ما هي الدائرة ولماذا نحتاج لبناء دائرة؟
قبل الخوض في التفاصيل حول كيفية تصميم الدائرة ، دعنا أولاً نعرف ماهية الدائرة ولماذا نحتاج إلى بناء دائرة.
الدائرة هي أي حلقة يتم من خلالها نقل المادة. بالنسبة للدائرة الإلكترونية ، فإن الشيء الذي يحمله هو الشحنة الإلكترونية ومصدر هذه الإلكترونات هو الطرف الموجب لمصدر الجهد. عندما تتدفق هذه الشحنة من الطرف الموجب ، عبر الحلقة ، وتصل إلى الطرف السالب ، يُقال إن الدائرة قد اكتملت. ومع ذلك ، تتكون هذه الدائرة من عدة مكونات تؤثر على تدفق الشحنة بعدة طرق. قد يوفر البعض عائقًا لتدفق الشحنة ، أو تخزينًا بسيطًا ، أو تبديد الشحنة. يحتاج البعض إلى مصدر خارجي للطاقة ، وبعضها يحتاج إلى طاقة.
يمكن أن يكون هناك العديد من الأسباب التي تجعلنا بحاجة إلى بناء دائرة. في بعض الأحيان قد نحتاج إلى توهج مصباح ، تشغيل محرك ، إلخ. كل هذه الأجهزة - مصابيح ، محرك ، LED هي ما نسميه الأحمال. يتطلب كل حمل تيارًا أو جهدًا معينًا لبدء تشغيله. قد يكون هذا الجهد عبارة عن جهد تيار مستمر ثابت أو جهد تيار متردد. ومع ذلك ، لا يمكن بناء دائرة فقط بمصدر وحمل. نحتاج إلى عدد قليل من المكونات الإضافية التي تساعد في التدفق المناسب للشحن ومعالجة الشحنة التي يوفرها المصدر بحيث تتدفق كمية مناسبة من الشحن إلى الحمل.
مثال أساسي - مصدر طاقة DC منظم لتشغيل LED
دعونا مثال أساسي والقواعد خطوة بخطوة في بناء الدائرة.
عرض المشكلة : تصميم مصدر طاقة تيار مستمر منظم بجهد 5 فولت يمكن استخدامه لتشغيل مصباح LED ، باستخدام جهد التيار المتردد كمدخل.
المحلول : يجب أن تكون جميعًا على دراية بإمداد طاقة التيار المستمر المنظم. إذا لم يكن كذلك ، اسمحوا لي أن أقدم فكرة موجزة. معظم الدوائر أو الأجهزة الإلكترونية تتطلب جهد DC لتشغيلها. يمكننا استخدام بطاريات بسيطة لتوفير الجهد ، لكن المشكلة الرئيسية في البطاريات هي عمرها المحدود. لهذا السبب ، الطريقة الوحيدة لدينا هي تحويل مصدر جهد التيار المتردد في منازلنا إلى جهد التيار المستمر المطلوب.
كل ما نحتاجه هو تحويل جهد التيار المتردد هذا إلى جهد تيار مستمر. لكن الأمر ليس بهذه البساطة كما يبدو. لذلك دعونا نحصل على فكرة نظرية موجزة حول كيفية تحويل جهد التيار المتردد إلى جهد تيار مستمر منظم.
كتلة الرسم بواسطة ElProCus
النظرية وراء الدائرة
- يتم أولاً خفض جهد التيار المتردد من الإمداد عند 230 فولت إلى تيار متردد منخفض الجهد باستخدام محول تنحي. المحول عبارة عن جهاز به ملفان - أولي وثانوي ، حيث يظهر الجهد المطبق عبر الملف الأولي عبر الملف الثانوي بفضل الاقتران الاستقرائي. نظرًا لأن الملف الثانوي يحتوي على عدد أقل من المنعطفات ، فإن الجهد عبر الثانوي أقل من الجهد عبر الأساسي لمحول تنحي.
- يتم تحويل جهد التيار المتردد المنخفض هذا إلى جهد تيار مستمر نابض باستخدام مقوم الجسر. مقوم الجسر عبارة عن ترتيب من 4 ثنائيات موضوعة في شكل جسري ، بحيث يتم توصيل أنود أحد الصمامات الثنائية وكاثود الصمام الثنائي الآخر بالطرف الموجب لمصدر الجهد وبنفس الطريقة يتم توصيل الأنود والكاثود لثنائيتين أخريين متصل بالطرف السالب لمصدر الجهد. أيضًا ، يتم توصيل كاثودات اثنين من الثنائيات بالقطبية الموجبة للجهد ويتم توصيل أنود اثنين من الثنائيات بالقطبية السالبة لجهد الخرج. لكل نصف دورة ، يتم الحصول على الزوج المعاكس من الثنائيات الموصلة والجهد النابض للتيار المستمر عبر مقومات الجسر.
- يحتوي جهد التيار المستمر النابض على تموجات على شكل جهد تيار متردد. لإزالة هذه التموجات ، يلزم وجود مرشح يقوم بتصفية التموجات من جهد التيار المستمر. يتم وضع مكثف بالتوازي مع الخرج بحيث يسمح المكثف (بسبب ممانعته) لإشارات التيار المتردد عالية التردد بالمرور عبر الأرض ويتم حظر التردد المنخفض أو إشارة التيار المستمر. وهكذا يعمل المكثف كمرشح تمرير منخفض.
- الناتج الناتج من مرشح مكثف هو جهد التيار المستمر غير المنظم. لإنتاج جهد تيار مستمر منظم ، يتم استخدام منظم يطور جهد تيار مستمر ثابت.
لذلك دعونا الآن نبدأ في تصميم دائرة إمداد طاقة بسيطة تنظمها AC-DC لتشغيل LED.
خطوات بناء الحلبة
الخطوة 1: تصميم الدوائر
لتصميم دائرة ، نحتاج إلى تكوين فكرة عن قيم كل مكون مطلوب في الدائرة. دعونا نرى الآن كيف نصمم دائرة إمداد طاقة DC منظمة.
1. حدد المنظم المطلوب استخدامه والجهد الكهربي للإدخال.
نحن هنا نحتاج إلى جهد ثابت قدره 5 فولت عند 20 مللي أمبير مع قطبية موجبة لجهد الخرج. لهذا السبب ، نحتاج إلى منظم يوفر مخرجات 5V. سيكون الخيار المثالي والفعال هو المنظم IC LM7805. مطلبنا التالي هو حساب متطلبات جهد الدخل للمنظم. بالنسبة للمنظم ، يجب أن يكون الحد الأدنى لجهد الدخل هو جهد الخرج المضاف بقيمة ثلاثة. في هذه الحالة ، للحصول على جهد 5 فولت ، نحتاج إلى جهد دخل أدنى قدره 8 فولت. دعونا نستقر لإدخال 12V.
7805 منظم بواسطة فليكر
2. تقرر استخدام المحولات
الآن الجهد غير المنظم الناتج هو جهد 12 فولت. هذه هي قيمة RMS للجهد الثانوي المطلوب لمحول. نظرًا لأن الجهد الأساسي هو 230 فولت RMS ، عند حساب نسبة المنعطفات ، نحصل على قيمة 19. وبالتالي علينا الحصول على محول بقوة 230 فولت / 12 فولت ، أي محول بجهد 12 فولت ، 20 مللي أمبير.
تنحى المحولات بواسطة ويكي
3. تحديد قيمة مكثف المرشح
تعتمد قيمة مكثف المرشح على مقدار التيار المسحوب بواسطة الحمل ، والتيار الهادئ (التيار المثالي) للمنظم ، وكمية التموج المسموح به في خرج التيار المستمر ، والفترة.
من أجل أن يكون جهد الذروة عبر المحول الأساسي 17 فولت (12 * قدم مربع) والانخفاض الكلي عبر الثنائيات ليكون (2 * 0.7 فولت) 1.4 فولت ، يكون ذروة الجهد عبر المكثف حوالي 15 فولت تقريبًا. يمكننا حساب مقدار التموج المسموح به بالصيغة أدناه:
∆V = VpeakCap- Vmin
كما هو محسوب ، Vpeakcap = 15V و Vmin هو الحد الأدنى لإدخال الجهد للمنظم. وهكذا فإن ∆V هي (15-7) = 8V.
الآن ، السعة ، C = (I * ∆t) / ∆V ،
الآن ، أنا مجموع تيار الحمل بالإضافة إلى التيار الهادئ للمنظم وأنا = 24 مللي أمبير (التيار الهادئ حوالي 4 مللي أمبير وتيار الحمل 20 مللي أمبير). أيضا ∆t = 1 / 100Hz = 10ms. تعتمد قيمة ∆t على تردد إشارة الدخل وهنا يكون تردد الإدخال 50 هرتز.
وبالتالي استبدال جميع القيم ، فإن قيمة C تكون حوالي 30 ميكرو فاراد. لذا ، دعونا نختار قيمة 20microFarad.
مكثف إلكتروليت بواسطة ويكي
4. قرر استخدام PIV (ذروة الجهد العكسي) للثنائيات.
نظرًا لأن ذروة الجهد عبر المحول الثانوي هي 17 فولت ، فإن إجمالي PIV لجسر الصمام الثنائي يبلغ حوالي (4 * 17) أي 68 فولت. لذلك علينا أن نستقر على الثنائيات بتصنيف PIV يبلغ 100 فولت لكل منهما. تذكر أن PIV هو أقصى جهد يمكن تطبيقه على الصمام الثنائي في حالته المنحازة العكسية ، دون التسبب في انهيار.
PN تقاطع الصمام الثنائي بواسطة Nojavanha
الخطوة 2. رسم الدوائر والمحاكاة
الآن بعد أن أصبحت لديك فكرة عن قيم كل مكون ومخطط الدائرة بالكامل ، دعنا ندخل في رسم الدائرة باستخدام برنامج بناء الدوائر ومحاكاتها.
هنا اختيارنا للبرنامج هو Multisim.
نافذة Multisim
فيما يلي الخطوات الموضحة لرسم دائرة باستخدام Multisim ومحاكاتها.
- في لوحة windows ، انقر فوق الارتباط التالي: ابدأ >>> البرامج -> الوطنية -> الأدوات -> مجموعة تصميم الدوائر 11.0 -> multisim 11.0.
- تظهر نافذة برمجية متعددة الشرائح مع شريط قوائم ومساحة فارغة تشبه اللوح ، لرسم الدائرة.
- في شريط القائمة ، حدد مكان -> مكونات
- تظهر نافذة بعنوان 'حدد المكونات'
- تحت عنوان 'قاعدة البيانات' - حدد 'قاعدة البيانات الرئيسية' من القائمة المنسدلة.
- تحت عنوان 'المجموعة' - حدد المجموعة المطلوبة. إذا كنت تريد أن تذهب للجهد أو مصدر التيار أو الأرض. إذا كنت تريد استخدام أي مكون أساسي مثل المقاوم ، أو المكثف ، أو ما إلى ذلك. هنا يتعين علينا أولاً وضع مصدر إمداد التيار المتردد ، ومن ثم تحديد المصدر -> مصادر الطاقة -> طاقة التيار المتردد. بعد وضع المكون (بالنقر فوق الزر 'موافق') ، اضبط قيمة جهد RMS على 230 فولت والتردد على 50 هرتز.
- الآن مرة أخرى ضمن نافذة المكونات ، حدد أساسي ، ثم محول ، ثم حدد TS_ideal. بالنسبة لمحول مثالي ، يكون الحث لكلا الملفين هو نفسه ، لتحقيق الناتج لدينا تغيير محاثة الملف الثانوي. الآن نحن نعلم أن نسبة محاثة ملفات المحولات تساوي مربع نسبة المنعطفات. نظرًا لأن نسبة الدورات المطلوبة في هذه الحالة هي 19 ، لذلك يتعين علينا ضبط محاثة الملف الثانوي على 0.27mH. (الحث الأساسي للملف هو 100mH).
- ضمن نافذة المكونات ، حدد الأساسي ، ثم الثنائيات ، ثم حدد الصمام الثنائي IN4003. حدد 4 من هذه الثنائيات وضعها في ترتيب مقوم الجسر.
- تحت نوافذ المكونات ، حدد أساسي ، ثم Cap _Electrolytic وحدد قيمة المكثف لتكون 20microFarad.
- تحت نافذة المكونات ، حدد الطاقة ، ثم Voltage_ Regulator ، ثم حدد 'LM7805' من القائمة المنسدلة.
- تحت نافذة المكونات ، حدد الثنائيات ، ثم حدد LED ومن القائمة المنسدلة ، حدد LED_green.
- باستخدام نفس الإجراء ، حدد مقاومًا بقيمة 100 أوم.
- الآن بعد أن أصبح لدينا جميع المكونات ولدينا فكرة عن مخطط الدائرة ، دعنا ندخل في رسم مخطط الدائرة على النظام الأساسي متعدد الشرائح.
- لرسم الدائرة ، يتعين علينا إجراء اتصالات مناسبة بين المكونات باستخدام الأسلاك. لتحديد الأسلاك ، انتقل إلى المكان ، ثم السلك. تذكر توصيل المكونات فقط عند ظهور نقطة اتصال. في multisim ، يشار إلى أسلاك التوصيل باللون الأحمر.
- للحصول على إشارة إلى الجهد عبر الخرج ، اتبع الخطوات الموضحة. انتقل إلى المكان ، ثم 'المكونات' ، ثم 'المؤشر' ، ثم 'الفولتميتر' ، ثم حدد المكون الأول.
- الآن دائرتك جاهزة للمحاكاة.
- انقر الآن على 'محاكاة' ثم حدد 'تشغيل'.
- يمكنك الآن رؤية وميض مؤشر LED عند الإخراج ، وهو ما يُشار إليه من خلال ظهور الأسهم باللون الأخضر.
- يمكنك التحقق مما إذا كنت تحصل على القيمة الصحيحة للجهد عبر كل مكون عن طريق وضع الفولتميتر على التوازي.
رسم تخطيطي لدائرة محاكاة كاملة بواسطة ElProCus
الآن لديك فكرة عن تصميم مصدر طاقة منظم للأحمال التي تتطلب جهدًا ثابتًا للتيار المستمر ، ولكن ماذا عن الأحمال التي تتطلب جهدًا متغيرًا للتيار المستمر. أتركك مع هذه المهمة. علاوة على ذلك ، فإن أي استفسارات بخصوص هذا المفهوم أو الكهربائية و مشاريع الإلكترونيات يرجى تقديم أفكارك في قسم التعليقات أدناه.
يرجى اتباع الرابط أدناه لمشاريع 5 في 1 بدون لحام
