Sztuczne obciążenie wysokonapięciowe

Rysunek 1. Schemat sztucznego obciążenia

Schemat przedstawiony jest na rysunku 1. Tranzystorem wykonawczym, na którym wytraca się większość wydzielanej w urządzeniu mocy, jest T1. Połączone szeregowo rezystory R1 i R2 polaryzują jego bazę tak, by był on stale w stanie przewodzenia. Rola zaś T2 sprowadza się do odpowiedniego "zatykania" T2. Ten proces samoregulacji zachodzi płynnie w czasie rzeczywistym, dlatego ten prosty układ odznacza się znaczną szybkością reagowania na zmiany napięcia na zaciskach.

Pomiar prądu płynącego przez układ zachodzi poprzez detekcję spadku napięcia na rezystorach R4 i R5 oraz potencjometrze P1. Im większa jest wypadkowa rezystancja tej części obwodu, tym mniejszy prąd ma prawo przez nią płynąć. Dzieje się tak, ponieważ T2 zaczyna przewodzić, kiedy napięcie między jego emiterem a bazą przekracza wartość ok. 0,65 V - z kolei, im większy prąd płynie między jego emiterem a kolektorem, tym bardziej zatkany jest tranzystor T1 i mniejszy prąd może przezeń płynąć. Za ustalenie prądu maksymalnego odpowiada rezystor R4.

Dioda D1 zabezpiecza układ przez zniszczeniem w razie omyłkowej zamiany biegunowości. Rezystor R3 ogranicza prąd płynący przez bazę T2. Szeregowe połączenie R1 i R2 zwiększa wytrzymałość napięciową i rozkłada traconą moc pomiędzy dwa elementy. Wspomnieć należy, że wydzielać się jej może całkiem sporo: przy różnicy potencjałów między wejściem a wyjściem rzędu 500 V i prądem polaryzującym bazę T1 na poziomie 8 mA, skutkuje to traceniem na nich łącznie 4 W mocy.

Rysunek 2. Schemat montażowy sztucznego obciążenia

Maksymalne napięcie, jakie można przyłożyć między zaciski WEJ i WYJ, ograniczone jest przez parametr V_CEO tranzystora T1, który dla 2SC5129 wynosi 600 V. Niezgorzej powinien na jego miejscu sprawdzić się tranzystor BU508.

Układ zmontowano na jednostronnej płytce drukowanej o wymiarach 36 mm×40 mm, której schemat montażowy pokazano na rysunku 2. Po zmontowaniu, urządzenie nie wymaga żadnych czynności uruchomieniowych i jest natychmiast gotowe do działania. Tranzystor T1 należy przykręcić do radiatora. Ponieważ jego obudowa jest izolowana, nie jest konieczne stosowanie dielektrycznych podkładek.

Zaleca się przymocowanie również samej płytki, by ewentualne szarpnięcie nie spowodowało oderwania nóżek tranzystora. W układzie modelowym osiągnięto to za pomocą niewielkich kątowników wygiętych z cienkiej blachy. Sam radiator nosi oznaczenie A4240 i ma długość 7 cm. Podczas prób nie udało się rozgrzać go na tyle, by powodował ryzyko poparzenia - można uznać, że wystarczająco dobrze odprowadza ciepło.

Rysunek 3. Zależność I = f(U)

Do otworów służących dołączeniu zasilacza warto dolutować przewody w giętkiej izolacji silikonowej, zakończone krokodylkami. Płytkę można osłonić np. obudową z tworzywa sztucznego, by zapobiec dotknięciu przez użytkownika wyprowadzeń elementów znajdujących się na wysokim potencjale.

Z wartościami elementów jak na schemacie, możliwy do ustawienia prąd zawiera się w przedziale ok. 10...50 mA. Charakterystyki prądowo-napięciowe układu dla skrajnych położeń potencjometru P1 widoczne są na rysunku 3. Ich nierównomierność wynika w dużej mierze z prądu płynącego przez połączone szeregowo rezystory R1 i R2, który jest zależny od przyłożonego do zacisków napięcia. Od 200 V wzwyż można przyjąć, z popełnieniem niewielkiego błędu, że wykres staje się poziomą linią prostą. Wokół potencjometru P1, na płytce, pozostawiona jest wolna przestrzeń, by można było zaznaczyć i opisać najczęściej używane położenia ślizgacza.

Michał Kurzela, EP