Mạch điện là gì và tại sao chúng ta cần xây dựng mạch điện?
Trước khi tôi đi vào chi tiết về cách một mạch được thiết kế, trước tiên chúng ta hãy biết mạch là gì và tại sao chúng ta cần xây dựng mạch.
Mạch là bất kỳ vòng lặp nào mà vật chất được mang theo. Đối với mạch điện tử, vật mang điện là điện tích và nguồn của các điện tử này là cực dương của nguồn điện áp. Khi điện tích này chảy từ cực dương, qua vòng lặp và đến cực âm, mạch được cho là đã hoàn thành. Tuy nhiên mạch này bao gồm một số thành phần ảnh hưởng đến dòng điện tích theo nhiều cách. Một số có thể gây trở ngại cho dòng điện tích, một số lưu trữ đơn giản hoặc làm tiêu hao điện tích. Một số yêu cầu một nguồn năng lượng bên ngoài, một số cung cấp năng lượng.
Có thể có nhiều lý do tại sao chúng ta cần xây dựng một mạch. Đôi khi chúng ta có thể cần phát sáng đèn, chạy động cơ, v.v ... Tất cả các thiết bị này-đèn, động cơ, đèn LED là những gì chúng ta gọi là tải. Mỗi tải yêu cầu một dòng điện hoặc điện áp nhất định để bắt đầu hoạt động của nó. Điện áp này có thể là điện áp một chiều không đổi hoặc điện áp xoay chiều. Tuy nhiên, không thể xây dựng mạch chỉ với nguồn và tải. Chúng ta cần thêm một số thành phần giúp tạo dòng điện tích thích hợp và xử lý điện tích do nguồn cung cấp để một lượng điện tích thích hợp chảy đến tải.
Một ví dụ cơ bản - Nguồn điện DC được điều chỉnh để chạy đèn LED
Hãy để chúng tôi một ví dụ cơ bản và các quy tắc từng bước trong việc xây dựng mạch.
Báo cáo vấn đề : Thiết kế nguồn điện một chiều được điều chỉnh 5V có thể được sử dụng để chạy đèn LED, sử dụng điện áp AC làm đầu vào.
Giải pháp : Tất cả các bạn phải biết về nguồn điện DC được quy định. Nếu không, hãy để tôi đưa ra một ý tưởng ngắn gọn. Hầu hết các mạch hoặc các thiết bị điện tử yêu cầu điện áp một chiều cho hoạt động của chúng. Chúng ta có thể sử dụng các loại pin đơn giản để cung cấp điện áp, nhưng vấn đề chính của pin là tuổi thọ của chúng có hạn. Vì lý do này, cách duy nhất chúng ta có là chuyển đổi nguồn điện áp AC tại nhà của chúng ta thành điện áp DC cần thiết.
Tất cả những gì chúng ta cần là chuyển đổi điện áp xoay chiều này thành điện áp một chiều. Nhưng nó không đơn giản như nó có vẻ. Vì vậy, chúng ta hãy có một ý tưởng lý thuyết ngắn gọn về cách điện áp xoay chiều được chuyển đổi thành điện áp một chiều điều chỉnh.
Sơ đồ khối của ElProCus
Lý thuyết đằng sau mạch
- Điện áp xoay chiều từ nguồn cung cấp ở 230V đầu tiên được chuyển xuống điện áp thấp xoay chiều bằng cách sử dụng một máy biến áp hạ bậc. Máy biến áp là một thiết bị có hai cuộn dây - chính và thứ cấp, trong đó điện áp đặt trên cuộn sơ cấp, xuất hiện trên cuộn thứ cấp bằng cách ghép cảm ứng. Vì cuộn thứ cấp có số vòng dây ít hơn nên điện áp trên cuộn thứ cấp nhỏ hơn điện áp trên cuộn sơ cấp đối với máy biến áp một nấc.
- Điện áp AC thấp này được chuyển đổi thành điện áp DC xung bằng bộ chỉnh lưu cầu. Bộ chỉnh lưu cầu là sự sắp xếp của 4 điốt được đặt ở dạng cầu nối, sao cho cực dương của một điốt này và cực âm của một điốt khác được nối với cực dương của nguồn điện áp và theo cách giống như cực dương và cực âm của hai điốt khác. nối với cực âm của nguồn điện áp. Ngoài ra, cực âm của hai điốt được nối với cực dương của điện áp và cực dương của hai điốt được nối với cực âm của điện áp đầu ra. Đối với mỗi nửa chu kỳ, cặp điốt đối diện dẫn điện và tạo xung điện áp một chiều qua bộ chỉnh lưu cầu.
- Do đó, điện áp một chiều dao động thu được chứa các gợn sóng ở dạng điện áp xoay chiều. Để loại bỏ các gợn sóng này, cần có một bộ lọc để lọc các gợn sóng khỏi điện áp DC. Một tụ điện được đặt song song với đầu ra sao cho tụ điện (vì trở kháng của nó) cho phép tín hiệu AC tần số cao đi qua được bỏ qua mặt đất và tần số thấp hoặc tín hiệu DC bị chặn. Do đó tụ điện hoạt động như một bộ lọc thông thấp.
- Đầu ra được tạo ra từ bộ lọc tụ điện là điện áp một chiều không điều chỉnh. Để tạo ra điện áp một chiều quy định, một bộ điều chỉnh được sử dụng để tạo ra điện áp một chiều không đổi.
Vì vậy, bây giờ chúng ta hãy bắt đầu thiết kế một mạch cung cấp điện được điều chỉnh AC-DC đơn giản để điều khiển đèn LED.
Các bước xây dựng mạch
Bước 1: Thiết kế mạch
Để thiết kế một mạch, chúng ta cần có một ý tưởng về các giá trị của từng thành phần cần thiết trong mạch. Bây giờ chúng ta hãy xem chúng ta đang thiết kế một mạch cung cấp điện DC được điều chỉnh như thế nào.
1. Quyết định bộ điều chỉnh được sử dụng và điện áp đầu vào của nó.
Ở đây chúng ta yêu cầu phải có một điện áp không đổi 5V ở 20mA với cực dương của điện áp đầu ra. Vì lý do này, chúng ta cần một bộ điều chỉnh cung cấp đầu ra 5V. Một sự lựa chọn lý tưởng và hiệu quả sẽ là IC điều chỉnh LM7805. Yêu cầu tiếp theo của chúng tôi là tính toán yêu cầu điện áp đầu vào cho bộ điều chỉnh. Đối với bộ điều chỉnh, điện áp đầu vào tối thiểu phải là điện áp đầu ra được thêm vào một giá trị của ba. Trong trường hợp đó, ở đây để có điện áp là 5V, chúng ta cần điện áp đầu vào tối thiểu là 8V. Hãy để chúng tôi giải quyết cho đầu vào của 12V.
7805 điều chỉnh bởi Flickr
2. Quyết định máy biến áp sẽ được sử dụng
Lúc này hiệu điện thế không điều chỉnh được tạo ra là hiệu điện thế 12V. Đây là giá trị RMS của điện áp thứ cấp cần thiết cho máy biến áp. Vì điện áp sơ cấp là 230V RMS, khi tính toán tỷ số vòng dây, chúng ta nhận được giá trị là 19. Do đó chúng ta phải có một máy biến áp 230V / 12V, tức là một máy biến áp 12V, 20mA.
Bước xuống máy biến áp bằng Wiki
3. Quyết định giá trị của tụ lọc
Giá trị của tụ lọc phụ thuộc vào lượng dòng điện được tải bởi tải, dòng tĩnh (dòng lý tưởng) của bộ điều chỉnh, lượng gợn sóng cho phép ở đầu ra DC và chu kỳ.
Đối với điện áp đỉnh trên sơ cấp của máy biến áp là 17V (12 * sqrt2) và tổng sụt giảm trên các điốt là (2 * 0,7V) 1,4V, thì điện áp đỉnh trên tụ điện là khoảng 15V. Chúng ta có thể tính toán lượng gợn sóng cho phép theo công thức dưới đây:
∆V = VpeakCap- Vmin
Theo tính toán, Vpeakcap = 15V và Vmin là đầu vào điện áp tối thiểu cho bộ điều chỉnh. Như vậy ∆V là (15-7) = 8V.
Bây giờ, Điện dung, C = (I * ∆t) / ∆V,
Bây giờ, tôi là tổng của dòng tải cộng với dòng tĩnh của bộ điều chỉnh và I = 24mA (Dòng tĩnh là khoảng 4mA và dòng tải là 20mA). Ngoài ra ∆t = 1 / 100Hz = 10ms. Giá trị của ∆t phụ thuộc vào tần số của tín hiệu đầu vào và ở đây tần số đầu vào là 50Hz.
Do đó, thay thế tất cả các giá trị, giá trị của C vào khoảng 30microFarad. Vì vậy, chúng ta hãy chọn giá trị 20microFarad.
Một tụ điện bằng Wiki
4. Quyết định PIV (điện áp nghịch đảo đỉnh) của các điốt được sử dụng.
Vì điện áp đỉnh trên cuộn thứ cấp của máy biến áp là 17V, tổng PIV của cầu điốt là khoảng (4 * 17) tức là 68V. Vì vậy, chúng tôi phải giải quyết cho các điốt có định mức PIV là 100V mỗi điốt. Hãy nhớ PIV là điện áp tối đa có thể đặt vào diode ở điều kiện phân cực ngược, mà không gây đánh thủng.
PN Junction diode bởi Nojavanha
Bước 2. Vẽ mạch và mô phỏng
Bây giờ bạn đã có ý tưởng về các giá trị cho mỗi thành phần và toàn bộ sơ đồ mạch, hãy cùng chúng tôi vẽ mạch bằng phần mềm xây dựng mạch và mô phỏng nó.
Ở đây lựa chọn của chúng tôi về phần mềm là Multisim.
Cửa sổ Multisim
Dưới đây là các bước cho trước để vẽ một mạch bằng Multisim và mô phỏng nó.
- Trên bảng điều khiển cửa sổ của bạn, nhấp vào liên kết sau: Bắt đầu >>> Chương trình -> Quốc gia -> Dụng cụ -> Bộ thiết kế vi mạch 11.0 -> multisim 11.0.
- Một cửa sổ phần mềm multisim xuất hiện với một thanh menu và không gian trống giống như một breadboard, để vẽ mạch.
- Trên thanh menu, chọn nơi -> thành phần
- Một cửa sổ xuất hiện với tiêu đề 'chọn các thành phần'
- Trong tiêu đề ‘Cơ sở dữ liệu’ - chọn ‘Cơ sở dữ liệu chính’ từ trình đơn thả xuống.
- Dưới tiêu đề ‘group’- chọn nhóm bắt buộc. Nếu bạn muốn sử dụng nguồn điện áp hoặc nguồn hiện tại hoặc mặt đất. Nếu bạn muốn sử dụng bất kỳ thành phần cơ bản nào như điện trở, tụ điện, v.v. Ở đây trước tiên chúng ta phải đặt nguồn cung cấp AC đầu vào, do đó chọn Nguồn -> Nguồn -> AC_power. Sau khi linh kiện được đặt (bằng cách nhấp vào nút ‘ok’), đặt giá trị của điện áp RMS thành 230 V và tần số là 50Hz.
- Bây giờ một lần nữa trong cửa sổ thành phần, chọn cơ bản, sau đó chọn biến áp, sau đó chọn TS_ideal. Đối với một máy biến áp lý tưởng, độ tự cảm của cả hai cuộn dây là như nhau, để đạt được đầu ra ta phải thay đổi độ tự cảm của cuộn thứ cấp. Bây giờ chúng ta biết tỷ số của độ tự cảm của các cuộn dây máy biến áp bằng bình phương của tỷ số vòng. Vì tỷ số vòng dây yêu cầu trong trường hợp này là 19, do đó ta phải đặt độ tự cảm của cuộn thứ cấp là 0,27mH. (Độ tự cảm của cuộn sơ cấp là 100mH).
- Trong cửa sổ linh kiện, chọn cơ bản, sau đó chọn điốt, rồi chọn điốt IN4003. Chọn 4 điốt như vậy và đặt chúng trong một bố trí chỉnh lưu cầu.
- Trong cửa sổ thành phần, chọn cơ bản, sau đó chọn Cap _Electrolytic và chọn giá trị của tụ điện là 20microFarad.
- Trong cửa sổ thành phần, chọn nguồn, sau đó chọn Voltage_ Regulator, rồi chọn ‘LM7805’ từ trình đơn thả xuống.
- Trong cửa sổ thành phần, chọn điốt, sau đó chọn LED và từ menu thả xuống, chọn LED_green.
- Sử dụng quy trình tương tự, chọn một điện trở có giá trị 100 Ohms.
- Bây giờ chúng ta đã có tất cả các thành phần và có ý tưởng về sơ đồ mạch, chúng ta hãy bắt đầu vẽ sơ đồ mạch trên nền tảng đa sim.
- Để vẽ mạch, chúng ta phải kết nối thích hợp giữa các thành phần bằng cách sử dụng dây dẫn. Để chọn dây, hãy chuyển đến Vị trí, sau đó chọn dây. Hãy nhớ chỉ kết nối các thành phần khi xuất hiện điểm nối. Trong multisim, các dây kết nối được biểu thị bằng màu đỏ.
- Để có được chỉ báo về điện áp trên đầu ra, hãy làm theo các bước đã cho. Đi tới Vị trí, sau đó đến 'Linh kiện', sau đó 'chỉ báo', sau đó là 'Vôn kế', sau đó chọn thành phần đầu tiên.
- Bây giờ mạch của bạn đã sẵn sàng để được mô phỏng.
- Bây giờ hãy nhấp vào ‘Mô phỏng’ rồi chọn ‘Chạy’.
- Bây giờ bạn có thể thấy đèn LED ở đầu ra nhấp nháy, được biểu thị bằng các mũi tên có màu xanh lục.
- Bạn có thể xác minh xem bạn có đang nhận được giá trị chính xác của điện áp trên mỗi thành phần hay không bằng cách đặt một Vôn kế song song.
Sơ đồ mạch mô phỏng hoàn chỉnh bằng ElProCus
Bây giờ bạn có ý tưởng về việc thiết kế một bộ nguồn được điều chỉnh cho các tải yêu cầu điện áp một chiều không đổi, nhưng còn các tải yêu cầu điện áp một chiều thay đổi thì sao. Tôi để lại cho bạn nhiệm vụ này. Hơn nữa, bất kỳ câu hỏi nào liên quan đến khái niệm này hoặc điện và dự án điện tử Vui lòng cung cấp ý tưởng của bạn trong phần bình luận bên dưới.
vui lòng theo liên kết dưới đây để biết các dự án 5 trong 1 không hàn
