Od teraz zasilanie diod LED czy silników może stać się prostsze, bo opisany poniżej układ pozwoli stworzyć zasilacz stałoprądowy, który spełni oczekiwania większości użytkowników, w oparciu o nieśmiertelny układ NE555. I choć może układ nie jest tak wydajny jak komercyjne przetwornice, pozwoli na poznanie budowy tego typu zasilaczy i zaoszczędzenie pieniędzy na budowie urządzenia.
Diagram blokowy urządzenia można zobaczyć poniżej.
Celem stworzenia projektu było sprawdzenie, czy na zwykłej płytce stykowej da zbudować się zasilacz stałoprądowy ze sterowaniem impulsami o modulowanej szerokości tak, aby osiągnąć jak najlepszą wydajność. Ponadto ważnym aspektem była łatwość obsługi – urządzenie, bez żadnych regulacji, zaraz po podaniu zasilania powinno zasilać odbiornik stałym, wcześniej określonym prądem.
Specyfikacja zasilacza jest następująca:
Zasilanie: -15, 0 i 15V
Częstotliwość pracy generatora astabilnego: 60 kHz
Czas trwania stanu niskiego generatora astabilnego: 16 µs
Czas trwania stanu wysokiego generatora astabilnego: 0,7 µs
Okres impulsów generatora monostabilnego: 8 µs (połowa okresu dla generatora astabilnego)
Napięcie odniesienia: 2 mV
Prąd wyjściowy: 2 mA
Cykl działania urządzenia:
1. Generator astabilny zaczyna generować impulsy po podłączeniu do zasilania.
2. Opadające zbocze impulsu wyzwala generator monostabilny.
3. Na wyjściu generatora monostabilnego pojawi się stan wysoki na określony okres; okres ten jest modulowany przez wzmacniacz różnicowy.
4. Tranzystor wprowadzony jest w stan przewodzenia, prąd płynie.
5. Następuje wygładzenie napięcia na wyjściu za pomocą filtru LC w układzie regulacji prądu.
6. Obciążenie zostaje załączone.
7. Obciążenie pobiera zbyt dużo prądu.
8. Wzmacniacz różnicowy wykrywa pobór prądu, co powoduje zmianę wartości na wyjściu wzmacniacza.
9. Okres impulsów generatora monostabilnego maleje.
10. Tranzystor kluczujący przełącza się mniej razy w jednostce czasu.
11. Napięcie na wyjściu spada, przez obciążenie płynie mniejszy prąd.
12. Wartość na wyjściu wzmacniacza różnicowego rośnie.
13. Okres impulsów generatora monostabilnego maleje i cykl powtarza się od punktu 3.
Pierwszy „stopień” urządzenia stanowi generator astabilny na układzie 555 (schemat powyżej). Stopień ten nie posiada żadnych wejść i rozpoczyna pracę po podłączeniu zasilania, impulsy generowane na wyprowadzeniu 3 (wyjściu) układu 555 podawane są do generatora monostabilnego. Generator wymaga regulacji pracy za pomocą potencjometru – przy pomocy oscyloskopu należy ustawić szerokość impulsu na 16 µs.
Częstotliwość pracy generatora została ustalona na 60 kHz, co zapewnia sprawną regulację wartości prądu i pozwala na jego szybkie ustalenie, a jednocześnie nie powoduje błędów pracy generatora monostabilnego. Wartości elementów wyliczono na postawie równania f = 1,44/(R1+2R2)C. Dla szukanej częstotliwości wartość potencjometru powinna być więc ustalona na 22 kΩ. Cały impuls trwa 16,7 µs, przy czym stan wysoki trwa przez 16 us, a niski – przez 0,7 µs.
Drugim stopniem układu jest generator monostabilny, również oparty o układ 555. Wyzwalany jest on impulsami z generatora astabilnego, a szerokość impulsu jest modulowana na podstawie wartości na wyjściu wzmacniacza różnicowego. Pozwala to na właściwe kluczowanie tranzystora i regulację prądu. Generator należy wyregulować potencjometrem tak, aby szerokość impulsu wynosiła 8 us. Przebieg na wyjściu generatorów astabilnego (nieb.) i monostabilnego (czerw.) powinien przypominać ten na powyższym oscylogramie.
Szerokość impulsu została ustalona na 8 µs, co implikuje zastosowanie kondensatora 1 nF i rezystancji 7,2 kΩ, zgodnie z równaniem P = 1,1RC.
Jako tranzystor kluczujący pracuje MOSFET 2N7000, sterowany impulsami z generatora monostabilnego.
Impulsy kluczujące podawane są na układ regulacji prądu, do którego wyjścia przyłączone jest obciążenie i wzmacniacz różnicowy. Układ zawiera filtr LC, wygładzający generowane napięcie. Rezystor połączony szeregowo z obciążeniem stanowi element odniesienia. W układzie należy zastosować szybką diodę.
Ostatnim stopniem jest wzmacniacz różnicowy, oparty o układ LM311. Wzmacniacz odpowiada za dobór właściwej szerokości impulsu w stopniu generatora monostabilnego. Wzmacniacz porównuje napięcia podawane na jego wejścia i na wyjście przekazuje ich różnicę – na jedno wejście podawane jest napięcie odniesienia, na drugie – wartość odpowiadająca spadkowi napięcia na obciążeniu. Jeśli spadek napięcia na rezystorze odniesienia w układzie regulacji prądu jest większy niż napięcie odniesienia, na wyjściu wzmacniacza pojawi stan niski, w odwrotnej sytuacji – napięcie wyższe od zera. Pozwala to na właściwe wysterowanie generatora monostabilnego.
Schemat ogólny całego urządzenia pokazano poniżej.
Po podłączeniu zasilania urządzenie powinno działać od razu – wymagana jest jedynie regulacja pracy generatorów i wartości prądu za pomocą potencjometru w stopniu wzmacniacza różnicowego – w tym celu należy włączyć szeregowo do obciążenia amperomierz.
Na stronie źródłowej można znaleźć szerszy opis działania każdego ze stopni, wraz z odpowiednimi obliczeniami.
Fajne? Ranking DIY
