Analogová technika
Regulátor otáček ventilátoru a pomocný zdroj 2x9V
Jelikož se při realizaci zdroje 0-30V, 0-1,8A vycházelo z dostupných materiálů, byl použit transformátor 30V/1,8A. Prakticky to znamená, že bylo potřeba řešit krajní případ výkonového zatížení, tedy při zkratu výstupních svorek a nastaveném maximálním výstupním proudu 1,8A. V tomto případě, se na výkonovém tranzistoru pohybovala výkonová ztráta přibližně 70W a proto, že byl zdroj umístěn do konstrukční skříně, která má rozměr zadního panelu 120x120mm, bylo potřeba použít malý chladič, který by byl schopen odvést a rozptýlit vzniklé teplo. Jako vhodná alternativa chladiče se ukázal aktivní chaldič procesoru ze staršího počítače. Aby však nerušil ventilátor i v době, kdy je odběr malý a oteplení minimální, navrhnul jsem jednoduchý regulátor otáček ventilátoru a doplnil jsem jej o dvojitý napájecí zdroj 9V pro moduly voltmetrů. Celý modul je z důvodu maximálního využití místa ve skříni zdroje umístěn jako nádstavba na hlavním transformátoru a opět vychází ze skladových zásob, aby se pro kluky v kroužku, maximálně snížila pořizovací cena.
Regulátor je navržen jako regulovatelný lineární zdroj tak, aby při teplotě chladiče do cca 41°C ventilátor nereagoval (výstupní napětí pod 3,3V). Při teplotě nad 41°C se začíná pomalu otáčet ventilátor a s rostoucí teplotou se jeho otáčky zvyšují. Dosažením teploty kolem 45°C se skokově zvýší otáčky zvýšením výstupního napětí o 5V (v tomto bodě by se mělo výstupní napětí pohybovat kolem 9V (4V z plynulého regulátoru a 5V ze skokového regulátoru). Zvýšené otáčky zůstávají do doby, než teplota chladiče poklesne pod přibližně 38°C, kdy se ventilátor zastaví.
Jak pro pomocné zdroje, tak i pro samotný regulátor je pro napájení použit transformátor 2x7,5V 4,5VA, které jsme pro potřeby kroužku získali jako dar z ukončené výroby. Zdroj 9V není potřeba zvláště popisovat, neboť se jedná o klasický zdroj v koncepci: transformátor, usměrňovač, filtr a stabilizátor doplněný o indikaci pomocí LED. Zapojení je zobrazeno na obrázku č. 1 v horní části.
Obrázek č. 1 - Schéma zapojení regulátoru a zdrojů | |
Obrázek č. 3 - Osazovací plán strana součástek |
|
Obrázek č. 2 - DPS regulátoru otáček | Obrázek č. 4 - Osazovací plán strana spojů |
Pro napájení regulátoru jsou sekundární vinutí zapojena sériově tak, aby bylo možno do DPS osadit i transformátor stejné velikosti s jedním vinutím, výstup transformátoru je pak usměrněn a filtrován. Jako zdroj referenčního napětí je zde použita zenerova dioda 5V1 v kombinaci se zdrojem proudu, který je realizován pomocí tranzistoru J-FET. Toto referenční napětí je použito pro nastavení komparační úrovně pro přepnutí ventilátoru do režimu intenzivního chlazení (komparační úroveň je nastavena děličem R16 a R17). Zesílené referenční napětí pomocí OZ IC3A, je využíváno pro napájení měřícího můstku. Teplota je měřena pomocí dvou teplotních čidel KTY81-210 v pouzdru TO-92. Tyto čidla jsou zapojena do můstkového zapojení spolu s dalšími odpory a jsou umístěna na samostatné DPS, která je přišroubována na chladiči. Samozřejmě, že by mohlo být použito jedno čidlo, nicméně můstkovým zapojením dvou čidel získáváme větší citlivost. Druhým důvodem proč použít dvě čidla, byla konstrukce snímací DPS, kde čidla jsou rovnou (čelní) plochou pouzdra TO-92 otočeny směrem k chladiči (pozor v osazovacím plánu jsou nakresleny nastojato) a horní stranou ke středu DPS. Osazení všech součástek na senzoru je zew strany spojů a to proto, aby nebylo potřeba použít izolované podložky pod šroub, který je přes otvor uprostřed, přišroubován na chladič a DPS rovnoměrně přitlačuje čidla na chladič.
Obrázek č. 6 - DPS snímače teploty | |
Obrázek č. 5 - Schéma snímače teploty | Obrázek č. 7 - Osazovací plán snímače teploty |
Napětí získaná z měřícího můstku jsou v diferenciálním zesilovači, realizovaném IC3D, navzájem odečtena a následně zesílena 10x. Tento výstup je pak přiváděn na komparátor realizovaný IC3B a na diferenciální zesilovač IC3C, který řídí výkonový tranzistor T1 v roli výkonového prvku. Aby nedošlo k nežádoucímu zvýšení výstupního napětí stabilizátoru nad 12V, je na bázi výkonového tranistoru připojena omezovací zenerova dioda 12V (může být až 12,6V). Komparátor porovnává zpracovanou hodnotu ze snímače a při dosažení napětí odpovídající teplotě 45°C, změní skokově svůj stav a výstupní napětí 5,6V se přičte k napětí odpovídající měřené hodnotě. Tímto se skokově zvýší napětí pro ventilátor o 5,6V, což odpovídá téměř polovině provozního napětí a díky hysterezi zavedené přes R8 se opět skokově změní na nulu až v případě, kdy napětí ze snímače poklesne pod hodnotu odpovídající 38°C, tímto je zabezpečeno ochlazení o přibližně 7°C a následné vypnutí ventilátoru.
Sestavení regulátoru nevyžaduje žádných speciálních postupů a pokud je vše správně osazeno, funguje regulátor na první pokus. Opakovatelnost byla ověřena v kroužku, kdy stavbu zvládli chlapci ve věku od 10 do 16 let a všechny regulátory fungovaly napoprvé.