ГАЛЬВАНОСТАТ

Е. Кучме, Т. Язбутис, Радио №12/1964, ст.45

В современной практике различных химических работ требуется соблюдать гальваностатический ре­жим. Для этой цели и служит раз­работанный авторами гальваностат (рис. 1). Основное назначение при­бора — поддержание строго пос­тоянного тока в электрохимической ячейке

Отличительной особенностью дан­ного гальваностата является широ­кая область величин стабилизиру­емого тока (максимальная величина стабилизируемого тока превосходит минимальную величину в 6000 раз) и его универсальность — простым пе­реключением стабилизатор тока прев­ращается в стабилизатор напряже­ния.

Диапазон стабилизируемого тока от 20 мка до 120 ма разбит на 10 поддиапазонов (см. табл. 1) с плав­ной регулировкой величины тока внутри каждого поддиапазона. После предварительного прогрева в тече­ние одного часа дрейф тока за шесть часов работы составляет около 0,5%. Кратковременный дрейф (за 30 мин) вызывает изменение стабили­зируемого тока на 0,05%. Стабиль­ность тока при изменении сопротив­ления нагрузки условно может быть выражена величиной эдс эквивалент­ной батареи с ограничивающим со­противлением, включенным последо­вательно с нагрузкой. Для описы­ваемого гальваностата эквивалент­ная величина эдс равна 25 кв. Изме­нение напряжения сети на +10% вызывает изменение тока на ±0,5%. В режиме стабилизатора напряжения прибор выдает плавно регулируемые напряжения от 40 до 300 в при мак­симальном токе от 40 до 100 ма соответственно.

Питание гальваностата осуществля­ется от сети переменного тока нап­ряжением 220 в, потребляемая мощ­ность до 80 вт. Вес его около 6 кг, размеры 310X 190X225 мм.

Несмотря на высокие параметры, схема прибора отличается относи­тельной простотой и при правиль­но выполненном монтаже и точно подобранных сопротивлениях се­точного делителя напряжения почти не требует настройки. Принципиальная схема гальвано­стата приведена на рис. 2, а его упрощенная схема с выделением цепи тока для одного поддиапазона 0,3—1 ма — на рис. 3.

Принцип работы схемы гальвано­стата (стабилизатора постоянного то­ка) в своей основе не отличается от принципа работы обычного стаби­лизатора напряжения. Общим в ра­боте этих приборов является способ­ность выбранной схемы автоматиче­ски поддерживать на постоянном уровне входное напряжение U _вх усилителя (см. рис. 3). Для этого усилитель автоматически изменя­ет смещение на управляющей сет­ке регулирующей лампы Л₁ таким образом, что вызывает обратное из­менение выходного напряжения U_вых по отношению к изменению напря­жения U_вх.

Поскольку «ячейка» включена по­следовательно с сопротивлениями R22, R44, R54 и схема поддерживает на них постоянное падение напря­жения, то и величина тока, одина­ковая для ячейки и для указанных сопротивлений, остается постоян­ной.

Величина стабилизируемого тока устанавливается плавно потенцио­метром R22 и грубо переключателем П1 при этом потенциометр R22 с соответствующими сопротивлениями R44 и R54 изменяет напряжение U_вых, а сопротивление R₃₅ определяет минимальный ток (при минимальном Uвых) ^на данном поддиапазоне

Измерение тока, протекающего че­рез ячейку, производится мик­роамперметром. Стрелка микро­амперметра при включенном последовательно с прибором соп­ротивлении R₂₁ отклоняется на всю шкалу при падении напряже­ния на соответственно подобранном шунте R22, равном 1 в. При пере­ключении диапазонов чувствитель­ности микроамперметра исключа­ется возможность случайного вклю­чения микроамперметра в цепь тока без одновременного подключения шунта.

С целью более точного измерения тока предусмотрены зажимы «Ка­либр», к которым взамен перемычки можно подключить или более точный измеритель тока, или калиброван­ное сопротивление и измерять па­дение напряжения на нем с помощью лабораторного вольтметра.

Тумблер Вk1 замыкает зажимы «Ячейка» при отсоединении ячейки, что позволяет избежать появления высокого напряжения на плюсовом зажиме, которое при разрыве цепи тока достигает более 300 в.

При переключении переключателя П₁ в положение «Стабилизатор нап­ряжения» входной делитель напря­жения усилителя (R22, R44, R54 И R56) подключается непосредственно к выходу стабилизатора (катод Л_г), а один из зажимов «Калибр» за­земляется. Тогда при наличии пе­ремычки на зажимах «Калибр» и разомкнутом тумблере Вk2 зажимы «Ячейка» служат выходом стаби­лизатора напряжения. В этом слу­чае микроамперметр используется как вольтметр.

Усилитель, выполненный на пентоде типа 6ЖЗП Л₄ (рис. 2), позволяет получить коэффициент уси­ления более 300. Для стабилизации работы усилителя при широком из­менении величины выходного нап­ряжения и_вых питание анодно-эк­ранной цепи осуществляется от до­полнительного источника питания (Л2), а напряжение питания экран­ной сетки дополнительно стабили­зировано стабилитроном Л5. Пос­ледний служит также источником стабилизированного напряжения для питания кремниевых стабилитронов Д₁₁—Д₁₄, являющихся источником опорного напряжения. Диоды Д₁₁ и Д₁₂, включенные в прямом нап­равлении, уменьшают температурную зависимость напряжения основных диодов Д₁₃ и Д₁₄. Следует отметить, что питание экранных сеток ламп Л₁ и Л4 стабилизированным напря­жением повышает чувствительность схемы по управляющему напряже­нию. Для уменьшения сеточных то­ков, влияющих на величину U_ex, напряжение накала лампы Л₄ умень­шено на 5% против номинала.

Отличительной особенностью схе­мы стабилизатора является приме­нение двух каскодно-включенных ка­тодных повторителей (оба триода лампы Л₃). Это позволяет работать управляющей лампе Л₁ в режиме значительных токов, благодаря чему при меньших напряжениях на участ­ке анод — катод управляющей лам­пы через нее можно пропустить боль­шой ток.

С целью предотвращения работы лампы Л₁ в режиме микротоков, когда резко падает крутизна, вклю­чено сопротивление R₁₅, ограничи­вающее начальный рабочий ток.

Сопротивления R₃ и R₁₄ ограни­чивают токи, заряжающие конден­саторы C1 и С₃ в момент включения прибора в сеть.

Силовой трансформатор, выпол­ненный на ленточном броневом маг­нитопроводе типа ШЛ 20X40, имеет следующие данные обмоток: обмотка I—780 витков провода ПЭВ-2 0,47; об­мотка II—955 витков провода ПЭВ-2 0,12; обмотка III—10.35 витков про­вода ПЭВ-2 0,27; обмотка IV—27 витков провода ПЭВ-2 0,64 и обмотка V—26 витков провода ПЭВ-2 0,59.

Обмотка дросселя Др_г содержит 1800 витков провода ПЭВ-2 0,27, магнитопровод типа ШЛ12Х20.

Монтаж и конструкция гальвано­стата не имеют никаких особенностей.

С целью уменьшения дрейфа тока, мощности рассеивания сопротивле­ний делителя входного напряжения указаны с 5—10-кратным запасом, а сопротивлений, ограничивающих ток, с 3—5-кратным запасом. По тем же соображениям желательно, чтобы указанные сопротивления бы­ли проволочными. Сопротивления делителя входного напряжения под­бираются с точностью 14-2% и ог­раничивающие сопротивления — с точностью 34-5%.

Примечание редакции. В процессе доводки прибора авторы провели тщательное лабораторное исследова­ние его параметров и режимов ра­боты. Это исследование позволило уточнить некоторые характеристики гальваностата и связанные с ними величины ряда сопротивлений. При­водим измененные данные этих со­противлений:

R₄—2×1,8 ком, 2 вт, включенных параллельно;

R₃—1 ком, 2 вт; R₁₈—12 ком, 10 вт; R₅₆—220 ком, 1 вт.