Активная электронная нагрузка регулируемое сопротивление нагрузки необходимо для реалистичного тестирования оборудования. Эта схема представляет собой электронную альтернативу от использования неудобных резисторов большой мощности. Активная электронная нагрузка, описанная здесь, имеет два режима работы. Она может функционировать как переменное сопротивление нагрузки. При напряжении от 0 В до максимума 100В ток стока может быть установлен в диапазоне от 0 А до 20 А. В качестве сопротивления нагрузки его можно установить на значения от 1 Ом до 100 кОм.
Максимальная рассеиваемая мощность находится в районе 100 Вт. Схема рассчитана на работу с напряжениями постоянного тока, но с добавлением выпрямителя также может использовать переменное напряжение. Тщательно сконструированный и откалиброванный блок может обеспечить линейность лучше, чем 0,5%. Давайте сначала рассмотрим схему активная электронная нагрузка как приемник тока (S2 в положении «CC» постоянный ток), первоначально игнорируя часть схемы, состоящую из трех операционных усилителей IC1.B, IC1.C и IC1.D и обвязки их. Цепь нагрузки состоит из силового полевого транзистора и резистора R2. Параллельно с ними подключен электролитический конденсатор, сглаживающий напряжение на полевом транзисторе и R2 и подавляющий пики. Транзистор регулируется операционным усилителем IC1. A.
Операционный усилитель отслеживает напряжение на своем инвертирующем входе (то есть напряжение на R2) таким же, как и на своем не инвертирующем входе. Последний в свою очередь равен напряжению на 10-поворотным потенциометре P1. Поэтому мы достигли того, к чему стремились достичь чтобы потребляемый ток был пропорционален настройке потенциометра P1. Это означает, что напряжение потенциометра должно быть постоянным, и это гарантируется опорным напряжением 2,5В D7.
На верхнем пределе потенциометра у нас есть напряжение 0,779 В (из-за R3), предполагая, что S1 отключен. Только первые пять оборотов потенциометра могут быть использованы до срабатывания ограничителя мощности. Если потребляемый ток должен использоваться в пределах своих мощностей, меньший диапазон напряжений на R2 более полезен, это функция R12 и подстрочника P2.
Когда S1 замкнут, они соединены параллельно с P1 и настроены так, что напряжение уменьшается в десять раз. Это позволяет устанавливать ток в диапазоне от 0 A до более чем 5 A. Если S2 переключается в положение «CR» (постоянное сопротивление), уже другое напряжение подается на P1. Источник больше не предоставляется опорным напряжением, а входным напряжением. Остальная часть цепи работает, как и раньше, это означает, что входной ток пропорционален входному напряжению, а коэффициент пропорциональности равен постоянному сопротивлению. При R4, равном 475 кОм, может быть достигнуто сопротивление нагрузки от бесконечности до 1 Ω.
Оставшиеся три операционных усилителя в LM348 образуют ограничитель мощности, чтобы обеспечить контроль рассеиваемой мощности в цепи. Аналоговый множитель в этой схеме не используется. R10 и R11 образуют делитель напряжения на входном напряжении, который работает линейно, пока диод D2 не проводит. Это происходит не внезапно, а скорее следует характеристической кривой диода, обеспечивая постепенный переход при повышении входного напряжения. IC1.C буферизует это напряжение и управляет инвертором IC1.D, который инвертирует характеристическую кривую диода и усиливает ее с коэффициентом усиления десять. Выходное напряжение операционного усилителя увеличивается на величину, равную прямому напряжению диода, через D3.
Рабочая точка D3 определяется опорным напряжением R10 и настройкой потенциометром P3. Наконец, компаратор IC1.B сравнивает выходное напряжение инвертора с напряжением на R2 и, если предел мощности превышен, понижает управляющее напряжение операционного усилителя IC1.A, выключает зеленый светодиод «ОК» и горит красный предупреждающий светодиод. Обратите внимание, что это только грубая схема защиты для ограничения мощности выше примерно 100 Вт. Она сильно зависит от изменений между диодами и от температуры, но полностью подходит для защиты от чрезмерного потребления тока, например, от автомобильного аккумулятора 12В.
Цепь в целом питается от сетевого источника питания, который, как обычно, состоит из сетевого трансформатора (от 15 В до 18 В, не менее 50 мА), мостового выпрямителя и стабилизатора постоянного напряжения 15 В. C2 сглаживает выпрямленное постоянное напряжение, а C3 подавляет переходные процессы. Поскольку операционные усилители работают вблизи более низкого входного напряжения, для них требуется отрицательный источник питания. С этой целью стабилитрон D1 обеспечивает отрицательное напряжение питания примерно на 5 В ниже нижнего входного напряжения.
Поскольку не показан макет печатной платы для этой схемы, несколько слов о конструкции. Схема не представляет огромных технических трудностей, и для ее построения будет достаточно простой макетной платы. Полевой транзистор должен рассеивать мощность 85Вт в пиковых условиях, а тепло должно отводиться с помощью большого радиатора. В качестве альтернативы, FET может быть оснащен современным вентилятором от компьютерного процессора. Устройство предназначено для использования в любительских условиях или для лабораторных испытаний, а не для непрерывного использования (например, 24-часовые тесты).
Если требуется дополнительная тепловая защита для транзистора, можно установить тепловое реле (замыкающееся при 105 ° C). Если вы не хотите устанавливать вентилятор, но, тем не менее, хотите работать либо при высоких нагрузках, либо постоянно, вы можете подключить до пяти полевых транзисторов параллельно (например, типа BUZ344). Активная электронная нагрузка также хорошо работает с мощными транзисторами мощностью от 150 до 200 Вт, такими как MJ11016 в корпусе TO3, но не в параллельном включении и только при входных напряжениях выше 1В. R2 также играет свою роль в рассеивании мощности. Можно использовать резистор мощностью 15 Вт, расположенный на расстоянии нескольких миллиметров от поверхности печатной платы, или резистор мощностью 10 Вт в металлическом корпусе с радиатором.
Полевой транзистор, силовой резистор R2 и электролитический конденсатор С4 должны быть расположены рядом друг с другом в центре на задней стенке. Компоненты должны быть соединены толстым проводом. Управляющая электроника должна быть расположена непосредственно рядом с полевым транзистором, и, в частности, соединение между выходом управляющего операционного усилителя IC1.A и затвором полевого транзистора должно быть коротким.
Сетевое напряжение поступает через предохранитель, что позволяет избежать включения сетевого выключателя на передней панели. Светодиод D5 служит индикатором питания. Проверьте цепь еще раз, вставьте ее в корпус, проверьте проводку и убедитесь, что радиатор изолирован от полевого транзистора. Теперь цепь управления можно откалибровать. Снова включите устройство и подайте напряжение 10В на вход. Напряжение на контакте 13 микросхемы должно быть таким же, как и на контакте 12 (P3). На выходе IC1.D должно быть измерено напряжение 0,95 В, и мы хотим, чтобы ток через полевой транзистор был ограничен примерно 10 А.
Настройте P4, чтобы установить напряжение на выводе 5 до 200 мВ. Это соответствует току 10 А при 10 В (или 100 Вт). Вы обнаружите, что для настройки P3 и P4 требуется немного терпения. Регулировка P2 была описана выше. Теперь калибровка завершена: установите крышку на корпус, и устройство будет готово.