Конкурс начинающих радиолюбителей
“Моя радиолюбительская конструкция”

Здравствуйте уважаемые друзья и гости сайта!
Представляю вам первую конкурсную работу (четвёртого конкурса сайта) начинающего радиолюбителя Артура:

---

Источник питания

---

У любого, кто занимается изготовлением электронной аппаратуры, рано или поздно появляется необходимость приобрести собственный источник питания, который должен обладать следующими характеристиками:
• необходимый уровень напряжения на нагрузке;
• достаточный уровень тока, отдаваемый нагрузке;
• возможность регулирования значения тока;
• защита от короткого замыкания;
• наличие активной системы охлаждения;
• индикация значений напряжения и тока;
• компактность.
В первую очередь, конечно, следует обратить внимание на величину напряжения и защиту от короткого замыкания, потому что начинающий радиолюбитель навряд ли самостоятельно будет заниматься проектами, которые потребляют большой ток (выше полутора или двух ампер). Защита от короткого замыкания не только может спасти дорогостоящие, редкие, да и вообще любые «нежные» радиоэлементы, но и обезопасит электрическую сеть жилого помещения от возгорания со всеми вытекающими последствиями. Немаловажной функцией является наличие цифровой индикации тока и напряжения, так как аналоговые приборы имеют достаточно большие размеры, что мешает сохранению компактных габаритов устройства и имеет сложный профиль гнезд для крепления.
Система охлаждения должна обезопасить источник питания от перегрева при длительной работе, например, при зарядке аккумулятора. К слову сказать, этот процесс будет очень проблематичен без наличия регулятора тока. Ну и завершим наш план поиском доступного, легкого, вентилируемого и малогабаритного корпуса, в котором можно все это аккуратно разместить. Статья разбита на две части. В первой будет описана силовая часть устройства, а во второй – изготовление цифрового индикатора и оформление корпуса.

Часть 1.

После непродолжительных поисков была найдена схема источника питания, удовлетворяющая практически всем завяленным требования.
Она приведена на фотографии.На которой проставлены нужные напряжения.

Данный источник выдает в нагрузку ток до 3-х ампер, напряжение на выходе до 30-ти вольт, присутствует управление током и защита от короткого замыкания. Теперь можно покупать все необходимые элементы, «травить» плату и собирать устройство. Как и было обещано, схема заработала сразу же, печатная платая, приложенная к статье уже зеркально отражена, поэтому ее необходимо просто распечатать(после распечатки должна получиться 12,5см x 8,7см).

Список деталей
R1 = 2,2 KOhm 1W
R2 = 82 Ohm 1/4W
R3 = 220 Ohm 1/4W
R4 = 4,7 KOhm 1/4W
R5, R6, R13, R20, R21 = 10 KOhm 1/4W
R7 = 0,47 Ohm 5W
R8, R11 = 27 KOhm 1/4W
R9, R19 = 2,2 KOhm 1/4W
R10 = 270 KOhm 1/4W
R12, R18 = 56KOhm 1/4W
R14 = 1,5 KOhm 1/4W
R15, R16 = 1 KOhm 1/4W
R17 = 33 Ohm 1/4W
R22 = 3,9 KOhm 1/4W
RV1 = 100K trimmer 100k подстроечник
P1, P2 = 10KOhm linear pontesiometer
C1 = 3300 uF/50V electrolytic
C2, C3 = 47uF/50V electrolytic
C4 = 100nF polyester
C5 = 200nF polyester
C6 = 100pF ceramic
C7 = 10uF/50V electrolytic
C8 = 330pF ceramic
C9 = 100pF ceramic
D1, D2, D3, D4 = 1N5402,3,4 diode 2A – RAX GI837U – диодный мост 3 А 50В
D5, D6 = 1N4148
D7, D8 = 5,6V Zener – 1N5340BG, 1N4733A
D9, D10 = 1N4148
D11 = 1N4001 diode 1A
Q1 = BC548, NPN transistor or BC547
Q2 = 2N2219 NPN transistor (КТ928Б – кулибин)
Q3 = BC557, PNP transistor or BC327
Q4 = 2N3055 NPN power transistor (КТ819Г кулибин)
U1, U2, U3 = TL081, operational amplifier
D12 = LED diode 5 В
Расположение деталей

Так же рекомендую перед пайкой деталей проверять их на работоспособность. То есть, у резисторов обязательно проверить их сопротивление, электролитические конденсаторы проверить на отсутствие пробоев изоляции, транзисторы, диоды, светодиоды и стабилитроны на сохранность всех p-n переходов, переменные резисторы на отсутствие обломов (если они проволочные). Ну а с пленочными и керамическими конденсаторами ничего не поделаешь (разве что проверить на те же пробои). Методику проверки при необходимости оставлю в комментариях. Процесс проверки элементов достаточно долгий, но поверьте, это избавит Вас от колоссальной потери времени на поиск неисправностей. После того, как элементы проверены и отформованы под отверстия, можно приступать к пайке.
Несколько слов о питающем трансформаторе. В оригинале говорится, что устройство питается от вторичной 24-х вольтовой обмотки. Собранный мною источник работает от 18 вольт. К выбору трансформатора питания необходимо подходить, руководствуясь двумя основными критериями: наличие вторичной обмотки, которая способна отдавать в нагрузку ток до 3х ампер и напряжение питания до 24 В, дополнительным условием будет еще одна вторичная обмотка на напряжение 8-12 вольт. Она необходима для питания цифрового блока индикации, речь о котором пойдет ниже, снимаемый с нее ток не будет превышать 200 миллиампер. Используемый в моем устройстве трансформатор не имел ни второй вторичной обмотки, ни места, где бы ее можно было намотать, поэтому пришлось выкручиваться подручными средствами, о которых я расскажу во второй части статьи.
Фотография собранной платы

Итак, давайте подведем промежуточный итог. Мы собираем источник питания. Определились со схемой, подобрали все необходимые элементы или их аналоги, проверили и отформовали их. Так же на этом этапе необходим подходящий трансформатор питания. После сборки и проверки собранного устройства сразу возникает вопрос: «куда бы все это дело упаковать?». Я остановился на компьютерном блоке питания. Металлический корпус компактен, хорошо вентилируется, имеет «встроенный» вентилятор и при качественном заземлении удовлетворяет требованиям безопасности. Осталось разместить плату (лист текстолита должен быть несколько больше, чтобы можно было закрепить нашу плату к корпусу на штатные крепления) и трансформатор. Это можно выполнить только при наличии небольшого трансформатора, поэтому будьте внимательнее при подборе корпуса.
Мне очень повезло и все уместилось без проблем.
Что, собственно, и изображено на фотографии.

После того, как размещены внутренности прибора, поговорим об элементах, которые будут крепиться на передней панели устройства. Для более удобной разборки необходимо, что длина проводов, которыми подключаются выводы клемм питания, регуляторов тока и напряжения, светодиода, имели достаточную длину, чтобы панель можно было без проблем ставить рядом с устройством и работать с его начинкой. Так как при изготовлении устройства использовался нерабочий компьютерный блок питания, то для выносных элементов были применены провода из основной питающей шины, которая должна подключатся непосредственно к материнской плате. Длина этих проводов оказалась вполне подходящей.

Панель не должна затруднять доступ к основной части блока питания. Хочу обратить Ваше внимание на нехитрое приспособление, идея которого пришла во время очередной разборки устройства. Когда мы зажимаем оголенный конец провода болтовым соединением, жилы провода со временем перетираются или ломаются, даже если они были облужены оловом, поэтому выводы питания были припаяны к пластинке текстолита, которая разделена на две части. В ней сделаны отверстия для клемм питания. Изготовление этого приспособления займет не более получаса и избавит от таких проблем, как отвинчивание клемм (если использовать контршайбы при закреплении), облом проводов.
Пробный вариант представлен на фотографии.

Рисунок печатной платы, предоставленный автором, к сожалению не предусматривает установки радиатора охлаждения на схему, поэтому при наличии любого радиатора необходимо попробовать его установить так, чтобы продольные грани были перпендикулярны потоку воздуха, который будет перегонять вентилятор, это обеспечит наилучше охлаждение транзистора Q4, который обладает самой высокой степенью нагрева во всем источнике питания. На этом первая часть статьи закончена.

Часть 2.

Некоторое время (около месяца) источник так и лежал в металлическом ящике. Каждый раз приходилось пользоваться мультиметром для выставления необходимого напряжения. Поэтому пришла закономерная мысль: «здесь необходим какой-нибудь индикатор». Мы сразу встаем перед выбором между аналоговыми и цифровыми приборами. Недостатки аналоговых приборов были описаны выше, кроме которых добавился нестандартный предел измерения. В магазинах присутствуют приборы с пределами измерения до 1го или 5ти ампер, что очень сильно снижает точность измерения, если стрелка прибора находится в начале шкалы. Поэтому выбор пал на цифровой измеритель.
В результате поисков была найдена схема, приведенная на рисунке

Данная схема обладает минимальным количеством элементов, присутствует возможность подключить вентилятор с регулируемым порогом включения, питание схемы может осуществляться от источников напряжения до 24х вольт.
Была изготовлена печатная плата, изображенная на фотографии.

Подготовлены элементы и заказан дисплей.
Так как места в корпусе очень мало, то выбор пал на smd элементы. Как оказалось, работать с ними достаточно удобно и устройства получаются намного компактнее. Необходимо так же рассказать о дисплее. В магазинах Омска двухстрочный дисплей стоит порядка 400-450 рублей, за эти деньги можно купить не самый плохой мультиметр, поэтому такой вариант был отброшен сразу. Вместо этого был найден подходящий дисплей на одном из китайских магазинов-аукционов (если администрация сайта не против, в комментариях расскажу подробнее). Главное требование, чтобы ЖК-модуль был построен на контроллере HD44780. Мне данное изделие обошлось чуть дороже 100 рублей.
Полностью собранный ампервольтметр представлен на фотографии.

Остается только два вопроса: питание ампервольтметра и калибровка показаний. Начнем с питания. В идеале его необходимо организовать так: мотаем вторую вторичную обмотку (если ее нет на трансформаторе) на напряжение 12-24 вольта, ставим диодный мост, конденсаторы фильтра и подключаемся ко входу стабилизатора напряжения 7812. Когда я попробовал так сделать, у меня сгорел микроконтроллер (виной всему стал ток заряда конденсатора на 1000мкФ). Ошибка, скорее всего, была в том, что конденсатор я поставил непосредственно на плату с микроконтроллером (на рисунке 8 видны оставшиеся отверстия). Так же я использовал не дополнительную обмотку трансформатора, а отвод от средней точки. Такое подключение не только навредило микроконтроллеру, но так же снизило максимальное напряжение на выходе блока питания. Так как на трансформаторе абсолютно не было места, где можно было намотать еще одну обмотку, то я решил взять плату питания из попавшейся под руку зарядки непонятно от чего, которая имела на выходе 10 вольт. Стоимость этого зарядочного устройства находится в пределах 60 рублей.
Получившуюся конструкцию можно увидеть на фотографии.

Ампервольтметр закреплен на небольшом листе текстолита при помощи зажимов, сделанных из жести(подойдет любая консервная банка). Очень важно изолировать печатную плату от деталей применяемых для крепления. Это можно сделать с помощью электроизоляционной пленки, которая применять в компьютерных источниках питания, или же электрокартона.

Перейти на страницу для настройки цифрового измерителя

Наиболее точных показаний вольтметра можно добиться выставлением значения Vadj для нескольких начальных точек и конечных. Буквально за 5 минут погрешность показаний была сведена до 0,03вольта, по сравнению с мультиметром. Показания амперметра выставляются при регулировке значения сопротивления шунта. Так же в меню можно выставить значение мощности на выходе, при которой будет включаться вентилятор.

После того, как с настройкой покончено, можно приступать к изготовлению лицевой панели и окончательной сборке устройства. Панель была нарисована в программе FrontDesigner 3.0. Изображение распечатывается на обычном принтере, ламинируется (лучше использовать пленку для горячего ламинирования, она продается во многих крупных канцелярских магазинах), приклеивается на двухсторонний скотч и окончательным этапом будет подгонка отверстий.
Пример готовой конструкции приведен на фотографии.

Не нужно пугаться процесса ламинирования. Все гораздо проще, чем кажется. Покупаем пленку, вырезаем из нее лист необходимого размера, кладем вырезанный шаблон между листами пленки, накрываем хлопковой тканью и в течении 1-1.5 минут гладим утюгом в режиме SILK или WOOL.
Фотография готового устройства.

Уважаемые радиолюбители!
Голосуйте на форуме сайта за понравившуюся конструкцию начинающего радиолюбителя!
Перейти на страницу форума для голосования

---

---