на главную
Карта сайта
English version
Вы читаете:

Универсальный эквивалент нагрузки

Электропитание
3 недели назад

Универсальный эквивалент нагрузки (часть 1)


Для проверки источников питания радиолюбители используют эквиваленты нагрузки, различающиеся по сложности, схемотехническим решениям, характеристикам [1 - 7]. Подавляющее число устройств, описанных в журнале "Радио", работают в режиме стабилизируемого потребляемого тока, лишь в одном из них [3] реализован режим активного сопротивления (потребляемый ток прямо пропорционален приложенному напряжению). При разработке предлагаемого эквивалента автор стремился сделать его максимально простым, универсальным - он может работать в режимах стабилизированного тока, активного сопротивления и стабилизированного напряжения, для него приведён вариант с расширенным интервалом устанавливаемых токов.

На рис. 1-3 приведены схемы, иллюстрирующие принципы работы предлагаемого устройства в различных режимах. Рис. 1 - типовая схема эквивалента для режима стабильного потребляемого тока. Этот ток может быть рассчитан по формуле

I = UОУН / r,            (1)

где UОУН - задающее напряжение, подаваемое на неинвертирующий вход ОУ, r - сопротивление токоизмерительного резистора.

Типовая схема эквивалента для режима стабильного потребляемого тока

Рис. 1. Типовая схема эквивалента для режима стабильного потребляемого тока

 

Схема устройства для режима стабилизированного напряжения

Рис. 2. Схема устройства для режима стабилизированного напряжения

 

На рис. 2 приведена схема устройства для режима стабилизированного напряжения, с ним удобно определять выходной ток источников питания при заданном напряжении. Поддерживаемое на выходе устройства напряжение рассчитывают по формуле

U = (1 + R2/R1) U0,       (2)

где U0 - образцовое напряжение, подаваемое на инвертирующий вход ОУ.

Резистор r в этом режиме практически не работает.

Схема устройства для режима активного сопротивления

Рис. 3. Схема устройства для режима активного сопротивления

 

На рис. 3 показана схема устройства для режима активного сопротивления. Значение имитируемого сопротивления может быть рассчитано по формуле

R = (1 + R2/R1) r.      (3)

Полная схема эквивалента нагрузки приведена на рис. 4, рассмотрим её особенности. Для упрощения питание устройства осуществляется от внешнего стабилизированного импульсного источника напряжением 12 В. Вентилятор М1, охлаждающий теплоотвод мощного транзистора-нагрузки VT2, включён постоянно.

Полная схема эквивалента нагрузки

Рис. 4. Полная схема эквивалента нагрузки

 

Резистор R10 - токоизмерительный. При максимальном токе 10 А падение напряжения на нём равно 0,45 В. В соответствии с типовыми характеристиками транзистора IВЕР3710 для обеспечения тока стока 10 А при напряжении на затворе относительно истока около 6 В и максимальной рабочей температуре необходимо иметь напряжение сток-исток не менее 0,5 В, поэтому минимальное напряжение между выходными контактами устройства, при котором поддерживается стабилизированный выходной ток 10 А, равно около 1 В. При меньшем токе напряжение пропорционально меньше.

Цепь R8C2 исключает генерацию в цепи стабилизации с глубокой обратной связью, а транзистор VT1 ограничивает ток через транзистор VT2 во всех режимах на уровне, несколько большем 10 А.

В режиме стабилизированного напряжения (переключатель SA1 - в положении "U") с делителя R1R2 на инвертирующий вход ОУ подаётся напряжение 0,45 В, а на неинвертирующий - напряжение обратной связи с регулируемого делителя R3R5R6. Отрицательная обратная связь поддерживает на неинвертирующем входе ОУ напряжение 0,45 В, поэтому стабилизированное выходное напряжение, определяемое по формуле (2), может изменяться от 1 В (с учётом падения на резисторе R10) до 50 В.

Минимальное напряжение ограничено на уровне 1 В установкой резистора R6, это обеспечивает требуемое между стоком и истоком напряжение не менее 0,5 В.

Для обеспечения плавной установки выходного напряжения применён переменный резистор СП5-35А (R5) с двухступенчатой регулировкой, при его отсутствии можно последовательно с резистором R5 установить ещё один переменный резистор с сопротивлением примерно в 20 раз меньше сопротивления R5, а сопротивление резистора R3 увеличить на 5 %.

Режим активного сопротивления отличается от режима стабилизации напряжения тем, что инвертирующий вход ОУ подключён к токоизмерительному резистору. В соответствии с формулой (3) активное сопротивление имитируется в интервале от 0,1 до 5,1 Ом.
Резистор R4 в моменты переключения SA1 обеспечивает на неинвертирующем входе ОУ напряжение, близкое к нулю, что приводит к появлению такого же напряжения на выходе ОУ и к закрыванию транзистора VT2.

Секция переключателя SА1.1 в режиме стабилизации тока отключает резисторы R5 и R6, что исключает их влияние на работу устройства в этом режиме, а также возможность их выхода из строя при подключении эквивалента к источнику с высоким напряжением и сопротивлении резистора R5, близком к минимальному.

В устройстве применены, кроме упомянутого выше СП5-35А, переменный резистор С5-16МВ (R2), переключатель ПГ2-13-4П3Н (используются только три положения), резистор МЛТ-0,5 (R6), конденсатор К73-17 (С2). Остальные резисторы и конденсатор С1 - для поверхностного монтажа, типоразмера 1206. В приобретённом в интернет-магазине наборе резисторов не было номинала 91 Ом, поэтому на месте R3 установлены параллельно соединённые резисторы сопротивлением 100 Ом и 1 кОм. Транзистор КТ3102Е может быть заменён на любой маломощный структуры n-p-n, но при меньшем, чем у КТ3102Е, коэффициенте передачи тока базы сопротивление резистора R9 следует уменьшить до 1 кОм. Операционный усилитель можно установить практически любой, в котором напряжение входного сигнала допускается от нижнего уровня питания. Цифровой вольтметр-амперметр Р1 - четырёхзначный, приобретён в интернет-магазине, его тонкий чёрный провод никуда подключать не надо.

В устройстве использован игольчатый алюминиевый теплоотвод с габаритными размерами 112x92x24 мм, со стороны игл которого (это наружная сторона конструкции) четырьмя длинными винтами М4 закреплён вентилятор от блока питания компьютера размерами 80x80x25 мм, а также на небольшом кронштейне - разъём для источника 12 В. С внутренней гладкой стороны телоотвода на нём винтом М3 закреплён транзистор VT2, небольшая монтажная планка, на которую распаяны выводы транзистора и конденсатор С2, а также резистор R10, состоящий из двух проволочных резисторов сопротивлением 0,09 Ом, соединённых параллельно.

Все остальные крупные детали устройства установлены на передней панели из стеклотекстолита размерами 112x92 и толщиной 1,5 мм - переключатель SA1, регулировочные резисторы R2 и R5, гнёзда-зажимы для подключения к проверяемому источнику питания, цифровой вольтметр-амперметр Р1.

Мелкие радиоэлементы - ОУ, остальные резисторы, кроме R6, конденсатор С1, транзистор VT1 - установлены на двух неразделённых печатных платах размерами 10,5x20,5 мм, приобретённых в интернет-магазине. На каждой плате на расстоянии 7,62 мм друг от друга выполнены два ряда по восемь металлизированных отверстий с шагом 2,54 мм и пары контактов для элементов, предназначенных для поверхностного монтажа. На рис. 5 приведена фотография с установленными элементами до распайки перемычек и разметка их установки. Перемычка между выводами 5 и 7 микросхемы DA1 служит для установки неиспользуемого второго ОУ в корпусе микросхемы в устойчивое состояние.

Элементы до распайки перемычек и разметка их установки

Рис. 5. Элементы до распайки перемычек и разметка их установки

 

Такой способ монтажа весьма удобен для сборки несложных конструкций. Элементы для поверхностного монтажа можно устанавливать на контактные площадки с двух сторон платы, экономя место. Например, в этой конструкции можно было оба резистора, образующих R3, установить с двух сторон платы друг напротив друга, а резистор R4 - с обратной стороны платы между контактными площадками, подключенными к отверстиям выводов 3 и 4 микросхемы DA1, что исключило бы необходимость в перемычке от вывода 3 DA1 к R4, можно было даже установить резистор R4 непосредственно под корпусом этой микросхемы.

Продолжение следует

Автор: С. Бирюков, г. Москва

Мнения читателей

Нет комментариев. Ваш комментарий будет первый.

Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному выше материалу:

Поля, обязательные для заполнения

Изготовление печатных плат