Резистивная нагрузка для тестирования низковольтных источников переменного тока

Недавно автор столкнулся с необходимостью снять вольтамперные характеристики источника переменного тока с максимальной силой тока около 5 А. Условия эксперимента требовали измерения напряжений от 100 мВ. При этом необходимо было провести несколько серий измерений для контроля динамики процесса, носящего нестационарный характер.

Для обеспечения повторяемости условий измерения было решено использовать в качестве нагрузки набор резисторов соответствующей мощности. Подходящих резисторов под рукой не оказалось; их можно было бы заказать на AliExpress, но это, как минимум, месяц ожидания. И тут, при очередном посещении пункта приема металлолома, на глаза попался набор из трех однотипных проволочных резисторов на керамических носителях, смонтированных на металлической раме.

Приобретенный за символическую цену, набор резисторов был доставлен в гараж и очищен при помощи лазерной установки, после чего выглядел очень прилично. Сопротивление каждого из резисторов составляло около 21 Oм. После недолгих размышлений было решено разделить каждый из них пополам при помощи металлического хомута, в результате чего получилось 6 резисторов, сопротивление каждого из которых составляло примерно 10 Ом. Это позволило простыми средствами синтезировать следующий ряд резисторов (в Ом): 50, 45, 40, 35, 30, 25, 20, 15, 10, 5.

Электрическая схема такого синтезатора приведена на Рисунке 1. Добавочный 50-ваттный резистор R_Д сопротивлением 50 Ом и тумблер SW1 позволяют расширить набор фиксированных величин сопротивления, добавив второй диапазон от 55 до 100 Ом.

Рисунок 1.	Электрическая схема устройства. Исходное положение «I» переключателя SW1 соответствует диапазону сопротивлений 5 – 50 Ом, положение «II» соответствует диапазону сопротивлений 55 – 100 Ом.

В качестве коммутирующих устройств использованы 4- и 5-контактные автомобильные реле. Питаются реле от внешнего источника напряжением 12 В. На Рисунке 1 положения контактов реле показаны в исходном состоянии устройства – при отсутствии управляющих сигналов.

Таблица коммутации реле приведена на Рисунке 2. Символом «1» обозначены активные состояния реле, пассивные не показаны для облегчения восприятия.

R* K1 K2 K3 K4 K5 50           45 1         40       1   35 1     1   30       1 1 25 1     1 1 20 1 1   1 1 15 1 1 1 1 1 10 1 1 1 1   5 1 1 1
Рисунок 2.	Таблица коммутации реле для синтеза резистора с изменяемым сопротивлением. R* – приближенные значения.

Для управления реле использовалась матрица из имевшихся в наличии диодов FR207. Схема управления реле показана на Рисунке 3.

Рисунок 3.	Схема управления реле.

Данное решение, несмотря на простоту, отсутствие силовых электронных компонентов и возможность тестировать источники переменного тока с напряжением от 0 В, имеет и определенные недостатки, заключающиеся в «дребезге» контактов реле и связанной с этим фактором возможности возникновения кратковременных провалов в момент переключения реле.

Рисунок 4 демонстрирует переходные процессы при изменении сопротивления нагрузки. Сигнал снимался с резистора сопротивлением 0.1 Ом, включенным последовательно с нагрузкой. Хорошо заметны кратковременные провалы при переключении реле.

Рисунок 4.	Переходные процессы при коммутации реле под нагрузкой. Масштаб по вертикали 100 мВ/дел, по горизонтали 1 с/дел.

Ввиду использования габаритных и тяжелых деталей устройство смонтировано на пластине ламината размером 300 × 150 мм. Для расширения функциональности добавлен DC ампервольтметр и тумблер, отключающий его при тестировании источников переменного тока. Внешний вид устройства со снятым кожухом показан на Рисунке 5.

Рисунок 5.	Внешний вид устройства. Нагрузка подключена к источнику постоянного тока.

В заключение хотелось бы остановиться на нескольких практических моментах, связанных с монтажом устройства. Силовые выводы реле, используемые для коммутации резисторов, присоединялись пайкой для исключения соединений с нестабильным переходным сопротивлением. В качестве соединений между силовыми выводами реле и выводами резисторов использовались провода сечением около 3 мм².