Светодиодный индикатор тока

Для оценочного контроля тока, потребляемо­го каким-либо устройством, подключенным к ла­бораторному блоку питания, можно изготовить несложный светодиодный индикатор потребляе­мого постоянного тока.

Такой индикатор можно встроить в лаборатор­ный блок питания с линейным стабилизатором напряжения, с групповой стабилизацией выход­ных напряжений в импульсном блоке питания, а также в блоки питания без стабилизации выход­ных напряжений.

Принципиальная схема устройства показана на рис.1. Индикатор рассчитан на отображение трех контрольных величин потребляемого тока: больше 0.5 А, больше 1 А, больше 1.5 А. Индика­ция осуществляется тремя светодиодами. Устройство подключается к блоку питания по трех­проводной схеме в разрыв цепи плюсового про­вода до узлов стабилизации выходного напряже­ния. Когда ток в цепи меньше 0.5 А, напряжение эмиттер-база маломощного германиевого тран­зистора VT1 меньше порогового напряжения от­крывания VT1, этот транзистор закрыт, напряже­ние на верхнем по схеме выводе резистора близко к нулю относительно общего провода. Следовательно, будут закрыты транзисторы VT2, VT3, включенные по схеме Шиклаи как составной транзистор. Светодиод HL1 не светит. При пре­вышении тока, протекающего через параллельно включенные резисторы R2, R3, более 0.5 А, тран­зистор VТ1 начинает открываться, напряжение на выводах растет, когда напряжение база-эмиттер VT2 станет боль­ше 0.6…0.7 В, этот транзистор откроет­ся, вместе с ним от­кроется транзистор VT3, светодиод НL1 начнет светиться. Резистор R11 созда­ет положительную обратную связь по напряжению для ка­скада на транзисто­рах VT2, VT3, что не­обходимо для со­здания гистерезиса порогового устрой­ства на этих транзи­сторах. Конденсато­ры С1, С2, а также остальные конден­саторы устраняют чувствительность узлов устройства к пульсациям напряжения питания, высокочастотным помехам и электромагнитным фоновым наводкам. Приме­нение на месте VT1 германиевого транзистора с меньшим пороговым напряжением эмиттерного перехода, чем у кремниевых транзисторов, поз­воляет установить резисторы R2, R3 меньшего сопротивления, что уменьшает на них падение напряжения и потери мощности.

Рис. 1

При дальнейшем увеличении потребляемого тока транзистор \/Т1 открывается сильнее, когда ток через низкоомные резисторы R2, R3 превысит 1 А, откроются транзисторы VТ4, VТ5, заго­рится светодиод НL2.

Когда ток через R2, R3 станет больше 1.5 А, откроются транзисторы VТ5, VТ6, загорится све­тодиод НL3. Чувствительность каждого порого­вого устройства на транзисторах VТ2VТ3, VТ4VТ5 и VТ6VТ7 задается соответственно делителями входного напряжения R4R7, R6R13, R5R18. Ре­зисторы R12, R17, R22 ограничивают ток через светодиоды и транзисторы VТ3, VТ5, VТ7. Резистор R8 ограничивает ток через переход база-эмиттер VT1. Кремниевый диод VD1 ограничива­ет рост напряжения на выводах резисторов R2, R3, при коротком замыкании или перегрузке на выходе БП или при неисправности его узлов. Ре­зисторы R9,R14,R19 устраняют негативное вли­яние обратного тока коллектора транзисторов VT2, VT4, VT6.

Конструкция и детали

Большинство деталей устройства размещены на монтажной плате размерами 70×38 мм. После окончания монтажа и настройки устройства плату со стороны соеди­нений покрывают лаком ХВ-784 или цапонлаком. Резисторы R2, R3 и диод VD1 удобнее размес­тить на основной плате усовершенствуемого блока питания или стабилизатора напряжения. Светодиоды монтируют на передней панели бло­ка питания. Постоянные резисторы можно приме­нить типов РПМ, МЛТ, С1-4, С2-23 соответствую­щей мощности. На месте R2, R3 можно применить проволочный резистор мощностью от 5 Вт. При работе БП на максимальном токе нагрузки этот резистор не должен нагреваться более чем на 10°С относительно окружающей температуры. Для использования устройства совместно с им­пульсным блоком питания этот резистор должен иметь как можно меньшую индуктивность.

Конденсатор С1 установлен многослойный керамический. При отсутствии такого конденса­тора можно установить обычный оксидный номи­налом 22 мкФ 6.3 В. К выводу эмиттера VТ1 под­ключают «плюс» С1. Остальные конденсаторы ке­рамические К10-17, К10-50, КМ-5 или аналоги. Часть резисторов и конденсаторов использова­ны в SMD-исполнении.

Диод КД226А можно заменить любым из се­рий КД226, КД257, 1N5400-1N5408.

Вместо светодиодов АЛ307КМ красного цвета свечения, диаметр линзы 5 мм, можно устано­вить другие с повышенной светоотдачей, напри­мер, АЛ307ЛМ, КИПД21П-К, КИПД35Л-К, КИПД66Т-К, RL50-UR543, DB5b-436AR.

Германиевый транзистор МП26А можно заме­нить МП26Б. Для упрощения настройки устрой­ства желательно применить этот транзистор с ко­эффициентом h_21э = 30…40. При напряжении пи­тания устройства не более 25 В подойдут транзи­сторы МП25А, МП25Б. Кроме предпочтительного коэффициента передачи тока на место VT1 жела­тельно подобрать экземпляр с минимальным об­ратным током коллектора при рабочем напряже­нии питания устройства.

Кремниевые n-p-n транзисторы КТ3102Б можно заменить любыми из КТ3102А, КТ3102Ж, КТ3102И и серий КТ6111, SS9014, BC547, BC307 с любыми буквенными индексами. Вместо p-n-p транзисто­ров КТ3107Б в качестве замены подойдут КТ3107А, КТ3107В, КТ3107И и серий КТ6112, SS9015, BC557, 2SA992. Перечисленные в качестве воз­можных замен типы транзисторов могут иметь раз­личия в типе корпуса и цоколевке выводов.

Один из примерных вариантов подключения измерителя тока к блоку питания показан на рис.2. При таком способе подключения индика­тора его наличие не влияет на уменьшение вы­ходного напряжения на выходе стабилизатора из-за падения напряжения на резисторах R2, R3.

Рис. 2

Настройка

Безошибочно собранное из исправных дета­лей устройство нуждается в настройке. Настройка относительно трудоемкая. Резисторы R12, R17, R22 устанавливают такого но­минала, чтобы при актуальном напряже­нии питания устройства ток через све­тодиоды был 2…4 мА. На время наст­ройки порогов включения светодиодов HL1-HL3 вместо постоянных резисто­ров R7, R13, R18 подключают подстроечные сопротивлением примерно вдвое большего номинала, чем указано на рис.1 для этих резисторов. Если не уда­ется установить оптимальные пороги включения для светодиодов HL2, HL3, то это означает, что при токе 1 А и выше транзистор VT1 уже полностью открыт.

Это можно устранить подключением параллель­но С1 добавочного резистора, номинал которого подбирают экспериментально. Изготовленную плату индикатора тока желательно установить в корпусе блока питания как можно дальше от сильно нагревающихся массивных элементов конструкции: теплоотводов, понижающего трансформатора, мощных нагрузочных резисто­ров и т.п. Если требуется, чтобы светодиоды включались при меньших токах нагрузки, то рези­сторы R2, R3 устанавливают большего номинала. Если нужно, чтобы светодиоды включались при большем токе нагрузки, то целесообразно увели­чить количество параллельно включенных R2, R3 резисторов.

Автор: Андрей Бутов, с. Курба Ярославской обл.
Источник: Радиоаматор №4/2017