Cos'è un circuito e perché è necessario costruirne uno?

Prima di entrare nei dettagli su come è progettato un circuito, fateci sapere prima che cos'è un circuito e perché dobbiamo costruirlo.

Un circuito è qualsiasi anello attraverso il quale viene trasportata la materia. Per un circuito elettronico, la materia trasportata è la carica dall'elettronica e la sorgente di questi elettroni è il terminale positivo della sorgente di tensione. Quando questa carica fluisce dal terminale positivo, attraverso il circuito, e raggiunge il terminale negativo, si dice che il circuito è completato. Tuttavia questo circuito è costituito da diversi componenti che influenzano il flusso di carica in molti modi. Alcuni possono ostacolare il flusso della carica, altri semplicemente immagazzinare o dissipare la carica. Alcuni richiedono una fonte di energia esterna, altri forniscono energia.

Ci possono essere molte ragioni per cui abbiamo bisogno di costruire un circuito. A volte potremmo aver bisogno di accendere una lampada, far funzionare un motore, ecc. Tutti questi dispositivi - una lampada, un motore, LED sono ciò che chiamiamo carichi. Ogni carico richiede una certa corrente o tensione per iniziare il suo funzionamento. Questa tensione può essere una tensione CC costante o una tensione CA. Tuttavia, non è possibile costruire un circuito solo con una sorgente e un carico. Abbiamo bisogno di alcuni altri componenti che aiutino nel corretto flusso di carica ed elaborino la carica fornita dalla sorgente in modo tale che una quantità adeguata di carica fluisca verso il carico.

Un esempio di base: alimentatore CC regolato per far funzionare un LED

Facciamo un esempio di base e le regole passo passo nella costruzione del circuito.

Dichiarazione problema : Progettare un alimentatore CC regolato di 5 V che può essere utilizzato per eseguire un LED, utilizzando la tensione CA come ingresso.

Soluzione : Dovete essere tutti consapevoli dell'alimentazione CC regolata. In caso contrario, lasciatemi dare una breve idea. La maggior parte dei circuiti o dispositivi elettronici richiedono una tensione continua per il loro funzionamento. Possiamo usare batterie semplici per fornire la tensione, ma il problema principale con le batterie è la loro durata limitata. Per questo motivo, l'unico modo che abbiamo è convertire la tensione di alimentazione CA nelle nostre case nella tensione CC richiesta.

Tutto ciò di cui abbiamo bisogno è convertire questa tensione CA in tensione CC. Ma non è così semplice come sembra. Quindi diamo una breve idea teorica su come la tensione CA viene convertita in tensione CC regolata.

Diagramma a blocchi di ElProCus

La teoria dietro il circuito

La tensione CA dall'alimentazione a 230 V viene prima ridotta a CA a bassa tensione utilizzando un trasformatore step-down. Un trasformatore è un dispositivo con due avvolgimenti - primario e secondario, in cui la tensione applicata attraverso l'avvolgimento primario, appare attraverso l'avvolgimento secondario in virtù dell'accoppiamento induttivo. Poiché la bobina secondaria ha un numero di spire inferiore, la tensione attraverso il secondario è inferiore alla tensione attraverso il primario per un trasformatore step-down.
Questa bassa tensione CA viene convertita in tensione CC pulsante utilizzando un raddrizzatore a ponte. Un raddrizzatore a ponte è una disposizione di 4 diodi posti nella forma a ponte, in modo tale che l'anodo di un diodo e il catodo di un altro diodo siano collegati al terminale positivo della sorgente di tensione e allo stesso modo l'anodo e il catodo di altri due diodi sono collegato al terminale negativo della sorgente di tensione. Inoltre, i catodi di due diodi sono collegati alla polarità positiva della tensione e l'anodo di due diodi è collegato alla polarità negativa della tensione di uscita. Per ogni semiciclo, la coppia opposta di diodi conduttori e tensione continua pulsante è ottenuta attraverso i raddrizzatori a ponte.
La tensione continua pulsante così ottenuta contiene ondulazioni sotto forma di tensione alternata. Per rimuovere queste increspature è necessario un filtro che filtra le increspature dalla tensione CC. Un condensatore è posizionato in parallelo all'uscita in modo tale che il condensatore (a causa della sua impedenza) consenta il passaggio dei segnali CA ad alta frequenza che vengono bypassati a terra e il segnale a bassa frequenza o CC viene bloccato. Pertanto il condensatore funge da filtro passa basso.
L'uscita prodotta da un filtro del condensatore è la tensione CC non regolata. Per produrre una tensione CC regolata viene utilizzato un regolatore che sviluppa una tensione CC costante.

Quindi passiamo ora alla progettazione di un semplice circuito di alimentazione regolato AC-DC per pilotare un LED.

Fasi della costruzione del circuito

Passaggio 1: progettazione del circuito

Per progettare un circuito, dobbiamo avere un'idea dei valori di ciascun componente richiesto nel circuito. Vediamo ora come progettiamo un circuito di alimentazione CC regolato.

“portare guardare avanti sommatore ritardo ”

1. Decidere il regolatore da utilizzare e la sua tensione di ingresso.

Qui dobbiamo avere una tensione costante di 5V a 20mA con la polarità positiva della tensione di uscita. Per questo motivo, abbiamo bisogno di un regolatore che fornisca un'uscita a 5V. Una scelta ideale ed efficiente sarebbe il regolatore IC LM7805. Il nostro prossimo requisito è calcolare il requisito di tensione in ingresso per il regolatore. Per un regolatore, la tensione di ingresso minima dovrebbe essere la tensione di uscita aggiunta di un valore di tre. In tal caso, qui per avere una tensione di 5V, abbiamo bisogno di una tensione di ingresso minima di 8V. Accontentiamoci di un ingresso di 12V.

7805 regolatore di Flickr

2. Decidere il trasformatore da utilizzare

Ora la tensione non regolata prodotta è una tensione di 12V. Questo è il valore RMS della tensione secondaria richiesta per un trasformatore. Dato che la tensione primaria è 230V RMS, calcolando il rapporto spire si ottiene un valore di 19. Dobbiamo quindi ottenere un trasformatore con 230V / 12V, cioè un trasformatore 12V, 20mA.

“circuito di controllo della temperatura dell'elemento riscaldante ”

Scendi dal trasformatore Wiki

3. Decidere il valore del condensatore di filtro

Il valore del condensatore del filtro dipende dalla quantità di corrente assorbita dal carico, dalla corrente di riposo (corrente ideale) del regolatore, dalla quantità di ondulazione ammissibile nell'uscita CC e dal periodo.

Affinché la tensione di picco attraverso il primario del trasformatore sia 17 V (12 * sqrt2) e la caduta totale attraverso i diodi sia (2 * 0,7 V) 1,4 V, la tensione di picco attraverso il condensatore è di circa 15 V circa. Possiamo calcolare la quantità di ondulazione consentita con la formula seguente:

∆V = VpeakCap- Vmin

Come calcolato, Vpeakcap = 15V e Vmin è l'ingresso di tensione minimo per il regolatore. Quindi ∆V è (15-7) = 8V.

Ora, capacità, C = (I * ∆t) / ∆V,

Ora, sono la somma della corrente di carico più la corrente di riposo del regolatore e I = 24 mA (la corrente di riposo è di circa 4 mA e la corrente di carico è di 20 mA). Anche ∆t = 1 / 100Hz = 10ms. Il valore di ∆t dipende dalla frequenza del segnale in ingresso e qui la frequenza in ingresso è 50Hz.

Sostituendo così tutti i valori, il valore di C arriva a essere intorno a 30microFarad. Quindi, selezioniamo un valore di 20microFarad.

Un condensatore elettrolitico di Wiki

4. Decidere il PIV (tensione inversa di picco) dei diodi da utilizzare.

Poiché la tensione di picco sul secondario del trasformatore è 17 V, il PIV totale del ponte a diodi è di circa (4 * 17), ovvero 68 V. Quindi dobbiamo accontentarci di diodi con un valore PIV di 100 V ciascuno. Ricorda che PIV è la tensione massima che può essere applicata al diodo nella sua condizione di polarizzazione inversa, senza causare guasti.

Diodo di giunzione PN di Nojavanha

Passo 2. Disegno e simulazione di circuiti

Ora che hai l'idea dei valori di ogni componente e dell'intero schema circuitale, passiamo al disegno del circuito utilizzando il software di costruzione del circuito e simuliamolo.

“a cosa serve un anemometro? ”

Qui la nostra scelta del software è Multisim.

Finestra multisim

Di seguito sono riportati i passaggi indicati per disegnare un circuito utilizzando Multisim e simularlo.

Sul pannello di Windows, fare clic sul seguente collegamento: Start >>> Programmi -> National -> Strumenti -> Circuit design suite 11.0 -> multisim 11.0.
Viene visualizzata una finestra del software multisim con una barra dei menu e uno spazio vuoto simile a una breadboard, per disegnare il circuito.
Sulla barra dei menu, seleziona luogo -> componenti
Viene visualizzata una finestra con il titolo 'seleziona i componenti'
Sotto l'intestazione 'Database', seleziona 'Database principale' dal menu a discesa.
Sotto l'intestazione 'gruppo', seleziona il gruppo richiesto. Se si desidera utilizzare una sorgente di tensione o corrente o terra. Se si desidera utilizzare qualsiasi componente di base come un resistore, un condensatore, ecc. Qui prima dobbiamo posizionare la sorgente di alimentazione CA in ingresso, quindi selezionare Source -> Power Sources -> AC_power. Dopo aver posizionato il componente (facendo clic sul pulsante 'ok'), impostare il valore della tensione RMS su 230 V e la frequenza su 50 Hz.
Ora di nuovo sotto la finestra dei componenti, seleziona basic, quindi transformer, quindi seleziona TS_ideal. Per un trasformatore ideale, l'induttanza di entrambe le bobine è la stessa, per ottenere l'uscita abbiamo la modifica dell'induttanza della bobina secondaria. Ora sappiamo che il rapporto tra l'induttanza delle bobine del trasformatore è uguale al quadrato del rapporto di spire. Poiché il rapporto di spire richiesto in questo caso è 19, quindi dobbiamo impostare l'induttanza della bobina secondaria a 0,27 mH. (L'induttanza della bobina primaria è a 100 mH).
Nella finestra dei componenti, selezionare di base, quindi diodi e quindi selezionare il diodo IN4003. Selezionare 4 di questi diodi e posizionarli in una disposizione raddrizzatore a ponte.
Sotto le finestre dei componenti, seleziona Basic, quindi Cap _Electrolytic e seleziona il valore del condensatore in modo che sia 20microFarad.
Nella finestra dei componenti, seleziona alimentazione, quindi Voltaggio_ Regolatore, quindi seleziona 'LM7805' dal menu a discesa.
Nella finestra dei componenti, seleziona diodi, quindi seleziona LED e dal menu a discesa, seleziona LED_green.
Utilizzando la stessa procedura, selezionare una resistenza con il valore di 100 Ohm.
Ora che abbiamo tutti i componenti e abbiamo un'idea dello schema circuitale, passiamo al disegno dello schema circuitale sulla piattaforma multi sim.
Per disegnare il circuito, dobbiamo effettuare i collegamenti adeguati tra i componenti utilizzando i fili. Per selezionare i fili, vai su Posiziona, quindi Collega. Ricordarsi di collegare i componenti solo quando compare un punto di giunzione. In multisim, i fili di collegamento sono indicati dal colore rosso.
Per ottenere un'indicazione della tensione attraverso l'uscita, seguire i passaggi indicati. Vai a Luogo, quindi 'Componenti', quindi 'Indicatore', quindi 'Voltmetro', quindi seleziona il primo componente.
Ora il tuo circuito è pronto per essere simulato.
Ora fai clic su 'Simula', quindi seleziona 'Esegui'.
Ora puoi vedere il LED sull'uscita lampeggiante, che è indicato dalle frecce che diventano di colore verde.
È possibile verificare se si sta ottenendo il valore corretto di tensione su ciascun componente posizionando un voltmetro in parallelo.

Un diagramma di circuito simulato completo di ElProCus

Ora hai un'idea sulla progettazione di un alimentatore regolato per carichi che richiedono una tensione CC costante, ma per quanto riguarda i carichi che richiedono una tensione CC variabile. Vi lascio con questo compito. Inoltre, qualsiasi domanda riguardante questo concetto o elettrico e progetti di elettronica Fornisci le tue idee nella sezione commenti qui sotto.

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