Как сделать простой тестер для стабилитронов из готовых китайских модулей
В связи с появлением малогабаритных дешевых вольтметров в наше время, появилась возможность самостоятельно изготавливать различные приборы, устройства, пробники, чтобы контролировать разные величины. На основе такого вольтметра можно самостоятельно изготовить устройство которое будет проверять как стабилитроны на номинальное напряжение стабилизации, так и интегральные стабилизаторы напряжения с фиксированным выходным напряжением. Также можно проверять светодиоды на исправность.
Схема этого устройства довольна проста, и состоит в основном из готовых модулей вольтметра который способен измерять напряжение до 30 вольт как в моем случае, повышающий DC DC преобразователь, LI-ion аккумулятор от старого сотового телефона, трех резисторов зажимной колодки и пару выключателей.
Понадобится
- Контроллер зарядки TP4056 — http://ali.
pub/5bec2y - Повышающий преобразователь XL6009 — http://ali.pub/5bec4w
- Встраиваемый вольтметр — http://ali.pub/5becc3
- Аккумулятор 18650 — http://ali.pub/5becfz
- Колодка для быстрого подключения — http://ali.pub/5bebz9
pub/5bec2yСхема устройства:
На входе имеется источник питания состоящий из LI-ion аккумулятора от сотового телефона с рабочим напряжением 3.7 вольта с платой зарядки на TP4056, можно и поставить аккумулятор формата 18650. Далее напряжение поступает на вход повышающего DC-DC преобразователя и повышается до 30 вольт, с преобразователя напряжение уже поступает на схему устройства.
Резистор R1 служит для питания вольтметра я его подобрал таким образом чтобы, питание вольтметра было около 12-14 вольт. Резистор R2 и R3 токо ограничивающий желательно поставить помощнее 1-2 вата. Переключатель S1 служит для включения и выключение устройства, ставится он в разрыв цепи не посредственно перед преобразователем, чтобы во время простоя он не потреблял лишнюю энергию от аккумулятора, переключатель S2 служит для переключения режима рода работ, первый для проверки стабилитронов и светодиодов второй для интегральных микросхем.
Обратите внимание вольтметр имеет три провода красный желтый и черный на схеме указана правильность их подключения. Не обязательно ставить именно такой цифровой, можно и обойтись любым стрелочным вольтметром на постоянное напряжение 30 вольт, тогда потребность в питании отпадает и участок цепи с резистором R1 можно исключить из схемы.
Теперь посмотрим как работает данный тестер:
Возьмем несколько советских и импортных стабилитронов, вставляем согласно схеме в колодку и смотрим результаты вольтметр покажет нам на какое напряжение стабилизации рассчитан стабилитрон.
Далее проверим несколько светодиодов, для проверки используем все тот же режим и вольтметр нам покажет падение напряжения на диоде и соответственно мы увидим что светодиод исправно светит.
Теперь давайте проверим интегральные микросхемы в моих запасах есть как импортные так и СССР.
проверяемую микросхему вставляем в нижний ряд контактов зажимной колодки первые три контакта. переключаем режим работы и вольтметр покажет нам на какое фиксированное напряжение рассчитана микросхема.
Устройство смонтировано на макетной плате, все модули зафиксированы на термо клей. В итоге мы получили прибор три в одном, который будет всегда под рукой не большой по габаритам, не требующий наладки, не содержит дорогих или дефицитных компонентов. Особенно будет полезен тем, кто часто занимается построением или ремонтом блоков питания или стабилизаторов напряжения.
Смотрите видео
ПРОБНИК ДЛЯ ПРОВЕРКИ СТАБИЛИТРОНОВ
Долгое время использовал такой пробник стабилитронов. У него только один единственный недостаток – необходимо наличие стационарной телефонной линии, ибо питается он от неё, от её 50 вольт с уникальным током в 20 миллиампер. Очевидно, что напряжение линии покрывает всю обозримую линейку вольтажа применяющихся в практике радиолюбителей стабилитронов.
Но вот телефона не стало, а потребность в измерениях осталась, пришлось делать новый пробник, схема при этом подверглась изменениям только в плане количества задействованных электронных компонентов, причём в сторону уменьшения. Питание пробника будет осуществляться от лабораторного БП с регулируемым выходным напряжением 0 – 30 вольт.
В набор необходимого для изготовления входят:
- конденсатор на 22 нФ, резистор 2,4 МОм / 0,5 Вт, резистор 10 кОм / 2 Вт
- две крышки и горлышко от любой подходящей пластиковой ёмкости
- пара соединительных контактов, пара сетевых штырей и гайки с винтами М4
В крышках шилом протыкаются отверстия, в одной на расстоянии 19 мм друг от друга и в них устанавливаются штыри, в другой на произвольном расстоянии для соединительных контактов. Электронные компоненты соединяются между собой пайкой (смотрите на фото и схему).
Компонентная сборка устанавливается по месту, крепиться при помощи гаек.
Одна из крышек закручивается по резьбе, втора надевается «в натяг» на противоположную сторону горлышка (получается подобие защёлки, надо только правильно подрезать края – «поймать» необходимый диаметр). И не забываем организовать подвод питания.
На верхнюю крышку корпуса готового пробника ставим информационные наклейки и им можно пользоваться. Схема пробника и метод проверены пятью годами эксплуатации. Это именно тот случай, когда изделие характеризуют поговоркой «и дёшево и сердито». Время необходимое на его изготовление составляет не более часа.
Порядок пользования пробником следующий: пробник вставляется штырями в соответствующие гнёзда мультиметра, предел измерения выбирается «20» или «200» вольт постоянного тока в зависимости от ожидаемого напряжения стабилизации стабилитрона. Далее идёт подключение к источнику постоянного тока, лучший вариант блок питания с регулировкой выходного напряжения от нуля и током до 1 ампера. Правильно ставим на контакты тестируемый стабилитрон, не спеша увеличиваем выходное напряжение и смотрим на дисплей мультиметра.
Там и увидим напряжение стабилизации интересующего нас стабилитрона. Но всё получиться, даже если и нет регулируемого блока питания, можно использовать обычные батарейки, подключая их последовательно до достижения необходимого напряжения.
Из пользовательского опыта: контакты для установки проверяемого стабилитрона не должны быть короткими, зато должны иметь возможность поворота вокруг своей оси, это даст удобство тестирования деталей, как с короткими выводами, так и с длинными. А если на верхнем ребре сделать парные пропилы, то отпадёт необходимость удержания электронного компонента при его проверке. Пробник собирал Babay iz Barnaula.
- Тестер стабилитронов и диодов
- Проверка стабилитронов на большое напряжение
Форум
Точный и простой в использовании тестер стабилитронов
— Реклама —
Прокомментируйте ошибки или исправления, найденные для этой схемы, и получите шанс выиграть по-крупному! Диод Зенера представляет собой кремниевый полупроводниковый прибор, который позволяет току течь в прямом или обратном направлении.
Диод состоит из специального, сильно легированного p-n перехода, предназначенного для проведения в обратном направлении при достижении определенного заданного напряжения. Стабилитрон имеет четко определенное обратное напряжение пробоя, при котором он начинает проводить ток и продолжает работать непрерывно в режиме обратного смещения, не повреждаясь. Кроме того, падение напряжения на диоде остается постоянным в широком диапазоне напряжений, что делает стабилитроны подходящими для использования в стабилитронах.
Большинство научно-исследовательских учреждений, учебных заведений и промышленных предприятий не могут тестировать стабилитроны и обычные диоды Этот самодельный тестер стабилитронов можно использовать для проверки работоспособности стабилитронов и обычных диодов. Этот прибор разработан с разрешением 0,01 В, поэтому полезно найти согласованные пары стабилитронов в некоторых критических цепях, для которых требуются согласованные пары стабилитронов.
Схема разработана на микросхеме микроконтроллера ATMEGA328.
Цепь и работа
Рис. 1— Реклама —
На рис. 1 показана блок-схема проекта. В конструкции предусмотрено пять секций: – блок формирования сигнала, микроконтроллер, силовая часть, блок управления мощностью и индикации.
Подробное описание компонентов и модулей каждой секции в соответствии с принципиальной схемой приведено ниже:
Рис. 2- Секция питания: Секция питания обеспечивает необходимое напряжение питания для бесперебойной работы цепей. Трансформатор ТР1. Преобразует питание 230 В переменного тока в 36 В переменного тока. Мостовой выпрямитель (BR1) преобразует переменный ток в постоянный. C3, C4, C5 и R7 подключены как фильтр π. Конденсатор С5 подключен параллельно выходу DC-DC преобразователя в качестве дополнительного фильтра.
- Секция управления питанием: Эта секция в основном имеет два реле RL1 и RL2, транзисторы Q1, Q2, диоды D3, D4 и резисторы R9, R10. Этот RL1 и связанная с ним схема предназначены для включения питания секции формирования сигнала только тогда, когда тестовый переключатель нажат. RL2 и связанные с ним схемы будут переключать напряжение питания испытательного щупа после заданной задержки в соответствии с программным обеспечением.
- Блок формирования сигнала: Блок преобразования сигнала преобразует напряжение стабилитрона в безопасный уровень для измерения с помощью Arduino. Эта часть схемы состоит из одного операционного усилителя (U1), подстроечного потенциометра (RV1) и резисторов с R1 по R7. Резисторы и переменный резистор подключены к операционному усилителю как делители потенциала. В этом разделе падение напряжения на тестируемом диоде преобразуется в линейный коэффициент от 0 до 5 В. Операционный усилитель подключается как повторитель напряжения и будет использоваться для получения максимального линейного выходного напряжения за счет использования характеристик высокого входного импеданса операционного усилителя.
- Контроллер Единица измерения:
- Блок дисплея: ЖК-дисплей (LCD1) представляет собой буквенно-цифровой ЖК-дисплей 20X4, на котором отображаются все инструкции по тестированию и результаты тестирования. Регулятор RV2 можно использовать для регулировки контрастности ЖК-дисплея.
Эта часть схемы состоит из одного операционного усилителя (U1), подстроечного потенциометра (RV1) и резисторов с R1 по R7. Резисторы и переменный резистор подключены к операционному усилителю как делители потенциала. В этом разделе падение напряжения на тестируемом диоде преобразуется в линейный коэффициент от 0 до 5 В. Операционный усилитель подключается как повторитель напряжения и будет использоваться для получения максимального линейного выходного напряжения за счет использования характеристик высокого входного импеданса операционного усилителя.
В этом разделе есть несколько компонентов, подключенных к U2 для работы в качестве автономного Arduino. Резистор R8 используется для подачи питания на сброс. Кристалл CR1 Конденсаторы C1 и C2 являются схемами генератора. C6 и C7 предназначены для конденсаторов фильтра и должны быть подключены как можно ближе к контактам питания контроллера.Назначение диодов D3 и D4, которые подключены параллельно к катушке реле (диод маховика или диод свободного хода), состоит в том, чтобы избежать повреждения некоторых соседних компонентов, чувствительных к высокому напряжению. Это напряжение генерируется в катушке, когда ток прерывается. Переключатель-S2 подключается к контроллеру для запуска теста.
ИУ подключается параллельно R4 делителя потенциала R3 и R4.
Падение напряжения на ИУ подключено к неинвертирующему входу повторителя напряжения, на выходе будет напряжение. Максимальное выходное напряжение ограничено от 0 до 5 В для входного напряжения от 0 до 36 В. Этот формирователь сигналов подключен к микроконтроллеру ADC (A0). Контроллер измеряет вход АЦП и отображает сформированные данные. При включении устройство сканирует состояние тестового переключателя, и на ЖК-дисплее отображаются необходимые инструкции. Кратковременное нажатие кнопки тестирования запускает основную программу тестирования. Сначала система измерит падение напряжения на ИУ, и данные будут сохранены. Через две секунды сработает реле RL2, чтобы изменить полярность измерительных проводов и измерить падение напряжения. Система обработает оба данных и отобразит результаты проверки в виде типа диода, прямого напряжения, обратного напряжения и результата (исправен/неисправен). После завершения теста питание измерительного провода автоматически отключится, и прибор вернется в режим ожидания.
Программное обеспечение
Программное обеспечение написано на языке Arduino «C». Работа программного обеспечения хорошо объяснена в самой программе. Специальные библиотеки, используемые в программном обеспечении, такие как LiquidcystalI2C.h. Процесс установки сторонних заголовочных файлов доступен на www.arduino.cc.
Конструирование и тестирование
Загрузить файл Исходный скетч для компиляции с помощью Arduino IDE. Подключите Arduino UNO к ПК, выберите правильный порт и плату. Загрузите скетч. Убедитесь, что Sketch скомпилирован без ошибок. Для получения дополнительных разъяснений посетите сайт www.arduino.cc.
Соберите все компоненты на печатной плате, как показано на схеме печатной платы. Выполните все подключения по схеме. Перепроверьте на наличие неправильных соединений. Удалите запрограммированную микросхему ATMEGA328 из Arduino и вставьте ее в гнездо микросхемы.
Перед установкой убедитесь в правильной ориентации микросхемы, неправильная ориентация повредит микросхему.
Включите источник питания 230 В, включите переключатель SW1, ЖК-дисплей загорится, и на ЖК-дисплее отобразятся приветственные сообщения, как написано в программном обеспечении. Если нет, отрегулируйте RV2, чтобы установить контрастность ЖК-дисплея. Подсоедините обычный диод к измерительным проводам и нажмите кнопку проверки. Система будет измерять прямое и обратное напряжения. Окончательный результат будет отображаться на ЖК-экране. Система вернется в режим ожидания через несколько секунд, как указано в программном обеспечении.
Список компонентов
| Резисторы | Конденсаторы |
C1,C2 – 22 пФ – керамический диск | |
| Интегральные схемы | Диод |
U1- LM 358 | |
| Переключатель | Терминал |
SW1 — переключатель SPST | J1-J2: контрольные точки |
| Транзистор | Разное |
Q1,Q2 – БК 548 | X1- 16 МГц кристалл, |
| Реле | |
| RL1, RL2 5V DPDT Монтаж на печатную плату |
5W\nRV1 2k Square TRIMPOT\nRV2 10K Square TRIMPOT"}»>
1V Zener Diode\nD3, D4- 1N4007"}»>
3 Соберите один исправный обычный диод и стабилитрон на 27В. Подключите резистор 10 кОм последовательно с обычным диодом, как показано на рис. 3 (а), медленно увеличивайте напряжение, чтобы получить стабильное напряжение на диоде. Измерьте прямое падение напряжения на диоде. Измерьте падение напряжения с помощью калиброванного мультиметра. Запишите показания. Подключите резистор 10 кОм последовательно со стабилитроном на 27 В, как показано на рис. 3(b), медленно увеличивайте напряжение, чтобы получить стабильное напряжение на диоде. Измерьте прямое падение напряжения на стабилитроне, поменяйте полярность источника постоянного тока, как показано на рисунке. на рис. 3(c) и повторите процесс. Измерьте обратное падение напряжения с помощью калиброванного мультиметра. Запишите показания. Подсоедините диод к измерительным проводам и нажмите SW2. Запишите прямое падение напряжения. Подключите стабилитрон 27 В к измерительным проводам и повторите процесс, запишите оба показания. Сравните отображаемые показания (прямое падение напряжения на диоде, прямое и обратное напряжение на стабилитроне) с записанными показаниями.
Если отображаемое напряжение совпадает с зарегистрированным напряжением, калибровка не требуется. В противном случае медленно отрегулируйте RV1 и повторите тест, чтобы получить удовлетворительные показания.
Примечание
Вся схема успешно смоделирована в proteus design suit, и результаты признаны удовлетворительными. Скриншоты моделирования различных диодов показаны ниже Журнал Nuts & Volts
» Перейти к дополнительным материалам
Когда я выбираю стабилитрон из своего шкафа с деталями, я всегда хочу проверить его напряжение пробоя, прежде чем использовать его в проекте — просто чтобы убедиться, что в ящике моего шкафа не было путаницы. Эту процедуру нужно повторять при закладывании неиспользуемых диодов обратно в мой шкаф, либо при переборе среди кучи диодов, подобранных мною на лишней розетке.
Настройка источника питания и вольтметра, выбор последовательного резистора для ограничения тока и измерение напряжения для каждого диода занимает много времени.
Альтернативы, такие как считывание номера детали и его поиск, или настройка трассировщика кривых, ничуть не быстрее. Множество ошибок, сгоревших диодов и поврежденных проектов убедили меня, что должен быть лучший способ. Во время экспериментов с автоколебательными импульсными источниками питания для другого приложения меня осенило, что эта технология была ответом на мою проблему.
Тестер, описанный в этой статье, представляет собой простую двухтранзисторную схему, работающую от батареи 9В, которая тестирует стабилитроны с напряжением пробоя до 52 вольт. Для построения, тестирования и использования схемы не требуется ничего, кроме мультиметра. Его конструкция с трансформаторной связью автоматически регулирует выходное напряжение в соответствии с напряжением тестируемого стабилитрона, в то же время регулируя ток диода для сохранения относительно постоянной мощности диода во всем диапазоне измерений.
Нет необходимости выбирать токоограничивающий резистор. Просто подключите вольтметр к диоду и измерьте его напряжение пробоя при постоянном и безопасном уровне мощности.
Схема также будет безопасно тестировать светодиоды, в том числе белые светодиоды, которые мультиметры не могут проверить, и другие низковольтные диоды в их прямом направлении, а также MOV (металлооксидные варисторы) и другие защитные устройства с более высоким напряжением пробоя.
Подключение внешнего источника питания к тестеру также позволяет легко тестировать устройства, выходящие из строя при напряжении значительно выше 50 В. Со всеми моими проектами и многочисленными неизвестными устройствами, разбросанными по моему магазину, этот зенеровский тестер оказался наиболее часто используемым оборудованием на моем рабочем столе!
Справочная информация о стабилитронах
Если вы не знакомы со стабилитронами, вам будет уместно введение. Зенеры настолько полезны, что должны быть в коллекции компонентов каждого экспериментатора. Стабилитрон — это специализированный кремниевый диод, который в прямом направлении выглядит как обычный кремниевый диод. Однако в направлении обратного напряжения он демонстрирует низкий ток утечки, как и обычный диод, пока не будет достигнуто напряжение — так называемое «напряжение стабилитрона».
В этот момент он резко демонстрирует контролируемое постоянное напряжение пробоя, несмотря на увеличение тока.
Все диоды начинают сильно проводить ток при некотором напряжении в обратном направлении, но во избежание повреждения они работают значительно ниже этого напряжения пробоя. С другой стороны, стабилитроны предназначены для работы в области их пробоя, и этот пробой тщательно спроектирован для определенных напряжений. Например, семейство стабилитронов от 1N4728 до 1N4764 включает напряжения пробоя от 3,3 В до 100 В с 37 ступенями — гораздо более широкий диапазон, чем у обычных трехвыводных ИС-регуляторов с фиксированным напряжением. Эти диоды также могут быть соединены последовательно для достижения практически любого желаемого напряжения, а разные семейства диодов имеют различную номинальную мощность от 200 мВт до более 10 Вт.
Стабилитроны обычно используются в качестве регуляторов напряжения, эталонов опорного напряжения для конструкций операционных усилителей и в качестве устройств защиты компонентов от перенапряжения.
Такие приложения, как драйверы реле или соленоидов, а также импульсные источники питания, подобные описанному в этой статье, обычно используют стабилитроны для защиты (например, D2 в , рис. 1, ).
РИСУНОК 1. Схема тестера .
Они также находят применение (вместо простого последовательного резистора) для понижения одного напряжения до более низкого напряжения и для ограничения формы сигналов переменного напряжения. Они даже используются в качестве генераторов шума в радиочастотных импедансных мостах. Лучше всего — особенно для экспериментаторов с ограниченным бюджетом — типичные маломощные стабилитроны стоят всего несколько копеек каждый.
Тестер зенеровских диодов
Проверяемый диод подключается между красной и желтой клеммами, и напряжение на этих клеммах считывается при нажатии кнопки для проверки. Подключение амперметра между желтой и черной клеммами позволяет при желании измерять ток во время тестирования, или замена амперметра внешним источником питания позволяет расширить диапазон тестера до значительно более 52 вольт.
Мигающий красный светодиод указывает на наличие напряжения на тестовых клеммах. Желтый светодиод указывает на то, что выходное напряжение находится на пределе 55 В. Когда диод отсутствует или стабилитрон имеет напряжение пробоя выше 55 В, этот светодиод горит. Светодиод также указывает на правильное функционирование внутренней цепи при первоначальном тестировании и служит напоминанием о том, что на выходных клеммах присутствует потенциально опасное напряжение. Когда тестовый переключатель отпускается, выход быстро разряжается до нуля вольт в целях безопасности.
Внутренняя схема тестера легко модифицируется и моделируется для изменения диапазона напряжения или для использования в других приложениях. Эти модификации и моделирование обсуждаются далее в этой статье.
Описание схемы и работа
Схема тестера показана на рис. 1 . Ключом к простоте эксплуатации и сборки является использование трансформатора T1, который легко доступен у нескольких дистрибьюторов и предназначен для использования в небольших импульсных источниках питания.
T1 имеет шесть независимых и идентичных поляризованных обмоток, четыре из которых используются в тестере: T1-L1 является «первичной», управляющей обмоткой «обратной связи», T1-L4, и хранящей энергию в магнитном поле трансформатора; затем T1-L2 и T1-L3 соединяются последовательно, образуя «вторичку», разряжая накопленную магнитную энергию в тестируемый диод (ИУ).
Некоторые из вас узнают эту базовую схему как простой «блокирующий генератор», который широко использовался с электронными лампами для радиолокационных приложений во время Второй мировой войны, а позже был принят в качестве транзисторной конфигурации для первого поколения твердотельных импульсных источников питания. В области источников питания это теперь называется «обратноходовой схемой», возвращаясь к схемам горизонтального вывода на основе ЭЛТ / телевизора, использующим эту топологию, или часто упоминается как «повышающая» схема. Это просто, работает со многими различными транзисторами и не требует специализированных интегральных схем.
S1 — однополюсный кнопочный переключатель мгновенного действия. Пока S1 не нажат, батарея 9 В отключена от цепи, а конденсатор выходного фильтра C4 разряжается через R8. Перемещение S1 в положение ON или TEST отключает R8 от выхода и подает 9 В на первичную обмотку T1-L1 и на пусковой резистор R2. Он также включает светодиод 1 — мигающий красный светодиод, который указывает пользователю, что цепь находится под напряжением и на выходных клеммах имеется потенциально опасное напряжение.
Пусковой ток протекает через резисторы R2 (и R4), открывая управляющий транзистор Q1. Когда Q1 включается, он притягивает контакт 1 T1 к земле, что, в свою очередь, вызывает повышение напряжения на обмотке обратной связи T1/T1-L4 от земли до +9 В, поскольку соотношение витков двух обмоток равно 1: 1. Повышение напряжения на T1-L4 передается на базу Q1 через C3, D1 и R3. Этот ток добавляется к току через резистор R2, дополнительно включая Q1 и быстро приводя его к насыщению.
В состоянии насыщения напряжение на Q1 составляет несколько десятых вольта и почти полное 9Напряжение батареи V находится между T1-L1.
Теперь ток через T1-L1 и R6 начинает увеличиваться, накапливая магнитную энергию в сердечнике. Через D3 ток не течет, так как он смещен в обратном направлении в течение этой части цикла колебаний.
Когда падение напряжения на R6 превышает 0,7 В, «дроссельный» транзистор Q2 начинает открываться и шунтирует ток базы Q1 на землю, заставляя Q1 выйти из состояния насыщения и напряжение на коллекторе Q1 возрастет . Это действие снижает напряжение на T1-L1, что, соответственно, снижает напряжение на обмотке обратной связи T1-L4, дополнительно уменьшая базовый привод до Q1 и быстро отключая Q1 посредством этого регенеративного действия.
Когда Q1 выходит из состояния насыщения и начинает отключаться, напряжение на его коллекторе быстро возрастает из-за индуктивного воздействия, а напряжение на T1-L1 меняется на противоположное, в результате чего напряжение на коллекторе Q1 превышает 9 В. В то же время вторичное напряжение меняется на противоположное, и D3 начинает проводить.
Когда накопленная в сердечнике энергия полностью высвобождается через вторичную обмотку, напряжения на всех обмотках падают, снова включая Q1 через C1 (напряжение на контакте 11 переходит от отрицательного напряжения к земле).
Затем цикл повторяется до тех пор, пока C2 не зарядится до уровня напряжения, при котором ИУ начинает проводить ток, после чего колебания стабилизируются и продолжают подавать питание на ИУ.
Установившиеся формы колебаний показаны на рис. 2 .
РИСУНОК 2. Временная диаграмма, показывающая напряжения трансформатора.
Уровни напряжения (относительно земли) показаны для общего напряжения стабилитрона Vz при тестировании. Напряжения, показанные в скобках, относятся к стабилитрону на 12 В в качестве тестируемого устройства, а соответствующие фактические формы сигналов цепи показаны на рис. 3 .
РИСУНОК 3. Захват осциллографом фактической схемы тестирования 12-вольтового стабилитрона.
Если во время работы схемы ИУ отсутствует, то напряжение на C4 будет продолжать расти, как и пиковое напряжение на коллекторе Q1. Напряжение на выводе 2 T1 и выходное напряжение будут расти с каждым циклом, как и пиковое напряжение (половина выходного напряжения плюс 9 В) на коллекторе Q1.
Это особенность схемы обратноходовой схемы, которая позволяет тестировать стабилитроны значительно выше напряжения батареи 9 В.V.
Однако необходима некоторая защита, чтобы пиковое напряжение на коллекторе Q1 не превышало его максимальное номинальное напряжение коллектора 40 В. Последовательная комбинация стабилитрона D2 и желтого светодиода 2 обеспечивает эту защиту, ограничивая пиковое напряжение и поглощая энергию магнитного поля T1, если нет ИУ или если напряжение пробоя ИУ превышает максимальное выходное напряжение тестера. LED2 загорается, когда в этом состоянии через D2 проходит ток.
Рисунок 4 показывает фактические измерения тока и мощности для различных ИУ на тестере в том виде, в котором они были построены. Измерение этих диодов при подаче постоянного тока и одинаковых токах дало идентичные результаты, поэтому точность измерения превосходна. Следует отметить, что допуск индуктивности трансформатора составляет ±30%, поэтому ваши результаты могут отличаться.
РИСУНОК 4. Измеренная выходная мощность и ток.
Моделирование
Вместо того, чтобы пытаться математически объяснить работу схемы, проще использовать моделирование.
Бесплатный аналоговый симулятор от Linear Technologies — LTspice® ( www.linear.com/designtools/software ) — идеально подходит для моделирования этой схемы и детального изучения ее работы при различных номиналах компонентов и условиях. Симулятор имеет виртуальные приборы, которые позволяют измерять напряжение, ток и мощность в каждом проводе и компоненте в зависимости от времени.
Необходимо моделировать только те компоненты, которые сильно влияют на поведение схемы. Схема модели показана на Рис. 5 со стабилитроном на 12 В в качестве тестируемого устройства.
РИСУНОК 5. Схема для LTspice.
Этот файл доступен по ссылке в статье. Скриншот моделирования, показывающий формы сигналов выходного напряжения на выходе вторичной обмотки (при подключении к D1), показан на рис.
6 .
РИСУНОК 6. Моделирование LTspice — форма выходного сигнала трансформатора.
Использовались компоненты в библиотеке LTspice, которые в некоторых случаях отличались от реальных компонентов на 9Схема 0022 . Трансформатор моделируется как набор связанных обмоток со 100% связью (K=1 в Директиве Spice для трансформатора), а все индуктивности предполагаются линейными без какой-либо зависимости от тока. Фактический используемый трансформатор имеет 30-процентное снижение индуктивности при токе 420 мА через одну обмотку, что значительно превышает пиковый ток в этой конструкции, поэтому предположение о линейности является разумным. Поведение смоделированной схемы было очень близко к реальным результатам схемы и было особенно полезно для оптимизации значений компонентов.
Конструкция и тестирование
Схема построена на прототипе печатной платы (PCB) от RadioShack, которая также удобно помещается в стандартный пластиковый корпус от SeraPac с батарейным отсеком на 9 В (см.
Список деталей ). Верхняя часть платы (, рис. 7, ) содержит все компоненты, кроме трансформатора T1, который установлен на нижней стороне (, рис. 8, ). T1 сконфигурирован для поверхностного монтажа, что идеально подходит для 100-миллиметровых центров печатной платы.
РИСУНОК 7. Верх собранной печатной платы.
РИСУНОК 8. Нижняя часть печатной платы в сборе.
Я использовал штыревые разъемы для контактов к T1 и для подключения к передней панели через плоский кабель (10-жильный) с разъемом на печатной плате ( рис. 9 ). Ни в том, ни в другом нет необходимости, хотя я считаю штыревые разъемы удобными для крепления щупов осциллографа при оценке схемы.
РИСУНОК 9. Внутри верхней части корпуса.
Отдельная и легко отсоединяемая передняя панель также упрощает сборку и модификацию платы. Единственное предостережение при использовании штыревых разъемов заключается в том, чтобы убедиться, что клеммы переключателя S1 не соприкасаются с контактными разъемами, когда верхняя и нижняя части корпуса соединяются вместе.
Все компоненты на верхней стороне платы должны быть установлены в первую очередь и проверены на непрерывность, а T1 припаян в последнюю очередь на нижней стороне. Окончательная проверка непрерывности должна выполняться при подключенной передней панели.
Особое значение имеет подключение D2 через LED2 к земле. Если это соединение разомкнуто, напряжение на коллекторе Q1 может быстро возрасти до уровня, который разрушит транзистор.
Когда целостность проводки будет проверена, подключите аккумулятор, оставьте выходные клеммы разомкнутыми (без ИУ) и нажмите S1. Желтый светодиод LED2 должен загореться вместе с мигающим светодиодом LED1. Это все, что вам нужно сделать, чтобы убедиться, что схема работает. Если желтый светодиод не загорается, перепроверьте проводку.
Помимо трансформатора, большинство компонентов схемы не являются критическими, но D3 должен быть выпрямителем с быстрым восстановлением, хотя допустим любой диод с быстрым восстановлением и напряжением пробоя выше 100 вольт.
C4 и C5 должны иметь низкое эквивалентное последовательное сопротивление (ESR), чтобы избежать чрезмерных пульсаций в ИУ. Пленочные типы подходят в этом отношении, а выбранные конденсаторы имеют ESR менее 0,1 Ом. Если вы не уверены в ESR имеющихся у вас конденсаторов, соедините параллельно несколько конденсаторов меньшего номинала (например, два по 0,1 мкФ) и убедитесь, что они имеют адекватное номинальное напряжение. Низкое значение (0,22 мкФ) этих конденсаторов обеспечивает точность измерений, ограничивая при этом накопленную энергию по соображениям безопасности.
Работа с тестером
Замкните желтую клемму на черную с помощью перемычки, подключите стабилитрон к красной и желтой клеммам (сторона с полосой к красной клемме) вместе с вольтметром и считайте напряжение на диоде после нажатия С1. Вы заметите, что, пока вы удерживаете S1, напряжение стабилитрона будет дрейфовать по мере нагрева диода, поэтому сделайте быстрое измерение.
Также возможно тестирование светодиодов и других низковольтных диодов; просто убедитесь, что положительный конец светодиода или диода подключен к красной клемме, чтобы измерить прямое падение напряжения.
В противном случае высокий потенциал тестера может разрушить светодиод или диод, превысив его максимальную спецификацию обратного пробоя.
Если вы хотите измерить ток через стабилитрон, снимите перемычку между желтой и черной клеммами и вставьте миллиметр. Конденсатор C5 на этих выводах обеспечивает путь с низким импедансом для пульсирующего тока через ИУ, так что индуктивность выводов мультиметра не влияет на точность считывания.
При измерении неизвестного стабилитрона и загорании желтого светодиода проверьте, открыт ли диод, проверив его прямое падение напряжения с помощью мультиметра или просто обратное в тестере. Если желтый светодиод гаснет при движении стабилитрона в прямом направлении, то скорее всего диод исправен, но имеет напряжение пробоя выше 55В. Если вы хотите измерить напряжение пробоя в этом случае, подключите внешний переменный источник питания к желтой и черной клеммам, при этом отрицательная клемма источника питания должна быть подключена к желтой клемме.
Медленно увеличивайте напряжение питания до тех пор, пока желтый светодиод не погаснет, затем измерьте напряжение на диоде.
Таким способом я измерял стабилитроны с напряжением пробоя около 200 В, а также MOV и другие устройства защиты от высокого напряжения, не заботясь о чрезмерном рассеивании мощности, поскольку ток диода при выключении желтого светодиода довольно мал.
Модификации и усовершенствования схемы
Конфигурация схемы в Рис. 1 надежна и будет работать с различными модификациями. Вы можете поэкспериментировать с тремя переменными элементами: вторичная обмотка T1; резистор R6, определяющий пиковый ток в Q1; и напряжение пробоя D2.
Если вы хотите, чтобы выходное напряжение имело более низкое максимальное напряжение, вы можете убрать одну обмотку во вторичной обмотке или уменьшить напряжение пробоя D2. Если вы хотите получить более высокое максимальное напряжение на выходе, вы можете поставить третью обмотку (на Т1 есть две неиспользуемые обмотки) последовательно с двумя показанными или просто заменить D2 стабилитроном с более высоким напряжением.
Если вы выберете этот последний путь, вам нужно будет выбрать транзистор с более высоким напряжением пробоя, например, MPSA06 (VCEO = 80 В против 40 В для 2N39).04).
Конденсаторы С4 и С5 рассчитаны на 520В, а D3 имеет обратное напряжение пробоя 600 вольт, так что есть где поиграть… но будьте осторожны, если переходите на более высокие напряжения. Хотя C4 является небольшим значением (0,22 мкФ), накопленная энергия увеличивается пропорционально квадрату напряжения, поэтому более высокие напряжения могут вызвать очень опасный и потенциально смертельный удар! Будь осторожен!!
Если вы хотите увеличить или уменьшить мощность, подаваемую на ИУ, уменьшите или увеличьте значение R6 соответственно. Транзисторы 2N4401 и MPSA06 могут поддерживать пиковые токи до 500 мА и могут использоваться в этой схеме.
Также было бы легко использовать корпус большего размера для тестера и включить цифровой панельный измеритель, который будет считывать напряжение на стабилитроне, не требуя отдельного или двух измерительных приборов для одновременного считывания напряжения и тока.