Ogni persona che assembla circuiti elettronici necessita di una fonte di alimentazione universale che consenta di variare la tensione di uscita in un ampio intervallo, controllare la corrente e, se necessario, spegnere il dispositivo alimentato. Nei negozi, questi alimentatori da laboratorio sono molto costosi, ma puoi assemblarne uno tu stesso con i comuni componenti radio.
L'alimentatore presentato include:
- Regolazione della tensione fino a 24 volt;
- La corrente massima fornita al carico è fino a 5 ampere;
- Protezione corrente con scelta tra diversi valori fissi;
- Raffreddamento attivo per il funzionamento a correnti elevate;
- Quadrante indicatori di corrente e tensione;
Circuito regolatore di tensione
L'opzione più semplice ed economica per un regolatore di tensione è un circuito su un microcircuito speciale chiamato stabilizzatore di tensione. L'opzione più adatta è LM338, fornisce una corrente massima di 5 A e un minimo di ondulazione in uscita. Qui sono adatti anche LM350 e LM317, ma la corrente massima in questo caso sarà rispettivamente 3 A e 1,5 A.Per regolare la tensione viene utilizzato un resistore variabile; il suo valore dipende dalla tensione massima che si desidera ottenere in uscita. Se l'uscita massima richiesta è di 24 volt, è necessario un resistore variabile con una resistenza di 4,3 kOhm. In questo caso, è necessario prendere un potenziometro standard da 4,7 kOhm e collegarlo in parallelo con una costante da 47 kOhm, la resistenza totale sarà di circa 4,3 kOhm. Per alimentare l'intero circuito, è necessaria una sorgente CC con una tensione di 24-35 volt, nel mio caso si tratta di un normale trasformatore con raddrizzatore incorporato. È inoltre possibile utilizzare caricabatterie per laptop o altre diverse fonti di impulsi adatte alla corrente.
Questo regolatore di tensione è lineare, il che significa che l'intera differenza tra la tensione di ingresso e quella di uscita ricade su un chip e viene dissipata su di esso sotto forma di calore. A correnti elevate questo è molto critico, quindi il microcircuito deve essere installato su un grande radiatore, per questo è più adatto un radiatore di un processore di computer, accoppiato con una ventola. Per garantire che la ventola non giri continuamente invano, ma si accenda solo quando il radiatore si riscalda, è necessario assemblare un piccolo sensore di temperatura.
Circuito di controllo della ventola
Si basa su un termistore NTC, la cui resistenza varia a seconda della temperatura: all'aumentare della temperatura, la resistenza diminuisce notevolmente e viceversa. L'amplificatore operazionale funge da comparatore, registrando le variazioni nella resistenza del termistore. Quando viene raggiunta la soglia operativa, la tensione appare all'uscita dell'amplificatore operazionale, il transistor si sblocca e avvia la ventola, insieme alla quale la ventola si accende. Diodo ad emissione luminosa. Il resistore di regolazione viene utilizzato per regolare la soglia di risposta; il suo valore deve essere selezionato in base alla resistenza del termistore a temperatura ambiente. Diciamo che il termistore ha una resistenza di 100 kOhm, la resistenza di trimming in questo caso dovrebbe avere un valore nominale di circa 150-200 kOhm. Il vantaggio principale di questo schema è la presenza di isteresi, cioè differenze tra le soglie di accensione e spegnimento del ventilatore. Grazie all'isteresi il ventilatore non si accende e si spegne frequentemente a temperature vicine alla soglia. Il termistore è collegato direttamente al radiatore e installato in qualsiasi luogo conveniente.
Circuito di protezione corrente
Forse la parte più importante dell'intero alimentatore è la protezione corrente. Funziona come segue: la caduta di tensione attraverso lo shunt (resistenza da 0,1 Ohm) viene amplificata a un livello di 7-9 volt e viene confrontata con il riferimento utilizzando un comparatore. La tensione di riferimento per il confronto è impostata da quattro resistori di regolazione nell'intervallo da zero a 12 volt, l'ingresso dell'amplificatore operazionale è collegato ai resistori tramite un interruttore a levetta a 4 posizioni. Pertanto, modificando la posizione dell'interruttore a biscotto, possiamo scegliere tra 4 opzioni preimpostate per le correnti di protezione. Ad esempio, è possibile impostare i seguenti valori: 100 mA, 500 mA, 1,5 A, 3 A. Se viene superata la corrente impostata dall'interruttore a scorrimento, la protezione funzionerà, la tensione smetterà di fluire verso l'uscita e il Diodo ad emissione luminosa. Per resettare la protezione basta premere brevemente il pulsante, apparirà nuovamente la tensione in uscita.Il quinto resistore di regolazione è necessario per impostare il guadagno (sensibilità); deve essere impostato in modo tale che con una corrente attraverso lo shunt di 1 Ampere, la tensione all'uscita dell'amplificatore operazionale sia di circa 1-2 volt. Il resistore di impostazione dell'isteresi per la protezione è responsabile della "chiarezza" del blocco del circuito; deve essere regolato se la tensione di uscita non scompare completamente. Questo circuito è buono perché ha un'elevata velocità di risposta, attivando istantaneamente la protezione quando la corrente viene superata.
Unità di visualizzazione corrente e tensione
La maggior parte degli alimentatori da laboratorio sono dotati di voltmetri e amperometri digitali che visualizzano i valori come numeri su un display. Questa opzione è compatta e fornisce una buona precisione di lettura, ma è completamente scomoda da leggere. Per questo motivo si è deciso di utilizzare per l'indicazione le punte delle frecce, le cui letture sono facili e piacevoli da percepire. Nel caso di un voltmetro, tutto è semplice: è collegato ai terminali di uscita dell'alimentatore tramite un resistore di regolazione con una resistenza di circa 1-2 MOhm. Per il corretto funzionamento dell'amperometro è necessario un amplificatore shunt, il cui circuito è mostrato di seguito.
Per regolare il guadagno è necessario un resistore di trim; nella maggior parte dei casi è sufficiente lasciarlo nella posizione centrale (circa 20-25 kOhm). La testa dell'indicatore è collegata tramite un interruttore a biscotto, con il quale è possibile selezionare uno dei tre resistori di regolazione, con l'aiuto del quale viene impostata la corrente di deviazione massima dell'amperometro. Pertanto, l'amperometro può funzionare in tre intervalli: fino a 50 mA, fino a 500 mA, fino a 5 A, ciò garantisce la massima precisione delle letture con qualsiasi corrente di carico.
Assemblaggio della scheda di alimentazione
Scheda a circuito stampato:Ora che tutti gli aspetti teorici sono stati presi in considerazione, possiamo iniziare ad assemblare la parte elettronica della struttura. Tutti gli elementi dell'alimentatore - regolatore di tensione, sensore di temperatura del radiatore, unità di protezione, amplificatore shunt per amperometro - sono assemblati su una scheda, le cui dimensioni sono 100x70 mm. La tavola è realizzata utilizzando il metodo LUT; di seguito sono riportate alcune fotografie del processo produttivo.
Si consiglia di stagnare i percorsi di alimentazione lungo i quali scorre la corrente di carico con uno spesso strato di saldatura per ridurre la resistenza. Innanzitutto, sulla scheda vengono installate piccole parti.
Successivamente tutti gli altri componenti. Il chip 78L12, che alimenta il sensore di temperatura e il dispositivo di raffreddamento, deve essere installato su un piccolo radiatore, il cui spazio è previsto sul circuito stampato. Infine, sulla scheda vengono saldati i fili, sui quali si trovano la ventola, il termistore, il pulsante di ripristino della protezione, gli interruttori a biscotto, LED, chip LM338, ingresso e uscita di tensione. È più conveniente collegare l'ingresso di tensione tramite un connettore CC, ma è necessario tenere presente che deve fornire una corrente elevata. Tutti i cavi di alimentazione devono essere utilizzati con sezione adeguata alla corrente, preferibilmente in rame. L'uscita positiva dal circuito stampato non va direttamente ai terminali di uscita, ma attraverso un interruttore a levetta con due gruppi di contatti. Il secondo gruppo si accende e si spegne Diodo ad emissione luminosa, che indica se la tensione è fornita ai terminali.
Assemblaggio dell'alloggiamento
La custodia può essere trovata già pronta o assemblata da soli. Puoi farlo, ad esempio, da compensato e fibra di legno, come ho fatto io. Innanzitutto viene ritagliato un pannello frontale rettangolare, sul quale verranno installati tutti i controlli.
Quindi vengono realizzate le pareti e il fondo della scatola e la struttura viene fissata insieme con viti autofilettanti. Quando il telaio è pronto, puoi installare tutta l'elettronica all'interno.
Controlli, teste dei puntatori, LED sono installati al loro posto nel pannello frontale, la scheda è posizionata all'interno del case, il radiatore e la ventola sono montati sul pannello posteriore. Per montare i LED vengono utilizzati supporti speciali. È consigliabile duplicare i terminali di uscita, soprattutto perché lo spazio lo consente. Le dimensioni del case si sono rivelate 290x200x120 mm, c'è ancora molto spazio libero all'interno del case e, ad esempio, lì può stare un trasformatore per alimentare l'intero dispositivo.
Impostazioni
Nonostante le numerose resistenze trimmer, configurare l'alimentatore è abbastanza semplice. Innanzitutto tariamo il voltmetro collegandone uno esterno ai terminali di uscita. Ruotando il resistore di regolazione collegato in serie con la punta dell'indicatore del voltmetro, otteniamo l'uguaglianza delle letture. Quindi colleghiamo un carico con un amperometro all'uscita e calibriamo l'amplificatore shunt. Ruotando ciascuno dei tre resistori in pedice, otteniamo la coincidenza nelle letture su ciascuno dei tre intervalli di misurazione dell'amperometro: nel mio caso è 50 mA, 500 mA e 5 A. Successivamente, impostiamo le correnti di protezione necessarie utilizzando quattro resistori di regolazione. Questo non è difficile da fare, dato che l'amperometro standard è già calibrato e mostra la corrente esatta. Aumentiamo gradualmente la tensione (allo stesso tempo aumenta anche la corrente) e vediamo a quale corrente interviene la protezione. Quindi ruotiamo ciascuno dei resistori, impostando le quattro correnti di protezione richieste, tra le quali è possibile commutare utilizzando un interruttore a levetta. Ora non resta che impostare la soglia di risposta desiderata del sensore di temperatura del radiatore: la configurazione è completata.
