Індикатори постійного струму та їх застосування. Індикатор перегорання плавкого запобіжника

Перевищення вихідного струму в джерелах живлення свідчить про збільшення споживаної потужності пристрою навантаження. Іноді споживаний струм у навантаженні (через несправність з'єднань або пристрою навантаження) може збільшитися аж до значення струму короткого замикання (к/з), що неминуче призведе до аварії (якщо джерело живлення не забезпечене вузлом захисту від перевантаження).

Наслідки перевантаження можуть виявитися більш суттєвими та непоправними, якщо використовувати джерело живлення без вузла захисту (як сьогодні часто роблять радіоаматори, виготовляючи прості джерела та купуючи недорогі адаптери) — збільшиться енергоспоживання, вийде з ладу мережевий трансформатор, можливе загоряння окремих елементів та неприємний запах.

Для того, щоб вчасно помітити вихід джерела живлення в "заштатний" режим, встановлюють прості індикатори перевантаження. Прості - тому, що вони, як правило, містять лише кілька елементів, недорогих і доступних, а встановити ці індикатори можна універсально практично в будь-який саморобний або промисловий джерело живлення.

Проста схема індикатора струмового навантаження

Найпростіша електронна схема індикатора струмового навантаження показана малюнку 1.

Мал. 1. Електрична схемасвітлового індикатора струмового навантаження.

Робота її елементів заснована на тому, що послідовно з навантаженням у вихідний ланцюг джерела живлення включають обмежуючий резистор малого опору (R3 на схемі).

Даний вузол можна застосовувати універсально в джерелах живлення та стабілізаторах з різним вихідним напруга (випробувано в умовах вихідної напруги 5-20 В). Однак значення та номінали елементів, зазначених на схемі малюнку 1, підібрані для джерела живлення з вихідною напругою 12 Ст.

Відповідно, для того щоб розширити діапазон джерел живлення для даної конструкції, у вихідному каскаді яких ефективно працюватиме пропонований вузол індикації, потрібно змінити параметри елементів R1-R3, VD1, VD2.

Поки перевантаження немає, джерело живлення та вузол навантаження працюють у штатному режимі, через R3 протікає допустимий струм та падіння напруги на резисторі невелике (менше 1 В). Також невелике в цьому випадку і падіння напруги на діодах VD1, VD2, при цьому світлодіод HL1 ледь світиться.

При збільшенні струму споживання у пристрої навантаження або короткому замиканні між точками А і Б струм у ланцюзі зростає, падіння напруги на резисторі R3 може досягти максимального значення (вихідної напруги джерела живлення), внаслідок чого світлодіод HL1 загориться (блиматиме) на повну силу.

Для наочного ефекту у схемі застосований миготливий світлодіод L36B. Замість зазначеного світлодіода можна застосувати аналогічні електричні характеристики прилади, наприклад, L56B, L456B (підвищеної яскравості), L816BRC-B, L769BGR, TLBR5410 або подібні до них.

Потужність, що розсіюється на резистори R3 (при струмі к/з) більше 5 Вт, тому цей резистор виготовляється самостійно з мідного дроту типу ПЕЛ-1 (ПЕЛ-2) діаметром 0,8 мм.

Її беруть із непотрібного трансформатора. На каркас з канцелярського олівця намотують 8 витків цього дроту, кінці його облуджують, потім виймають каркас. Дротовий резистор R3 готовий.

Усі постійні резистори типу МЛТ-0,25 або аналогічні. Замість діодів VD1, VD2 можна встановити КД503, КД509, КД521 з будь-яким літерним індексом. Ці діоди захищають світлодіод у режимі навантаження (гасять зайву напругу).

Індикатор перевантаження зі звуковим сигналізатором

На жаль, практично немає можливості постійно візуально стежити за станом індикаторного світлодіода в джерелі живлення, тому розумно доповнити схему електронним вузлом звукового супроводу. Така схема представлена ​​малюнку 2.

Як видно із схеми, вона працює за тим же принципом, але на відміну від попередньої, цей пристрій більш чутливий і характер його роботи обумовлений відкриванням транзистора VT1, при встановленні в його базі потенціалу більше 0,3 В. На транзисторі VT1 реалізований підсилювач струму.

Транзистор обраний германієвим. Зі старих запасів радіоаматора. Його можна замінити на аналогічні за електричними характеристиками прилади: МП16, МП39-МП42 з будь-яким літерним індексом. У крайньому випадку, можна встановити кремнієвий транзистор КТ361 або КТЗ107 з будь-яким літерним індексом, проте тоді поріг включення індикації буде іншим.

Мал. 2. Електрична схема вузла звукового та світлового індикатора перевантаження струмом.

Поріг включення транзистора VT1 залежить від опору резисторів R1 і R2 і в даній схемі при напрузі джерела живлення 12,5 індикація включиться при струмі навантаження, що перевищує 400 мА.

У колекторному ланцюзі транзистора включений миготливий світлодіод і капсуль із вбудованим генератором ЗЧ НА1. Коли на резисторі R1 падіння напруги досягне 0,5...0,6, транзистор VT1 відкриється, на світлодіод HL1 і капсуль НА1 надійде напруга живлення.

Оскільки капсуль для світлодіода є активним елементом, що обмежує струм, режим роботи світлодіода в нормі. Завдяки застосуванню миготливого світлодіода капсуль також звучатиме уривчасто - звук буде чутний під час паузи між спалахами світлодіода.

У цій схемі можна досягти ще більш цікавого звукового ефекту, якщо замість капсуля НА1 включити прилад КРІ-4332-12, який має вбудований генератор з перериванням. Таким чином звук у разі перевантаження буде нагадувати сирену (цьому сприяє поєднання переривань спалахів світлодіода та внутрішніх переривань капсуля НА1).

Такий звук досить гучний (чути в сусідньому приміщенні за середнього рівня шуму), обов'язково привертатиме увагу людей.

Індикатор перегорання плавкого запобіжника

Ще одна схема індикатора перевантаження представлена ​​на малюнку 3. У тих конструкціях, де встановлений плавкий (або інший, наприклад, запобіжник, що самовідновлюється), часто потрібно візуально контролювати їх роботу.

Тут застосований двоколірний світлодіод із загальним катодом та відповідно трьома висновками. Хто на практиці відчував ці діоди з одним загальним висновком, знають, що вони функціонують дещо інакше, ніж очікується.

Шаблон мислення в тому, що здавалося б, зелений та червоний кольори з'являтимуться у світлодіода в загальному корпусі відповідно при додатку (у потрібній полярності) напруги до відповідних висновків R або G. Однак це не зовсім так.

Мал. 3. Світловий індикатор перегорання запобіжника.

Поки запобіжник FU1 справний, до обох анодів світлодіода HL1 додана напруга. Поріг свічення коригується опором резистора R1. Якщо запобіжник обриває ланцюг живлення навантаження, зелений світлодіод гасне, а червоний залишається світити (якщо напруги живлення зовсім не пропало).

Оскільки допустима зворотна напруга для світлодіодів мала і обмежена, то для зазначеної конструкції в схему введені діоди з різними електричними характеристиками VD1-VD4. Те, що до зеленого світлодіоду послідовно включений лише один діод, а до червоного три, пояснюється особливостями світлодіода ALC331A, поміченими на практиці.

При експериментах виявилося, що поріг напруги включення червоного світлодіода є меншим, ніж у зеленого. Щоб врівноважити цю різницю (помітну лише на практиці), кількість діодів неоднакова.

При перегоранні запобіжника зеленого світлодіода (G) прикладається напруга у зворотній полярності. Номінали елементів у схемі дані для контролю напруги в ланцюзі 12 В. Замість світлодіода ALC331A допустимо застосовувати інші аналогічні прилади, наприклад, КИПД18В-М, L239EGW.

Література: Андрій Кашкаров - Електронні саморобки.

Компактний і простий індикатор може бути використаний для індикації струму нагрівальних елементів малої та середньої потужності. Типовий приклад – це акваріумний обігрівач. Часто подібні вироби оснащуються світлодіодним індикатором, але зібрані за схемою індикатора напруги. Подібне включення уможливлює ситуацію, коли нагрівальна спіраль перегоріла, а індикатор продовжує світитися. Схема, запропонована далі, включається послідовно з навантаженням і світлодіод горить тільки при проходженні струму через нагрівач.

При запропонованих деталях індикатор може бути зібраний навіть електронником-початківцем. У принципі, досить не боятися паяльника і знати, що в діодах бувають анод і катод. Нижче наведена фотографія складання діодної частини схеми, що вмістилася на електричному клемнику.

Приклад включення діодів

Схема складається всього з трьох або чотирьох діодів і використовує їхню пряму напругу, що неминуче виникає на цих напівпровідниках при проходженні прямого струму. При цьому два з'єднані діоди послідовно виконують функцію стабістора, напруга, що виникає на них, при проходженні струму через навантаження стабілізовано на рівні 1,5-2,5 Вольта.

Схема інлікатора струму із червоним світлодіодом

У схемі використані елементи радянського періоду, діоди КД105Б та світлодіод червоного кольору АЛ307Б. При використанні цих елементів та їх справності схема працюватиме без налагодження.

Початківцям. У цій схемі не обов'язково розбиратися, де діод плюс, де мінус. З'єднуються елементи за принципом два послідовні в один бік міткою, один у протилежний. До виходу підключається навантаження, наприклад, лампочка, до входу схеми 220 Вольт. Лампочка має спалахнути. Далі акуратно, не торкаючись пальцями до струмоведучих частин схеми, приєднують світлодіод. Якщо світлодіод спалахнув, то в такому положенні він і повинен припаюватися, якщо не спалахнув, то його перевертають навпаки.

Можливості зміни схеми індикатора струму та збільшення потужності навантаження

Потужність навантаження такої схеми обмежена лише максимальним прямим струмом діодів. Для КД105 та Д226 цей струм 300мА, тобто максимальна потужність навантаження в цьому випадку P 0,3 * 2 * 220 = 132 Вт. Якщо ж, наприклад взяти діоди Д245 з Iпр.ср = 10А, потужність навантаження можна збільшити до 4400 Вт.

У разі заміни діодів зі схеми слід враховувати їхню пряму середню напругу. Наприклад, германієві напівпровідники мають меншу пряму напругу, і світлодіод у цьому випадку не загориться, або доведеться послідовно включати таких діодів три або навіть чотири.

Природно, зворотна максимальна напруга VD1 - VD3 повинна бути не менше 300 Вольт.

При заміні у схемі червоного світлодіода АЛ307Б на зелений (АЛ307В) потрібно враховувати, що напруга свічення зелених, помаранчевих, білих та інших, у тому числі китайських світлодіодів може бути більшою, ніж Uпр двох діодів КД105. У цьому випадку послідовно можна включити три чи навіть чотири діоди.

Схема індикатора струму для зеленого світлодіоду

Практично експериментував з АЛ307В, китайським жовтим та яскравим білим світлодіодом. Зелений і жовтий спалахнули з трьома КД105, а для білого їх знадобилося чотири. Для експериментів використовувалося навантаження у вигляді 40-ватної лампи розжарювання.

Зловживати кількістю КД105 не слід, тому що в цьому випадку зростає напруга на світлодіоді і доведеться обмежувати його струм резистором.

Конструкція та встановлення

Враховуючи простоту та компактність схеми її можна встановити практично у будь-якому електротехнічному виробі. На фото використані звичайна розетка та невелика комутаційна панель (клемник)

Світлодіод вклеєний у кришку розетки та в даному випадкуприпаяний до діодів жилками від зв'язкового кабелю ТПП (кросуванням)

Кінцевий вигляд встановленого індикатора

Подібна схема використовувалася мною багаторазово, раніше захоплювався акваріумістикою і всі акваріумні обігрівачі були включені через подібні індикатори. Коли ж довелося створити підігрівач ящика для картоплі у себе на балконі, то, не замислюючись, використовував цю схему, що всі фотографії робив на етапі збирання. Розміщувати цю статтю на своєму сайті, якось не в тему: мій сайт для зв'язкових кабельників та вимірювачів, а тут побут та електроніка.

Цифровий амперметр на світлодіодах – зручний спосіб відображення інформації, при якому має значення не тільки модуль вимірюваної величини (що, до речі, значно зручніше визначати не за відхиленням стрілочного індикатора, а за величиною стовпчастої діаграми, або за допомогою міні-дисплея), а й частоту зміни цього параметра.

Опис схеми

Світлодіоди не відрізняються великою потужністю, але використовувати їх у слаботочних електричних ланцюгах допустимо та доцільно. Як приклад можна розглянути схему отримання цифрового амперметра для визначення сили струму акумуляторної батареїавтомобіля, при номінальному діапазоні значень 40…60 мА.

варіант зовнішнього виглядуамперметра на світлодіодах у стовпчик

Кількість використаних світлодіодів визначить граничне значення струму, при якому в роботу включатиметься один із світлодіодів. Як операційний підсилювач можна використовувати LM3915, або відповідний за параметрами мікроконтролер. На вхід подаватиметься напруга через будь-який низькоомний резистор.

Зручно відображати результати вимірювання у вигляді стовпчастої діаграми, де весь діапазон струму, що практично використовується, буде розділятися на кілька сегментів по 5...10 мА. Плюсом LED і те, що у схемі можна використовувати елементи різного кольору – червоного, зеленого, синього тощо.

Для роботи цифрового амперметра знадобляться такі компоненти:

1. Мікроконтролер типу PIC16F686 із АЦП на 16 біт.
2. Джампери, що настроюються для виходу кінцевого сигналу. Можна, як альтернативу, застосувати DIP-перемикачі, які використовуються як електронні шунти або сигнальні замикання у звичайних електронних ланцюгах.
3. Джерело живлення постійного струму, який розрахований на робочу напругу від 5 до 15 В (за наявності стабільної напруги, що контролюється вольтметром, підійде 6 В).
4. Контактну плату, де можна розмістити до 20 світлодіодів типу SMD.

Послідовність розміщення та монтажу амперметра

Вхідний сигнал по струму (не більше 1 А) подається від стабілізованого блоку живлення через шунтуючий резистор, допустима напруга на якому не повинна бути більше 40 ... 50 В. Далі, проходячи через операційний підсилювач, сигнал надходить на світлодіоди. Оскільки значення струму під час проходження сигналу змінюється, відповідно змінюватиметься і висота стовпчика. Керуючи струмом навантаження, можна регулювати висоту діаграми, отримуючи результат із різним ступенем точності .

Монтаж плати з SMD-компонентами, за бажанням користувача, можна розміщувати або горизонтально, або вертикально. Оглядове віконце перед початком тарування необхідно перекривати темним склом (підійде фільтр із кратністю 6...10 х від звичайної маски зварювання).

Тарування цифрового амперметра полягає у підборі мінімального значення навантаження по струму, коли світлодіод буде світитися. Варіювання налаштування проводиться експериментально, навіщо у схемі передбачається резистор із невеликим (до 100 мОм) опором. Похибка показань такого амперметра зазвичай не перевищує кількох відсотків.

Ви знали, що можна переробити старий вольтметр на амперметр? Як це зробити - дивіться відео:

Як настроювати регулювальний резистор

Для цього послідовно встановлюють силу струму, який проходить через певний світлодіод. В якості контрольного приладуможна використовувати стандартний тестер. Вольтметр включається до схеми перед мікроконтролером, а амперметр – після нього. Для виключення впливу випадкових пульсацій підключається також конденсатор, що згладжує.

Практичним плюсом виготовлення приладу своїми руками (світлодіодів не повинно бути меншим за чотири) є стійкість схеми при значних змінах спочатку заданого діапазону сили струму. На відміну від звичайних діодів, які при короткому замиканні вийдуть з ладу, світлодіоди просто не спалахують.

Св-діоди як вимірювачі струму в акумуляторній батареї автомобіля, не тільки заощаджують заряд і зберігають акумулятори, але й дозволяють зручнішим способом зчитувати показання.

Аналогічно можна побудувати і цифровий вольтметр. Як джерела світла для такого варіанту застосування підійдуть елементи на 12, а наявність додаткового шунта в схемі вольтметра дозволить більш раціонально використовувати всю висоту стовпчастої діаграми.

Буває потреба відстежити наявність струму, що протікає в ланцюгу, в двох станах: або є, або ні. Приклад: ви заряджаєте акумулятор із вбудованим контролером зарядки, підключили до джерела живлення, а як контролювати процес? Можна звичайно ж включити в ланцюг амперметр скажете ви, і будете праві. Але постійно це робити не будеш. Простіше один раз вбудувати в блок живлення індикатор протікання заряду, який показуватиме – чи йде струм в акумулятор чи ні.
Ще приклад. Припустимо, є якась лампа розжарювання в автомобілі, яку ви не бачите і не знаєте, горить вона або перегоріла. У ланцюг до цієї лампи можна включити індикатор струму і контролювати протікання. Якщо лампа перегорить – це буде одразу видно.
Або є якийсь датчик з ниткою розжарення. Тапа газового чи датчика кисню. І вам потрібно точно знати, що нитка розжарення не обірвалася і все справно працює. Тут і прийде на допомогу індикатор, схему якого я наведу нижче.
Застосувань може бути маса, основна ідея одна – контроль наявності струму.

Схема індикатора струму