Подключение потенциометра к блоку питания

Обновлено: 06.07.2024

Прогресс не обошёл стороной не только велосипед. Сегодня традиционные переменные и подстроечные резисторы в очень многих приложениях уступают место цифровым сопротивлениям. В англоязычных источниках их называют digital potentiometer, RDAC или digiPOT. Область применения этих устройств гораздо шире регулировки уровня звукового сигнала. В частности они приходят на помощь в очень многих случаях, когда требуется изменять параметры обратной связи, что трудно реализовать с помощью традиционных ЦАП.

Особенно эффективно их применение в связке с операционными усилителями. Так можно получить регулируемые усилительные каскады, преобразователи разного рода величин, фильтры, интеграторы, источники напряжения и тока и многое многое другое. Словом эти очень недорогие и компактные устройства могут быть полезными каждому разработчику электроники и радиолюбителю…

Изначально я хотел написать краткую статью, но в результате углубленного изучения темы материал с трудом уместился в две части. Сегодня я постараюсь рассказать об архитектуре данных устройств, их возможностях, ограничениях использования и тенденциях развития. В заключении вскользь затрону тему областей применения, поскольку конкретные примеры практической реализации схем на их основе будут рассмотрены во второй части. МНОГО примеров!

Лично я за последние пять лет с успехом применял цифровые сопротивления в нескольких своих разработках, надеюсь что данный цикл статей окажется полезным для многих и поможет вам решать многие задачи более изящно и просто, чем сегодня. Людям, далёким от разработки электроники данная статья может просто расширить кругозор, показав как эволюционируют под натиском цифровых технологий даже такие простейшие вещи, как переменные резисторы.

P.S.Так получилось, что уже вышла ещё одна статья из этой серии и в ней пример всего один, зато подробно разобранный. Для остальных обещанных примеров придётся писать третью.

Архитектура.

Для того, чтобы понять как работает данное устройство обратимся к функциональной схеме. На ней изображена аналоговая часть цифрового 8 битного сопротивления.

Основа прибора — 255 резисторов одинакового номинала и выполненные по технологии КМОП двунаправленные электронных ключи. Цифровое значение в интервале 0-255 записывается в регистр с которого подаётся на дешифратор. В зависимости от значения, сохранённого в регистре, срабатывает один из ключей, подключающий средний вывод W к выбранной точке в линейной матрице сопротивлений Rs. Ещё два ключа служат для подключения крайних выводов А и В. С их помощью прибор может переходить в неактивный режим.

Выводы А и В — аналоги крайних выводов переменного сопротивления, W — среднего вывода к которому у обычных переменных резисторов крепится движок.

Возможные схемы включения также аналогичны традиционным переменным сопротивлениям…

Рассмотрим как устанавливается требуемое сопротивление на примере 10 килоомного резистора. Для начала вычислим значение каждого из резисторов сборки, необходимых для формирования такого сопротивления Rs=10000/256=39,06 Oм. Допустим, мы пытаемся регулировать сопротивление между выводами W и B. Для получения нуля запишем это значение в управляющий регистр, но вместо желаемого нуля получим сопротивление в 100 Ом. Почему? Дело в том, что каждый из контактов прибора имеет своё внутреннее сопротивление и в рассматриваемом случае оно равно 50 Ом, поэтому и минимальное значение, которое можно получить с помощью данного потенциометра равно не нулю, а ста Омам — сопротивлению контактов W и B. Записав в регистр единицу получим 50+50+39=139 Ом.

В общем случае вычислить сопротивление между выводами W и B в зависимости от значения регистра D можно по формуле:

D — значение регистра от 0 до 255
Rab — номинальное сопротивление
Rw — сопротивление одного контакта

Интерфейсы подключения.

Рассмотрим теперь функциональную диаграмму всего устройства, имеющего интерфейс I2C.

Тут некоторые вопросы может вызвать только вывод AD0. Он предназначен для возможности применения в одном канале I2C одновременно двух потенциометров. В зависимости от того, находится ли на нём логический ноль или единица, меняется адрес устройства на шине I2C. Схема подключения двух микросхем на одну шину показана ниже.

Кроме интерфейса I2C, для управления данными приборами часто используется SPI интерфейс. В этом случае также существует возможность управления несколькими устройствами по одной шине. Для этого они объединяются в цепочку. Например так:

В данном режиме буферный регистр записи значений работает как сдвиговый. Каждый новый бит поступает на вход DIN и по стробу с SCLK записывается в его младший разряд. Одновременно бит старшего разряда выходит наружу через вывод SDO и переходит в следующий прибор в цепочке. После того, как записана информация во все устройства, поступает импульс стробирования SYNC, по которому новые значения регистров всех приборов входящих в цепочку перезаписывается из буферного в рабочий регистрор. Очевидный недостаток подобного решения — не существует способа записать информацию в отдельно взятый прибор. Для любого изменения значений требуется обновить содержание регистров во всей цепочке.

Для решения подобного рода проблем, а так же экономии конечной цены решения изготавливают микросхемы, включающие в свой состав два, четыре и даже 6 цифровых сопротивлений одновременно.

Рабочие напряжение и ток

Пожалуй, самым существенным недостатком первых разработок было ограниченное напряжение, допустимое на выводах. Оно не должно превышать напряжения питания которое могло лежать в диапазоне от 2.7 до 5.5В, а главное не могло уходить в отрицательную область, из-за чего применение микросхем ограничивалось устройствами с однополярным питанием. Первым делом инженеры решили проблему двуполярности. Так появились приборы, способные работать как от однополярного напряжения вплоть до 5,5 Вольт, так и поддерживающие режим двуполярного питания вплоть до ± 2.75В. Затем стали появляться версии с максимальным питанием ±5.5 и даже ±16,5(до 33 вольт однополярного у AD5291/5292). Конечно по этому параметру традиционные сопротивления до сих пор сильно выигрывают, но для подавляющего большинства схем и 33 вольт вполне достаточно.

Тем не менее, какое бы максимальное напряжение не поддерживал прибор, в случае если имеется возможность его выхода за пределы допустимого, следует применить хотя бы простейшую защиту с помощью диодов или супрессоров.

Ещё одной серьёзной проблемой является низкий максимальный рабочий ток цифровых сопротивлений, который обусловлен в первую очередь их малыми размерами. Без риска деградации с течением времени средний постоянный ток для большинства моделей не должен превышать 3 мА. В случае, если протекающий ток имеет импульсный характер, его максимальное значение может быть выше.

Борьба за точность. Технология управляемого хаоса

К сожалению, существующая технология изготовления допускает возможность отклонения сопротивления интегральных резисторов, применяемыx в цифровых сопротивлениях, вплоть до 20 процентов от номинала. Однако, внутри одной партии и тем более одного конкретного прибора разница сопротивлений не превышает 0.1%. Для того, чтобы повысить точность установки, производитель стал измерять сопротивление резисторов как минимум на каждой пластине и прописывать в энергонезависимую память каждой из микросхем не номинальное, а реальное сопротивление, которое получилось в ходе производства, с точностью до 0.01 процента. Подобный механизм позволяет в частности в микросхемах AD5229/5235 вычислить реальную точность установки сопротивления c погрешностью недостижимой даже в многооборотных подстроечных резисторах — 0.01 процент. Основываясь на этом можно скорректировать операцию декодирования цифрового кода в сопротивление. Предположим, что элементарное сопротивление имеет значение 100 Ом. Тогда, чтобы выставить сопротивление в 1K вы устанавливаете в цифровом регистре 10. Но если в реальном приборе сопротивления имеют отклонение от номинала в большую сторону и равны 110 Ом, то при уровне 10 вы получите 1,1K. Однако, считав реальное значение сопротивления микроконтроллер может пересчитать код и подаст в действительности на дешифратор вместо десяти код 9. Тогда мы получим в реальности 9*110= 990 Ом.

Кроме этого, AD запатентовала технологию калибровки значения сопротивлений с точностью 1%. К сожалению, я так и не смог найти информации каков её механизм работы.

Для увеличения дискретности установки сопротивления были разработаны приборы с 10 битным дешифратором, обеспечивающие 1024 шага регулировки. Дальнейшее увеличение этого параметра можно достичь используя последовательное или параллельное соединение двух цифровых сопротивлений с разным номиналом.

Температурная стабильность

Тут всё совсем не плохо. Применение резисторов, изготавливаемых по плёночным технологиям позволяет достичь уровня дрейфа не превышающего 35ppm/°C (0,0035%). Существуют приборы с термокомпенсацией, температурный дрейф которых находится на уровне 10ppm/°C. По этому параметру цифровые сопротивления превосходят многие движковые аналоги. Для приложений, в которых данный параметр не актуален, можно выбирать более дешёвые приборы с полупроводниковыми резисторами у которых дрейф находится на уровне 600 ppm/°C.

Рабочий температурный диапазон большинства приборов от ADI находится в пределах от -40°C до +125°C, что достаточно для подавляющего большинства приложений.

Ряд доступных сопротивлений.

Конечно, тут не наблюдается такого разнообразия как у традиционных движковых резисторов, тем не менее есть из чего выбрать. Таблица ниже иллюстрирует зависимость доступных сопротивлений от разрядности прибора.

Искажение сигнала

Основные искажения, сигнала вносимые цифровыми усилителями можно разделить на два класса.

Гармонические искажения или на западный манер total harmonic distortion (THD).

Эти искажения возрастают с увеличением приложенного напряжения. Получить представление о их типичных значениях можно из следующей таблицы, составленной для микросхем AD9252…

В отдельных случаях этот вид искажений может возрастать до -60 dB

Влияние этого эффекта возрастает с увеличением сопротивления прибора. В таблице ниже показано на какой частоте наблюдается ослабление сигнала на 3 децибела для разных сопротивлений разных номиналов.

Для большей наглядности приведу ещё графики зависимости передачи сигнала от установленного уровня сопротивления для микросхем AD5291 с разными номиналами 20 и 100 килоом.

Таким образом, получается что чем выше номинал сопротивления, тем ниже его рабочая частота.

“Фишечки” эволюции

Производители пытаются сделать работу с прибором наиболее комфортной, изобретая разные приятные мелочи. В результате цифровые сопротивления обзавелись внутренней энергонезависимой памятью, как однократно, так и многократно программируемой.

Главное её предназначение — хранения начального значения сопротивления, которое автоматически устанавливается сразу после включения питания. Первые модели электронных резисторов устанавливались при подаче питания в среднее положение, потом появилась дополнительная ножка для сброса в ноль, затем уровень стало можно задавать с помощью записанного в память значения. В наиболее продвинутых моделях в память можно записать несколько предустановленных значений, между которыми потом пользователь может быстро переключаться нажатием кнопок.

Кстати о кнопках — в некоторых моделях добавили две кнопочки для пошагового увеличения / уменьшения сопротивления.

Кроме этого, появился интерфейс для подключения энкодеров.

Что бы ещё улучшить?

Можно пофантазировать в каком направлении будет развиваться прогресс в производстве цифровых сопротивлений.
Для достижения большей точности может измениться система коммутации.

Например, добавив в традиционную схему всего одно сопротивление в параллельном включении, ну хорошо, два. Ещё одно в верхнее плечо для симметрии — можно увеличить точность установки сопротивлений в два раза! Объединение же в одной корпусе двух приборов даст возможность увеличения дискретности и точности в несколько раз.

Введение в корпус простейшего микроконтроллера, управляющего дишифратором позволит на основе реального значения полученных сопротивлений создать программу переключения для установки сопротивления прибора с очень большой точностью — 0.1% и выше. Интегрировав в такие приборы датчик температуры можно ввести компенсацию для сохранения линейности в очень широком температурном диапазоне. Возможно появление аналогов частотнокомпенсированных сопротивлений для HiFi аппаратуры, которые будут представлять из себя несколько сопротивлений в одном корпусе. Одно из них будет использоваться для регулировки уровня громкости, а другие для частотной компенсации.

Области применения

Конкретные схемотехнические решения на основе цифровых сопротивлений я приведу в следующей части статьи, пока же просто рассмотрим области применения.

Конечно, прежде всего приходит на ум усилители с регулируемым коэффициентом усиления.

В результате повышения точности установки значений, стало возможным применение электронных сопротивления в схемах управления уровнем усиления инструментальных усилителей.

Автоматическое или программное изменение контрастности жидкокристаллического индикатора можно организовать с помощью электронного сопротивления номиналом 10 Килоом.

На основе цифровых сопротивлений легко реализовывать управляемые фильтры. Фильтры высоких порядков часто требуют по несколько задающих резисторов одинаковых номиналов. Это очень удобно реализовать с помощью приборов, содержащих несколько сопротивлений в одном корпусе, поскольку в этом случае мы получаем отличную повторяемость. На рисунке приведена упрощённая схема простейшего управляемого ФНЧ.

Логарифмический усилитель, со сравнительно высоким напряжением питания, на основе AD5292.

Программно управляемый стабилизатор напряжения.

Линейный ряд от ADI

В заключении приведу полную список доступных на сегодня электронных потенциометров от компании Analog Devices. При этом следует отметить, что подобные приборы выпускает далеко не только эта фирма. Например, MAXIM также давно делает неплохие микросхемы.

Для начала приборы, которые не поддерживают программирование пользователем.

В заключении программируемые приборы. При выбора конкретной модели стоит обращать внимание на то что они бывают как однократно программируемыми, так и поддерживающими репрограммирование. Причём большое количество циклов обеспечивают только микросхемы с памятью выполненной по технологии EEPROM.

На этом заканчиваю обзор. Следующая статья будет посвящена рассмотрению практических схем с применением цифровых сопротивлений.

Потенциометр представляет собой устройство, которое у большинства из нас ассоциируется с ручкой регулировки громкости, выступающей из радиоприемника. Сегодня, в эпоху цифровых схем потенциометр используется не слишком часто.

Однако это устройство имеет особый шарм и он не заменим там, где необходима плавная „аналоговая” регулировка. Например, если вы играете на игровой консоли с gamepad. В gamepad есть аналоговые ручки, которые зачастую состоят из 2-х потенциометров. Один управляет по горизонтальной оси, а другой по вертикальной. Благодаря этим потенциометрам, игра становится более точной, чем на обычном цифровом джойстике.

Потенциометр представляет собой переменный резистор. Резистор – радиоэлемент, затрудняющий протекание тока через него. Он используется там, где необходимо уменьшить напряжение или ток.

Регулируемый резистор или потенциометр служит для того же, за исключением того, что он не имеет фиксированного сопротивления, а изменяется по требованию пользователя. Это очень удобно, поскольку каждый предпочитает разную громкость, яркость и другие характеристики устройства, которые можно регулировать.

Сегодня можно сказать, что потенциометр не регулирует функциональные характеристики устройства (это выполняет сама схема с цифровым дисплеем и кнопками), но он служит для изменения его параметров, как управление в игре, отклонение элеронов дистанционно управляемого самолета, вращение камеры видеонаблюдения и т.д.

Как работает потенциометр?

Традиционный потенциометр имеет ось, на которой размещается ручка для изменения сопротивления, и 3 вывода.

Два крайних вывода соединены электропроводным материалом с постоянным сопротивлением. Фактически это постоянный резистор. Центральный вывод потенциометра соединен с подвижным контактом, который перемещается по электропроводному материалу. В результате изменения положения подвижного контакта изменяется и сопротивление между центральным выводом и крайними выводами потенциометра.

Таким образом, потенциометр может изменять свое сопротивление между центральным контактом и любым из крайних контактов от 0 Ом до максимального значения, указанного на корпусе.

Компоненты электрической цепи

Резистор – элемент электротехнических и электронных устройств. Пассивный компонент электрической цепи оказывает сопротивление проходящему через него электрическому току – по закону Ома на нем происходит падение напряжения.

Существуют два конструктивных типа сопротивлений – постоянные и переменные резисторы.

Что такое переменный резистор рассмотрим подробнее.

Принцип работы переменного резистора

Элемент электрической схемы, сопротивление которого можно изменять от нуля до номинального значения, называется переменным резистором и позволяет вручную плавно регулировать величину сопротивления для обеспечения нормальной работы остальных компонентов электрической схемы.

Устройство

Переменное сопротивление состоит из:

резистивного элемента, который определяет номинал сопротивления, с припаянными по краям двумя фиксированными выводами для подключения в схему;
подвижного подпружиненного третьего контакта (ползунка, бегунка), который можно передвигать по металлической или металлизированной дорожке (коллектору), уменьшая или увеличивая сопротивление;
ручки, которая управляет регулировочным механизмом.

Поворотный – токопроводящий элемент выполняется в виде кольца (подковы), ползунок перемещается поворотным регулировочным механизмом при помощи специальной ручки. Поворотные резисторы могут быть однооборотные и многооборотные.
Движковый – величина сопротивления регулируется прямым перемещением ползунка по токопроводящему элементу.

Для чего используется

Регулируемый резистор плавно изменяет параметры электрической цепи непосредственно во время работы.

Применяется во многих электроприборах и бытовых устройствах – в качестве потенциометрических датчиков разного назначения и для регулировки громкости и тембра звука, настройки частоты радиоприема, яркости свечения светодиодов или температуры нагрева простым поворотом ручки-регулятора.

Чем отличается от подстроечного

Справка: Подстроечный резистор один из разновидностей переменного – применяется для точной подстройки отдельных узлов радиоэлектронной аппаратуры и коэффициентов передачи в измерительных устройствах типа преобразователей напряжение-частота.

Подстроечный резистор компактного размера, устанавливается непосредственно на электронной плате и применяется для вывода схемы в нужный режим только на стадии настройки и наладки, после чего фиксируется краской или клеем.

Внимание! Ручка переменного резистора выводится на лицевую панель прибора, подстроечный такой возможности не имеет.

Для регулировки подстроечного сопротивления используется отвертка, которая вставляется в специальный паз регулировочного механизма, связанного с круговым ползунком.

Типы переменных резисторов

Проволочный

Состоит из трубчатого пластмассового или керамического каркаса, на который в виде однослойной обмотки уложена тонкая проволока с высоким сопротивлением (манганиновая или константановая).

По поверхности проволоки скользит металлический ползунок, который при перемещении касается следующего витка обмотки раньше, чем сойдет с предыдущего – этим обеспечивается плавность регулировки.

Для надежности контакта ползунка и токопроводящего слоя поверхность проволоки тщательно полируется.

Тонкопленочный

Состоит из каркаса в виде подковообразной диэлектрической пластины, покрытой тонкой пленкой, изготовленной из углерода, бора, металлизированных или композиционных материалов. По поверхности пленки скользит ползунок, прочно связанный с регулировочным механизмом.

Классификация по количеству контактов

Одноэлементные – стандартные резистивные элементы с тремя контактами.
Многоэлементные (сдвоенные, строенные, счетверенные) – количество контактов зависит от количества резистивных элементов, собранных в одном корпусе. В зависимости от вида механической связи ползунков регулирование может быть синхронным или независимым.
С выключателем – к трем основным контактам добавлены дополнительные выводы для подключения питания, чтобы поворотом ручки можно было включать устройство и регулировать его параметры.

Основные характеристики переменных резисторов

Для стабильной работы в электрической схеме необходимо учитывать технические параметры резистивных элементов.

Номинальное (полное) сопротивление

Постоянная величина сопротивления между неподвижными контактами, ползунок выведен до упора и прижат к одному из неподвижных контактов.

Номинальная мощность

Максимальная мощность, которую резистор может рассеивать в виде тепла при длительной электрической нагрузке без изменения параметров.

Предельное рабочее напряжение

Максимальное рабочее напряжение, которое может быть приложено к выводам резистора без разрушения последнего. Зависит от длины резистивного элемента.

Температурный коэффициент сопротивления

Изменение сопротивления при изменении температуры окружающей среды на один градус.

Допуск или точность

Допустимая величина отклонения от номинального значения сопротивления – от 10 до 30 процентов.

Износоустойчивость

Число циклов передвижения подвижного контакта, при котором параметры переменного резистора остаются в пределах нормы.

Важно! Подстроечные резисторы не отличаются большим количеством циклов работы и не предназначены для частой регулировки сопротивления в отличие от переменных.

Функциональная зависимость

Зависимость изменения сопротивления резистора от угла поворота ручки или передвижения ползунка:

Линейная – равномерное изменение сопротивления при перемещении подвижного контакта на определенное расстояние.
Нелинейная (логарифмическая и обратно-логарифмическая) – плавное изменение сопротивления в начале и конце движения ползунка и скачками в середине.

Обозначение функциональных характеристик:

А – линейная;
Б – логарифмическая;
В – обратно-логарифмическая.

Уровень шумов

Электрические помехи, возникающие при работе подвижного контакта, – зависят от состояния (износа) контактирующих поверхностей, степени прижатия ползунка и скорости его движения.

Маркировка переменных резисторов

Российская маркировка переменных сопротивлений до 1980 года – например, СП4-18:

Тип изделия обозначается СП.
Первая цифра – разновидность материала и технология изготовления – 4.
Вторая – регистрационный номер типа резистора –18.

Маркировка группы по технологии изготовления и материалу:

1 – непроволочные тонкослойные углеродистые и бороуглеродистые;
2 – непроволочные тонкослойные металлопленочные и металлооксидные;
3 – непроволочные композиционные пленочные;
4 – непроволочные композиционные объемные;
5 – проволочные;
6 – непроволочные тонкослойные металлизированные.

Сейчас действует новая система маркировки переменных и подстроечных резисторов – например, РП1-46:

Тип изделия обозначается РП.
Первая цифра определяет группу по материалу резистивного элемента (1 – непроволочные, 2 – проволочные и металлофольговые).
Вторая цифра – регистрационный номер разработки конкретного типа сопротивления.

Внимание! Единого стандарта маркировки регулировочных резисторов не существует – маркировка импортных отличается от российской.

Таблица номиналов

1 Ом	10 Ом	100 Ом	1 кОм	10 кОм	100 кОм	1 МОм	10 МОм
1.5 Ом	15 Ом	150 Ом	1.5 кОм	15 кОм	150 кОм	1.5 МОм	15 МОм
2.2 Ом	22 Ом	220 Ом	2.2 кОм	22 кОм	220 кОм	2.2 МОм	22 МОм
3.3 Ом	33 Ом	330 Ом	3.3 кОм	33 кОм	330 кОм	3.3 МОм	33 МОм
4.7 Ом	47 Ом	470 Ом	4.7 кОм	47 кОм	470 кОм	4.7 МОм	47 МОм
6.8 Ом	68 Ом	680 Ом	6.8 кОм	68 кОм	680 кОм	6.8 МОм	68 МОм

Схема подключения переменных резисторов

Работа переменных сопротивлений зависит от схемного соединения.

Справка: Схемное обозначение – прямоугольник со стрелкой вверху, символизирующей подвижный контакт.

Реостат

Реостат представляет собой проволочный резистор большой мощности, включается в цепь последовательно, служит для регулировки силы тока и напряжения.

Внимание! Реостат включается в цепь двумя контактами – любым крайним и подвижным.

Потенциометр

Потенциометры служат делителями напряжения, включаются в схему параллельно и позволяет регулировать напряжение от нуля до напряжения источника путем механического изменения сопротивления цепи.

Важно! При подключении потенциометра задействованы все три контакта.

Как увеличить сопротивление переменного резистора

Для увеличения сопротивления придется немного потрудиться, но можно увеличить сопротивление в два раза:

разбирают ползунковый резистор, вынимают из него «подкову» с токопроводящим слоем:
ножом или мелкозернистой наждачной бумагой с внешнего и внутреннего конца дорожки, по которой перемещается ползунок, аккуратно счищают часть графитового слоя.

Уменьшить сопротивление намного легче – нужно параллельно резистору подключить в цепь постоянное сопротивление.

Советы по подбору переменного резистора для регулировки напряжения

закон Ома для расчета величины переменного резистора I=U/R (ток делим на напряжение, получаем сопротивление);
формулу для расчета мощности P=UI (напряжение умножаем на ток).

Расчет производим в амперах, вольтах и омах.

Пример: Требуется подобрать потенциометр для регулировки напряжения от 0 до 20 В, сила тока в цепи 50 мА.

Расчет сопротивления – 20 В /0,05А=400 Ом.
Расчет мощности – 20Вх0,05 А=1 Вт.

Итог – для регулировки напряжения нам требуется потенциометр 400 ом мощностью 1вт.

Ремонт переменного резистора своими руками

Из-за износа проводящего слоя и ослабления нажима подвижного контакта переменное сопротивление начинает плохо работать, генерируя «шумы», или совсем прийти в негодность.

Способы ремонта сопротивления в разобранном виде:

С помощью простого карандаша, грифель которого состоит из чистого твердого углерода – слегка отогнуть пружину подвижного контакта, несколько раз провести грифелем по проводящему слою для восстановления последнего. Это метод более эффективен для тонкопленочных сопротивлений.
Грифель простого карандаша растереть в пыль, смешать с литолом (или аналогичной смазкой), полученной смесью смазать дорожку, по которой движется ползунок.

Внимание! Все манипуляции с подвижным контактом делаем максимально осторожно – тонкая пластина хрупкая, если обломится, заменить невозможно.

Сопротивление в неразборном корпусе починить сложнее, но можно – просверливаем в корпусе отверстие (диаметром около 1мм), заливаем шприцом немного чистого спирта, крутим ручку. После полного испарения спирта работоспособность регулировочного элемента восстанавливается.

Для нормальной работы электрической цепи важно грамотно проанализировать условия работы всех элементов – зная характеристики, назначение, схемы подключения и условия эксплуатации, можно обеспечить надежную и долгую работоспособность регулируемых сопротивлений в бытовых приборах и электронных устройствах.

Привет всем! Сегодня хочу рассказать про потенциометры (переменные проволочные резисторы) WXD3-13-2W по 10К каждый. Сам по себе резистор особого интереса для обзора не представляет (но я их обязательно протестирую), потому расскажу, зачем я купил эти детали на Али. На этот раз мы будем собирать, конструкцию выходного дня, Лабораторный линейный блок питания, с регулировкой напряжения от 0 до 30В и с возможностью ограничения тока от 0 до 3А. Как оказалось я самостоятельно повторил схему китайского конструктора за 6 баксов. ))) Всем кому это интересно, добро пожаловать под Кат…

Кто следит за моими обзорами, вспомнят два обзора (один, два), моих блоков питания. Много было вопросов и даже подозрений, что я такое делаю, что мне хватает линейного БП на 1А. ))) Ну вот… уже не хватает… Теория всемирного заговора разрушена)))… Потому захотелось собрать что-то надежное, недорогое, легко повторяемое с лучшими характеристиками (большим током). Это должен быть линейный Блок питания с малыми помехами на выходе. Примерно 2 дня штудировал интернет и выбрал широко известную болгарскую схему, которую успешно собрали, наверное, сотни радиолюбителей. Схема простая, легко воспроизводимая, не содержит каких-либо специфических деталей, и имеет множество отзывов и советов по настройке данного источника питания.
Не буду дольше вас держать в неведении, и привожу болгарскую схему…
икации к схеме, для регулировки напряжения и тока нужно использовать линейные переменные резисторы по 10К каждый… Поскольку я хочу, что бы регулировка была плавной, то я нашел на Али многооборотные прецизионные переменные резисторы…
Подтверждение покупки под спойлером…

Посылка пришла примерно за месяц, трек не отслеживался. При транспортировке радиодетали не пострадали, т.к были завернуты в несколько слоев «пупырки». К сожалению, данного лота уже нет, потому я выбрал похожий у другого продавца, и даже чуть дешевле… Наверное, можно найти еще дешевле, но возрастает вероятность нарваться на отбраковку (я уже нарывался пару раз)…
Протестируем наши резисторы…
Сначала измерим общее сопротивление резистора… см фото…

Как мы видим, сопротивление соответствует заявленному…
Второй тест на отсутствие внутренних обрывов внутри резистора… Присоединяем омметр на один из крайних выводов резистора, а второй щуп присоединяем к бегунку (средний вывод)… И начинаем медленно крутить ручку… Внимательно следим за показаниями омметра… Сопротивление резистора должно меняться плавно, без каких-либо бросков и пропадания сопротивления… Затем повторяем тест, измеряя сопротивление между бегунком и другой крайней ножкой…

Этот тест оба резистора прошли… И это уже хорошо, не все проволочные резисторы из Китая проходят этот тест…
Я не буду разбирать резистор, кому интересно, что там внутри, могут почитать ранее написанный обзор на Муське с аналогичным резистором от уважаемого AleksPoroshin (кстати, что интересно, он тоже собрал блок питания, по древней, но надежной схеме параметрического стабилизатора)))… Пару фотографий заимствую с этого обзора и помещу под спойлер, надеюсь автор не обидится…

Эти резисторы устроены однотипно, и мои резисторы имеет такую же начинку…
Собственно, больше рассказать про потенциометры нечего, потому приступим к изготовлению ЛабБП, для которого я и заказывал данные радиодетали из Китая.
Даю сразу ссылку на тему, из которой я позаимствовал печатную плату (мне вариант от комрада DRED понравился больше, чем изначальный, т.к разработанная им печатная плата имеет меньшие размеры) По предлагаемой ссылке представлен двухполярный источник питания с самодельным ампервольтметром на микроконтроллере. Я же использовал только одно «плечо», и у меня тоже будет самодельный ампервольтметр, но по другой схеме и на микроконтроллере PIC. Это все будет во второй части обзора. В этой же (первой части) я расскажу про сборку самого силового модуля, его настройку и тестирование.
Желающие повторить схему, могут скачать схему, спецификацию радиодеталей (список с номиналами), проект печатной платы по вышеуказанной ссылке… Если возникнут какие то проблемы, можно всегда задать вопросы в профильном форуме по этой схеме… Ссылка на нее так же имеется в статье от комрада DRED
Я же приступлю к изготовлению своего варианта…

Переносим рисунок печатной платы методом ЛУТ на односторонний фольгированный материал… И вытравливаем медь в лимонной кислоте + перекиси водорода… Тут у меня вышла заминка, я точно знал, что у меня есть дома лимонная кислота, но её уже жена применила по хозяйству. Пришлось травить в уксусе, потому получилось не очень аккуратно… Кое-где появились протравы… Но это никак не скажется на работоспособности схемы, пострадала только немного эстетическая сторона)))

Раззенкуем немного дырки с лицевой строны (зенкером)

Начинаем сборку… Сначала впаиваем все резисторы и перемычки…

Затем остальные детали… Микросхемы необходимо установить в контактные площадки, т.к первый запуск лучше делать без микросхем (но об этом чуть позже)…

В конце впаиваем все крупногабаритные детали… И получилась вот такая симпатичная плата…

Вот полный комплект для сборки блока питания (интересно, если бы китайцы продавали подобный комплект с трансформатором из меди на 3 Ампера, сколько бы он (комплект) стоил?):

В качестве силового трансформатора я буду использовать ТН-56, который имеет 4 независимых обмотки по 6.3В способные отдавать ток 3.4А каждая (первая обмотка даже более 5А) В качестве силового транзистора буду использовать транзистор MJ15003, потому как он у меня уже был ранее куплен. Что бы определить подходит ли мне этот транзистор надо посмотреть Safe operating area в даташит…

И сразу видно, что при напряжении 30В транзистор способен держать ток не выше 8А, у меня же максимальный ток составляет 3А, потому транзистор подходит даже с большим запасом.
Транзистор будет установлен на игольчатый радиатор, вроде, площадь его вполне достаточная, в общем, попробуем обойтись пассивным охлаждением.

Если температура будет слишком высокая, то будем думать, как сделать обдув.

Сразу же сделаю важные замечания по данной схеме, явно об этом не указано в статье, но это очень важно.
1. На вход можно давать только ПЕРЕМЕННОЕ напряжение… Подключать постоянное (выпрямленное), к примеру, от импульсного источника питания (что любят делать Муськовчане) НЕЛЬЗЯ.
2. Переменное напряжение на входе не должно быть выше 24В… Выше подавать НЕЛЬЗЯ, т.к будет превышение по питанию использованных микросхем TL081. Что бы поднять напряжение требуется замена операционных усилителей и самой схемотехники.
3. Так же необходимо понимать, что это ЛИНЕЙНЫЙ блок питания, таким образом, если на вход подать 24В, которые после выпрямления превратятся в 30В «постоянки», а с выхода снимать 5В и 3А, то 75Ватт будут падать на силовом транзисторе, и вызывать его сильный нагрев… Потому нужно предусмотреть меры защиты, или сделать обдув, при помощи вентилятора, или (что лучше) сделать переключение обмоток трансформатора… Если использовать трансформатор ТН, это сделать легко… Я соединю по 2 обмотки последовательно 6.3В+6.3В=12.6В и 6.3В+5В=11,3В и сделаю простейший переключатель на тумблере, позволяющий подключать на вход или 12.6В или 23.9В (24В)… Соответственно если у меня нагрузка будет 5В и 3А, то на силовом транзисторе будет рассеиваться 39Ватт, а не 75Ватт… Разница весьма ощутима…

Подпаял последние провода

Настало время протестировать нашу конструкцию выходного дня. На вход подаем с трансформатора 19В переменного напряжения (пока решил не давать максимальные 24В переменки). Пока не вставляем микросхемы в панельки. Включаем и проверяем, что бы ничего не грелось, не дымило и не искрило… )))) Вроде все нормально. На 4 ножках микросхем U2 и U3 замеряем напряжение относительно общего провода (минусовой шины), напряжение должно быть -5.6В Если это так, значит все работает нормально…
Отключаем питание и вставляем микросхемы в панельки… Выводим оба регулятора (напряжения и тока) в крайне левое положение (минимальное напряжение и отсутствие ограничения тока), подключаем вольтметр на выход БП и подстроечным резистором выводим напряжение покоя в 0 вольт. У меня изначально показывало на выходе 45мВ, и я подстроечным резистором вывел значение на Ноль.
Собственно на этом настройка окончена. Правильно собранный блок питания работает правильно сразу. Если у вас какие то проблемы ищите ляпы на печатной плате, неправильно припаянные детали и прочие огрехи сборки. У меня БП запустился сразу без каких-либо танцев с бубном…

Теперь проведем тестирование: на выход присоединяем проволочный резистор 30 Ом и выставляем максимальное напряжение.

У меня это 22 вольт… Проверяем ток через резистор

Смотрим помехи на осциллографе

Вроде все нормально, переменным резистором можно ограничивать ток, при этом зажигается красный светодиод, сигнализируя, что Блок питания находится в режиме ограничения тока. Если повернуть ручку переменного резистора в обратную сторону, то блок питания переходит в режим стабилизации напряжения и красный светодиод тухнет.

Теперь проверим максимальный ток который способен выдать блок питания. На выход присоединяем галогенную лампу накаливания на 12В 50W Заранее выставляем напряжение на выходе 12В

Как видно на фотографии максимальный ток составил 3.9А Это максимальный ток, который может выдать трансформатор ТН56.

Смотрим помехи на выходе БП при максимальной нагрузке…

При таком токе довольно сильно греется цементный проволочный резистор и выпрямительные диоды на входе БП. Силовой транзистор греется умеренно, горячий конечно, но рука терпит некоторое время… Когда придет пора все собирать в корпус, будем думать об охлаждении. Наверное все же вентилятор ставить придется… Но это все будет во второй части обзора, где к этому БП добавится самодельный ампервольтметр (детали на него едут из Китая), вероятно плата автоматического переключения обмоток трансформатора и плата управления вентилятором…
На сегодня это все… Выводы делайте самостоятельно. А мне понравился силовой модуль БП, могу рекомендовать конструкцию к повторению… К этой силовой плате можно добавить китайский ампервольтметр и уже будет полностью функциональное устройство…

UPD: по советам опытных комрадов доработал немного напильником схему:
1. R4 уменьшил до 1К
2. Проволочный резистор уменьшил до 0.1R 5W
3. Вместо постоянного R18 поставил подстроечник 500К, и выставил ограничение тока 3.4А (дабы не мучить трансформатор)
4. Поставил диод в прямом направлении к D8…

Всем, кто дочитал обзор- Мира и добра. С наступающим праздником Днем Великой Победы.

Читайте также: