یک منبع تغذیه ی آزمایشگاهی ساده و ارزان

.

.

با وجود گسترش استفاده از منبع تغذیه‌های کلیدگری که بازده بالا، قیمت ارزان، وزن و حجم کمی دارند، کاربرد منبع تغذیه‌های دارای ولتاژ قابل تنظیم آنالوگ از نوع «سری» همچنان برای کارهای کارگاهی و آزمایشگاهی انتخاب مطلوب‌تری به نظر می‌رسد.

مدار منبع تغذیه‌ای که در این‌جا معرفی می‌شود، از پایداری و تثبیت ولتاژ بسیار خوبی در کنار قابلیت تنظیم و محدودکردن جریان خروجی برخوردار است.

.

.

در این مدار امکان «پَس‌گَرد» جریان (Current Foldback) به صورت انتخابی و دلخواه پیش‌بینی شده است که در صورت لزوم با اضافه کردن مقاومت 8 به مدار ایجاد می‌شود. نوع اثرگذاریِ بودن یا نبودن پس‌گرد در این مدار، در تصویر  زیر دیده می‌شود.

.

.

برتری مدار پس‌گرد در کاستن از تلفات مدار در حالتی است که در خروجی منبع تغذیه اتصال کوتاه ایجاد شود.

.

طرز کارکرد مدار

برای تشریح چگونگی کارکرد این مدار ساده نیازی به رسم دیاگرام بلوکی نیست. مدار شماتیک را با کشیدن یک خط‌چین عمودی به دو بخش اصلی تشکیل‌دهنده‌ی آن تقسیم کرده‌ایم. بخش «تثبیت‌کننده‌ی ولتاژ»  قسمت ساده‌تر مدار است. در این بخش از مدار، تقویت‌کننده‌ی عملیاتی IC1B همراه با یک طبقه‌ی ترانزیستوری «امیتر پیرو»، یک تقویت کننده‌ی ولتاژ 2× را شکل داده است. این مدار، ولتاژ خروجی منبع تغذیه را روی دو برابر ولتاژ روی ورودی ناوارونگر IC1B نگه می‌دارد. مقدار ولتاژ روی این نقطه توسط پتانسیومتر 2 انتخاب می‌شود. چون ولتاژ دیود زینر 4 با دو سر انتهایی پتانسیومتر 2 موازی بسته شده است. به این ترتیب، ولتاژی که روی پتانسیومتر قرار می‌گیرد، یک ولتاژ تثبیت‌شده است. در نتیجه، چون ولتاژی که به تقویت‌کننده‌ی عملیاتی داده می‌شود ولتاژ پایداری است، ولتاژ خروجی مدار نیز متناسباً ثابت و پایدار خواهد بود.

چون بهره‌ی تقویت‌کننده‌ی عملیاتی واحد (یعنی 1) است، این فرض منطقی وجود دارد که به علت انحراف فازی که در ترانزیستور اتفاق می‌افتد، مدار تمایل به نوسان‌سازی پیدا کند. برای پیشگیری از بروز چنین وضعیتی، مقدار پس‌خور (فیدبک) را با استفاده از دو مقاومت 6 و7 تضعیف کرده و پایین آورده‌ایم. با مقدارهای اهمی داده شده برای این دو مقاومت، بهره‌ی ولتاژ روی عدد 2 تنظیم می‌شود. به این ترتیب، ولتاژ خروجی مدار دو برابر ولتاژ زینر، یعنی 20 ولت خواهد بود. در صورتی که مقدار بیشینه‌ی ولتاژ دیگری مورد نظر باشد، بجای انتخاب یک دیود زینر با ولتاژی دیگر برای دیود 4، باید مقادیر اهمی مقاومت‌های 6 و 7 تغییر داده شوند تا بهره‌ی مدار به مقدار متناسب برسد. بیشینه‌ی ولتاژ خروجی مدار به ولتاژ کار مجاز تقویت‌کننده‌ی عملیاتی بستگی دارد. بنابراین در هر تلاشی برای بالا بردن بیشینه‌ی ولتاژ خروجی، از طریق افزایش ولتاژ دی.سی. ورودی و تغییر بهره‌ی تقویت‌کننده‌ی عملیاتی، باید در نظر داشت که نباید در تغییر دادن این عوامل خیلی زیاده روی شود، زیرا در این صورت ولتاژ تغذیه‌ی آی.سی. از مرز مجاز عبور کرده و به سادگی می‌سوزد.

.

کنترل جریان خروجی

عمل محدودکردن جریان خروجی این منبع تغذیه بر عهده‌ی IC1A است.در حالتی که جریان محدود نشده باشد، دیود زینر 4 ولتاژ خود را از خروجی IC1A می‌گیرد. هنگامی که جریانی از مقاومت 8 گذر کند، ولتاژ روی پایه‌ی سمت راست آن بیش از صفر ولت می‌شود. وقتی این ولتاژ آن قدر بالا برود که از ولتاژ روی ورودی ناوارونگر این تقویت‌کننده‌ی عملیاتی، که توسط پتانسیومتر 1 تنظیم و انتخاب شده است، بیش‌تر شود، خروجی این آی.سی. شروع به خاموش شدن می‌کند و بدین وسیله ولتاژ مبنای روی دیود زینر 4 را پایین می‌کشد و در نتیجه ولتاژ خروجی منبع تغذیه هم متناسباً پایین می‌آید. ولتاژ خروجی همچنان به پایین آمدن ادامه می‌دهد تا جایی که جریان به حدی کاهش پیدا کند که ولتاژ روی پایه‌ی ورودی تقویت‌کننده‌ی عملیاتی را متعادل کند. اضافه کردن مقاومت 8 به مدار، مقدار ولتاژ روی سر بالایی پتانسیومتر 1 را بالا می‌برد و به این ترتیب بیشینه‌ی جریان حدی را افزایش می‌دهد. وقتی که برای پایین آوردن بیشینه‌ی جریان خروجی، این تقویت‌کننده‌ی عملیاتی ولتاژ روی دیود زینر 4 را پایین بیاورد، مدار محدودکننده‌ی جریان تا حدود کمی مقدار ولتاژ را هم کاهش می‌دهد و به این ترتیب از جریان می‌کاهد و در واقع آنچه را که به نام پَس‌گَرد یا «فولدبک» می‌شناسیم، ایجاد می‌کند. هر قدر مقدار اهمی مقاومت 8 کم تر باشد، تاثیر کاری آن بیش‌تر خواهد بود. برای آغاز تجربه با مدار می‌توان مقدار اهمی مقاومت 8 را 220 کیلواهم انتخاب کرد.

بیشینه‌ی جریان حد در این مدار در حدود یک آمپر است. البته، در هنگام ساخت دستگاه، با تغییر دادن در مقدار اهمی مقاومت 5 می‌توان مقادیر دیگری را برای جریان حد به دست آورد و  انتخاب کرد. بیشینه‌ی جریان تقریباً آن مقداری است که گذرِ آن از مقاومت 5 باعث افت ولتاژی برابر یک ولت روی دو سر این مقاومت شود.

دیود زینری که ولتاژ مدار محدودکننده‌ی جریان را تثبیت می‌کند، با خازنی با ظرفیت زیاد دکوپله شده تا از مقدار «تَمَوّج» یا «ریپل» در این نقطه از مدار بکاهد. ولتاژ مبنای مربوط به بخش تنظیم و انتخاب ولتاژ خروجی را باید بتوان، هنگامی که خروجی دستگاه اتصال کوتاه شود، قطع کرد ، و وجود یک ظرفیت بزرگ خازنی ممکن است سرعت قطع ولتاژ را به شدت کُند کند. بنابراین، با داشتن دو طبقه‌ی زینردار و دکوپله کردن دیود 4 توسط یک خازن یک میکروفارادی، که نویز فرکانس بالای تولیدشده در زینر را خنثی می کند، مقدار تموج به کمینه‌ی ممکن رسانده شده است. دیود 2 برای تخلیه‌ی سریع‌ترِ این خازن به مدار افزوده شده است.

در پایان نکته‌ای را در خصوص ترانزیستور  مدار بیان می کنیم. این ترانزیستور یک «دارلینگتون» قدرت بالا است که توان کافی را برای راه‌اندازی اکثر مدارهای کارگاهی و آزمایشی شما ارایه می‌دهد.

.

.

در صورتی که شما به توان بیش‌تر و جریانی در حدود 2 آمپر در خروجی این منبع تغذیه نیاز دارید، می‌توانید از ترانزیستور TIP131 استفاده کنید.

مجموعه‌ی مدار تثبیت کننده و کنترل جریان را باید با یک ولتاژ مستقیم و صاف شده تغذیه کرد. نمونه‌ای از یک مدار را که چنین ولتاژی تامین می‌کند در تصویر زیر داده شده است.

.

.

توان ترانسفورماتور، که با واحد «ولت‌آمپر» مشخص شده است، باید معادل یک و نیم برابر بیشینه‌ی توان جریان مستقیم مطلوب انتخاب شود.  به عبارت دیگر، حد بیشینه‌ی جریان در ولتاژ تثبیت نشده (خروجی مدار بالا) باید در نظر گرفته شود، نه در خروجی مدار تثبیت‌کننده. بنابراین، اگر توان جریان مستقیم 20 وات، یعنی مثلاً یک آمپر  روی 20 ولت باشد، ترانسفورماتوری با توان 30 ولت‌آمپر انتخاب خواهد شد.

.

ساختن مدار و آزمایش آن

نوع و مقدار هر یک از افزاره‌های لازم برای ساخت این منبع تغذیه روی شماتیک‌های آن نوشته شده است. دیود 2 یک دیود کوچک 1N4148 است. ولتاژ مجاز پل دیود باید هر مقداری بالاتر از 40 ولت باشد. پتانسیومترها باید از نوع «خطی» (Linear) انتخاب شوند. این نوع پتانسیومترها با درج یک حرف A پس از مقدار اهمی آن‌ها مشخص می‌گردد (برای مشخص کردن پتانسیومترهای لگاریتمی از حرف B استفاده می‌شود).

این مدار را می‌توان روی یک فیبر مدار چاپی، که طرح آن در زیر دیده می‌شود، مونتاژ کرد، و یا سازنده‌ی مدار خودش طرحی روی فیبرهای پُرسوراخ یا «ویروبورد» برای مونتاژ آن بریزد. در صورتی که گزینه‌ی دوم انتخاب شود، نباید از یاد بُرد که ارتباط‌های زمین (خط صفر ولت) تا جای ممکن کوتاه باشند. البته در مجموع، انتظار پیش‌آمد مشکل خاصی نمی‌رود.

.

.  

ترانزیستور باید روی یک گرماگیر آلومینیومی بزرگ نصب شود. باید به یاد سپرد که این گرماگیر به کلکتور ترانزیستور وصل و دارای ولتاژ است، مگر این که ترانزیستور را به صورت عایق شده به گرماگیر ببندید. در هر صورت باید مراقب بود که این قطعه‌ی بزرگ و دست و پا گیر باعث اتصالی نشود. این تمرین خوبی برای ارایه‌ی کار تمیز و بی‌نقص است. پایه‌های ترانزیستور را با سیم‌های روکشدار به مدار لحیم کنید و پایه‌های لخت ترانزیستور را با استفاده از لوله‌ی پلاستیکی از اتصالی با همدیگر محافظت کنید.

پس از ساخته شدن مدار تثبیت کننده و تامین ولتاژ تغذیه‌ی جریان مستقیم آن، ابتدا یک کنترل 200 درصدی روی کار خود و درست بودن اتصالات و ارتباط‌ها انجام دهید. کنترل 200% یعنی این که یا خودتان همه چیز را دو بار کنترل کنید، یا از یک نفر دیگر بخواهید که او هم یک بار کار را وارسی کند. سپس، محور پتانسیومترهای 1 و 2 را بچرخانید و روی نقطه‌ی وسط قرار دهید. حالا می‌توانید دستگاه را روشن کنید. پیش از هر چیز ولتاژ خروجی را با یک مولتی‌متر اندازه‌گیری کنید و مطمئن شوید که این ولتاژ را می‌توان کم و زیاد کرد. اگر ولتاژ خروجی صفر بود و تغییر نمی‌کرد، وجود ولتاژ تغذیه در حدود 20 تا 30 ولت را روی خازن 4 در منبع تغذیه کنترل کنید. اگر در این‌جا ولتاژ صفر و یا مقدار اندکی بود، لازم است که سرهای یکی از پیچش‌های ثانویه‌ی ترانس را جابجا کنید. البته این اتفاق فقط هنگامی می‌افتد که مطابق مدار، ترانس دارای دو پیچش ثانویه‌ی مجزا از هم باشد (ثانویه‌ی 4 سیمه).

علت دیگری که می‌تواند به ولتاژ خروجی صفر یا خیلی کم منجر شود، سر و ته مونتاژ کردن دیود 4 است. اگر هر دو این موارد درست باشند، آنگاه باید صحیحی بودن اتصالات ترانزیستور و پتانسیومتر 2 دوباره کنترل شود.

وقتی که ولتاژ را روی خروجی بدست آوردیم، موقع آن است که مدار محدودکننده‌ی جریان را مورد بررسی قرار دهیم. ولتاژ خروجی را روی یک یا دو ولت تنظیم می‌کنیم. مولتی‌متری را روی اندازه‌گیری آمپر قرار داده، یک مقاومت یک اهمی را با سیم‌های آن سری می‌کنیم. به این شکل می‌توانیم جریان‌های تا 2 آمپر را کنترل کنیم. جریانی که توسط آمپرمتر خوانده می‌شود، باید با تنظیم پتانسیومتر 1 تغییر داده شود، و همزمان، چرخاندن محور پتانسیومتر 2 (تنظیم ولتاژ خروجی) نباید هیچ تاثیری روی آن داشته باشد (به استثنای مواقعی که ولتاژ خروجی روی مقدار خیلی کمی تنظیم شده باشد). اگر محدودکننده‌ی جریان کار نکرد، مقاومت یک اهمی خیلی داغ خواهد شد و برای جلوگیری از سوختن آن، باید فوری دستگاه را خاموش کرد و به بررسی علت پرداخت. اگر جریان خیلی ناچیز باشد، باید دید که دیود 1 به صورت درست مونتاژ شده باشد. اگر جریان خیلی زیاد بود و یا مقدار آن را نمی‌شد تغییر داد، باید درستی اتصالات پتانسیومتر 1 را بار دیگر کنترل کرد.

.

مونتاژ نهایی

هیچ دستور خاصی برای مونتاژ کل مدار در جعبه وجود ندارد و هر سازنده به دلخواه خود می‌‌تواند جعبه‌ی آن را با توجه به اندازه‌های ترانسفورماتور و گرماگیر، انتخاب کند. حتی ممکن است این مدار به عنوان منبع تغذیه‌ی یک دستگاه دیگر مورد استفاده قرار گیرد، دستگاهی که به ولتاژ تغذیه ای با دقت و کیفیت بالا نیاز داشته باشد. نویسنده‌ی مقاله دو عدد از این دستگاه را با هم درون یک جعبه‌ی آلومینیومی نصب کرد و روی پانل جعبه ولت‌متر و آمپرمترهایی نیز قرار داد که یک منبع تغذیه‌ی رومیزی واقعی از آب درآمد.

.

.

مطالب مرتبط:

منبع تغذیه از (تقریباً) صفر تا 30 ولت، تا 20 آمپر (و بیشتر)

بررسی یک منبع تغذیه با ولتاژ قابل تنظیم و محدودکننده ی جریان با آی.سیLM723

منبع تغذیه های تثبیت شده با ولتاژ قابل انتخاب و جریان بالا

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

ساخت یک منبع تغذیه ی کلیدگری با آرایش «فلای بک» - 2

طراحی منبع تغذیه های بدون ترانسفورماتور

چگونه توان یک ترانسفورمر نامشخص را برآورد کنیم؟

تعیین پهنای مسیرهای مسی روی فیبرهای مدار چاپی

.

.

آخرین به روز رسانی:

 

.

.

www.etesalkootah.ir ||   2020-05-28 © 

2015 www.etesalkootah.ir  © All rights reserved.

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.

.