مدار یک منبع تغذیه ی آزمایشگاهی با ولتاژ و جریان قابل تنظیم

مداری که در این مقاله مورد بحث قرار می گیرد، پیش از این در شماره 451، ژوئیه/اوت 2008 نشریه ی «الکتور» به چاپ رسیده و مورد اقبال خوانندگان قرار گرفته بود. در اینجا آن را همراه شرح مختصری به دوستان تقدیم می کنم.

مشخصات عمومی و ورودی و خروجی مدار

این منبع تغذیه، خود از یک منبع جریان مستقیم (ولتاژ یکسوشده DC) با ولتاژی بین 18 تا 24 ولت و جریانی در حدود 1 آمپر تغذیه می کند. این ولتاژ ورودی می تواند از یک ترانسفورمر 15 تا 18 ولتی با توان 20 ولت-آمپر به بالا، بانظمام یک پل دیود یک آمپری و یک خازن الکترولیت 1000 میکروفاراد/35 ولت تامین گردد. همچنین می توان از منبع تغذیه ی یک نوت بوک استفاده نمود. این منبع تغذیه ها معمولا ولتاژ مستقیمی در حدود 19 ولت با جریان کافی دارند.

ولتاژ خروجی مدار بین صفر تا 14 ولت قابل تنظیم است. همچنین جریان خروجی را می توان بین صفر و 800 میلی آمپر تنظیم و محدود کرد. در این مدار ولتاژ و جریان خروجی واقعاً تا صفر پایین می آیند. خروجی مدار در مقابل اتصال کوتاه مقاوم است و دو عدد دیود نورافشان وضعیت عادی یا اضافه جریان/اتصال کوتاه را نمایش می دهند.

ظرفیت خازنی خروجی مدار پایین است. به این دلیل، شارژهای مزاحم در حین کار پیدا نمی شوند.

رگولاسیون مدار از پایداری بسیار خوبی برخوردار است و حتی زیر بارها و مصرف کننده های القایی و یا خازنی نیز ثبات کاری خود را حفظ می کند.

شرح کارکرد مدار

در ورودی مدار از یک آی.سی. تثبیت کننده ی ولتاژ 7815 استفاده شده است. برای کارکرد مطمئن، این مدارهای یکپارچه به اختلاف ولتاژی در حدود کمینه 3 ولت بین ورودی و خروجی خود احتیاج دارند. بنابراین ولتاژ ورودی مدار نباید از 18 ولت کمتر بشود.

ولتاژ 15 ولت تثبیت شده در خروجی 7815 پس از گذر از R17، T1 و R15 به خروجی دستگاه می رسد.

با چرخاندن دسته ی پتانسیومتر P1، ولتاژ روی «ورودی ناوارونگر» IC1b تغییر می کند. این تغییر با امپدانس پایین روی خروجی این تقویت کننده ی عملیاتی ظاهر می شود و پس از گذر از طریق مقاومت های 7 و 8 به ورودی ناوارونگر IC1c می رسد. این افزاره به صورت مقایسه کننده یا «تقویت کننده ی خطا» که در انگلیسی به آن error amplifier می گویند، می رسد. خروجی این تقویت کننده میزان هدایت ترانزیستور «ماس فت» T1 را کنترل می کند و در نتیجه، ولتاژی که توسط P1 انتخاب شده بود، روی خروجی منبع تغذیه ظاهر می شود.

با پتانسیومتر P2 مرز بالایی جریان خروجی انتخاب می شود. این مقدار می تواند بین 0 تا 800 میلی آمپر باشد. این پتانسیومتر همراه مقاومت 10 یک شبکه ی تقسیم ولتاژ را روی ورودی ناوارونگر IC1d تشکیل داده اند. ورودی وارونگر این آی.سی. افت ولتاژ روی مقاومت 17 را «حس» می کند. تا زمانی که ولتاژ روی R17 از ولتاژی که توسط پتانسیومتر انتخاب شده کم تر باشد، مدار به کار طبیعی خود ادامه می دهد و ولتاژ تنظیم شده را در خروجی تحویل می دهد. با فراتر رفتن افت ولتاژ روی R17، خروجی IC1d از یک طرف از طریق مقاومت 9 ترانزیستور T2 را به حالت هدایت می برد که در نتیجه ی آن ولتاژ روی محل تقاطع مقاومت های 7 و 8 صفر می شود. حاصل این وضعیت این است که IC1c و T1 از کار می افتند و ولتاژ خروجی مدار صفر می شود.

همزمان، ورودی وارونگر IC1a نیز از طریق مقاومت 4 از خروجی IC1d فرمان می گیرد و با فراتر رفتن جریان مصرف کننده از مقدار از پیش تنظیم شده، خروجی اش صفر می شود. در خروجی این تقویت کننده ی عملیاتی که به صورت مقایسه کننده بسته شده است، دو ال.ای.دی. به صورت «وارو موازی» (آنتی پارالل) بسته شده اند. سمت دیگر این دیودهای نورافشان به محل اتصال یک شبکه ی تقسیم ولتاژ شامل مقاومت های 1 و 2 رفته اند. چون مقدار اهمی دو مقاومت مذکور برابر است، در این نقطه همواره نصف ولتاژ ورودی حضور دارد. در حالت کار کرد عادی (جریان مصرف کننده کم تر از جریان انتخابی است) D2 (نمایش ولتاژ خروجی) روشن است و D1 (نمایش اضافه جریان) خاموش است. با بالارفتن جریان مصرفی یا اتصال کوتاه شدن خروجی منبع تغذیه، تناسب ولتاژ ها روی ورودی های IC1a عوض می شود و در نتیجه D2 خاموش شده و نشان می دهد که ولتاژ خروجی فرونشانده شده است و همزمان D1 که نمایشگر اختلال است روشن می شود.

توسعه ی مدار

چون در مدار «رگولاتور سری» ما بجای ترانزیستور معمولی از ماس فت استفاده شده، بالاتر بردن جریان خروجی مدار آسان خواهد بود. با موازی کردن یک 7815 و یک BUZ22 دیگر در مدار و نصف کردن مقدار مقاومت های 17 و 15 می توان 1/5 آمپر جریان خروجی به دست آورد. البته انجام این گونه تغییرات در مدار را فقط به علاقه مندان حرفه ای تر پیشنهاد می کنیم.

ساخت مدار

چند نکته ی عمومی در مورد ساخت منبع تغذیه در اینجا فهرست وار تکرار می شوند:

آی.سی. رگولاتور و ترانزیستور قدرت باید به گرماگیر مسی یا آلومینیومی مجهز باشند.
در صورت لزوم می توان به کمک یک هواکش کوچک حرارت تولید شده در مدار را به بیرون از جعبه ی آن هدایت کرد.
مقاومت های 15 و 17 باید از نوع نیم وات یا یک وات باشند.
این روزها مدول های ولت متر و آمپرمتر دیجیتالی به ارزانی در بازار به فروش می رسند. خوب است که دستگاه تان را به چنین نمایشگرهایی مجهز کنید.
دستگاه را آن طور که من ساخته ام در تصویرهای زیر می بینید. علاوه بر کلید اصلی روشن/خاموش در پشت دستگاه، من یک کلید برای انتخاب نمایش ولت یا آمپر، و یک کلید دیگر برای قطع و وصل ولتاژ خروجی در خروجی مدار به کار بستم تا در حین آزمایش مدارهایم، مجبور نباشم مکرراً کل دستگاه را خاموش و روشن کنم.

مطالب مرتبط:

یک منبع تغذیه تثبیت شده با خروجی قابل تنظیم

یک منبع تغذیه تثبیت شده با آی.سی. 723 با محدودکننده جریان خروجی

منبع تغذیه صفر تا 30 ولت با جریان تا 20 آمپر

چگونه یک دیود زنر با ولتاژ و توان دلخواه بسازیم؟

یک منبع تغذیه القایی

www.etesalkootah.ir || 2015-11-24 ©

تمامی حقوق برای www.etesalkootah.ir محفوظ است. بیان شفاهی بخش یا تمامی یک مطلب از www.etesalkootah.ir در رادیو، تلویزیون و رسانه های مشابه آن با ذکر واضح "اتصال کوتاه دات آی آر" بعنوان منبع مجاز است. هر گونه استفاده کتبی از بخش یا تمامی هر یک از مطالب www.etesalkootah.ir در سایت های اینترنتی در صورت قرار دادن لینک مستقیم و قابل "کلیک" به آن مطلب در www.etesalkootah.ir مجاز بوده و در رسانه های چاپی نیز در صورت چاپ واضح "www.etesalkootah.ir" بعنوان منبع مجاز است.

۲۸ آذر ۹۴ ، ۱۲:۵۹

حسین

آقا دم شما گرم واقعاً خسته نباشی

۲ دی ۹۴، ۰۰:۵۹

پاسخ:

درود بر شما،
خوشحالم که مطالب من مورد توجه شما قرار گرفته است و امیدوارم بتوانم مطالب هر چه بهتری به دوستان تقدیم کنم.
از دیدار مجدد شما و خواندن نظرات تان در این سایت خوشوقت خواهم شد.
پیروز باشید

۰۳ خرداد ۹۷ ، ۱۱:۱۶

جهان

سلام و عرض ادب محضر استاد رئیس دانا

به نظر شما دو برد از این طرح با استفاده از یک ترانسفورماتور سه سر،جفت ۱۶ ولت و ۳ آمپر، برای مقارن سازی مناسب و کاربردی هست؟

۱۲ خرداد ۹۷، ۰۱:۱۹

گرامی جهان، درود بر شما.

بله، در صورتی که هر یک از شاخه های 16 ولتی ترانس را به صورت تمام موج یکسوسازی و صاف کنید، ولتاژ کافی برای تغذیه ی مدار بدست خواهید آورد. در هر صورت توجه داشته باشید که رگولاتور ولتاژ (7815) در ورودی خود باید کمینه 3 ولت بیشتر از ولتاژ نامی خروجی خود بگیرد تا قادر به کار باشد.

پیروز باشید

۲۸ مهر ۹۷ ، ۲۲:۱۵

محمد

سلام و درود فراوان

من دنبال یه مداری چیزی هستم که بتونم جریان رو تنظیم کنم خیلی دنبالش هستم ولی چیزی پیدا نمیکنم میشه کمک کنید مرسی

۲ آبان ۹۷، ۲۲:۰۳

گرامی محمد، درود بر شما.

خواهشمندم پرسش خود را دقیق و با ذکر محل استفاده و مقدار جریان و محدوده ی قابل تنظیم موردنظر طرح بفرمایید که بتوان پاسخ داد.

۱۲ آبان ۹۷ ، ۲۳:۲۷

گرامی فرزاد، درود بر شما

خواهشمندم توضیح بفرمایید که به جای پتانسیومتر های P1 و P2، چگونه میتوان از پتانسیومتر های دیجیتال که دارای محدوده عملیاتی صفر تا 5 ولت هستند، استفاده نمود؟

کامروا باشید.

۲۰ آبان ۹۷، ۱۹:۲۶

پیشنهاد می کنم مطالب زیر را مطالعه بفرمایید. پس از آن اگر پرسشی باقی مانده بود مطرح بفرمایید:

مدار یک پتانیسومتر دیجیتالی

به کار بستن پتانسیومتر دیجیتال برای کنترل نور و صدا

۲۵ آبان ۹۹ ، ۱۲:۲۶

رضا شفاعتی

سلام روزخوش

لطفا برام بفرمایید خازن و مقاومتهای فیدبک C8,R19 یا C4,R11 یا C5,R12 به چه علتی تعبیه شده اند و چه کارائی دارند؟

۲ آذر ۹۹، ۰۵:۲۲

گرامی رضا شفاعتی، درود بر شما.

همان طور که در متن به کوتاهی اشاره شده، دقت رگولاسیون و تثبیت ولتاژ این منبع تغدیه در مواجهه با بارهای خازنی و القایی بالا است.

وجود یک خازن سری با مقاومت فیدبک سبب تبدیل ماهیت رگولاسیون مدار از رگولاسیون P یا تناسبی به رگولاسیون PI یا تناسبی-انتگرالی می شود. این مدار به تغییرات در ولتاژ خروجی (ناشی از بارهای غیرخطی خازنی و القایی) بدون خطای ماندگاری (بخاطر بحث بایاس در کنترلر تناسبی) و همچنین با سرعت خوبی که معادل حاصل ضرب خازن و مقاومت فیدبک هست، پاسخ داده و خطا در ولتاژ خروجی را بهتر جبران کرده و آن را با سرعت بیشتری به مقدار مطلوب باز می گرداند. علاوه بر اینها، این نوع کنترل کننده ها دارای پایداری بالایی نیز هستند.

۱۴ آبان ۰۱ ، ۱۵:۵۶

بهمن

سلام

ممنون از مطالب مفیدتون

توی این مدار چند تا قطعه هست که من دلیل استفاده‌شون رو نفهمیدم. ممنون میشم توضیح بدین.

R15

IC1b

۴ آذر ۰۱، ۰۰:۲۰

گرامی بهمن، درود بر شما.

اگر متن مقاله را دقیق بخوانید، پاسخ خود در مورد عملکرد دو افزاره ی نخست را می بابید. اضافه می کنم که مقاومت 15 مقاومت شنت است و جریانی که از آن عبور می کند، افت ولتاژ بسیار کوچکی ایجاد می کند که این ولتاژ توسط قسمت c آی.سی. مقایسه کننده با ولتاژ مطلوب که توسط پتانسیومتر 1 انتخاب و توسط قسمت b آی.سی. تقویت شده، مقایسه می شود و در نهایت از نتیجه ی این مقایسه، ماسفت1 طوری کنترل می شود که ولتاژ خروجی این منبع تغذیه معادل ولتاژ مطلوب باشد.
دیود 3 یک ولتاژ ثابت 0.6 ولتی بر روی ورودی ناوارونگر قسمت c آی.سی. را تامین می کند. خروجی این قسمت حاصل مقایسه ی میان این ولتاژ و ولتاژ روی دیگر ورودی آن است که با جریان مطلوب تناسب دارد و دیودهای نوری را متناسباً روشن و خاموش می کند.

اتصال کوتاه

فن‌آوری و انسان