منبع تغذیه آزمایشگاهی: موتور محرکهٔ پروژههای الکترونیکی
منبع تغذیه چیست و چرا به آن نیاز داریم؟
همهٔ وسایل الکترونیکی برای کار کردن نیاز به انرژی دارند. این انرژی معمولاً به شکل ولتاژ و جریان الکتریکی2 تأمین میشود. یک منبع تغذیه دقیقاً همین کار را میکند: انرژی الکتریکی را از پریز برق شهری (متناوب3 و 220 ولت) میگیرد و آن را به برق مستقیم4 و با ولتاژی که ما مشخص میکنیم (مثلاً 5 یا 12 ولت) تبدیل میکند.
اما چرا از باتری یا آداپتور گوشی استفاده نمیکنیم؟ پاسخ در کنترل و محافظت است. فرض کنید در حال ساختن یک ربات کوچک هستید. مدار ربات شما برای روشن شدن نیاز به 6 ولت دارد. اگر از چهار باتری قلمی (هر کدام 1.5 ولت) استفاده کنید، مجموعاً 6 ولت خواهید داشت. اما اگر در حین آزمایش، دو سیم را به اشتباه به هم وصل کنید (اتصال کوتاه)، باتریها به سرعت داغ شده و ممکن است آسیب ببینند یا حتی نشت کنند. یک منبع تغذیهٔ آزمایشگاهی از این اتفاق جلوگیری میکند. شما حداکثر جریان مجاز را روی 0.5 آمپر تنظیم میکنید. اگر جریان مدار از این مقدار بیشتر شود، منبع تغذیه به طور خودکار ولتاژ را کاهش میدهد یا جریان را قطع میکند تا به قطعات حساس ربات شما آسیبی نرسد.
| نوع منبع | کنترل ولتاژ/جریان | محافظت | کاربرد معمول | مثال ملموس |
|---|---|---|---|---|
| باتری قلمی | ندارد. ولتاژ ثابت است. | ندارد. | وسایل قابل حمل (کنترل، اسباببازی) | چراغ قوه |
| آداپتور (شارژر) | ندارد. ولتاژ و جریان ثابت هستند. | محدود، فقط برای دستگاه خاصی طراحی شده. | تأمین برق دستگاههای خاص (لپتاپ، مودم) | شارژر تلفن همراه |
| منبع تغذیه آزمایشگاهی توصیه شده | دارد. قابل تنظیم دقیق. | دارد. محافظت در برابر اضافهجریان و اتصال کوتاه. | آزمایش، عیبیابی و توسعهٔ مدارهای الکترونیکی | آزمایش روشنایی الایدی با شدتهای مختلف |
دستهبندی اصلی: خطی در برابر سوییچینگ
منابع تغذیه آزمایشگاهی عموماً به دو دستهٔ بزرگ تقسیم میشوند که هر کدام مزایا و معایب خود را دارند.
منابع تغذیه خطی5: مانند یک رگلاتور6 سنتی عمل میکنند. ولتاژ بالا را میگیرند و با تلف کردن بخشی از انرژی به شکل گرما، آن را به ولتاژ پایینتر و بسیار تمیز تبدیل میکنند. خروجی آنها نویز7 الکتریکی بسیار کمی دارد که برای کار با مدارهای حساس صوتی یا رادیویی ایدهآل است. اما معمولاً بزرگتر، سنگینتر و کمبازدهتر هستند و گرمای بیشتری تولید میکنند. مثل یک شمع که برای روشن کردن یک نقطه، کل آن را میسوزاند.
منابع تغذیه سوییچینگ8: مانند یک کلید سریع و هوشمند کار میکنند. برق را با سرعت بسیار بالا (هزاران بار در ثانیه) قطع و وصل میکنند و با فیلتر کردن، ولتاژ مطلوب را تولید مینمایند. بازده بسیار بالاتری دارند، کوچکتر و سبکتر هستند و گرمای کمتری تولید میکنند. اما خروجی آنها ممکن است کمی نویز داشته باشد که برای برخی مدارهای حساس مشکلساز شود. شبیه به یک شیر آب هستند که برای کم کردن فشار، سریع باز و بسته میشود.
از تنظیم دکمهها تا روشن شدن مدار: یک پروژهٔ عملی
بیایید کار با یک منبع تغذیه معمولی را در یک پروژهٔ ساده مرحله به مرحله دنبال کنیم: «آزمایش روشنایی متغیر یک الایدی».
وسایل مورد نیاز: منبع تغذیه آزمایشگاهی، یک الایدی، یک مقاومت 220 اهمی (برای محافظت از الایدی)، دو تکه سیم رابط.
مراحل کار:
گام 1اتصال: سیم مشکی (منفی) را به ترمینال منفی (-) منبع و سیم قرمز (مثبت) را به ترمینال مثبت (+) وصل کنید. سرهای آزاد سیمها را به پایههای الایدی و مقاومت که به صورت سری بسته شدهاند، متصل نمایید (مطمئن شوید قطب الایدی رعایت شده است).
گام 2تنظیم ولتاژ: قبل از روشن کردن منبع، ولتاژ خروجی را با پیچ ولتاژ روی مقدار پایین، مثلاً 1 ولت تنظیم کنید.
گام 3تنظیم محدودیت جریان (مهم): دکمهٔ جریان را فشار دهید (حالت CC10). حالا پیچ جریان را بچرخانید تا جریان روی یک مقدار ایمن، مثلاً 20 میلیآمپر (0.02 آمپر) تنظیم شود. دوباره دکمهٔ ولتاژ را فشار دهید تا به حالت عادی (CV11) برگردید.
گام 4روشن کردن و آزمایش: خروجی منبع را روشن کنید. الایدی باید با نور کم روشن شود. حالا به آرامی پیچ ولتاژ را بچرخانید و آن را تا 3 ولت افزایش دهید. خواهید دید که روشنایی الایدی به تدریج زیاد میشود. اگر ولتاژ را خیلی افزایش دهید، جریان مدار افزایش مییابد و به محدودیت 20 میلیآمپر میرسد. در این لحظه منبع به حالت محدودیت جریان (CC) میرود و از افزایش بیشتر ولتاژ و آسیب دیدن الایدی جلوگیری میکند. این مهمترین ویژگی حفاظتی منبع تغذیه است.
اشتباهات رایج و پرسشهای مهم
پاسخ:خیر، این کار بسیار خطرناک است. وقتی ترمینالهای خروجی بدون بار (مدار) باشند و شما ولتاژ را بالا ببرید، در واقع یک ولتاژ شناور و بدون کنترل ایجاد کردهاید. اگر به طور تصادفی این دو ترمینال را به هم وصل کنید (حتی با یک آچار یا حلقه)، اتصال کوتاه فاجعهباری رخ میدهد که میتواند به خود منبع تغذیه آسیب برساند. همیشه ابتدا مدار را به دقت وصل کنید، سپس منبع را روشن نمایید.
پاسخ: این دو حالت نشان میدهند منبع در چه حالتی عمل میکند. CV (ولتاژ ثابت) یعنی منبع ولتاژ تنظیم شدهی شما را ثابت نگه میدارد و جریان مطابق نیاز مدار تغییر میکند. این حالت عادی کار است. CC (جریان ثابت) زمانی فعال میشود که جریان مدار به حد تنظیم شده برسد. در این حالت منبع ولتاژ را کاهش میدهد تا جریان از حد مجاز بیشتر نشود. مانند ترمز یک خودرو که از سرعت گرفتن بیش از حد جلوگیری میکند.
پاسخ: یک منبع تغذیه با مشخصات زیر برای اغلب کارهای مقدماتی و متوسط کافی و ایمن است:
- ولتاژ خروجی قابل تنظیم از 0 تا 30 ولت.
- جریان خروجی قابل تنظیم از 0 تا 3 یا 5 آمپر.
- دارای قابلیت محافظت از اتصال کوتاه و اضافهجریان.
- دارای نمایشگر دیجیتال برای ولتاژ و جریان.
- ترجیحاً از نوع سوییچینگ برای سبکی و بازده بالا.
پاورقی
1 منبع تغذیه (Power Supply)
2 جریان الکتریکی (Electric Current): میزان عبور بار الکتریکی در واحد زمان.
3 جریان متناوب (Alternating Current - AC): جریانی که جهت و مقدار آن به طور متناوب تغییر میکند.
4 جریان مستقیم (Direct Current - DC): جریانی که جهت آن همواره ثابت است.
5 منبع تغذیه خطی (Linear Power Supply)
6 رگلاتور (Regulator): مدار یا قطعهای که ولتاژ را ثابت نگه میدارد.
7 نویز (Noise): اختلال یا سیگنال ناخواسته در سیگنال اصلی.
8 منبع تغذیه سوییچینگ (Switching Mode Power Supply - SMPS)
9 قانون اهم (Ohm's Law)
10 CC: Constant Current (جریان ثابت)
11 CV: Constant Voltage (ولتاژ ثابت)
