回路とは何ですか？なぜ回路を構築する必要があるのですか？

回路の設計方法について詳しく説明する前に、まず回路とは何か、なぜ回路を構築する必要があるのかを教えてください。

回路とは、物質が運ばれるループのことです。電子回路の場合、運ばれる物質は電子機器による電荷であり、これらの電子の供給源は電圧源の正の端子です。この電荷が正の端子からループを通って流れ、負の端子に到達すると、回路は完成したと言われます。ただし、この回路は、さまざまな方法で電荷の流れに影響を与えるいくつかのコンポーネントで構成されています。電荷の流れを妨げるもの、単純な保管、または電荷を放散するものがあります。外部エネルギー源を必要とするものもあれば、エネルギーを供給するものもあります。

回路を構築する必要がある理由はたくさんあります。時々、ランプを点灯したり、モーターを動かしたりする必要があるかもしれません。これらすべてのデバイス-ランプ、モーター、LEDは私たちが負荷と呼んでいるものです。各負荷は、その動作を開始するために特定の電流または電圧を必要とします。この電圧は、一定のDC電圧またはAC電圧の場合があります。ただし、ソースと負荷だけで回路を構築することはできません。適切な電荷の流れを助け、適切な量の電荷が負荷に流れるようにソースから供給された電荷を処理する、さらにいくつかのコンポーネントが必要です。

基本的な例–LEDを実行するための安定化DC電源

回路を構築する際の基本的な例と段階的なルールを見てみましょう。

問題文 ：AC電圧を入力として使用して、LEDの実行に使用できる5Vの安定化DC電源を設計します。

解決：皆さんは、安定化DC電源に注意する必要があります。そうでない場合は、簡単に説明します。ほとんどの回路または電子デバイスそれらの動作にはDC電圧が必要です。簡単な電池で電圧を出すこともできますが、電池の大きな問題は寿命が限られていることです。このため、私たちが持っている唯一の方法は、私たちの家のAC電圧供給を必要なDC電圧に変換することです。

必要なのは、このAC電圧をDC電圧に変換することだけです。しかし、それは見た目ほど単純ではありません。それでは、AC電圧がどのように安定化DC電圧に変換されるかについて簡単な理論的アイデアを持ってみましょう。

によるブロック図 ElProCus

回路の背後にある理論

230Vの電源からのAC電圧は、最初に降圧トランスを使用して低電圧ACに降圧されます。トランスは、一次巻線と二次巻線の2つの巻線を備えたデバイスであり、一次巻線に印加された電圧は、誘導結合によって二次巻線に現れます。二次コイルの巻数が少ないため、二次側の電圧は、降圧トランスの場合の一次側の電圧よりも低くなります。
この低いAC電圧は、ブリッジ整流器を使用して脈流DC電圧に変換されます。ブリッジ整流器は、1つのダイオードのアノードと別のダイオードのカソードが電圧源の正端子に接続され、別の2つのダイオードのアノードとカソードが接続されるように、ブリッジされた形で配置された4つのダイオードの配置です。電圧源の負端子に接続されています。また、2つのダイオードのカソードは電圧の正極性に接続され、2つのダイオードのアノードは出力電圧の負極性に接続されます。半サイクルごとに、反対側のダイオードのペアが導通し、ブリッジ整流器の両端に脈流DC電圧が得られます。
このようにして得られた脈動直流電圧には、交流電圧の形でリップルが含まれています。これらのリップルを除去するには、DC電圧からリップルを除去するフィルターが必要です。コンデンサは出力と並列に配置され、コンデンサ（インピーダンスのため）が高周波AC信号を通過させてグランドにバイパスし、低周波またはDC信号をブロックします。したがって、コンデンサはローパスフィルタとして機能します。
コンデンサフィルタから生成される出力は、安定化されていないDC電圧です。安定化されたDC電圧を生成するために、一定のDC電圧を発生させるレギュレーターが使用されます。

それでは、LEDを駆動するための簡単なAC-DC安定化電源回路の設計に取り掛かりましょう。

回路を構築する手順

ステップ1：回路設計

回路を設計するには、回路に必要な各コンポーネントの値について考える必要があります。ここで、安定化DC電源回路をどのように設計しているかを見てみましょう。

“今日の暗号化で使用されている2種類の暗号化システムは何ですか？ ”

1.使用するレギュレータとその入力電圧を決定します。

ここでは、出力電圧の正極性で20mAで5Vの定電圧が必要です。このため、5V出力を提供するレギュレータが必要です。理想的で効率的な選択は、レギュレータICLM7805です。次の要件は、レギュレータの入力電圧要件を計算することです。レギュレータの場合、最小入力電圧は、3の値を加算した出力電圧である必要があります。その場合、ここで5Vの電圧を得るには、8Vの最小入力電圧が必要です。 12Vの入力に落ち着きましょう。

7805レギュレーター Flickr

2.使用する変圧器を決定します

これで、生成される調整されていない電圧は12Vの電圧になります。これは、変圧器に必要な2次電圧のRMS値です。一次電圧は230VRMSであるため、巻数比を計算すると、19の値が得られます。したがって、230V / 12Vのトランス、つまり12V、20mAのトランスを入手する必要があります。

“フロートスイッチ水位コントローラー ”

変圧器をステップダウンするウィキ

3.フィルタコンデンサの値を決定します

フィルタコンデンサの値は、負荷によって引き出される電流の量、レギュレータの静止電流（理想的な電流）、DC出力の許容リップルの量、および周期によって異なります。

トランスの一次側のピーク電圧が17V（12 * sqrt2）で、ダイオードの両端の合計電圧降下が（2 * 0.7V）1.4Vの場合、コンデンサの両端のピーク電圧は約15Vです。許容リップル量は、次の式で計算できます。

∆V = VpeakCap- Vmin

計算すると、Vpeakcap = 15Vであり、Vminはレギュレータの最小電圧入力です。したがって、ΔVは（15-7）= 8Vです。

ここで、静電容量、C =（I * ∆t）/ ∆V、

ここで、Iは負荷電流とレギュレータの静止電流の合計であり、I = 24mAです（静止電流は約4mA、負荷電流は20mAです）。また、∆t = 1 / 100Hz = 10ms。 ∆tの値は入力信号の周波数に依存し、ここでは入力周波数は50Hzです。

したがって、すべての値を代入すると、Cの値は約30microFaradになります。それでは、20microFaradの値を選択しましょう。

による電解コンデンサウィキ

4.使用するダイオードのPIV（ピーク逆電圧）を決定します。

トランスの2次側のピーク電圧は17Vであるため、ダイオードブリッジの合計PIVは約（4 * 17）、つまり68Vです。したがって、それぞれ100VのPIV定格のダイオードに落ち着く必要があります。 PIVは、ブレークダウンを引き起こすことなく、逆バイアス状態でダイオードに印加できる最大電圧であることを忘れないでください。

PN接合ダイオード Nojavanha

ステップ2。回路図とシミュレーション

各コンポーネントの値と回路図全体がわかったので、回路構築ソフトウェアを使用して回路を描画し、シミュレーションしてみましょう。

ここで私たちが選んだソフトウェアはMultisimです。

マルチシムウィンドウ

以下は、Multisimを使用して回路を描画し、それをシミュレートするための所定の手順です。

Windowsパネルで、次のリンクをクリックします。スタート>>>プログラム–>ナショナル–>機器–>回路設計スイート11.0 –> multisim11.0。
回路を描くために、ブレッドボードに似たメニューバーと空白スペースを備えたmultisimソフトウェアウィンドウが表示されます。
メニューバーで、場所–>コンポーネントを選択します
「コンポーネントを選択してください」というタイトルのウィンドウが表示されます
「データベース」という見出しの下で、ドロップダウンメニューから「マスターデータベース」を選択します。
「グループ」という見出しの下で、必要なグループを選択します。電圧または電流源またはグランドを使用する場合。抵抗やコンデンサなどの基本的なコンポーネントを使用する場合は、最初に入力AC電源を配置する必要があるため、[ソース] –> [電源] –> [AC_power]を選択します。コンポーネントを配置した後（[OK]ボタンをクリックして）、RMS電圧の値を230 Vに設定し、周波数を50Hzに設定します。
ここで、コンポーネントウィンドウで、[基本]、[トランスフォーマー]、[TS_ideal]の順に選択します。理想的なトランスの場合、両方のコイルのインダクタンスは同じです。出力を実現するために、2次コイルのインダクタンスを変更します。これで、トランスコイルのインダクタンスの比率が巻数の比率の2乗に等しいことがわかりました。この場合に必要な巻数比は19であるため、2次コイルのインダクタンスを0.27mHに設定する必要があります。（一次コイルのインダクタンスは100mHです）。
コンポーネントウィンドウで、[基本]、[ダイオード]の順に選択し、次にダイオードIN4003を選択します。そのようなダイオードを4つ選択し、ブリッジ整流器の配置に配置します。
コンポーネントウィンドウで、[基本]、[キャップ_電解]の順に選択し、コンデンサの値を20microFaradに選択します。
コンポーネントウィンドウで、[power]、[Voltage_ Regulator]の順に選択し、ドロップダウンメニューから[LM7805]を選択します。
コンポーネントウィンドウで、ダイオードを選択してからLEDを選択し、ドロップダウンメニューからLED_greenを選択します。
同じ手順を使用して、100オームの値の抵抗を選択します。
すべてのコンポーネントが揃ったので、回路図についてのアイデアが得られたので、マルチSIMプラットフォームで回路図を描き始めましょう。
回路を描くには、ワイヤーを使用してコンポーネント間を適切に接続する必要があります。配線を選択するには、[配置]、[配線]の順に移動します。ジャンクションポイントが表示された場合にのみ、コンポーネントを接続することを忘れないでください。 multisimでは、接続線は赤い色で示されます。
出力両端の電圧を表示するには、所定の手順に従います。 [配置]、[コンポーネント]、[インジケーター]、[電圧計]の順に移動し、最初のコンポーネントを選択します。
これで、回路をシミュレートする準備が整いました。
次に、「シミュレーション」をクリックしてから、「実行」を選択します。
これで、出力のLEDが点滅し、矢印が緑色に変わることで示されます。
電圧計を並列に配置することにより、各コンポーネントの両端の電圧の正しい値を取得しているかどうかを確認できます。

による完全なシミュレーション回路図 ElProCus

これで、一定のDC電圧を必要とする負荷用の安定化電源を設計することについてのアイデアが得られましたが、可変のDC電圧を必要とする負荷についてはどうでしょうか。私はあなたにこの仕事を任せます。さらに、この概念または電気およびエレクトロニクスプロジェクト以下のコメントセクションであなたのアイデアを提供してください。

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