Labornetzteil

Bei der Herstellung verschiedener elektronischer Geräte stellt sich früher oder später die Frage, was als Stromquelle für selbstgebaute Elektronik verwendet werden soll. Nehmen wir an, Sie haben eine Art LED-Blinker zusammengebaut und müssen ihn nun vorsichtig mit Strom versorgen. Sehr oft werden für diese Zwecke verschiedene Telefonladegeräte, Computer-Netzteile und alle Arten von Netzwerkadaptern verwendet, die den der Last zugeführten Strom in keiner Weise begrenzen.

Was wäre, wenn beispielsweise auf der Platine desselben LED-Blinkers versehentlich zwei geschlossene Schienen unbemerkt blieben? Durch den Anschluss an ein leistungsstarkes Computer-Netzteil kann das zusammengebaute Gerät bei einem Installationsfehler auf der Platine leicht durchbrennen. Gerade um solche unangenehmen Situationen zu verhindern, gibt es Labornetzgeräte mit Stromschutz. Wenn wir im Voraus wissen, wie viel Strom das angeschlossene Gerät ungefähr verbrauchen wird, können wir Kurzschlüsse und damit das Durchbrennen von Transistoren und empfindlichen Mikroschaltungen verhindern.

In diesem Artikel betrachten wir den Prozess der Erstellung einer solchen Stromversorgung, an die Sie eine Last anschließen können, ohne befürchten zu müssen, dass etwas durchbrennt.

Stromversorgungsdiagramm

Die Schaltung enthält einen LM324-Chip, der 4 Operationsverstärker vereint; stattdessen kann ein TL074 verbaut werden. Der Operationsverstärker OP1 ist für die Regelung der Ausgangsspannung verantwortlich und OP2-OP4 überwacht den von der Last verbrauchten Strom. Die Mikroschaltung TL431 erzeugt eine Referenzspannung von ungefähr 10,7 Volt; sie hängt nicht vom Wert der Versorgungsspannung ab. Der variable Widerstand R4 stellt die Ausgangsspannung ein; mit dem Widerstand R5 können Sie den Spannungsänderungsrahmen an Ihre Bedürfnisse anpassen. Der Stromschutz funktioniert wie folgt: Die Last verbraucht Strom, der durch einen niederohmigen Widerstand R20 fließt, der als Shunt bezeichnet wird. Die Größe des Spannungsabfalls an ihm hängt vom verbrauchten Strom ab. Als Verstärker wird der Operationsverstärker OP4 verwendet, der den Niederspannungsabfall am Shunt auf einen Wert von 5-6 Volt erhöht, die Spannung am Ausgang von OP4 variiert je nach Laststrom zwischen null und 5-6 Volt. Die OP3-Kaskade fungiert als Komparator und vergleicht die Spannung an ihren Eingängen. Die Spannung an einem Eingang wird durch den variablen Widerstand R13 eingestellt, der die Schutzschwelle festlegt, und die Spannung am zweiten Eingang hängt vom Laststrom ab. Sobald der Strom einen bestimmten Wert überschreitet, erscheint am Ausgang von OP3 eine Spannung, die den Transistor VT3 öffnet, der wiederum die Basis des Transistors VT2 auf Masse zieht und ihn schließt. Der geschlossene Transistor VT2 schließt die Stromversorgung VT1 und öffnet den Laststromkreis. Alle diese Prozesse laufen in Sekundenschnelle ab.

Der Widerstand R20 sollte mit einer Leistung von 5 Watt betrieben werden, um eine mögliche Erwärmung im Langzeitbetrieb zu verhindern. Der Trimmerwiderstand R19 stellt die Stromempfindlichkeit ein; je höher sein Wert, desto höhere Empfindlichkeit kann erreicht werden. Der Widerstand R16 regelt die Schutzhysterese; ich empfehle, sich nicht von der Erhöhung seines Wertes hinreißen zu lassen. Ein Widerstand von 5-10 kOhm sorgt für eine klare Verriegelung des Stromkreises beim Auslösen des Schutzes; ein höherer Widerstand führt zu einer Strombegrenzung, wenn die Spannung am Ausgang nicht vollständig verschwindet.

Als Leistungstransistor können Sie inländischen KT818, KT837, KT825 oder importierten TIP42 verwenden. Besonderes Augenmerk sollte auf seine Kühlung gelegt werden, da die gesamte Differenz zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung an diesem Transistor in Form von Wärme abgegeben wird. Deshalb sollten Sie kein Netzteil mit niedriger Ausgangsspannung und hohem Strom verwenden, da die Erwärmung des Transistors dann maximal ist. Lassen Sie uns also den Worten Taten folgen lassen.

Leiterplattenfertigung und -montage

Die Herstellung der Leiterplatte erfolgt nach der LUT-Methode, die im Internet vielfach beschrieben wurde.

Auf Leiterplatte hinzugefügt Leuchtdiode mit einem Widerstand, der im Diagramm nicht angegeben ist. Widerstand für LED Geeignet ist ein Wert von 1-2 kOhm. Das Leuchtdiode schaltet sich ein, wenn der Schutz ausgelöst wird. Außerdem wurden zwei Kontakte hinzugefügt, die mit dem Wort „Jamper“ gekennzeichnet sind; wenn sie geschlossen sind, kommt die Stromversorgung aus dem Schutz und „knipst ab“. Darüber hinaus wurde zwischen den Pins 1 und 2 der Mikroschaltung ein 100-pF-Kondensator hinzugefügt, der dem Schutz vor Störungen dient und einen stabilen Betrieb der Schaltung gewährleistet.

Einrichten der Stromversorgung

Nachdem Sie die Schaltung zusammengebaut haben, können Sie mit der Konfiguration beginnen.Zunächst liefern wir eine Spannung von 15 bis 30 Volt und messen die Spannung an der Kathode des TL431-Chips. Sie sollte ungefähr 10,7 Volt betragen. Wenn die am Eingang des Netzteils anliegende Spannung gering ist (15–20 Volt), sollte der Widerstand R3 auf 1 kOhm reduziert werden. Wenn die Referenzspannung in Ordnung ist, prüfen wir die Funktion des Spannungsreglers; beim Drehen des variablen Widerstands R4 sollte dieser von Null auf Maximum wechseln. Als nächstes drehen wir den Widerstand R13 in seine äußerste Position; der Schutz kann ausgelöst werden, wenn dieser Widerstand den OP2-Eingang auf Masse zieht. Sie können einen 50-100-Ohm-Widerstand zwischen Masse und dem äußersten Pin von R13 installieren, der mit Masse verbunden ist. Wir schließen jede Last an die Stromversorgung an und stellen R13 auf die äußerste Position. Wir erhöhen die Ausgangsspannung, der Strom steigt und irgendwann funktioniert der Schutz. Die erforderliche Empfindlichkeit erreichen wir mit dem Trimmwiderstand R19, dann kann man stattdessen einen Konstantwiderstand einlöten. Damit ist der Zusammenbau des Labornetzteils abgeschlossen, Sie können es in das Gehäuse einbauen und nutzen.

Indikation

Es ist sehr praktisch, einen Zeigerkopf zur Anzeige der Ausgangsspannung zu verwenden. Digitale Voltmeter können zwar Spannungen bis zu Hundertstel Volt anzeigen, ständig laufende Zahlen werden vom menschlichen Auge jedoch schlecht wahrgenommen. Deshalb ist es sinnvoller, Zeigerköpfe zu verwenden. Es ist sehr einfach, aus einem solchen Kopf ein Voltmeter herzustellen: Schalten Sie einfach einen Trimmwiderstand mit einem Nennwert von 0,5 bis 1 MOhm in Reihe. Jetzt müssen Sie eine Spannung anlegen, deren Wert im Voraus bekannt ist, und mit einem Trimmwiderstand die Position des Pfeils entsprechend der angelegten Spannung anpassen. Viel Spaß beim Bauen!