Nahrazuje klasické reostaty používané při testování vlastností napájecích zdrojů.

Princip funkce

Základní myšlenka vychází z nahrazení reostatu tranzistorem, který přebírá funkci zátěže. Pomocí operačního zesilovače je udržován konstantní zatěžovací proud.

Proud ze zdroje připojeného ke svorkám 1 a 2 prochází přes tranzistor T1 a rezistor R1, na kterém se vytváří úbytek napětí odpovídající procházejícímu proudu. Operační zesilovač porovnává toto napětí přivedené na invertující vstup s napětím z potenciometru P1 a řídí tranzistor T1 tak, aby obě napětí byla shodná.

Příklad:
Potenciometr P1 je nastaven tak, že napětí na neinvertujícím vstupu IC1 je 0,47 V. Operační zesilovač zajistí, že procházející proud bude mít velikost 1 A a vytvoří na R1 shodný úbytek napětí, tj. 0,47 V. Proud je konstantní, tedy nezávislý na velikosti napětí zdroje.
Po přepnutí přepínače do polohy „R“ není napětí na neinvertujícím vstupu konstantní, ale závisí na velikosti napětí zdroje. Proud se tedy bude měnit podle napětí zdroje a zátěž se bude chovat jako konstantní odpor.

Návrh zapojení a použité součástky

Výkonové tranzistory a jejich chlazení

Většina výkonu zdroje (napětí x zatěžovací proud) se v tranzistoru přemění na teplo. Chceme-li například navrhnout elektronickou zátěž pro napětí 30 V a proud 5 A, bude ztrátový výkon dosahovat téměř 150W. Problém je, zajistit dostatečně účinné chlazení.

Příklad:
Tranzistor IRF540N má v datasheetu uvedeny maximální hodnoty VDSS=100V, ID=33A a PD=130W. Současně však výrobce doporučuje pro pouzdro TO220AB (vzhledem k teplotnímu odporu) maximální trvalý výkon 50W. To znamená , že ve výše uvedeném případě je nutné použít nejméně 3 tranzistory zapojené paralelně. Aby byl výkon rozdělen rovnoměrně mezi tranzistory i při mírně odlišných parametrech, je k vývodu S každého tranzistoru připojen rezistor.
Podmínku je dostatečně velký chladič ofukovaný ventilátorem.

Operační zesilovače

Je potřeba vybrat typy, které jsou schopné pracovat při nesymetrickém napájení 9 V s nízkým vstupním napětím (od nuly). Obvykle se používají dvojité OZ LM358, nebo čtyřnásobné LM324.
Příklad:
U LM324 výrobce uvádí možnost napájení nesymetrickým napětím v rozsahu 3 až 32 V při vstupním napětí -0,3 až +32 V.

Doplňkové obvody

Pulsní zátěž

Výhodné je testování zdrojů v dynamickém režimu, to znamená, že se periodicky střídá zatížení nastaveným proudem a stav bez zátěže. Pomocí osciloskopu je pak možné sledovat, jak se zdroj chová při různých frekvencích.
Na neinvertující vstup OZ se přes oddělovací diodu přivádí namísto konstantního napětí obdélníkové z astabilního klopného obvodu s proměnnou frekvencí. Zdrojem signálu může být například známý časovač typu „555“.

Aktivní chlazení

Při velkých výkonech je třeba použít ventilátor, který ofukuje chladič. Výhodné je řízení ventilátoru pomocí OZ zapojeného jako Schmittův klopný obvod. Vstupní napětí je řízeno termistorem NTC tepelně spojeným s chladičem. Kladná zpětná vazba zajišťuje hysterezi (teplota pro zapnutí ventilátoru je vyšší, než pro jeho vypnutí).

Teplotní ochrana

Používá podobné zapojení jako v předchozím případě s tím, že při překročení maximální teploty odpojí zátěž, aby se zabránilo zničení výkonového tranzistoru.

Vybíjení akumulátorů

Elektronickou zátěž je také možné využít k řízenému vybíjení akumulátorů. Nastavitelné minimální napětí zajistí ukončení vybíjení při dosažení požadované hodnoty. Také zde je použit OZ jako Schmittův klopný obvod, který přes oddělovací diodu ukončí vybíjení akumulátoru při dosažení minimálního napětí.

Napětí zdroje je přivedeno na dělič napětí složený z rezistorů R2 a R3. Na rezistoru R2 je zhruba třetina napětí zdroje filtrovaného kondenzátorem C1 a přivedeného na invertující vstup OZ. Zmenší-li se na hodnotu nastavenou potenciometrem P1, objeví se na výstupu OZ kladné napětí, kterým je přes oddělovací diodu D1 uzavřen IC1 a tím ukončeno vybíjení.

Měření

Zapojení je dobré doplnit o možnost měření napětí zdroje a zatěžovacího proudu. K tomu jsou vhodná digitální panelová měřidla buď samostatná, nebo jedno kombinované. Nejlepší je modul kombinující měření napětí, proudu, výkonu i kapacity. Ten je ale výrazně dražší.

Regulace proudu

Pro přesné nastavení zatěžovacího proudu je použit více otáčkový potenciometr (Aripot) v kombinaci s přepínáním rozsahu.

Napájení

K napájení postačí běžný síťový adaptér s výstupním napětím 12 V doplněný stabilizátorem napětí typu 78L09. Ventilátor a panelové měřidlo jsou napájeny napětím 12 V, zbytek elektronických obvodů stabilizovaným napětím 9 V.