามารถลดลงด้วยภาระเล็ก ๆ น้อย ๆ ได้อย่างไร
สมมติว่าเรามีตัวต้านทานเหมือนเมื่อก่อน อย่างไรก็ตามครั้งนี้เราจะเพิ่มโหลด 10 โอห์ม แทนที่จะเป็นตัวต้านทานตัวที่สองในตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าเท่ากับ 100 โอห์มเราต้องคำนึงถึงตัวต้านทานแบบขนานและใช้ Req เป็นตัวต้านทานของเรา
ด้วยตัวต้านทาน 10 โอห์มและ 100 โอห์มพร้อมกันความต้านทานเทียบเท่าเท่ากับ 9.09 โอห์ม (1/10 + 1/100 = 0.11, 1 / .11 = 9.09) เมื่อสิ่งนี้ถูกใช้เป็นตัวต้านทานตัวที่สองในตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าเราจะได้ตัวแบ่งแรงดันที่ให้ค่า 9.09 / 109.09 * 15 = 1.25 V น้อยกว่า 7.5 โวลต์ที่เราต้องการอย่างมาก!
ในที่สุดสิ่งที่เราปรารถนาคือ แข็ง แหล่งที่มาของแรงดันไฟฟ้าหรืออย่างใดอย่างหนึ่งที่ไม่ได้เปลี่ยนแรงดันเอาท์พุทไม่ว่าสิ่งที่ต้านทานโหลด
ขั้นตอนที่ 4: ทรานซิสเตอร์แก้ปัญหาของเรา - ผู้ติดตาม Emitter
ปรากฎว่าทางออกที่ดีสำหรับปัญหานี้คือวงจรพิเศษที่เรียกว่า อีซีแอล followeR ผู้ติดตามตัวปล่อยประกอบด้วยแรงดันไฟฟ้าขาเข้า (ซึ่งอาจมาจากแหล่งเดียวกัน) ที่ ฐาน และ สะสม ในสิ่งที่เราเรียกว่า ทรานซิสเตอร์ด้วยแรงดันเอาต์พุต (และโหลดของเราในที่สุด) ที่ทรานซิสเตอร์ อีซีแอล.
มีกฎหลักสองข้อที่ต้องรู้เมื่อทำงานกับทรานซิสเตอร์
1. แรงดันไฟฟ้าของตัวส่งจะเป็นแรงดันพื้นฐานลบด้วยแรงดันลบ 0.6 V (ซึ่งใช้สำหรับไดโอดที่เชื่อมต่อฐานกับตัวปล่อยสัญญาณ
2. กระแสจากตัวปล่อยจะเท่ากับกระแสจากตัวสะสมซึ่งมีขนาดใหญ่กว่ากระแสจากฐานถึง 100 เท่า ( มีข้อ จำกัด บางประการเกี่ยวกับเรื่องนี้: หากแหล่งที่มาของตัวสะสมไม่สามารถจ่ายแรงดันไฟฟ้าให้เพียงพอเพื่อรักษากระแสในระดับนั้นโหลดของคุณจะไม่ได้รับแรงดันไฟฟ้าที่คุณพยายามจะให้ นอกจากนี้แรงดันไฟฟ้าจากตัวสะสมจะต้องสูงกว่าแรงดันไฟฟ้าจากฐานเสมอประมาณ 0.2 V มิฉะนั้นทรานซิสเตอร์จะแตก)
ได้อย่างรวดเร็วก่อนที่ผู้ติดตาม emitter ดูเหมือนวงจรไร้ประโยชน์ แรงดันไฟฟ้าออกของเราเป็นเพียงแรงดันไฟฟ้าเข้าของเราลบ 0.6 โวลต์ที่เราสูญเสียผ่านทรานซิสเตอร์
อย่างไรก็ตามผู้ติดตาม emitter อาจมีประโยชน์อย่างมากในแง่ของ“ ความฝืด” แหล่งแรงดันไฟฟ้าของเรา (เช่นลดการลดลง) โดยหลักการแล้วความต้านทานภายในของแหล่งจ่ายไฟนั้นน้อยมากและความต้านทานโหลดของเรานั้นสูงสุด เราสามารถคิดว่าสิ่งนี้เป็นแรงดันไฟฟ้าที่ "ชอบ" โหลดด้วยความต้านทานขนาดใหญ่และโหลดแรงดันไฟฟ้า "ชื่นชอบ" ที่มีความต้านทานภายในต่ำ
ปัจจัยที่มีความแตกต่าง ~ 100 ในปัจจุบันระหว่างตัวปล่อยและฐานหมายความว่าความต้านทานของแหล่งจ่ายแรงดันของเรา (ซึ่งในกรณีของเราคือสิ่งที่เรียกว่าค่าความต้านทาน Thevenin ของตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าของเรา) กับปัญหาย้อยของเรา!
มาทบทวนตัวอย่างก่อนหน้านี้ แต่ตอนนี้ใช้แหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้าผู้ติดตามของเรา จากนั้น Vout = Vin * (Rload) / (Rload + Rth / 100) = 15 * (10) / (10 + 50/100) = 15 * (10) / (10.5) = 14.28 V.
ขั้นตอนที่ 5: แหล่งกำเนิดแรงดัน Darn Good (หรืออย่างน้อยก็ดีกว่ามาก)
วงจรนี้แสดงที่นี่เป็นหนึ่งที่จะส่งมอบกระแส 5V แข็งที่จะลดลงเพียง 5% ที่กระแสสูงสุดจะผ่านการโหลดซึ่งเป็น 25 mA โดยทั่วไปแล้วตัวเลขเหล่านี้เป็นตัวเลขที่ดีสำหรับวงจรส่วนใหญ่ที่คุณจะเปิดเครื่องและตัวเลขสามารถเปลี่ยนแปลงได้ตามความต้องการของคุณ ตัวต้านทานตัวที่สองที่ออกจากตัวปล่อยความร้อนจะป้องกันไม่ให้โหลดเกิดการระเบิด เพื่อป้องกันตัวต้านทานตัวที่สองจากการออกแบบของคุณคุณต้องการให้ความต้านทานนั้นสูงกว่าความต้านทานของโหลดอย่างมีนัยสำคัญ (ดูสมการความต้านทานแบบขนานถ้าสิ่งนี้ไม่สมเหตุสมผล)
