Pengajaran ini akan mengajar anda bagaimana untuk membuat sumber voltan yang besar menggunakan beberapa perintang, sumber voltan, dan transistor. Hanya pengetahuan minimum elektronik diperlukan!
Bekalan:
Langkah 1: Motivasi
Secara ringkas, kita boleh memikirkan a voltan (atau lebih khusus, potensi perbezaan) sebagai sumber tenaga dalam litar. Apa sahaja beban anda (iPhone, penceramah, dan lain-lain), anda perlu menyediakan voltan untuk berfungsi.
Katakan anda mempunyai sumber voltan, tetapi ia tidak laras dan beban anda memerlukan voltan yang lebih kecil. Cara paling mudah untuk memperbaiki ini adalah dengan satu set dua perintang, yang akan membentuk a pembahagi voltan. Jika anda tahu bagaimana pembahagi voltan berfungsi, anda akan mengetahui bagaimana sebahagian besar litar elektronik berfungsi!
Langkah 2: Bagaimana Pembahagi Voltan Berfungsi - Contoh
Pembahagi voltan berfungsi dengan mengeluarkan sebahagian daripada voltan masukan. Pecahan ini ditentukan oleh hubungan antara dua perintang. Undang-undang Kirchoff beritahu kami bahawa, dalam litar yang terdiri daripada beberapa tegangan input Vin dan dua perintang R1 dan R2, voltan yang hilang di seluruh R2 akan
Vin * R2 / (R1 + R2) .
Sekiranya kita menghubungkan beban kita secara selari dengan R2, kita boleh memberi apa sahaja voltan (kurang daripada Vin) dengan pilihan R1 dan R2 yang baik.
Sebagai contoh, jika Vin adalah 15 Volt dan R1 dan R2 keduanya 100 ohms (seperti dalam fail yang dilampirkan voltan-divider.pdf ), Vout = 15 * (100) / (200) = 7.5 V. Oleh itu, kita dapat memperoleh keluaran sebanyak 7.5 Volt dari sumber 15 Volt yang tetap!
Langkah 3: Masalah Dengan Pembahagi Voltan Sebagai Sumber Voltan (atau Pengenalan kepada Sag)
The rintangan thevenin (yang boleh kita fikirkan sebagai rintangan dalaman sumber voltan) pembahagi voltan adalah
R1R2 / (R1 + R2) .
Walaupun ia cukup mudah untuk membina pembahagi voltan dan menggunakannya sebagai sumber voltan, kita menghadapi satu masalah besar. Voltan sebenar merentasi beban ternyata agak bergantung kepada rintangan beban.
Ketergantungan voltan pada rintangan beban menyebabkan sag, yang tidak wajar untuk sumber voltan. Idealnya, kami akan mempunyai voltan malar merentas beban, tidak kira rintangannya. Walau bagaimanapun, apabila kita menyambung beban, kita mesti mempertimbangkan rintangan beban dan R2 secara selari. Untuk menambah rintangan ini, anda hanya mengikut persamaan tersebut
1 / Req = 1 / R2 + 1 / R3 ,
di mana 1 / R3 adalah rintangan beban. Ini membolehkan kita untuk menambah rintangan kedua-duanya bersama, kerana ia adalah rintangan setara kedua-dua perintang yang membentuk pembahagi voltan sebenar. Dengan kedua-dua fikiran ini, mari lihat contoh berapa banyak pembahagi voltan yang boleh mengecut dengan beban yang kecil.
Katakan kita mempunyai perintang yang sama seperti dahulu. Walau bagaimanapun, kali ini kita akan menambah beban 10 ohm. Daripada perintang kedua dalam pembahagi voltan bersamaan dengan 100 ohms, kita perlu faktor dalam penghancur selari dan menggunakan Req sebagai rintangan kita.
Dengan 10 ohm dan perintang 100 ohm secara selari, rintangan setara kemudian 9.09 ohm (1/10 + 1/100 = .11, 1 / .11 = 9.09). Apabila ini digunakan sebagai perintang kedua dalam pembahagi voltan, kita mendapat pembahagi voltan yang meletakkan 9.09 / 109.09 * 15 = 1.25 V, jauh lebih rendah daripada 7.5 volt yang kita mahu!
Apa yang kita inginkan adalah a sengit sumber voltan, atau salah satu yang tidak mengubah output voltan tidak kira apa rintangan beban.
Langkah 4: Transistor Menyelesaikan Masalah Kita - Pemancar Emitter
Ternyata penyelesaian yang baik untuk masalah ini adalah litar khas yang dipanggil emitter mengikutir. Pengikut pemancar terdiri daripada voltan masukan (yang mungkin atau mungkin tidak berasal dari sumber yang sama) di asas dan pengumpul daripada apa yang kita panggil a transistor, dengan voltan output (dan beban kita, akhirnya) di transistor pemancar.
Terdapat dua peraturan utama untuk mengetahui apabila bekerja dengan transistor.
1. Voltan pemancar akan sentiasa menjadi voltan asas tolak penurunan 0.6 V (iaitu untuk diod yang menghubungkan pangkal ke pemancar.
2. Arus dari pemancar sentiasa sama dengan semasa dari pengumpul, yang TENTANG 100 kali lebih besar daripada semasa dari pangkalan. ( Terdapat batasan tertentu untuk ini: jika sumber pengumpul tidak dapat memadamkan voltan yang mencukupi untuk memastikan arus pada tahap itu, beban anda tidak akan mendapat voltan yang anda cuba berikan. Juga, voltan dari pemungut mestilah sentiasa kira-kira 0.2 V lebih tinggi daripada voltan dari pangkalan. Jika tidak, transistor akan pecah.)
Pada pandangan pertama, pengikut pemancar seolah-olah seperti litar tidak berguna. Voltan keluaran kami adalah hanya voltan input kami, tolak 0.6 Volt yang kita kalah melalui transistor.
Walau bagaimanapun, pengikut pemancar boleh sangat berguna dari segi "mengeras" sumber voltan kami (iaitu, mengurangkan sag). Idealnya, rintangan dalaman sumber voltan adalah minimum, dan rintangan beban kami adalah maksimal. Kita boleh memikirkan ini sebagai sumber voltan "menyukai" beban dengan rintangan dan beban besar "menyukai" sumber voltan dengan rintangan dalaman yang rendah.
Faktor ~ 100 perbezaan semasa antara pemancar dan asas bermakna bahawa rintangan sumber voltan kita (yang dalam kes kita adalah sesuatu yang dipanggil rintangan Thevenin pembahagi voltan kita) kelihatan ~ 100 kali lebih kecil daripada beban kami, yang membantu dengan masalah kelonggaran kami!
Mari kita lihat semula contoh terdahulu kita, tetapi kini menggunakan sumber voltan pemancar kita. Kemudian Vout = Vin * (Rload) / (Rload + Rth / 100) = 15 * (10) / (10 + 50/100) = 15 * (10) / (10.5) = 14.28 V.
Langkah 5: Sumber Voltan Yang Baik Darn (atau Sekurang-kurangnya Heck Lot Lebih Baik)
Litar ini dipaparkan di sini adalah satu yang akan menyampaikan arus 5V yang sengit yang akan membongkung hanya 5% pada arus maksimum melalui beban, iaitu 25 mA. Ini biasanya nombor yang baik untuk kebanyakan litar yang anda akan kuasa dan angka-angka itu boleh diubah sesuai untuk keperluan anda. Perintang kedua dari pemancar akan menyimpan beban dari meniup. Untuk memastikan perintang kedua daripada mempengaruhi reka bentuk anda, anda ingin memastikan rintangan itu jauh lebih tinggi daripada rintangan beban (lihat persamaan rintangan selari jika ini tidak masuk akal).
