3.0 2.2 Regulovateľný zdroj
Toto je stavba stabilizovaného laboratórneho zdroja napätia 0-30V s prúdovým obmedzením.To kontroluje výstupný prúd v hodnotách od niekoľkých mA až ku niekoľkým A. Aktívne obmedzenie prúdu je viditeľne signalizované LED diódou. Zapojenie je pomerne jednoduché.
Zoznam súčiastok:
R1 - 2,2kΩ 1W
R2 - 82Ω 1/4W
R3 - 220Ω 1/4W
R4 - 4,7kΩ 1/4W
R5, R6, R13, R20, R21 - 10kΩ 1/4W
R7 – Tri paralelne zapojené 1,5Ω 5W
R8, R11 - 27kΩ 1/4W
R9, R19 - 2,2kΩ 1/4W
R10 - 270kΩ 1/4W, R12
R18 - 56kΩ 1/4W
R14 - 1,5kΩ 1/4W
R15, R16 - 1kΩ 1/4W
R17 - 33Ω 1/4W
R22 - 3,9kΩ 1/4W
RV1 - 100K trimer
P1, P2, P3 - 10kΩ lineárny potenciometer
C1 - 4700µF/50V elektrolyt
C2, C3 - 47µF/50V elektrolyt
C4 - 100nF zvitkový
C5 - 200nF zvitkový
C6 - 100pF keramický
C7 - 10µF/50V elektrolyt
C8 - 330 pF keramický
C9 - 100pF keramický
D5, D6 - 1N4148
D7, D8 - 5,6V Zenerová dióda
D9, D10 - 1N4148
D11 - 1N4001 (dióda 1A)
Q1 - BC547
Q2 – BC337
Q3 - BC557
Q4 – 2N3773 NPN (výkonový tranzistor) 2X
IO1, IO2, IO3 - OZ TL081
D12 - LED dióda
USM. - Usmerňovací mostík 52A
Má pomerne malé rozmery a jednoduchú konštrukciu. Jeho jednoduchosťou je tiež ovládanie výstupného prúdu a napätia
2.2.2 Sieťový transformátor – silová časť
Na tento regulovateľný zdroj bol použitý toroidný transformátor preto, lebo je výkonnejší za menšiu cenu a má menšie rozmery. Ten s výstupným vinutím 24V/10A je napojený na vstupe obvodu na svorky 1 a 2. Kvalita napätia na výstupe zdroja je priamo úmerná kvalite sieťového transformátora, preto je potrebné ho vyrobiť precízne.
2.2.3 Usmerňovač
Striedavé napätie výstupného vinutia transformátora je usmernené Graetzovým mostíkom, v ktorom sa nachádzajú 4 usmerňovacie diódy. Jednosmerné napätie na výstupe z mostíka je vyhladené RC filtrom, ktorý je tvorený kondenzátorom C1 s hodnotou 4700uF/60V a odporom R1.
2.2.4 Stabilizácia
Na stabilizáciu výstupného napätia sa nepoužíva spätná väzba, ale konštantný zosilňovač, ktorý zaisťuje referenčné napätie pre stabilný výstup. Referenčné napätie je generované na výstupe IO1. Zenerová dióda ZD8 zaisťuje teplotnú stabilizáciu, napätie na výstupe IO1 sa postupne zvyšuje, až kým sa ZD8 nezapne. Potom sa obvod stabilizuje a referenčné napätie ZD8 sa objaví na odpore R5. Prúd, ktorý prechádza cez neinvertujúci vstup IO je zanedbateľný, rovnaký prúd prechádza cez odpory R5 a R6. Z toho vyplýva, že napätie na dvoch sériovo zapojených odporoch bude dvakrát väčšia ako na jednotlivých odporoch (R5 a R6). Napätie na výstupe IO1 (pin 6) je 11,2V, teda dvakrát väčšie ako referenčné ako napätie na ZD8. Integrovaný obvod IO2 má konštantné trojnásobné zosilnenie, podľa vzorca A= (R11+R12)/R11, teda zvyšuje referenčné napätie z 11,2V na približne 33V. Trimer RV1 a odpor R10 upravujú limity výstupného napätia, ktoré môže byť redukované na 0V kvôli toleranciám ďalších súčiastok. [2]
2.2.5 Obmedzenie prúdu
Ďalšou dôležitou vlastnosťou obvodu je možnosť nastaviť hodnotu maximálneho prúdu na výstupe, čím možno zo zdroja napätia v podstate urobiť zdroj konštantného prúdu. Aby toto bolo možné, obvod detekuje úbytky napätia na odpore R7, ktorý je sériovo spojený so záťažou. Integrovaný obvod IO3 je zodpovedný za funkčnosť obvodu. Invertujúci vstup IO3 je nastavený pomocou odporu R21 na 0V. Vtedy môže byť neinvertujúci vstup na IO3 nastavený na akékoľvek napätie pomocou potenciometra P2. Predpokladajme, že pre výstupné napätie niekoľkých voltov je P2 nastavený tak, aby malo napätie na vstupe IO3 hodnotu 1V. Ak je záťaž zvýšená, napätie na výstupe zostane konštantné. Vďaka sekcii zosilňovača napätia a prítomnosť odporu R7 v sérii s výstupom bude mať zanedbateľný vplyv. Kvôli jeho malej hodnote a umiestnenia mimo spätnú väzbu regulačného obvodu. Obvod je stabilný v prípade, že sa výstupné napätie a záťaž nemenia. Ak sa záťaž zvyšuje a to tak, že úbytky napätia na odpore R7 sú väčšie ako 1V IO3 je spustený a obvod poskytuje konštantný prúd. Výstup na IO3 je spojený s neinvertujúcim vstupom na IO2 pomocou D9. IO2 slúži na kontrolu napätia a IO3 je spojený s jeho vstupom, čím môže neskôr efektívne potlačiť jeho funkciu. Napätie na odpore R7 je monitorované a jeho veľkosť sa nemôže zvyšovať nad stanovenú hodnotu (v našom prípade nad 1V). Toto je princíp udržiavania konštantného prúdu na výstupe. Ak je prúdové obmedzenie aktívne tranzistor Q3 rozsvieti LED diódu D12. [2]
2.2.6 Volt-Ampér meter
Na meranie výstupného napätia a prúdu som použil jednoduchý digitálny VA meter, ktorý má rozsah 0-100V a 0-10A. Pre meranie prúdu sme ho spojili sériovo so zápornou svorkou a pre meranie napätia paralelne s kladnou výstupnou svorkou. Na napájanie VA metra bolo použitých 12V, ktoré sa tvoria na stabilizátoroch umiestnených pod plošným spojom na chladiči. Pretože na výstupe usmerňovača je 34V tak sme použili dva stabilizátory zapojené sériovo. Najprv z 34V sa stabilizuje na 24V a až potom na 12V.
2.2.7 Regulátor otáčok ventilátora
Na chladenie boli použité 2 ventilátory. Jeden s priemerom 90 mm na chladenie tranzistora, ktorý je umiestnený na zadnej časti zdroja. Druhý na chladenie vnútra krabice a chladiča na ktorom sú stabilizátory. Tento obvod pracuje na princípe NTC termistora, ktorý je súčasťou odporového deliča a dvoch tranzistorov BC337. Napájanie tohoto obvodu je taktiež cez sériovo zapojené stabilizátory.
2.3 Návrh plošného spoja v EAGLE
Eagle Cad soft sa používa na návrh plošných spojov (PCB) v počítači. Využívajú ho inžinieri, študenti, programátori, ale aj amatérsky elektrotechnici kvôli jednoduchosti. Nájdeme v ňom kompletnú knižnicu všetkých súčiastok. Návrh začal nakreslením schémy do programu Eagle a potom sme si schému preniesli na návrh plošného spoja. Tam sme si najprv zadali rozmery a podľa nich sme rozmiestňovali súčiastky. Po rozmiestnení prišla najťažšia časť a to vytvorenie vodivých spojov medzi súčiastkami. Po dokončení sme návrh uložili.
2.4 Technológia výroby plošného spoja
Najprv sme vytlačili laserovou tlačiarňou návrh plošného spoja na lesklý papier (časopisy, letáky). Na prenesenie atramentu na čistý plošný spoj sme použili nažehľovaciu metódu. Táto metóda je jednoduchá, no nemusí sa podariť na prvý krát. Princíp tejto metódy je taký že, papier na ktorom bola vytlačená predloha hornou stranou pritlačíme na medenú stranu plošného spoja. Po pritlačení priložíme na papier žehličku a teplo ňou vyvinuté rozpustí atrament z laserovej tlačiarne.
Rozpustený atrament sa prilepí na medenú dosku a po odobratí tepelného zdroja sa atrament znova zasuší na medenú vrstvu. Po tomto procese sme prilepený papier na doske odstránili navlhčením pod tečúcou vodou. Po odstránení nám zostali na doske len cestičky, ktoré sme videli predtým na papieri. Táto metóda je celkom jednoduchá. Nedokonalosti cestičiek sme upravili alkoholovou fixkou na plošné spoje. Na vyleptanie plošného spoja bol použitý FeCl3 (roztok chloridu železitého). Ten reagoval s medenou vrstvou na plošnom spoji a začal ju leptať. V našom prípade doska bola vložená do vaničky na leptanie a zaliata leptacím roztokom, ktorý bol predtým nahriaty asi na 35°C. Tým sa zvýšil účinok leptania. Tie časti, ktoré boli pod vrstvou atramentu zostali nedotknuté, lebo sa roztok k nim nemohol dostať. Občas sme vaničku potriasli, aby sa roztok premiešal a zároveň kontrolovali štádium leptania. Asi po 15 minútach sme plošný spoj vytiahli pomocou pinzety nato určenej a umyli ho pod tečúcou vodou. Na odkrytie cestičiek, ktoré boli pod atramentom sme použili handru namočenú v liehu. Po odstránení toneru sme začali s vŕtaním dier na súčiastky. Po navŕtaní sme ešte plošný spoj natreli ochranným lakom. Ten sme vyrobili z kolofónie rozpustenej v liehu. Po vysušení bol plošný spoj nachystaný na osadenie súčiastok.
2.5 Osadenie a spájkovanie
Súčiastky sme začali osadzovať postupne najprv najmenšie (odpory, diódy) podľa predlohy, ktorú sme si vytlačili spolu s návrhom. Na spájkovanie sme použili dutinkový cín, ktorý je lepší ako drôtový, lebo v sebe obsahuje živicu. Na páskovanie bola použitá jednoduchá mikro spájkovačka s malým a tenkým hrotom. Na rozdiel od transformátorovej spájkovačky má tú výhodu, že má lepší prístup k súčiastkam a má stálu konštantnú teplotu. Po naspájkovaní súčiastok na cestičky cez, ktoré potečie vyšší prúd boli prispájkované medenú drôty, ktoré boli zaliate cínom.
2.7 Vyhotovenie krytu
Na vyhotovenie krytu sme použili hliníkový plech s hrúbkou 2 mm. Krabicu som vyrobil z 2 častí ohnutých do tvaru U, ktoré presne zapadajú do seba. Otvory boli najprv vyznačené potom vyvŕtané a pilníkom upravené do požadovaného tvaru. Krabica má také rozmery, aby nebola príliš veľká ani príliš malá a aby sa v nej jednoducho dalo manipulovať s časťami zdroja. Je potrebné myslieť aj na dostatočnú cirkuloval vzduch vo vnútri krabice, kvôli zahrievaniu vodivých spojov a vodičov, ktorými bude pretekať prúd. Na jednu zo skrutiek, ktorá upevňuje chladič tranzistora o kryt je tiež pevne uchytený uzemňovací vodič.
4.0 3 Oživenie a meranie na regulovateľnom zdroji
Zdroj sme po dokončení zakrytovali a pripravili na oživenie. Po pripojení na sieť a zopnutí zdroja sme spozorovali červenú tlejivku ktorá indikuje stav zopnutia. Na led display sa nám zobrazuje aktuálna hodnota napätia a prúdu. Napätie si môžeme regulovať okamžite. Indikovanie prúdu začne pracovať až keď na zdroj pripojíme záťaž.
Dúfam že sa vám moj výtvor páči. Sám niesom spokojný moc s tým káblovaním ale už tolko čo som sa s tým zdrojom natrápil tak vôbec nemám náladu sa stým ežte hrať a kvôli práci nemám ani moc času.
