Toda pessoa que coleta circuitos eletrônicos precisa de uma fonte de energia universal que permita uma ampla variação da tensão de saída, controle de corrente e, se necessário, desconecte o dispositivo energizado. Nas lojas, essas fontes de alimentação de laboratório são muito caras, mas você pode montar uma a partir de componentes de rádio comuns. A fonte de alimentação apresentada inclui:
- Regulação de tensão de até 24 volts;
- A corrente máxima fornecida à carga é de até 5 amperes;
- Proteção atual com a escolha de vários valores fixos;
- Resfriamento ativo para operação em altas correntes;
- Mostradores de corrente e tensão;
Circuito regulador de tensão
A versão mais simples e acessível do regulador de tensão é um circuito em um chip especial chamado regulador de tensão. A opção mais adequada é o LM338, que fornece uma corrente máxima de 5 A e um mínimo de ondulação na saída. O LM350 e o LM317 também são adequados aqui, mas a corrente máxima nesse caso será de 3 A e 1,5 A, respectivamente. Um resistor variável serve para ajustar a tensão, sua classificação depende da tensão máxima que você precisa obter na saída. Se a saída máxima exigir 24 volts, você precisará de um resistor variável com uma resistência de 4,3 kOhm. Nesse caso, é necessário pegar um potenciômetro padrão em 4,7 kOhm e conectar uma constante a 47 kOhm em paralelo, a resistência total será de 4,3 kOhm. Para alimentar todo o circuito, você precisa de uma fonte CC com uma tensão de 24-35 volts, no meu caso, é um transformador normal com um retificador embutido. Você também pode usar carregadores de laptop ou outras fontes de comutação adequadas à corrente.
Esse regulador de tensão é linear, o que significa que toda a diferença entre a tensão de entrada e saída cai em um chip e é dissipada sob a forma de calor. Em altas correntes, isso é muito crítico; portanto, o microcircuito deve ser instalado em um radiador grande; o radiador do processador do computador, trabalhando em conjunto com o ventilador, é melhor para isso. Para que o ventilador não gire o tempo todo em vão, mas ligue apenas quando o radiador estiver aquecendo, é necessário montar um pequeno sensor de temperatura.
Circuito de controle do ventilador
É baseado em um termistor NTC, cuja resistência varia com a temperatura - com o aumento da temperatura, a resistência diminui significativamente e vice-versa. O amplificador operacional atua como um comparador, registrando uma alteração na resistência do termistor. Quando o limite é atingido, a tensão aparece na saída do amplificador operacional, o transistor destrava e liga o ventilador, com o qual o LED acende. Um resistor de corte é usado para ajustar o limiar; seu valor deve ser selecionado com base na resistência do termistor à temperatura ambiente. Suponha que um termistor tenha uma resistência de 100 kOhm; nesse caso, o resistor de ajuste deve ter um valor nominal de cerca de 150-200 kOhm. A principal vantagem desse esquema é a presença de histerese, ou seja, diferenças entre os limites para ligar e desligar o ventilador. Devido à histerese, o ventilador não liga e desliga frequentemente a uma temperatura próxima ao limite.O termistor é exibido na fiação diretamente no radiador e instalado em qualquer local conveniente.
Circuito de proteção de corrente
Talvez a parte mais importante de toda a fonte de alimentação seja a proteção contra corrente. Funciona da seguinte forma: a queda de tensão através do shunt (resistor com resistência de 0,1 Ohm) é amplificada para um nível de 7-9 volts e é comparada com uma referência usando um comparador. A tensão de referência para comparação é definida por quatro resistores de sintonia na faixa de zero a 12 volts, a entrada do amplificador operacional é conectada aos resistores através de uma chave de 4 posições. Assim, alterando a posição do comutador de biscoito, podemos escolher entre 4 opções predefinidas para correntes de proteção. Por exemplo, você pode definir os seguintes valores: 100 mA, 500 mA, 1,5 A, 3 A. Se a corrente definida pelo seletor for excedida, a proteção funcionará, a tensão deixará de ser emitida e o LED acenderá. Para redefinir a proteção, basta pressionar brevemente o botão, a tensão de saída aparecerá novamente. O quinto resistor de sintonização é necessário para definir o ganho (sensibilidade), que deve ser definido para que, quando a corrente através do shunt 1 Ampère, a tensão na saída do amplificador operacional fosse de cerca de 1-2 volts. O resistor para ajustar a histerese da proteção é responsável pela “nitidez” do circuito, deve ser ajustado se a tensão de saída não desaparecer completamente.Este circuito é bom porque possui alta velocidade de resposta, ativando instantaneamente a proteção quando a corrente é excedida.
Unidade de exibição de corrente e tensão
A maioria das fontes de alimentação de laboratório estão equipadas com voltímetros e amperímetros digitais, mostrando valores na forma de números no placar. Essa opção é compacta e fornece boa precisão das leituras, mas é completamente inconveniente para a percepção. É por isso que, para indicação, decidiu-se usar pontas de flechas, cujas leituras são percebidas fácil e agradavelmente. No caso de um voltímetro, tudo é simples - ele se conecta aos terminais de saída da fonte de alimentação através de um resistor de corte com uma resistência de cerca de 1-2 MOhm. Para que o amperímetro funcione corretamente, é necessário um amplificador de derivação, cujo circuito é mostrado abaixo.
É necessário um resistor de sintonia para ajustar o ganho, na maioria dos casos é suficiente deixá-lo na posição intermediária (cerca de 20 a 25 kOhm). O cabeçote do interruptor é conectado através de um seletor, com o qual você pode selecionar um dos três resistores de sintonia, com os quais a corrente do desvio máximo do amperímetro é ajustada. Assim, o amperímetro pode operar em três faixas - até 50 mA, até 500 mA, até 5A, garantindo a máxima precisão das leituras em qualquer corrente de carga.
Conjunto da placa da fonte de alimentação
Placa de circuito impresso:
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Agora que todos os aspectos teóricos foram levados em consideração, podemos começar a montar a parte eletrônica da estrutura. Todos os elementos da fonte de alimentação - regulador de tensão, sensor de temperatura do radiador, unidade de proteção, amplificador de derivação para o amperímetro são montados em uma placa, cujas dimensões são 100x70 mm. A placa é feita pelo método LUT, abaixo estão algumas fotos do processo de fabricação.
Caminhos de energia ao longo dos quais a corrente de carga flui, é desejável estanhar com uma espessa camada de solda para reduzir a resistência. Primeiro, pequenas peças são instaladas na placa.
Depois disso, todos os outros componentes. O microcircuito 78L12 que fornece o sensor de temperatura e o resfriador deve ser instalado em um pequeno radiador, um local fornecido na placa de circuito impresso. Por fim, os fios são soldados à placa, na qual são emitidos o ventilador, termistor, botão de reinicialização da proteção, chaves de chave, LEDs, chip LM338, entrada e saída de tensão.A entrada de voltagem é mais convenientemente conectada através de um conector DC, mas deve-se ter em mente que ela deve fornecer uma corrente grande. Todos os fios de energia devem ser utilizados de acordo com a seção transversal atual, de preferência cobre. Além disso, a saída da placa de circuito impresso não vai diretamente para os terminais de saída, mas através de uma chave seletora com dois grupos de contatos. O segundo grupo liga e desliga o LED, indicando se a tensão é aplicada aos terminais.
Montagem do corpo
A caixa pode ser encontrada pronta ou montada de forma independente. Você pode fazer, por exemplo, de compensado e papelão, como eu fiz. Primeiro de tudo, é cortado um painel frontal retangular, no qual todos os controles serão instalados.
Em seguida, são feitas as paredes e o fundo da caixa, a estrutura é presa com parafusos auto-atarraxantes. Quando o quadro estiver pronto, você poderá instalar todos os componentes eletrônicos internos.
Controles, pontas de seta, LEDs são instalados em seus lugares no painel frontal, a placa é colocada dentro do gabinete, o radiador com ventilador é montado no painel traseiro. Para montar os LEDs, são utilizados suportes especiais. É desejável duplicar os terminais de saída, principalmente porque o local o permita. As dimensões da caixa são 290x200x120 mm, ainda há muito espaço livre dentro da caixa e pode caber, por exemplo, um transformador para alimentar todo o dispositivo.
Personalização
Apesar de muitos resistores de sintonia, a configuração da fonte de alimentação é bem simples. Antes de tudo, calibre o voltímetro conectando um externo aos terminais de saída. Girando o resistor de sintonia, conectado em série com a ponta da seta do voltímetro, obtemos leituras iguais. Em seguida, conectamos qualquer carga com um amperímetro à saída e calibramos o amplificador de derivação. Girando cada um e três resistores interlineares, obtemos coincidência de leituras em cada uma das três faixas de medição do amperímetro - no meu caso, são 50 mA, 500 mA e 5A. Em seguida, definimos as correntes de proteção necessárias com a ajuda de quatro resistores de sintonia. Não é difícil fazer isso, pois o amperímetro padrão já está calibrado e mostra a corrente exata. Aumentamos gradualmente a tensão (a corrente também aumenta) e olhamos para a corrente na qual a proteção é acionada. Em seguida, rotacionamos cada um dos resistores, configurando as quatro correntes de proteção necessárias, entre as quais você pode alternar usando o seletor. Agora resta apenas definir o limite desejado para o sensor de temperatura do radiador - a configuração está concluída.