Aparate electronice

Amplificator audio 2x16W

Pentru un pasionat de audiții muzicale construirea propriului amplificator audio este o lucrare ce va aduce cu siguranță multă satisfacție. În spațiul relativ mic al unei camere de apartament (25÷35m³) se poate folosi eficient un amplificator de 2x15W realizat cu circuite integrate dedicate. Pentru o audiție optimă sunt necesare și două boxe bass-reflex cu două sau trei căi, care pot fi realizate cu propriile mâini în „atelierul de acasă”. În pagina  Atelier  există câteva recomandări pentru cei interesați de construirea unor incinte acustice. Sursa de semnal audio poate fi orice DVD-player sau media-player (telefon mobil) dotat cu ieșire analogică stereo.

Amplificatorul stereo din imagine este realizat cu un singur circuit integrat TDA7265, produs de ST Microelectronics. El poate debita o putere de 2x16W pe difuzoare cu impedanța de 8Ω, fără distorsiuni sesizabile (THD<1%, funcționare în clasa AB). Intrarea de semnal RCA poate fi configurată intern astfel încât să accepte fie semnal cu nivel 2Vef (ieșire tipică DVD-player), fie semnal cu nivel în plaja 0.35÷2Vef (în acest caz este necesară ajustarea unui semireglabil pentru adaptarea nivelului sursei de semnal la nivelul intrării amplificatorului). Impedanța de intrare este de 26KΩ pe poziția 2Vef, respectiv în domeniul 4K÷26KΩ pe poziția 0.35÷2Vef (în funcție de reglajul făcut). O facilitate interesantă oferită de CI TDA7265 este controlul stării de funcționare (Mute, StandBy), care permite eliminarea pocniturilor neplăcute produse în difuzoare la conectarea sau deconectarea alimentării.

Amplificatorul a fost realizat după schema tipică cu alimentare diferențială. Deoarece CI TDA7265 asigură o bună rejecție a riplului / nesimetriei tensiunii de alimentare (SVR=60dB), nu este necesară alimentarea cu tensiune continuă stabilizată ci este suficientă o tensiune bine filtrată și decuplată local. Sursa de alimentare a fost dimensionată pentru furnizarea puterii nominale simultan pe ambele canale.

Considerând o sarcină de 8Ω, la puterea nominală de 16W prin sarcină trece un curent efectiv de 1.41A (adică 2A amplitudine), iar tensiunea efectivă la bornele sarcinii este de 11.32V (adică 16V amplitudine). În această situație consumul mediu de curent din fiecare dintre cele două surse de alimentare (V+,V-) este de 0.64A. Consumul propriu de repaus al CI este aprox. 70mA, iar tensiunea de saturație pe tranzistoarele finale este aprox. 2V. Rezultă că pentru alimentarea amplificatorului stereofonic este necesară o sursă care să furnizeze ±18V la un consum mediu de 1.35A pe fiecare ramură (vârfurile de curent ating 4.07A).

Sursa de alimentare este un redresor bialternanță cu transformator cu priză mediană în secundar. Pentru o putere utilă de 2x16W circuitul integrat disipă aprox. 13.5W, iar puntea redresoare aprox. 4.5W, deci consumul total este de aprox. 50W. Din cauza funcționării în regim deformant este necesar un transformator de rețea cu puterea nominală sensibil mai mare de 50VA. Prin simularea Spice a circuitului de alimentare (într-un regim de încărcare comparabil cu cel muzical nominal) s-a obținut o valoare efectivă a curentului din secundarele transformatorului de 2.47A, rezultând o putere aparentă estimată de 80VA. Alegerea unui transformator de aprox. 100VA s-a dovedit satisfăcătoare în practică.

Folosind un model Spice simplificat pentru circuitul de alimentare s-a estimat tensiunea înfășurării secundare a transformatorului la aprox. 16.25Vef în gol. În situația limită a creșterii tensiunii de rețea cu 10% s-ar ajunge la un maxim al tensiunii de alimentare de aprox. ±25.3V (în gol). Existența unui curent de alimentare permanent (curentul de repaus al CI de aprox. 70mA și curentul indicatorului luminos de aprox. 10mA) determină o mică cădere de tensiune pe diodele punții redresoare, astfel încât nivelul maxim real al tensiunii de alimentare în situația limită (tensiune de rețea 242Vef) nu depășește ±24.7V. Această valoare satisface restricția impusă de fabricantul CI pentru tensiunea de alimentare (max. ±25V).

Imaginea de mai sus prezintă comportarea sursei de alimentare într-o situație de încărcare nominală a amplificatorului cu frecvențe audio medii-înalte (situație apropiată de cea muzicală reală). Încărcarea nominală la frecvențe audio foarte joase (sub 40Hz) sau funcționarea accidentală cu ieșirile scurtcircuitate impun alegerea unui transformator și a unei punți redresoare care să accepte pulsuri repetate de curent de 10÷14A. Pentru transformatorul din schemă, la pornirea amplificatorului poate apărea un curent de suprasarcină de 84A prin diodele punții. Tensiunea inversă pe diode atinge 50V în condițiile creșterii tensiunii rețelei cu 10% (242Vef). Din aceste considerente s-a ales o punte redresoare solidă tip 10PM1 (Vrrm=100V, Ifav=10A, Ifrm=15A, Ifsm=150A), cu montare pe radiator.

Pentru simplitate s-a renunțat la funcția de pornire / oprire cu StandBy a CI TDA7265. Intrarea de comandă Mute/StandBy s-a conectat la un circuit exterior care asigură doar pornirea / oprirea silențioasă (fără pocnituri) a amplificatorului. Rezultatele analizei Spice de regim staționar pentru acest circuit de pornire sunt afișate în imaginea de mai sus. Pentru valori ale tensiunii de alimentare mai mici de ±5V, tensiunea U(n1,n2) este mai mică de 2.5V, iar CI este în StandBy (cu etajul final oprit). Pentru tensiune de alimentare între ±5V și ±10V, tensiunea U(n1,n2) este mai mică de 6V, iar CI este în starea Mute. Abia dupa ce tensiunea de alimentare depășește ±10V, tensiunea U(n1,n2) depășește 6V și CI trece în starea Play (cu etajul final pornit). În acest mod difuzoarele pot fi atacate cu semnal doar când condițiile de alimentare ale CI sunt satisfăcătoare. Condensatorul de 1µF asigură o mică temporizare astfel încât tranziția StandBy-Mute-Play să se facă lin și sigur.

O restricție de funcționare a CI TDA7265 este ca amplificarea în buclă închisă să fie de minim 17.8 (25dB). Amplificarea pe cele două canale este dată de raportul a două rezistențe (A1=1+R3/R4, A2=1+R6/R7). În schema prezentată s-a ales A1=A2=37.7 (31.5dB). Această valoare s-a obținut practic prin sortarea și împerecherea convenabilă a unor rezistoare de 15KΩ și 390Ω, cu toleranța 5%. Se pot utiliza semireglabile dacă se dorește ajustarea comodă a amplificării.

Pentru asigurarea stabilității amplificatorului la frecvențe înalte, la ieșire (în paralel cu difuzoarele) au fost conectate celule Boucherot. Aceste grupuri RC serie mențin impedanța de sarcină la o valoare relativ constantă în toată banda audio. Curentul prin celula Boucherot este mic, așa încât se pot folosi rezistoare R5-R8 de putere mică.

La realizarea amplificatorului s-a folosit o carcasă de tablă recuperată de la un casetofon dezafectat, la care s-a atașat un panou frontal din parchet laminat (foarte ușor de prelucrat), o regletă pentru conectarea difuzoarelor și un conector RCA dublu pentru intrările de semnal. Transformatorul a fost plasat departe de modulul audio și a fost ecranat magnetic printr-un perete de tablă. Ecranul electric dintre primarul și secundarul transformatorului s-a conectat la șasiul metalic. Capacul metalic a fost legat și el la șasiu în același punct. Ecranele firelor de semnal, adică pentru potențiometrele de volum și conectorul RCA dublu, s-au legat local la șasiu. Masa de putere a modulului audio s-a conectat la masa circuitului de alimentare (priza mediană a secundarului), iar acest nod electric s-a legat la șasiu în punctul în care s-a făcut și împământarea carcasei. Alimentarea amplificatorului dintr-o priză cu împământare nu este necesară funcțional, dar se recomandă din considerente de electro-securitate și de compatibilitate electromagnetică.

Puntea redresoare s-a fixat pe o placă de aluminiu cu rol de radiator. Circuitul integrat s-a montat pe un radiator masiv de aluminiu, izolat electric față de acesta. Pentru reducerea rezistenței termice de contact s-a folosit în ambele situații pastă termoconductoare. Firele s-au scurtat la maxim și s-au amplasat îngrijit, micșorâd astfel cuplajele parazite.

Cablajele imprimate, redate aici la scară mărită, au fost gândite pentru trasare manuală. Varianta la scara 1:1 este disponibilă pentru descărcare în format PDF. ⇒ ampapcb.pdf

În realitate toate cablajele au fost executate pe laminat simplu-placat. Traseele de pe fața superioară și traseul de pe fața inferioară auxiliară au fost realizate din sârmă de Cu izolată.

Generator de semnal sinusoidal de audiofrecvență

Aparatul folosește un oscilator cu rețea Wien și generează un semnal sinusoidal de frecvență și amplitudine reglabilă. Cele 4 domenii de frecvență (13 ÷ 143Hz, 71 ÷ 770Hz, 0.67 ÷ 6.75KHz, 4.12 ÷ 40.81KHz) pot fi selectate cu un comutator rotativ tandem cu trei platane. Există două ieșiri prevăzute cu mufe BNC, una de semnal mic (max. 500mVef / 150Ω) și alta de semnal mare (max. 3Vef / 820Ω). Frecvența este reglată cu un potențiometru liniar dublu multitură, valoarea frecvenței fiind corelată neliniar cu indicația de pe vernier. Pentru comoditate, indicarea nivelului semnalului de ieșire se face cu un instrument magnetoelectric, folosind un procedeu indirect destul de precis. Una dintre cele trei secțiuni tandem ale potențiometrului liniar de nivel P1 este folosită pentru injectarea în instrument a unui curent proporțional cu poziția potențiometrului, deci și cu nivelul semnalului de ieșire. Dacă se dorește o indicare precisă a nivelului semnalului de ieșire se poate folosi un circuit redresor fără prag cu AO, împreună cu un comutator basculant pentru selectarea ieșirii folosite.

Generatorul de semnal e alimentat cu tensiune simetrică stabilizată +/-12V, obținută prin înserierea a două stabilizatoare de tensiune pozitivă izolate, realizate cu CI echivalente LM723. Oscilatorul și amplificatoarele de semnal utilizează AO rapide de tipul TL084. Stabilizarea amplitudinii oscilațiilor se face cu un JFET tip BF245C. Deoarece la frecvența de oscilație atenuarea rețelei Wien este 3, pentru întreținerea unor oscilații de amplitudine constantă și distorsiuni minime trebuie ca amplificarea etajului realizat cu AO2 (CI4) să poată fi ajustată fin în jurul valorii 3.

Condensatoarele din rețeaua Wien au fost sortate (măsurate) pentru a fi cât mai egale și cât mai apropiate de valorile din schemă. Pentru protejarea ieșirilor la scurtcircuit s-au prevăzut rezistoarele R21 / R23, care pot fi eliminate dacă se dorește minimizarea rezistenței de ieșire. Pentru furnizarea pe sarcină o unui semnal de amplitudine constantă pe tot domeniul de frecvență, s-a renunțat la condensatoarele de cuplaj de la ieșire. Uzual, receptoarele de semnal au condensator de cuplaj pe intrare, dar dacă acesta nu există el trebuie intercalat.

Condensatorul C14a a fost adăugat pentru simetrizarea rețelei Wien pe gama 4, eliminând astfel efectul nedorit al stingerii oscilațiilor în situația ajungerii cursoarelor potențiometrului de reglare a frecvenței la unul dintre capete.

Firele de conexiune între comutatorul de gama K1 și cablajul imprimat trebuie să fie cât mai scurte. O idee bună este plasarea componentelor rețelei Wien pe o plăcuța mică, fixată în spatele comutatorului, reducându-se astfel numărul firelor care pleacă spre modulul principal.

Cablajul imprimat, aici la scară mărită, a fost gândit pentru trasare manuală. PCB-ul la scara 1:1 în format PDF este disponibil pentru descărcare. ⇒ gensinpcb.pdf

Semnalul JF / AF generat este sinusoidal în toate gamele, distorsiunile fiind insesizabile pe osciloscop. Pentru utilizarea comodă și precisă a generatorului se au în vedere valorile măsurate experimental după realizarea practică. Pentru aparatul prezentat s-au obținut datele din tabelele următoare.

Tester audio

Testerul audio este util la depanarea amplificatoarelor audio, a aparatelor ce conțin etaje de audio-frecvență și la verificarea microfoanelor. Testerul are în componență un preamplificator AF, un amplificator de putere pentru difuzorul intern, un generator de semnal sinusoidal de 1KHz și o sursă de alimentare. Semnalul generat la ieșire se injecteaza în circuitul supus testării și se urmărește pe una dintre intrările A / B, din aproape în aproape, până la localizarea defectului. Comutatorul de pe panoul frontal permite selectarea sensibilității de intrare: 5mVef, 20mVef, 100mVef (intrarea A), 0.5Vef, 2Vef, 10Vef (intrarea B). Nivelul semnalului de ieșire se poate modifica în plaja 0÷2Vef.

În funcție de gama aleasă, semnalul de intrare este amplificat sau atenuat pentru obținerea unui semnal normalizat de 100mVef. Selectorul audio este realizat cu două AO tip LM358 și șase comutatoare CMOS tip CD4016. Soluția aleasă are avantajul că semnalul audio nu mai este plimbat prin comutatorul electromecanic. Cele două comutatoare CMOS nefolosite sunt „izolate” prin conectarea pinilor aferenți la potențialul negativ al sursei simetrice.

Amplificatorul audio, realizat cu venerabilul circuit integrat TBA790T, poate furniza aproximativ 1.5W pe difuzorul intern de 8Ω. Nivelul sonor se poate ajusta din potențiometrul de volum. Pentru răcirea corespunzătoare a circuitului integrat este necesară montarea acestuia pe un mic radiator.

Generatorul de semnal sinusoidal este format dintr-un oscilator cu rețea Wien lucrând pe frecvența de aprox. 1KHz și un etaj repetor care asigură separarea sarcinii de oscilator. Grupul format din diodele D1-D2 și rezistorul R2 are rolul de a limita amplitudinea de oscilație prin reducerea amplificării la semnal mare. Ieșirea generatorului este protejată la scurtcircuit și este decuplată în curent continuu. Generatorul folosește cele două amplificatoare operaționale dintr-un circuit integrat tip LM1458.

Sursa de alimentare furnizează ±7V pentru circuitele de semnal și +12V pentru amplificatorul de putere. Stabilizatoarele de tensiune pozitivă utilizează configurații tipice ale regulatoarelor L036T și LM723. Stabilizatorul de tensiune negativă are nevoie de ieșirea stabilizată de +7V pentru a putea funcționa. Semireglabilul de simetrizare R6 din modulul de alimentare permite ajustarea valorii absolute a tensiunii negative la valoarea tensiunii pozitive.

Pentru reducerea zgomotului și a interferențelor dintre oscilator, etajele de semnal mic și amplificatorul de putere, au fost luate mai multe măsuri: distanțarea / separarea fizica a circuitelor între ele și față de șasiu, alimentarea modulelor prin fire separate scurte și torsadate, utilizarea cablurilor ecranate pe traseele de semnal cu împământarea ecranelor într-un punct la șasiu, echipotențializarea pieselor metalice ale carcasei, decuplarea locala a alimentării fiecărui circuit.

Cablajele imprimate pot fi ușor realizate prin trasare manuală. PCB-urile la scara 1:1 în format PDF sunt disponibile pentru descărcare. ⇒ tesaudpcb.pdf

Desfășurarea în condiții decente a unor activități practice de electronică solicită amenajarea unui atelier de lucru. Pentru efectuarea operațiilor de testare, realizare de prototipuri, depanare sunt necesare o serie de aparate de lucru, test și măsură: sursă reglabilă de tensiune stabilizată, stație de lipit, multimetru digital, osciloscop, generator de semnale, punte de măsură RLC etc. Unele dintre acestea pot fi realizate cu succes de către electronistul pasionat, care poate valorifica astfel și multe dintre componentele recuperate în decursul timpului.

Capacimetru 0 ÷ 5000µF cu 9 game

Aparatul permite măsurarea capacității condensatoarelor în următoarele domenii: 0÷50pF, 0÷0.5nF, 0÷5nF, 0÷50nF, 0÷500nF, 0÷5µF, 0÷50µF, 0÷500µF si 0÷5000µF. Afișarea valorii măsurate se face cu un instrument magnetoelectric de 100µA, având scala gradată în 50 de diviziuni. Selectarea domeniilor de măsură se realizează cu ajutorul a două comutatoare, unul pentru gama (pF, nF, µF) și celălalt pentru subgamă. Condensatorul de măsurat se conecteaza la borne prin intermediul a doi crocodili, fapt care determină imediat descărcarea lui pe o rezistență internă. Pentru măsurare se apasă butonul Măsură și se citește valoarea indicată, dupa stabilizarea ei (la condensatoarele electrolitice mari procesul poate dura câteva secunde). Condensatoarele complet necunoscute se măsoară începând cu gama cea mai mare, pentru a proteja instrumentul.

Schema aparatului are trei circuite de măsură diferite (câte unul pentru fiecare gamă) și un bloc de alimentare care furnizează tensiunile stabilizate de +12V și +5V. S-au folosit regulatoare de tensiune reglabilă tip LM723, dar ele pot fi oricând înlocuite cu regulatoare liniare de tensiune fixă / reglabilă cu trei terminale.

Metoda de măsurare pentru gama µF constă în încărcarea sub curent constant a condensatorului necunoscut până la atingerea unei tensiuni de prag, concomitent cu încărcarea sub curent constant a unui condensator etalon. La atingerea pragului încărcarea condensatorului etalon încetează. Tensiunea la bornele lui rămâne stabilă și are o valoare proporțională cu valoarea capacității necunoscute. Această tensiune este aplicată circuitului instrumentului, producând o indicație proporțională cu valoarea capacității. Prin dimensionare adecvată, aparatul a fost făcut să indice direct valoarea capacității măsurate. La eliberarea butonului Măsură condensatorul etalon este descărcat și pregătit astfel pentru o nouă măsurătoare. Schema utilizează cele 4 AO ale unui circuit integrat echivalent LM324.

Pe gama nF condensatorul necunoscut este introdus într-un circuit monostabil (realizat cu CI tip 74121), declanșat de un semnal periodic produs de un astabil (realizat cu CI tip LM555). Lățimea pulsurilor generate, valoarea medie a curentului prin microampermetru și deviația acului sunt proporționale cu valoarea capacității de măsurat.

Pe gama pF condensatorul necunoscut suferă periodic încărcări rapide la tensiune fixă, urmate de descărcări complete prin instrumentul de măsură. Deviația acului aparatului este proporțională cu sarcina inmagazinată în condensator, deci și cu capacitatea acestuia.

Comutatoarele pentru gamă / subgamă sunt de tip rotativ, cu platane suprapuse, iar butonul de Măsură este tripolar basculant, cu revenire. Cablajul imprimat, aici la scară mărită, a fost gândit pentru trasare manuală. PCB-ul la scara 1:1 în format PDF este disponibil pentru descărcare. ⇒ capacimpcb.pdf

Legăturile între comutatoare și PCB trebuie să fie cât mai scurte. Se poate obține o precizie bună în toate gamele de măsură, dacă se efectuează meticulos reglajele. Pentru aceasta este nevoie de un multimetru, un osciloscop / frecvențmetru și de condensatoare cunoscute (de precizie, măsurate în prealabil cu o punte RLC) pentru toate gamele. În tabelul următor sunt trecute rezultatele verificărilor făcute imediat după construirea și reglarea capacimetrului, folosind o serie de condensatoare de valoare cunoscută.

Stație de lipit cu două canale

Atunci când se execută timp îndelungat lipituri cu letconul apare supraîncălzirea vârfului. Aceasta duce la arderea fludorului, oxidarea vârfului și la înrăutățirea condițiilor de lipire. În lipsa unei stații termostatate este foarte utilă o stație care să ofere măcar posibilitatea modificării comode a puterii disipate de letcon. Aparatul prezentat aici permite încălzirea independentă a două ciocane de 100W (sau mai mici), cu 10 niveluri de putere: 0%, 20%, 30%... 90%, 100%. Nivelul de putere este indicat printr-o cifră zecimala 0 ... 9 și poate fi modificat cu butoanele Sus (+) / Jos (-), prin apăsări succesive sau prin apăsare prelungită.

Schema conține un bloc de putere cu MOSFET-uri IRF830, un bloc de comandă izolat galvanic, o sursă stabilizată de +10.5V neizolată de rețea și o sursă stabilizată de +5V izolată de rețea. Circuitul de comandă realizat cu microcontrolerul AT89C2051 produce un semnal periodic cu frecvența de 1Hz și factor de umplere reglabil în 10 trepte (0, 0.2, 0.3, ... 0.9, 1). Semnalele de comandă ale celor două canale sunt transmise prin optocuploare TIL111 către MOSFET-uri. Sursa realizată cu regulator echivalent LM723 aduce semnalele de comandă la nivelul de +10V necesar comandării eficiente a tranzistoarelor de putere. Deoarece frecvența de comutație este foarte scăzută, la curenții comutați puterea medie disipată de MOSFET-uri nu depășește 1W, fapt care permite utilizarea unor radiatoare de mici dimensiuni.

Pentru a simplifica programul din microcontroler s-a optat pentru decodificare hardware individuală BCD / 7 segmente, folosind circuite echivalente CD4511. Butonul de resetare manuală a fost prevăzut ca măsură de siguranță pentru revenirea la normalitate a aparatului în eventualitatea apariției unor anomalii de funcționare. Practic, deoarece programul este simplu și robust, n-au apărut niciodată probleme și butonul B1 poate fi eliminat.

Cablajele imprimate pentru circuitul de putere și pentru circuitul de comandă sunt suficient de aerisite pentru a fi realizate manual. Modulul de comandă are componentele plasate pe ambele fețe, iar traseele albastre subțiri reprezintă fire izolate dispuse pe fața cu rezistoare și circuite integrate.

Cablajele imprimate la scara 1:1 în format PDF sunt disponibile pentru descărcare. ⇒ stlipcb.pdf

;Statie de lipit pentru 2 letcoane - program microcontroler AT89C2051 (Emi & Leo)

CC1 EQU P3.0       ;comanda canal 1; iesire (activa in 0)
CC2 EQU P3.1       ;comanda canal 2; iesire (activa in 0)
BM1 EQU P3.2       ;stare buton [-] canal 1; intrare (activa in 0)
BP1 EQU P3.3       ;stare buton [+] canal 1; intrare (activa in 0)
BM2 EQU P3.4       ;stare buton [-] canal 2; intrare (activa in 0)
BP2 EQU P3.5       ;stare buton [+] canal 2; intrare (activa in 0)

RE1 EQU 10h        ;referinta canal 1 (0=neenergizat 1,2,3,4,5,6,7,8,9=energizare continua)
RE2 EQU 11h        ;referinta canal 2 (0=neenergizat 1,2,3,4,5,6,7,8,9=energizare continua)
RC1 EQU 12h        ;referinta curenta canal 1 (similar RE1)
RC2 EQU 13h        ;referinta curenta canal 2 (similar RE2)
PCC EQU 14h        ;pas curent ciclu comanda canal 1 si 2 (0÷9)
PCB EQU 15h        ;pas curent ciclu citire butoane (1÷MTB)
MTB EQU 5          ;multiplicator temporizare citire butoane (1=0.1s 2,3,4,5,6,7,8,9 10=1s)

;-------- RUTINA INTRERUPERE RESET µC / PORNIRE PROGRAM
ORG 0000h
          LJMP Program                 ;salt la inceput corp program

;-------- RUTINA INTRERUPERE TIMER 0
ORG 000Bh
          LJMP RutinaT0                ;salt la inceput corp rutina intrerupere T0

;-------- RUTINA INTRERUPERE TIMER 1
ORG 001Bh
          LJMP RutinaT1                ;salt la inceput corp rutina intrerupere T1

;-------- CORP PROGRAM (CONFIGURARI HARDWARE / INITIALIZARI SOFTWARE)
ORG 002Bh
 Program: MOV TMOD,#11h                ;configureaza C0/T0 si C1/T1 ca timere in mod 1 (16 biti)
          ORL IE,#8Ah                  ;activeaza intreruperile pt timerele T0 si T1
          MOV RE1,#0                   ;initializeaza referinta canal 1
          MOV RE2,#0                   ;initializeaza referinta canal 2
          MOV P1,#0                    ;indicatie 0 pe canalele 1 / 2 (sarcini nealimentate initial)
          MOV PCC,#0                   ;inceput ciclu comanda
          MOV PCB,#1                   ;inceput ciclu citire butoane / afisare referinte
          MOV TCON,#50h                ;porneste timerele T0 si T1
   Bucla: SJMP Bucla                   ;bucla nesfarsita functionare

;-------- CORP RUTINA INTRERUPERE TIMER 0 (CICLU COMANDA)
RutinaT0: MOV A,PCC
          CJNE A,#0,Cont1
          MOV RC1,RE1                  ;preia referinta canal 1
          MOV RC2,RE2                  ;preia referinta canal 2
   Cont1: MOV A,RC1
          CJNE A,#0,Cont2
          SETB CC1                     ;inactiveaza comanda canal 1
          AJMP Cont3
   Cont2: MOV A,RC1
          CJNE A,PCC,Analiz3
          AJMP Adev3
 Analiz3: JNC Adev3
          SETB CC1                     ;inactiveaza comanda canal 1
          AJMP Cont3
   Adev3: CLR CC1                      ;activeaza comanda canal 1
   Cont3: MOV A,RC2
          CJNE A,#0,Cont4
          SETB CC2                     ;inactiveaza comanda canal 2
          AJMP Cont5
   Cont4: MOV A,RC2
          CJNE A,PCC,Analiz5
          AJMP Adev5
 Analiz5: JNC Adev5
          SETB CC2                     ;inactiveaza comanda canal 2
          AJMP Cont5
   Adev5: CLR CC2                      ;activeaza comanda canal 2
   Cont5: INC PCC
          MOV A,PCC
          CJNE A,#10,Cont6
          MOV PCC,#0
   Cont6: RETI

;-------- CORP RUTINA INTRERUPERE TIMER 1 (CICLU CITIRE BUTOANE / AFISARE REFERINTE)
RutinaT1: MOV A,PCB
          CJNE A,#MTB,Fals7            ;actualizarea / afisarea referintelor se face dupa MTB intreruperi T1
          JB BM1,Cont8                 ;testeaza apasare buton [-] canal 1
          MOV A,RE1
          CJNE A,#0,Fals9
          MOV RE1,#9
          AJMP Cont8
   Fals9: DEC RE1
   Cont8: JB BP1,Cont10                ;testeaza apasare buton [+] canal 1
          MOV A,RE1
          CJNE A,#9,Fals11
          MOV RE1,#0
          AJMP Cont10
  Fals11: INC RE1
  Cont10: JB BM2,Cont12                ;testeaza apasare buton [-] canal 2
          MOV A,RE2
          CJNE A,#0,Fals13
          MOV RE2,#9
          AJMP Cont12
  Fals13: DEC RE2
  Cont12: JB BP2,Cont14                ;testeaza apasare buton [+] canal 2
          MOV A,RE2
          CJNE A,#9,Fals15
          MOV RE2,#0
          AJMP Cont14
  Fals15: INC RE2
  Cont14: MOV A,RE2
          SWAP A
          ORL A,RE1
          MOV P1,A                     ;afiseaza referinta canalelor 1 si 2 (BCD impachetat)
          MOV PCB,#1
          AJMP Cont7
   Fals7: INC PCB
   Cont7: RETI

END
    

După asamblare, programul a fost împachetat într-un fișier în format Intel HEX pentru înscrierea în memoria flash a microcontrolerului. Fișierul HEX este disponibil pentru descărcare. ⇒ stliprg.hex

Sursă stabilizată reglabilă dublă 1 ÷ 20V / 1.5A

Sursa are două canale identice izolate, cu indicație numerică a tensiunii (rezoluție de afișare 0.1V). Cele două canale pot fi legate în serie pentru a obține o tensiune pozitivă și una negativă (eventual egale), sau o tensiune pozitivă mai mare. Protecția limitează curentul de scurtcircuit la aproximativ 2.2A, dar caracteristica nu este foarte abruptă (la 2A tensiunea cade cu 0.2V, iar la 1.5A cu 40mV). La 2A curent de sarcină riplul este mai mic de 10mVvv, în toată gama tensiunilor de ieșire.

Sursa de putere este realizată cu regulatoare integrate tip LM723 și etaje Darlington discrete, după o schemă clasică. Tranzistoarele finale de putere 2N3055 se montează izolat pe un radiator capabil să disipeze 2x40W. Pentru îmbunătățirea comportării tranzitorii s-au prevazut rezistoarele R5, R6 și tranzistorul T3 (care asigură un curent minim de sarcină de 12÷17mA, în toată gama tensiunilor de ieșire). Dioda D2 protejează sursa la eventuale tensiuni inverse de autoinducție produse pe sarcini inductive la căderea tensiunii de alimentare. În cazul străpungerii condensatorului de netezire C1 / C2, dioda D1 asigură o cale de descărcare a capacității de ieșire spre intrare cu ocolirea regulatorului, protejând astfel integratul de o tensiune inversă intrare-ieșire periculoasă.

Sursa a fost dimensionată plecând de la caracteristicile înfășurărilor de putere ale transformatorului de rețea. Din păcate, transformatorul nu a putut fi rebobinat astfel încât înfășurările de mică putere să furnizeze tensiunea optimă pentru alimentarea voltmetrelor. Surplusul existent de aproximativ 8Vef este acceptabil deoarece consumul voltmetrelor este scăzut (0.1A fiecare). Stabilizatoarele de 5V pentru alimentarea voltmetrelor sunt realizate cu doua circuite integrate LM340T5, montate independent pe radiatoare miniatură fixate de cablaj.

Voltmetrul digital are la bază circuitul C520D. Tensiunea de ieșire a sursei reglabile este divizată cu 100 și apoi aplicată intrării de măsură a CI C520D. Rezistorul R1=99KOhm a fost selectat dintr-un lot de rezistoare de 100KOhm. Voltmetrul se calibrează înainte de conectarea lui la bornele sursei. La început se face reglajul de zero (cu intrarea de măsură la masă), ajustând Rv2 până la obținerea indicației 000. Apoi se face reglajul de maxim (cu intrarea de măsură la o tensiune de aproximativ 20V, măsurată cu un multimetru precis), ajustând Rv1 până la obținerea indicației corecte. Se are în vedere ca valoarea lui Rv1 să nu scadă la mai puțin de 1KOhm, pentru a nu compromite circuitul integrat (pentru siguranță se înseriază cu Rv1 o rezistență de 1KOhm).

Sursă stabilizată reglabilă dublă 0 ÷ 10V / 1A

Sursa are două canale cu masă comună, cu indicație numerică a tensiunii (rezoluție de afișare 0.01V). La canalul 1 tensiunea se modifică cu două potențiometre simple, unul pentru reglaj brut și celălalt pentru ajustare fină. Contribuția reglajului fin este maximă (aprox. 0.86V) când reglajul brut e la minim, este medie (aprox. 0.42V) când reglajul brut e la mijloc și este nulă când reglajul brut e la maxim. La canalul 2 tensiunea se modifică cu un potențiometru liniar cu 10 ture, care permite un reglaj uniform de 1V / tură. În practică, canalul 1 e folosit atunci când tensiunea trebuie modificată rapid în tot domeniul. Ambele canale sunt protejate la scurtcircuit prin limitarea curentului de ieșire la aproximativ 1A. Apropierea de valoarea maximă a curentului de ieșire e semnalată prin aprinderea unui led. La un curent de sarcină de 1A tensiunea la borne scade cu aprox. 10mV, iar riplul este sub 10mVvv.

Schema folosește 2 regulatoare LM317T pentru a obține tensiunile de alimentare ale celor două canale (+15V) și un regulator LM340T pentru tensiunea de alimentare a voltmetrelor (+5V).

Regulatoarele propriu-zise de tensiune (0÷10V) sunt realizate cu 2 AO (din CI LM324) și tranzistoare bipolare. Componentele de putere au fost plasate pe radiatoare laterale, conexiunile la PCB fiind realizate cu fire scurte. În timpul testelor, pe canalul 1 s-a constatat că la apropierea de curentul maxim apar oscilații parazite de înaltă frecvență. Pentru eliminarea acestora s-au adăugat condensatoarele Ca și Cb. Tranzistoarele T7 și T8 asigură un mic curent de sarcină la funcționarea în gol a surselor, curent care se modifică puțin cu variația tensiunii de ieșire. Ele pot fi înlocuite cu alte tipuri de JFET-uri, sau chiar cu rezistoare, dar în acest caz curentul permanent de sarcină se va modifica mai mult (proporțional) cu tensiunea de ieșire.

Voltmetrele digitale sunt realizate cu circuite integrate C520D (echivalent AD2020). Rezistoarele R1 - R2, R20 - R21 de la intrarea voltmetrelor se sortează astfel încât raportul lor să fie cat mai aproape de 9:1 (pentru a realiza divizarea prin 10), sau se înlocuiesc cu semireglabile multitură de 10÷100KOhm.

Încărcător acumulatoare 12V

Aparatul prezentat mai jos a fost conceput pentru încărcarea în regim continuu a acumulatoarelor cu plumb de 12V. Încărcătorul furnizează la ieșire o tensiune stabilizată reglabilă în gama 13÷15V, curentul de încărcare fiind limitat automat la o valoare maximă ce poate fi ajustată în intervalul 0.1÷3.3A. O caracteristică importantă a aparatului este că permite afișarea concomitentă, în format numeric, a tensiunii pe baterie și a curentului de încărcare. Încărcătorul nu necesită ajustări în timpul procesului de încărcare și poate fi lăsat în funcțiune mult timp dupa ce încărcarea practic s-a încheiat, acumulatorul intrând în acest caz în regim de încărcare de menținere. Pentru economisirea energiei și reducerea temperaturii interne la funcționarea pe timpul verii, s-a prevăzut pe panoul frontal un comutator care permite conectarea circuitului de măsură doar atunci când se dorește citirea valorilor tensiunii și curentului de încărcare.

Utilizarea aparatului e foarte simplă: se conectează la rețea, se pune sub tensiune, se ajustează valorile tensiunii / curentului de încărcare și apoi se conectează încărcătorul la bornele acumulatorului cu ajutorul unor fire prevăzute cu banane și clești crocodil. Oprirea încărcătorului se face întotdeauna după deconectarea firelor de la acumulator. În mod obișnuit se alege o tensiune de ieșire de 14.4V, iar curentul se limitează la o valoare mai mica de C/10, C fiind capacitatea acumulatorului exprimată în Ah. Pentru un acumulator tip UPS având C=7Ah limita de curent se poate fixa la 0.7A, iar pentru un acumulator auto de 55Ah limita de curent trebuie fixată spre maxim (3.3A). Timpul de încărcare a acumulatorului depinde de gradul lui de descărcare și de curentul de încărcare. De obicei acumulatorul se ține la încărcat timp de 24h, dar se poate scoate de la încărcat mai devreme dacă se observă scăderea curentului de încărcare sub valoarea de menținere (aprox. C/100).

Aparatul e alcătuit dintr-un circuit de putere (stabilizatorul propriu-zis) și un circuit de măsură (voltmetrul digital, ampermetrul digital). Schemele celor două circuite sunt prezentate mai jos.

Pentru alimentarea încărcătorului de la rețea s-a folosit un transformator cu puterea de 100VA. S-a ales o punte redresoare robustă, construită cu diode discrete montate pe radiator metalic, având I_FAV=13.5A / I_FRM=50A / I_FSM=200A / V_RRM=400V. Se poate utiliza fără probleme o punte redresoare mai mică, dar ea trebuie să aibă tensiunea inversă >100V, curentul direct mediu >5A, curentul de suprasarcină (nerepetitiv) >110A și să fie montată pe un radiator ce poate disipa 10W.

Încărcătorul propriu-zis este un stabilizator de tensiune cu limitare de curent. S-a folosit un regulator de tensiune integrat LM723, care comandă un etaj Darlington realizat cu tranzistoare tip BD135 și 2N3055. Acestea au fost montate pe un radiator capabil să disipe 40W. Stabilizatorul lucrează flotant față de masă pentru a permite măsurarea indirectă a curentului de încărcare prin măsurarea tensiunii pe rezistorul R9. Determinarea este ușor alterată de prezența unor curenți care nu trec prin acumulator, dar se scurg prin R9 la masă (max. 8.2mA). Eroarea de măsură este sub valoarea corespunzătoare unui digit LSB (adică 0.01A) și este cvasi-eliminată după efectuarea reglajului de zero al ampermetrului. Potențiometrul R4 permite ajustarea tensiunii de ieșire în gama 13÷15V, suficient pentru a încărca corect cele mai multe tipuri de acumulatoare de 12V.

Limitarea curentului de încărcare se poate face aproximativ în gama 0.1÷3.3A cu ajutorul potențiometrului R14. Când cursorul lui R14 este în poziția superioară (la capătul 1) se culege o tensiune suficient de mare încât "însumată" cu o mică tensiune pe R9 (corespunzătoare unui curent de încărcare de 0.1A) să se activeze protecția care limitează curentul de ieșire al stabilizatorului de tensiune realizat cu CI1. În situația opusă, când cursorul lui R14 este în poziția inferioară (la capătul 3) se culege o tensiune redusă și e nevoie de o tensiune mai mare pe R9 (corespunzătoare unui curent de încărcare de aprox. 3.3A) ca să se poată activa protecția care limitează curentul de ieșire al stabilizatorului. Cumularea tensiunii de pe cursorul lui R14 (constantă după ajustarea limitei de curent) cu tensiunea de pe R9 se face prin intermediul divizorului rezistiv R17-R18, folosind cele două AO din integratul CI3 (tip LM358).

Referința de tensiune a CI2 (tip LM723) este folosită atât pentru realizarea stabilizatorului de tensiune de 5V, necesar circuitului de măsură, cât și pentru alimentarea divizorului ce permite fixarea limitei curentului de încărcare a acumulatorului. Rezistorul R16 ar fi util în cazul desprinderii permanente a cursorului potențiometrului R14, dar valoarea lui ar trebui determinată experimental (depinde de curentul de polarizare al AO CI3.2, care are o dispersie destul de însemnată). Rezistența lui R16 ar fi oricum nepractic de mare (aprox. în gama 7÷34MΩ), de aceea se poate renunța la R16 fără nici o problemă. Între pinul 6(Vo) al CI1 și padul X4 se poate insera o diodă 1N4148 de protecție, pentru cazul în care tensiunea de ieșire impusă este mai mică decât tensiunea acumulatorului.

Valorile neuzuale ale unor rezistoare din schemă reprezintă de fapt valori măsurate, utilizate în cazul particular al aparatului construit. De la caz la caz, ele vor fi găsite prin sortare, vor fi înlocuite cu valori apropiate sau se va recurge la semireglabile.

Circuitele pentru măsurarea și afișarea numerică a tensiunii și a curentului de încărcare au la bază convertorul A/D cu ieșire zecimală C520D. Afișarea se face în regim multiplexat, cu trei cifre (XX.X volți și X.XX amperi), folosind decodificatoare BCD/7 segmente de tipul 7447 și afișoare LED cu anod comun. Tensiunea la bornele de ieșire ale încărcătorului este măsurată cu CI1 în montaj diferențial, după ce nivelul a fost redus de 100 de ori. Rezistoarele R1-R2 și R3-R4 se aleg astfel încât rezistențele lor să fie în raportul 99/1. Curentul de încărcare este măsurat cu CI3 în montaj clasic, cu pinul 10(LI) conectat la masă. Rezistoarele R6-R5 se aleg astfel încât rezistențele lor să fie în raport 2/1, obținându-se o divizare 2/3 a tensiunii de pe „traductorul” de curent.

Înainte de alimentarea modulului voltmetru-ampermetru se fixează cursoarele semireglabilelor în poziția mediană. Cursorul semireglabilului pentru reglajul de maxim nu trebuie să depășească 3/4 din cursă (spre capătul de maxim) pentru a nu defecta accidental integratul prin punerea la masă a pinului 13(GP). Pentru evitarea acestei situații se poate intercala între semireglabilul de maxim și pinul 13 al C520D un rezistor de 1KΩ. Semireglabilele de ajustare au efect destul de redus, ele permițând compensarea dispersiei caracteristicilor proprii ale convertoarelor A/D. Nu se va conta pe ele pentru corectarea unor divizări imprecise la intrare. Reglajul de zero se face înaintea reglajului de maxim. La efectuarea reglajului de zero pot apărea caractere eronate pe afișor dacă este depășită poziția limită de reglaj.

Cablajele imprimate ale celor două module sunt prezentate mai jos, la scară mărită.

Modulul voltmetru-ampermetru are componente electronice pe ambele fețe ale plăcii. Afișoarele sunt amplasate pe fața de jos. PCB-urile la scara 1:1 în format PDF sunt disponibile pentru descărcare. ⇒ incacupcb.pdf

Aparatul a fost proiectat și construit înainte de apariția în supermarket-uri a unor încărcătoare auto ieftine și compacte. Efortul depus a fost recompensat de utilizarea fără probleme a încărcătorului timp de mai mulți ani, până în prezent. Circuitele integrate folosite nu se mai fabrică, dar pot fi găsite în stocurile unor comercianți și construirea aparatului este încă posibilă. Schemele prezentate pot fi folosite și ca sursă de inspirație pentru realizarea unor încărcătoare particulare, cu cerințe de tensiune și curent diferite.