Схема регулируемой электронной нагрузки на операционном усилителе с ООС, вольтметром и амперметром

Схема регулируемой электронной нагрузки на операционном усилителе с ООС, вольтметром и амперметром.

Предлагаю для рассмотрения весьма достойную схему относительно простой электронной (электрической, для постоянного тока) нагрузки с плавной регулировкой своего внутреннего сопротивления и силы тока, что проходит через нее. В первую очередь эта, так сказать искусственная электронагрузка будет полезна для тех, кто занимается сборкой и ремонтом различных блоков питания. Ведь для тестирования реальных характеристик мощности, номинальной и максимальной силы тока и падения напряжения достаточно воспользоваться этой схемой. Мы подключаем проверяемый блок питания к выводам этой нагрузки и постепенно уменьшить внутреннее сопротивление, что увеличивает ток, протекающий через нагрузку, тем самым на цифровом индикаторе действительные знания тока и возникающее при этом падение напряжения.

Ну, а теперь о самой этой электрической схеме регулируемой электронной нагрузки. Итак, основными и главными элементами схемы являются силовые биполярные транзисторы большой мощности. Для схемы я использовал КТ8229, поскольку они просто у меня были под рукой, хотя вместо них можно поставить любые другие, с похожими характеристиками. Мощность этого транзистора 125 Вт. Максимальная сила тока, которую он может пропустить через свой эмиттер-коллекторный переход равна до 25 ампер. В схеме, как мы видим стоит два таких транзистора, соединенных относительно друг друга параллельно. Тем самым мы увеличиваем общую мощность электрической схемы регулируемой электронной нагрузки (устройства для проверки блоков питания на максимальный ток) в два раза. Если нам этого мало, то можно добавить еще несколько каскадов таким же способом.

Дело в том, что у подобных биполярных транзисторов (имеющие большую мощность) есть один нюанс, а именно они обладают малым коэффициентом усиления. Допустим у нашего КТ8229 он равен от 15 до 25 всего лишь. То есть, он способен при своей большой мощности усилить входной сигнал только где-то в 20 раз. По справочным данным известно, что для того чтобы получить на выходе транзистора максимальный его ток (25 ампер), нужно через база-эмиттерный переход пропустить аж 5 ампер. Микросхема операционного усилителя не способна обеспечить мощному транзистору такой большой ток. Для решения этой проблемы перед силовыми транзисторными каскадами поставлен еще один, менее мощный биполярный транзистор типа КТ817.

У КТ817 коэффициент усиления больше, чем у КТ8229, хотя он менее мощный. И тот небольшой сигнал, который мы имеем с выхода микросхемы ОУ КТ817 усиливает до единиц ампера, а КТ8229 уже до десятков ампера. Естественно, для более мощных схем (с большим количеством каскадов мощных транзисторов) нужно поставить вместо КТ817 более мощнее или даже сделать составной транзистор.

Это что касалось силовой части схемы самодельной электронной нагрузки, собираемой своими руками, теперь поговорим про управляющие цепи. Силовыми транзисторами управляет микросхема операционного усилителя, имеющая отрицательную обратную связь по току. Зачем это нужно? Дело в том, что если пойти по самому простому пути и на базу первого транзистора для управления поставить простой делитель напряжения в виде переменного резистора, то схема работать также будет. Но в этом случае она будет крайне не стабильна в регулируемой, выходном токе. Ведь при скачках и плавании напряжения, изменении температуры транзисторов сила тока также будет постоянно меняться. Для нормального проведения тестирования блока питания это не годится. Нужна стабильность.

Схема операционного усилителя с ООС снимает часть тока с эмиттера силовых транзисторов, сравнивает его со своим опорным значением и вводит нужную коррекцию на своем выходе. В результате мы имеем достаточно точную и стабильную регулировку тока, который протекает через мощные биполярные транзисторы. В схема на операционном усилителе переменными резисторами (которых два, соединенных последовательно, один для грубой регуляции тока, второй для более точной) изменяется величина внутреннего сопротивления мощных транзисторов. Подстроечным резистором, что стоит между минусом питания и третьим выводом микросхемы ОУ, можно управлять границей полного открытия силовых транзисторов.

Микросхема ОУ для своей нормальной работы нуждается в стабильном питающим напряжении. Для этого в схеме использован простой и качественный стабилизатор напряжения, собранный на LM317. Напряжение на выходе стабилизатора равно 12 вольтам. Перед стабилизатором стоит обычный трансформаторный блок питания, состоящий из трансформатора, диодного моста и фильтрующего конденсатора электролита. На выходе БП постоянное напряжение величиной 15 вольт. Схема ОУ может питаться от 9-15 вольт. Мощность блока питания, питающего схемы, небольшая, около 4 Вт (схема потребляет ток до 30 мА, плюс еще ток охлаждающего вентилятора где-то 150 мА).

В схеме стоит цифровой вольтметр и амперметр. Это обычный Китайский модуль, измеряющий и показывающий величину силы постоянного тока и напряжения. То есть, при тестировании блока питания мы сразу будем видеть на цифровом индикаторе, какой именно ток протекает через электронную нагрузку. Ну и будем видеть имеющееся падение напряжения, что позволит нам судить о мощности БП.

Поскольку через силовые транзисторы будет протекать достаточно большой ток, который будет рассеиваться в виде тепла, то естественно эти транзисторы нужно установить на охлаждающем радиаторе. Более того, блоки питания порой приходится проверять на длительный максимальный ток, что будет перегревать даже радиатор. Для таких режимов тестирования нужно в схеме предусмотреть еще и охлаждающий вентилятор, что должен быть поставлен на радиатор. Для схем регулируемой электронной нагрузки, сделанной своими руками, с токами тестирования до 10 ампер, можно для охлаждения транзисторов взять обычный радиатор с вентилятором от компьютера, тот что обычно устанавливается на процессор.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Дроссельная катушка, включенная в цепь последовательно с каким-либо приемником ( лампой, например), дает очень плавную регулировку тока при изменении воздушного зазора Д / между сердечником и ярмом катушки. Увеличение зазора уменьшает индуктивное сопротивление катушки ( так как уменьшается L), поэтому ток в цепи возрастает. Уменьшение зазора дает обратный результат.  [31]

Для проверки приборов по всей шкале при различных нагрузках и различном сдвиге фаз применяют переносные устройства с плавной регулировкой тока , напряжения и сдвига фаз.  [32]

Для проверки электроизмерительных приборов выпускается ( Латвэнерго, ремонтно-механический завод) лабораторный стенд, который имеет несколько раздельных цепей переменного и постоянного тока с плавной регулировкой тока и напряжения.  [33]

Сварочные трансформаторы должны: обладать требуемой внешней характеристикой; ограничивать силу тока короткого замыкания; обеспечивать сдвиг фаз, необходимый для устойчивого горения дуги; иметь устройство для плавной регулировки тока .  [34]

Для поверки амперметров постоянного тока без наружных шунтов с пределами измерения 100 а и больше используют схему ( рис. 11.31) со ступенчатым реостатом Ri и ползунковым реостатом Кг, служащими для плавной регулировки тока .  [36]

Выключатели типов ВС-10-63-25 ( номинальный ток 63 а, предельный отключаемый ток 2 5 ко) и ВС-10-32-08 ( номинальный ток 32 а, предельный отключаемый ток 0 8 ка) имеют два первичных реле прямого действия двух вариантов исполнения с плавной регулировкой тока срабатывания в следующих пределах: I вариант — от 30 до 55 а и от 65 до 100 а; II вариант — от 100 до 185 а и от 195 до 300 а. Разброс по току срабатывания гарантируется заводом в пределах 10 % среднего значения.  [37]

К — коммутатор для переключения вторичных обмоток нагрузочного трансформатора; 2К — коммутирующий переключатель на шесть положений для подключения к испытуемой защите токов, соответствующих одно — или двухфазному короткому замыканию любых фаз; НТ — нагрузочный трансформатор; Т — промежуточный трансформатор; ЗК — коммутационное поле для присоединения электрического секундомера; гдо0 — добавочные сопротивления 1, 6 и 30 ом на токи 10, 5 и 1 а; К — сопротивление потенциометра для плавной регулировки тока на выходе нагрузочного трансформатора.  [39]

Эта схема обеспечивает возможность как плавного, так и скачкообразного изменения тока и напряжения, подаваемых на реле, а также плавного изменения угла между током и напряжением. Плавная регулировка тока осуществляется автотрансформатором AT, реостатом R3 и промежуточным трансформатором тока Т1, позволяющим менять диапазон регулирования токов, снимаемых с автотрансформатора, в 2, 5 или 10 раз. При этом ключ К2 замкнут и реле РЛ, имитирующее режим к.  [41]

Преобразователь имеет два диапазона сварочного тока — до 150 А, до 350 А, которые обеспечиваются переключением трехфазной обмотки якоря генератора. Плавная регулировка тока внутри диапазонов осуществляется дистанционно при помощи регулировочного реостата, подключаемого к коробке управления.  [42]

Опорное напряжение на стабилизатор тока подают со стабиловольта Ль. Потенциометр К5 используют для плавной регулировки тока . Нити накала ламп питают стабилизированным напряжением.  [43]

Потенциометр должен обеспечивать плавную регулировку через 0 5 — 1 в. Реостаты должны позволять осуществить как плавную регулировку токов в пределах шкалы, так и возможность подачи на реле максимального тока при проверке отсутствия вибрации. При измерении токов или напряжений срабатывания и возврата ток или напряжение следует изменять плавно в одну сторону — увеличивать или уменьшать.  [44]

По схеме а питание независимой обмотки обычно осуществляется от небольшого селенового выпрямителя, включаемого в сеть переменного тока. Такая схема обеспечивает устойчивое горение дуги и плавную регулировку тока .  [45]

Измеритель тока CWT30R

Компания Power Electronic Measurement Ltd. выпускает специализированные измерительные приборы для измерения электрического тока в диапазоне от нескольких сотен мА до сотен кА. Это современные широкополосные (0.1 Гц…16 МГц) токовые пробники с измерительной петлей различного диаметра (пояс Роговского).

Конструктивно измерители состоят из корпуса преобразователя, петли катушки и коаксиального кабеля, их соединяющего. Катушка намотана на тонкую пластиковую трубку и покрыта изоляционным материалом. Один конец катушки постоянно соединен с кабелем, другой имеет разъемное соединение, чтобы катушку можно было легко обогнуть вокруг измеряемого источника. Петля имеет гибкую конструкцию, поэтому может быть использована для измерений тока в труднодоступных местах, где подключить стандартные токовые клещи не представляется возможности. Петля не обязательно должна иметь круглую форму, и центрирование объекта измерений в петле также не требуется.

Пробник CWT30R предназначен для измерения сигналов синусоидальной, квази-синусоидальной и импульсной формы.
Прибор генерирует на выходе напряжение, пропорциональное измеренной величине тока (напр., 1 мВ/А). Прибор отслеживает изменения тока по временной шкале, а, значит, может воспроизводить форму токового сигнала с помощью дополнительного осциллографа или самописца.

Кроме того, выходной сигнал можно подключить к цифровому вольтметру для получения результатов RMS тока.

Преимущества пояса Роговского:

— измерения различных токовых величин одним прибором: в отличие от других токовых трансформаторов, петля Роговского может быть использована для измерений тока любой величины, от мА до кА
— легкость и удобство использования: петля имеет гибкую конструкцию, поэтому легко огибает целевой объект измерений
— непогружные датчики: токовый трансформатор не влияет на работу измеряемой цепи, вносимый импеданс составляет несколько пГн
— очень широкий частотный диапазон измерений: от 0.1 Гц до 17 МГц, это позволяет измерять быстроизменяющиеся токи (кА/мкс), другие трансформаторы ограничены полосой 100 кГц
— измерение переменной составляющей тока, наложенной на постоянную: трансформатор не измеряет постоянный ток, поэтому может фиксировать небольшую составляющую переменного тока, присутствующую в постоянном сигнале
— фиксирование изменений тока 40,000 А/мкс

Описание приборов серии CWT

— измерения пиковых токов от 300 мА до 300 кА
— точность ±1%
— чувствительность на выходе ±6 В (например, 1 мВ/А для ±6 кА)
— полоса от 0.1 Гц до 16 МГц
— крепкий корпус, гибкие пробники, петля катушки длиной 300, 500, 700 мм (размер до 5 м на заказ)
— толщина катушки 8.5 мм
— изоляция 10 кВ пик.
— питание от батарей (4хАА) или внешнего DC источника питания

Технические характеристики CWT30R

— Чувствительность: 1 мВ/А
— Пиковый ток: 6 кА
— Пиковая скорость нарастания di/dt: 40 кА/мкС
— Макс. шум: 5 мВ
— Тип. спад импульса: 0,5%/мс
— Опережение фазы (50 Гц): 0,9 градусов
— Нижняя полоса (3 дБ): 0,6 Гц
— Верхняя полоса (3 дБ): 16 МГц
— Точность: ±0,2% в центре петли, отклонение до ±1%
— Линейность: ±0,05% полной шкалы
— Пиковое напряжение изоляции катушки: 10 кВ, 15 кВ/1 мин.
— Минимальная выходная нагрузка: 100 кОм
— Температурный диапазон (кабель): -20…100°С
— Температурный диапазон (прибора): 0…40°С
— Длина кабеля (от корпуса до петли): 2,5 м
— Питание: аккумуляторы NiMH АА, 4 шт. и гнездо 2.1/2.5 мм для DC преобразователя 12-24 В (10%)
— Габаритные размеры: 183х93х32 мм
— Выходные разъемы: BNC, 50 Ом

— контроль токового сигнала в полупроводниковых ключах
— разработка и обслуживание силового электрооборудования
— контроль высокочастотных синусоидальных сигналов
— измерения токовых выбросов в прерывателях цепей
— измерения токовых импульсов
— измерение гармоник тока
— измерение сигнала или токов утечки на землю в 3-хфазных источниках питания

Простая аналоговая электронная нагрузка

Обычно для этого используется первое, что попадется под руку – мощные лампы, обрезки высокоомного провода и т.д. Но не все имеющиеся нагрузки подходят по сопротивлению и по мощности. Как назло каждый раз один из этих параметров нам не подходит . Как только не приходиться исхитряться: применять последовательное и параллельное соединение резисторов, топить нагрузку в стакане с водой (для увеличения рассеиваемой мощности).
Когда запасы мощных нагрузок превращаются в залежи, приходит время поменять их на одну универсальную.

↑ Схема и её работа

Собственно роль нагрузки выполняют переходы КЭ двух мощных транзисторов, представляющих собой управляемый ключ. При этом сопротивление переходов транзисторов имитируют активную нагрузку, подобно мощному резистору. Система подключается параллельно источнику напряжения и работает практически в режиме КЗ, поэтому вольность в обращении с регуляторами тока недопустима.
Выпрямитель VDS1 с конденсатором С1 служат для прогрузки источников переменного напряжения (об этом позже). Диод VD1 предназначен для развязки между конденсатором С1 и цепями постоянного тока электронной нагрузки, чтобы последний не влиял на выходную характеристику испытуемого БП. Мощные резисторы R1, R2 выравнивают токи через переходы транзисторов VT2, VT3.

R9, R10 – добавочные резисторы для измерительной головки указателя напряжения, R10 и R11 – токоизмерительные шунты амперметра. Переключатели S1 и S2 позволяют расширить пределы измерения вольтметра и амперметра.

Резистор R8 исключает сквозные токи через переходы БЭ мощных транзисторов. Для увеличения крутизны характеристики (больший ток при меньшем напряжении) следует уменьшать сопротивление резистора R8, а лучше перераспределять его между коллектором и эмиттером VT1. В идеале диоды VD1 и VDS1 — Шотки.

Для более эффективного теплоотвода устройство снабжено кулером. Стабилизатор VR1 ограничивает рабочее напряжение кулера на уровне 12В, на участке входных напряжений 12. 30В. Двигатель кулера начинает работать уже при 6В на входе нагрузки, причем потребляемый кулером ток тоже включен в общий бюджет нагрузки и отображается амперметром.

↑ Основные технические характеристики:

Входное постоянное напряжение = 1,5..30В
Входное переменное напряжение = 1. 25В
Входной ток = 0,08. 10А
Рассеиваемая мощность = 200Вт
Разумеется, параметры могут меняться как в лучшую, так и худшую сторону в зависимости от применяемых деталей и схемотехники. В данном случае входные напряжения ограничены характеристиками стабилизатора VR1.

↑ Теперь о конструкции

Как еще можно использовать электронную нагрузку? Например, для регулировки тока в цепях переменного и постоянного напряжения. Достаточно включить электронную нагрузку последовательно с объектом регулирования и все это подключить к источнику напряжения (при зарядке аккумуляторов, управлении двигателем, нагревателем и пр.).

↑ Еще одно применение – тестирование низковольтных трансформаторов

У меня долгое время лежало несколько силовых трансформаторов с известными выходными напряжениями и неизвестными нагрузочными характеристиками. Определить диаметры проводов вторичных обмоток без вскрытия не представлялось возможным. И я проделал такой эксперимент: с помощью электронной нагрузки нагружал номинальным (паспортным) током вторичные обмотки трансформаторов известных марок ТА и ТС.

Выяснилось, что под нагрузкой напряжения на вторичных обмотках уменьшаются на 10-15 % по отношению к напряжению холостого хода. Потом тоже самое проделал с неизвестными трансформаторами и методом от обратного вычислил допустимый ток вторичных обмоток.

↑ Порядок работы с нагрузкой

Подключаемся к источнику напряжения, при этом регуляторы тока должны быть выведены в минимум (нижнее по схеме положение).
Далее не спеша, вращаем регулятор «ток грубо» в сторону увеличения тока, пока стрелка амперметра чуть-чуть не отойдет от начального положения, можно сказать «дрогнет в положении нуль». Это значит, что ключи выведены из зоны нечувствительности. Если нам нужен ток до 1А дальше пользуемся регулятором « ток плавно», если более 1А, то продолжаем крутить регулятор «ток грубо» дальше. Плавно выводим ток на требуемый уровень, при этом на индикаторах в режиме, так сказать, «on line», наблюдаем Вольт -амперную характеристику тестируемого БП.
Картину дополнит осциллограф, подключенный к выходным клеммам БП. По нему можно будет определить уровень пульсаций выходного напряжения при различных режимах загруженности.

При эксплуатации нагрузки необходимо помнить о максимальной рассеиваемой мощности, которая вычисляется по известной формуле P=U 2 /R.