Smíði aflgjafa

Grunnámskeið
- Aflgjafi

 

Allur rafeindabúnaður þarf afl til að virka, hér verður lýst aflgjafa fyrir rafeindarás.

Rafeindarásir eru hannaðar til að vinna á ákveðinni spennu (volt). Algengast er 5 volta jafnstraumur. Spennan má ekki fara yfir 5,5 volt því þá getur rásin skemmst, og ef hún fer undir 4,5 volt hættir rásin oftast að virka. Því er mikilvægt að hafa búnað sem fæðir rafeindarásina á fastri 5 volta spennu óháð því hve mikinn straum rásin dregur.

Við getum valið um nokkrar leiðir:

A) Ef nota á rásina á sama stað þá getur verið heppilegt að nota tilbúinn aflgjafa sem gefur fasta 5 volta spennu og er stungið í venjulegan rafmagntengil. Athugið þá vel merkingar á spenninum og tengið hann á réttan hátt við rásina. (Athugið að ekki eru öll tengi með sama sverleika á tenginu).

B) Ef rásin er alltaf notuð tengd USB tengi við PC eða fartölvu þá er hægt að fá 5 volta spennu frá USB tenginu (hámark 500 mA).

C) Ef nota á rafhlöðu eða spenni sem gefur hærri spennu en 5 volt þá byggjum við spennujafnarann sem hér er lýst. Oftast er þá notuð 6, 9 eða 12 volta rafhlaða eða spennir.

Mikilvægt er að vita hver straumþörf rásarinna er til að hanna réttan aflgjafa. Gott er að hafa hann stærri (fleirri milliamper) í upphafi, mæla svo straumþörfina þegar rafeindabúnaðurinn er allur kominn í gang
og þá má endurskoða gerð aflgjafans.

Fæðuspenna aflgjafans getur verið rafhlaða, hilki með nokkrum 1,5 volta rafhlöðum eða spennir sem tengist rafmagnstengli. Fæðuspennan þarf að vera 2-4v hærri en sú spenna sem á að koma út úr aflgjafanum.

Oftast eru tvær leiðslur frá fæðukerfinu merktar plús og núll eða plús og mínus, eða Vcc og jörð(GND) á teikningum. Algengast er að plús tengið sé rautt og núll tengið svart. Spennugjafar eru oftast með
hringlaga tengi með pinna í miðjunni sem oftast er + spenna.

Við miðum hér við að nota tilbúinn íhlut, rafeindarás sem jafnar spennu nákvæmlega og kallast spennujafnari (regulator).


Hér sjáum við mynd af slíkum jafnara í svokölluðu TO-220 húsi sem getur afkastað allt að 1000 milliamperum.

Þessir spennujafnarar eru gerðir til að skaffa ákveðna spennu og heita t.d. LM7805 sem gefur 5volt og LM7812 sem gefur 12 volt. Það eru til margar gerðir og mikilvægt er að lesa á hlutinn rétt nafn og merkingu.

Til að auka stöðugleika spennunar í rásinni þá eru notaðir þéttar báðu megin við jafnarann, þétta vinna gegn gárum og sveiflum á spennunni sem getur stafað að breytilegu álagi í rásinni. Ef við líkjum flæði
rafmagns við vatn sem rennur gegnum jafnarann þá eru Þéttar einskonar vatnstankar/forðabúr sem jafna rennslið. Stór þéttir er settur framanvið jafnarann og minni aftanvið.

 

Þessir þéttar eru kallaðir elektrólýtar eða rafvökvaþéttar og eru með mínus merki á þeim enda sem tengja á við núll (GND) línuna, ekki má snúa þeim öfut því þá geta þeir sprungið.

Önnur gerð þétta eru keramiskir þéttar en þeir eru ekki pólaðir og meiga súna hvernig sem er. Þá erum við komin með teikningu af ágætum spennujafnara. Gott að bæta við rásina rofa sem getur rofið straumflæði í rásinn án þess að þurfa að taka spenni eða batterí úr sambandi (S1). Hér sjáum við teikningu af rofanum og að auki er komin díóða (D1) í rásina en díóða er einskonar einstreymisloki sem kemur í veg fyrir að rásin skemmist ef óvart er víxlað tengingum á plús og mínus fæðuspennunar. Allar díóður hafa ákveðið spennufall yfir sig svo við þurfum að gera ráð fyrir ca 0,5 volt í þetta og fæðuspennan þarf þá að vera allavega 6 volt til að allt vinni eðlilega. Einnig þarf að gæta að því að díóðan þoli þann straun sem um hana flæðir, ef við notum t.d. 1N4001 gerðina þá þolir hún vel 1 amper svipað og spennujafnarinn.

Þá er gott að bæta við ljósi sem logar þegar aflgjafinn er í gangi og til þess er hægt að nota svokallaða ljósdíóðu en hún gefur frá sér ljós þegar straumur flæðir í gegnum hana. Þessar díóður er gerðar fyrir ákveðna spennu og skemmast ef of mikill straumur flæðir í gegnum þær. Því þarf að setja viðnám í seríu við díóðuna sem takmarkar strauminn. Við notum díóðu sem þolir 20mA straum og ef við tengjum hana 5 volta megin þá segir Ohms lögmálið (Volt=Straumur x Viðnám) að 5volt = 0.02 x R eða 5/0.02 = 250 ohm svo við notum næstu stöðluðu viðnámsstærð sem er 330 ohm.



Þá er komið að því að setja sama aflgjafann. Til þess notum við svokallað brauðbretti (breadboard) sem er plastrenningur ca 5,5 x 17 cm að stærð með raðir gata fyrir íhluti, raðirnar eru tengdar saman þanni að tvær efstu og neðstu eru lárétt tengdar að miðju og 5 miðraðirnar sitt hvoru megin við djúpu skoruna eru lóðrétt tengdar.

Vi þurfum að hafa tiltæka 5 svokallaða jumper víra 2 rauða og 3 svarta. Þessir vírar eru klipptir í hæfilag lengd, afeinangraðir á endunum og eru úr stífum massífum vír. Svo þarf jafnarann sjálfan, rofann, díóðuna, viðnámið og tvo þétta. Lóða þarf víra í tengið svo auðvelt sé að tengja það við brettið.

 

Nú mælum við rásina með fjölsviðsmæli til að kanna hvort allt virki rétt. Við stillum mælinn á 20 V jafnspennu og athugum að tengisnúrurnar séu í réttum tengjum. Svarta snúran er sett við jarðlínuna þar sem hún snertir vírinn sjálfan. Rauða snúran er svo borin við þar sem spennan kemur frá spennugjafanum ætti að vera 9 til 12 volt eftir því hver spennugjafinn er, og svo á úttaki spennujafnarans þar sem mælirinn á að sýna 5 volt. Ef þetta gengur upp þá er spennujafnarinn tilbúinn í næsta verkefni.!