Minden elektronikus áramkört összeszerelő személynek szüksége van egy univerzális áramforrásra, amely lehetővé teszi a kimeneti feszültség széles tartományban történő változtatását, az áram szabályozását, és szükség esetén a meghajtott eszköz kikapcsolását. Az üzletekben az ilyen laboratóriumi tápegységek nagyon drágák, de saját maga is összeállíthat egyet a szokásos rádióalkatrészekből.
A bemutatott tápegység a következőket tartalmazza:
- Feszültségállítás 24 V-ig;
- A terhelés maximális árama legfeljebb 5 amper;
- Áramvédelem több rögzített érték közül választható;
- Aktív hűtés nagy áramerősség esetén;
- Áram- és feszültségjelzők;
Feszültségszabályozó áramkör
A feszültségszabályozó legegyszerűbb és legolcsóbb lehetősége egy speciális mikroáramkör, amelyet feszültségstabilizátornak neveznek. A legalkalmasabb opció az LM338, maximum 5 A áramerősséget és minimális kimeneti hullámzást biztosít. Ide az LM350 és az LM317 is megfelelő, de a maximális áram ebben az esetben 3 A, illetve 1,5 A lesz.A feszültség szabályozására változó ellenállást használnak, értéke a kimeneten elérendő maximális feszültségtől függ. Ha a szükséges maximális kimeneti feszültség 24 V, akkor 4,3 kOhm ellenállású változó ellenállás szükséges. Ebben az esetben egy szabványos 4,7 kOhm-os potenciométert kell venni, és párhuzamosan kell csatlakoztatni egy 47 kOhm-os állandót, a teljes ellenállás körülbelül 4,3 kOhm lesz. A teljes áramkör táplálásához 24-35 V feszültségű egyenáramú forrásra van szüksége, esetemben ez egy normál transzformátor beépített egyenirányítóval. Használhat laptop töltőket vagy egyéb különféle impulzusforrásokat is, amelyek alkalmasak az áramellátásra.
Ez a feszültségszabályozó lineáris, ami azt jelenti, hogy a bemeneti és a kimeneti feszültség közötti teljes különbség egy chipre esik, és hő formájában disszipálódik rajta. Nagy áramerősség esetén ez nagyon kritikus, ezért a mikroáramkört nagy radiátorra kell felszerelni, erre a legalkalmasabb a számítógép processzorának radiátora, ventilátorral párosítva. Annak érdekében, hogy a ventilátor ne forogjon állandóan hiába, hanem csak akkor kapcsoljon be, amikor a radiátor felmelegszik, össze kell szerelni egy kis hőmérséklet-érzékelőt.
Ventilátor vezérlő áramkör
Alapja egy NTC termisztor, melynek ellenállása a hőmérséklet függvényében változik - a hőmérséklet emelkedésével az ellenállás jelentősen csökken, és fordítva. A műveleti erősítő komparátorként működik, regisztrálja a termisztor ellenállásának változásait. A működési küszöb elérésekor feszültség jelenik meg az op-amp kimenetén, a tranzisztor feloldódik és elindítja a ventilátort, ezzel együtt a ventilátor világít. Fénykibocsátó dióda. A trimmelő ellenállás a válaszküszöb beállítására szolgál, értékét a termisztor szobahőmérsékleten fennálló ellenállása alapján kell kiválasztani. Tegyük fel, hogy a termisztor ellenállása 100 kOhm, a trimmelő ellenállásnak ebben az esetben kb. 150-200 kOhm névlegesnek kell lennie. Ennek a sémának a fő előnye a hiszterézis jelenléte, azaz. különbségek a ventilátor be- és kikapcsolási küszöbértékei között. A hiszterézisnek köszönhetően a ventilátor nem kapcsol be és ki gyakran a küszöbhöz közeli hőmérsékleten. A termisztor közvetlenül a radiátorhoz van csatlakoztatva, és bármely kényelmes helyre felszerelhető.
Áramvédelmi áramkör
A teljes tápegység talán legfontosabb része az áramvédelem. Ez a következőképpen működik: a sönt (0,1 Ohm ellenállás) feszültségesését 7-9 voltra erősítik, és összehasonlítják a referenciaértékkel egy komparátor segítségével. Az összehasonlításhoz szükséges referenciafeszültséget négy trimmelő ellenállás állítja be nulla és 12 volt között, a műveleti erősítő bemenete egy 4 állású flip kapcsolón keresztül csatlakozik az ellenállásokhoz. Így a keksz kapcsoló helyzetének változtatásával 4 előre beállított opció közül választhatunk a védőáramokhoz. Például a következő értékeket állíthatja be: 100 mA, 500 mA, 1,5 A, 3 A. Ha a tolókapcsolóval beállított áramerősséget túllépik, a védelem működik, a feszültség megszűnik a kimenetre és a Fénykibocsátó dióda. A védelem visszaállításához csak röviden nyomja meg a gombot, a kimeneti feszültség ismét megjelenik.Az ötödik trimmelő ellenállás az erősítés (érzékenység) beállításához szükséges; úgy kell beállítani, hogy az 1 Amperes söntön keresztüli árammal az op-amp kimenetén a feszültség körülbelül 1-2 volt legyen. Az áramkör reteszelésének „tisztaságáért” a védelem hiszterézis beállító ellenállása a felelős, ha a kimeneti feszültség nem szűnik meg teljesen, akkor módosítani kell.Ez az áramkör azért jó, mert nagy a reakciósebessége, azonnal bekapcsolja a védelmet az áram túllépése esetén.
Áram és feszültség kijelző egység
A legtöbb laboratóriumi tápegység digitális voltmérőkkel és ampermérőkkel van felszerelve, amelyek az értékeket számok formájában jelenítik meg a kijelzőn. Ez az opció kompakt és jó leolvasási pontosságot biztosít, de teljesen kényelmetlen az olvasása. Ezért döntöttek úgy, hogy jelzésre nyílfejeket használnak, amelyek leolvasása könnyen és kellemesen érzékelhető. Voltmérő esetében minden egyszerű - körülbelül 1-2 MOhm ellenállású vágóellenálláson keresztül csatlakozik a tápegység kimeneti kapcsaihoz. Az ampermérő megfelelő működéséhez sönt-erősítőre van szükség, amelynek áramköre az alábbiakban látható.
Az erősítés beállításához trim ellenállásra van szükség, a legtöbb esetben elegendő, ha középső helyzetben hagyja (kb. 20-25 kOhm). A mutatófej egy kekszkapcsolón keresztül csatlakozik, mellyel három trimmelő ellenállás közül választhat egyet, amelyek segítségével beállítható az ampermérő maximális eltérési árama. Így az ampermérő három tartományban működhet - 50 mA-ig, 500 mA-ig, 5 A-ig, ez biztosítja a leolvasások maximális pontosságát bármilyen terhelési áram mellett.
Tápegység kártya összeállítás
Nyomtatott áramkör:Most, hogy minden elméleti szempontot figyelembe vettünk, megkezdhetjük a szerkezet elektronikus részének összeszerelését. A tápegység összes eleme - feszültségszabályozó, radiátor hőmérséklet-érzékelő, védelmi egység, sönterősítő az ampermérőhöz - egy táblára van szerelve, amelynek mérete 100x70 mm. A tábla LUT-módszerrel készült, az alábbiakban néhány fényképet láthatunk a gyártási folyamatról.
A teljesítményutakat, amelyek mentén a terhelő áram folyik, célszerű vastag forrasztóréteggel bádogozni az ellenállás csökkentése érdekében. Először kis alkatrészeket kell felszerelni a táblára.
Ezt követően az összes többi alkatrészt. A hőmérséklet-érzékelőt és a hűtőt tápláló 78L12 chipet egy kis radiátorra kell felszerelni, aminek a helye a nyomtatott áramköri lapon biztosított. Végül a táblára vezetékeket forrasztanak, amelyeken a ventilátor, a termisztor, a védelem reset gomb, a keksz kapcsolók, LED-ek, LM338 chip, feszültség bemenet és kimenet. A feszültségbemenetet a legkényelmesebb egyenáramú csatlakozón keresztül kötni, de figyelembe kell venni, hogy ennek nagy áramot kell biztosítania. Minden tápvezetéket az áramnak megfelelő keresztmetszetű, lehetőleg rézvezetékkel kell használni. A nyomtatott áramköri lap plusz kimenete nem közvetlenül, hanem egy két érintkezőcsoporttal rendelkező billenőkapcsolón keresztül jut a kimeneti kapcsokra. A második csoport be- és kikapcsol Fénykibocsátó dióda, amely jelzi, hogy a kapcsok kapnak-e feszültséget.
Ház összeszerelés
A tok készen vagy összeszerelhető. Készítheted például rétegelt lemezből és farostlemezből, ahogy én is tettem. Mindenekelőtt egy téglalap alakú előlap van kivágva, amelyre az összes kezelőszerv fel lesz szerelve.
Ezután elkészítik a doboz falait és alját, és a szerkezetet önmetsző csavarokkal rögzítik. Ha a keret készen áll, beépítheti az összes elektronikát.
Kezelőszervek, mutatófejek, LED-ek az előlapon a helyükre vannak felszerelve, a tábla a ház belsejében, a hűtő és a ventilátor a hátsó panelre van felszerelve. A LED-ek felszereléséhez speciális tartókat használnak. Célszerű megkettőzni a kimeneti kapcsokat, különösen mivel a hely megengedi. A ház méretei 290x200x120 mm-nek bizonyultak, a ház belsejében még bőven van szabad hely, és például elfér benne egy transzformátor, amely a teljes készüléket táplálja.
Beállítások
A sok trimmer ellenállás ellenére a tápegység beállítása meglehetősen egyszerű. Először is kalibráljuk a voltmérőt úgy, hogy egy külsőt csatlakoztatunk a kimeneti kapcsokhoz. A voltmérő mutatófejével sorba kapcsolt trimmelő ellenállás forgatásával egyenlő leolvasást érünk el. Ezután egy ampermérővel terhelést kötünk a kimenetre, és kalibráljuk a sönt erősítőt. A három alsó indexű ellenállás mindegyikének elforgatásával egybeesést érünk el az ampermérő mindhárom mérési tartományán - esetemben ez 50 mA, 500 mA és 5A. Ezután négy trimmező ellenállással beállítjuk a szükséges védelmi áramokat. Ezt nem nehéz megtenni, mivel a szabványos ampermérő már kalibrálva van, és pontos áramot mutat. Fokozatosan növeljük a feszültséget (egyidejűleg az áramerősség is növekszik), és megnézzük, milyen áramerősségnél kapcsol ki a védelem. Ezután mindegyik ellenállást megforgatjuk, beállítva a négy szükséges védelmi áramot, amelyek között flip kapcsolóval lehet váltani. Most már csak be kell állítani a radiátor hőmérséklet-érzékelő kívánt válaszküszöbét - a beállítás befejeződött.
