Iedereen die elektronische circuits assembleert, heeft een universele stroombron nodig waarmee hij de uitgangsspanning over een groot bereik kan variëren, de stroom kan regelen en, indien nodig, het apparaat kan uitschakelen. In winkels zijn dergelijke laboratoriumvoedingen erg duur, maar je kunt er zelf een samenstellen uit gewone radiocomponenten.
De gepresenteerde voeding omvat:
- Spanningsaanpassing tot 24 volt;
- De maximale stroom die aan de belasting wordt geleverd, bedraagt maximaal 5 ampère;
- Stroombeveiliging met keuze uit meerdere vaste waarden;
- Actieve koeling voor gebruik bij hoge stromen;
- Wijzerplaatstroom- en spanningsindicatoren;
Spanningsregelaar circuit
De eenvoudigste en meest betaalbare optie voor een spanningsregelaar is een circuit op een speciale microschakeling, een spanningsstabilisator genaamd. De meest geschikte optie is LM338, deze levert een maximale stroomsterkte van 5 A en een minimale uitgangsrimpel. LM350 en LM317 zijn hier ook geschikt, maar de maximale stroom zal in dit geval respectievelijk 3 A en 1,5 A zijn.Om de spanning te regelen wordt een variabele weerstand gebruikt; de waarde ervan hangt af van de maximale spanning die aan de uitgang moet worden verkregen. Als het maximale vereiste vermogen 24 volt is, is een variabele weerstand met een weerstand van 4,3 kOhm vereist. In dit geval moet u een standaardpotentiometer van 4,7 kOhm nemen en parallel daaraan een constante van 47 kOhm aansluiten, de totale weerstand zal ongeveer 4,3 kOhm zijn. Om het hele circuit van stroom te voorzien heb je een gelijkstroombron nodig met een spanning van 24-35 volt, in mijn geval is dit een gewone transformator met ingebouwde gelijkrichter. U kunt ook laptopladers of andere verschillende pulsbronnen gebruiken die geschikt zijn voor stroom.
Deze spanningsregelaar is lineair, wat betekent dat het gehele verschil tussen de ingangs- en uitgangsspanning op één chip valt en daarop in de vorm van warmte wordt afgevoerd. Bij hoge stromen is dit erg kritisch, dus de microschakeling moet op een grote radiator worden geïnstalleerd; hiervoor is een radiator van een computerprocessor, gecombineerd met een ventilator, het meest geschikt. Om ervoor te zorgen dat de ventilator niet de hele tijd tevergeefs draait, maar alleen wordt ingeschakeld als de radiator opwarmt, is het noodzakelijk om een kleine temperatuursensor te monteren.
Regelcircuit ventilator
Het is gebaseerd op een NTC-thermistor, waarvan de weerstand varieert afhankelijk van de temperatuur: naarmate de temperatuur stijgt, neemt de weerstand aanzienlijk af, en omgekeerd. De operationele versterker fungeert als comparator en registreert veranderingen in de weerstand van de thermistor. Wanneer de bedrijfsdrempel wordt bereikt, verschijnt er spanning aan de uitgang van de op-amp, ontgrendelt de transistor en start de ventilator, waarna de ventilator oplicht. Lichtgevende diode. De trimweerstand wordt gebruikt om de responsdrempel aan te passen; de waarde ervan moet worden geselecteerd op basis van de weerstand van de thermistor bij kamertemperatuur. Laten we zeggen dat de thermistor een weerstand heeft van 100 kOhm, de trimweerstand moet in dit geval een nominale waarde hebben van ongeveer 150-200 kOhm. Het belangrijkste voordeel van dit schema is de aanwezigheid van hysteresis, d.w.z. verschillen tussen de drempelwaarden voor het in- en uitschakelen van de ventilator. Dankzij hysteresis schakelt de ventilator niet vaak in en uit bij temperaturen dichtbij de drempelwaarde. De thermistor wordt rechtstreeks op de radiator aangesloten en op elke geschikte plaats geïnstalleerd.
Huidig beveiligingscircuit
Misschien wel het belangrijkste onderdeel van de gehele stroomvoorziening is de stroombeveiliging. Het werkt als volgt: de spanningsval over de shunt (weerstand van 0,1 Ohm) wordt versterkt tot een niveau van 7-9 volt en wordt met behulp van een comparator vergeleken met de referentie. De referentiespanning ter vergelijking wordt ingesteld door vier trimweerstanden in het bereik van nul tot 12 volt, de ingang van de operationele versterker is via een 4-standenschakelaar met de weerstanden verbonden. Door de positie van de biscuitschakelaar te veranderen, kunnen we dus kiezen uit 4 vooraf ingestelde opties voor beveiligingsstromen. U kunt bijvoorbeeld de volgende waarden instellen: 100 mA, 500 mA, 1,5 A, 3 A. Als de door de schuifschakelaar ingestelde stroom wordt overschreden, treedt de beveiliging in werking en stopt de spanning met stromen naar de uitgang en de Lichtgevende diode. Om de beveiliging te resetten, drukt u gewoon kort op de knop, de uitgangsspanning verschijnt opnieuw.De vijfde trimweerstand is nodig om de versterking (gevoeligheid) in te stellen; deze moet zo worden ingesteld dat bij een stroom door de shunt van 1 Ampère de spanning aan de uitgang van de op-amp ongeveer 1-2 volt bedraagt. De hysterese-instelweerstand voor de beveiliging is verantwoordelijk voor de "helderheid" van de vergrendeling van het circuit; deze moet worden aangepast als de uitgangsspanning niet volledig verdwijnt. Dit circuit is goed omdat het een hoge reactiesnelheid heeft, waardoor de beveiliging onmiddellijk wordt ingeschakeld wanneer de stroom wordt overschreden.
Weergave-eenheid voor stroom en spanning
De meeste laboratoriumvoedingen zijn uitgerust met digitale voltmeters en ampèremeters die waarden als getallen op een display weergeven. Deze optie is compact en biedt een goede nauwkeurigheid van de metingen, maar is volkomen onhandig om te lezen. Daarom werd besloten om ter indicatie pijlpunten te gebruiken, waarvan de aflezingen gemakkelijk en prettig waarneembaar zijn. In het geval van een voltmeter is alles eenvoudig: hij is verbonden met de uitgangsklemmen van de voeding via een trimweerstand met een weerstand van ongeveer 1-2 MOhm. Voor een goede werking van de ampèremeter is een shuntversterker vereist, waarvan het circuit hieronder wordt weergegeven.
Om de versterking aan te passen is een trimweerstand nodig; in de meeste gevallen is het voldoende om deze in de middelste stand te laten staan (ongeveer 20-25 kOhm). De wijzerkop is aangesloten via een biscuitschakelaar, waarmee u een van de drie trimweerstanden kunt selecteren, met behulp waarvan de maximale afwijkingsstroom van de ampèremeter wordt ingesteld. De ampèremeter kan dus in drie bereiken werken: tot 50 mA, tot 500 mA, tot 5A, dit zorgt voor maximale nauwkeurigheid van de metingen bij elke belastingsstroom.
Montage van de voedingskaart
Printplaat:Nu alle theoretische aspecten in aanmerking zijn genomen, kunnen we beginnen met het samenstellen van het elektronische deel van de structuur. Alle elementen van de voeding - spanningsregelaar, radiatortemperatuursensor, beveiligingseenheid, shuntversterker voor de ampèremeter - zijn gemonteerd op één bord, waarvan de afmetingen 100x70 mm zijn. Het bord is gemaakt volgens de LUT-methode; hieronder staan verschillende foto's van het productieproces.
Het is raadzaam om de stroompaden waarlangs de belastingsstroom vloeit te vertinnen met een dikke laag soldeer om de weerstand te verminderen. Eerst worden kleine onderdelen op het bord geïnstalleerd.
Daarna alle andere componenten. De 78L12-chip, die de temperatuursensor en koeler van stroom voorziet, moet op een kleine radiator worden geïnstalleerd, waarvoor een plaats op de printplaat is voorzien. Ten slotte worden draden op het bord gesoldeerd, waarop de ventilator, thermistor, beveiligingsresetknop, biscuitschakelaars, LED's, LM338-chip, spanningsingang en -uitgang. Het handigst is om de spanningsingang via een DC-connector aan te sluiten, maar er moet wel rekening mee gehouden worden dat deze een grote stroom moet leveren. Alle stroomdraden moeten worden gebruikt met een doorsnede die geschikt is voor de stroom, bij voorkeur koper. De plusuitgang van de printplaat gaat niet rechtstreeks naar de uitgangsklemmen, maar via een tuimelschakelaar met twee groepen contacten. De tweede groep gaat aan en uit Lichtgevende diode, die aangeeft of er spanning op de klemmen staat.
Behuizing montage
De koffer is kant-en-klaar te vinden of zelf in elkaar te zetten. Je kunt het bijvoorbeeld maken van multiplex en vezelplaat, zoals ik deed. Allereerst wordt een rechthoekig frontpaneel uitgesneden, waarop alle bedieningselementen worden geïnstalleerd.
Vervolgens worden de wanden en de bodem van de doos gemaakt en wordt de structuur aan elkaar bevestigd met zelftappende schroeven. Als het frame klaar is, kun je alle elektronica erin installeren.
Bedieningselementen, aanwijzerkoppen, LED's zijn op hun plaats in het voorpaneel geïnstalleerd, het bord is in de behuizing geplaatst, de radiator en ventilator zijn op het achterpaneel gemonteerd. Voor het monteren van LED's worden speciale houders gebruikt. Het is raadzaam om de uitgangsklemmen te dupliceren, vooral omdat de ruimte dit toelaat. De afmetingen van de behuizing bleken 290x200x120 mm te zijn, er is nog steeds veel vrije ruimte in de behuizing en daar past bijvoorbeeld een transformator om het hele apparaat van stroom te voorzien.
Instellingen
Ondanks de vele trimmerweerstanden is het opzetten van de voeding vrij eenvoudig. Allereerst kalibreren we de voltmeter door een externe meter op de uitgangsklemmen aan te sluiten. Door de trimweerstand te draaien die in serie is verbonden met de wijzerkop van de voltmeter, bereiken we gelijkheid van metingen. Vervolgens sluiten we een belasting met een ampèremeter aan op de uitgang en kalibreren we de shuntversterker. Door elk van de drie subscriptweerstanden te draaien, bereiken we overeenstemming in de meetwaarden op elk van de drie meetbereiken van de ampèremeter - in mijn geval is dit 50 mA, 500 mA en 5A. Vervolgens stellen we de benodigde beveiligingsstromen in met behulp van vier trimweerstanden. Dit is niet moeilijk, aangezien de standaard ampèremeter al is gekalibreerd en de exacte stroomsterkte weergeeft. We verhogen geleidelijk de spanning (tegelijkertijd neemt ook de stroom toe) en kijken bij welke stroom de beveiliging wordt geactiveerd. Vervolgens roteren we elk van de weerstanden, waarbij we de vier vereiste beveiligingsstromen instellen, waartussen je kunt schakelen met behulp van een flip-schakelaar. Nu hoeft u alleen nog maar de gewenste reactiedrempel van de radiatortemperatuursensor in te stellen - de installatie is voltooid.
