Erklären Sie die Logik einer Umwandlung von 12 V in 9 V

Wie funktioniert die folgende Schaltung?

Ich weiß, was Widerstände, Kondensatoren und Transistoren tun und auf einer Mikrocontroller-Platine damit gespielt haben, aber versuche ich, die Logik der Schaltung zu verstehen.

Ich gehe davon aus, dass es eine Beziehung zwischen den 22-Ohm- und den 470-Ohm-Widerständen gibt.

Es gliedert sich in drei einfache Abschnitte, die jeweils relativ einfach zu erklären sind:

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schaltplan erstellt mit CircuitLab}

Der erste Teil ist die Diode, die einen Verpolungsschutz bietet. Wenn aus irgendeinem Grund die Polarität der Eingangsspannung entgegengesetzt zu dem, was sie sein soll, verdrahtet wird, sperrt diese und der Ausgang ist ebenfalls im Wesentlichen ausgeschaltet. Nur wenn die Polarität stimmt, kann mit dem Rest der Schaltung gearbeitet werden. Der Preis für diesen zusätzlichen Schutz ist ein Spannungsabfall von vielleicht $D_1$ . (Ich habe diesen Spannungsabfall im Diagramm ein wenig übertrieben. Aber es kommt auf den Punkt.)$700\:\text{mV}$

$11-13\:\text{V}$$R_1$$5\:\text{mA}$$10\:\text{mA}$$9.1\:\text{V}$$C_1$

$9.1\:\text{V}$$600-700\:\text{mV}$$1\:\text{mA}$$R_1$$200\:\text{mA}$$100\:\text{mA}$

$R_2$$R_2$$2\:\text{V}$$\frac{2\:\text{V}}{22\:\Omega}\approx 100\:\text{mA}$$R_2$

$C_2$$C_2$$4.7\:\text{k}\Omega$$C_2$

• Der TIP41A ist als Spannungsfolger konfiguriert. Die Emitterspannung entspricht der Basisspannung minus etwa 0,7 V.
• Der 470 Ω-Widerstand liefert den Basisstrom, um den Transistor einzuschalten und die Basis in Richtung der Versorgungsspannung zu ziehen.
• Die Zenerdiode wird eingeschaltet, wenn die Basisspannung 9,1 V (ihre Durchbruchspannung) überschreitet. Daher wird die Basis bei 9,1 V gehalten.
• $\frac {3}{470} = 6 \ \mathrm {mA}$
• $IR = 0.1 \cdot 22 = 2.2\ \mathrm V$ und die Verlustleistung wird sein $I^2R = 0.1^2 \cdot 22 = 0.22 \ \mathrm W$.
• Wenn der größte Teil der Spannung über dem Widerstand abfällt, verringert sich die Verlustleistung im Transistor. Wir werden darauf zurückkommen.
• Der 1N4007 dient zum Schutz des Stromkreises vor dem Anschließen des Eingangs an die Gegenspannung. Wir werden ungefähr 0,7 V darüber verlieren.

Zurück zum Transistor: Lass es uns für den maximalen 14 V Eingang herausfinden.

• Vin = 14 V.
• V nach dem 1N4007 = 13,3 V.
• V nach dem 22 Ω Widerstand bei 100 mA = 13,3 - 2,2 = 11,1 V.
• V über dem Transistor = 11,1 - 8,5 = 2,6 V (ca. 0,6 V Spannungsabfall zwischen Basis und Emitter).
• Verlustleistung im Transistor $= VI = 2.6 \cdot 0.1 = 0.26\ \mathrm W$.
• Without the 22 Ω resistor the power dissipated in the transistor would be $(2.2 + 2.6)0.1 = 0.46\ \mathrm W$.

I assume there is a relationship between the 22ohms and the 470 ohms.

Nicht wirklich. Sie dienen unabhängigen Funktionen und interagieren nicht.

Das Schlüsselelement dieser Schaltung, das zur Ausgabe von +9 V führt, ist die Zenerdiode 1N757. Wenn der Stromkreis mit Spannung versorgt wird (+12 bis +14 V), wird der 1-µF-Kondensator entladen und der Transistor ausgeschaltet. Mit einiger Verzögerung wird der 1-µF-Kondensator über den 470-Ohm-Widerstand auf die Nennspannung der Zenerdiode aufgeladen und öffnet den Transistor zu seinem Emitter mit einer 9-V-Ausgangsspannung.

Der 22-Ohm-Widerstand begrenzt hier den Strom, wenn etwas schief geht (schützt vor Kurzschluss / Überstrom, aber für längere Zeiträume kann der Transistor überhitzen und braten). Die 1N4007-Diode soll, wie ich verstehe, sicherstellen, dass bei versehentlichem Anschließen der Eingangswechselspannung der Stromkreis die Spannung nicht negativ brennt.