Ofte har bipolare strømforsyninger en konstant utgangsspenning. Ønsket om å konstruere en regulert fra en uregulert bipolar strømforsyning til lav pris fører vanligvis ikke til noe godt, siden dette fører til ubalanse mellom utgangsspenninger (i amplitude) med motsatte polariteter. For å implementere dette alternativet er det nødvendig å "vekte" ordningen betydelig.
Det er også et alternativ når en elektronisk enhet legges til en unipolar strømforsyning, som genererer en negativ spenning fra en positiv. Men denne versjonen av en bipolar kilde har også en ubalanse av motsatte spenninger og tillater ikke bruk i strømforsyninger med kontinuerlig variabel utgangsspenning.
Denne artikkelen inneholder en annen originalversjon bipolar kraft fra unipolarå ha rett til å eksistere. Dette er et prefiks - bygget på en operasjonsforsterker LM358, til en konvensjonell unipolar strømforsyning, som lar deg oppnå en full bipolar utgangsspenning.
Enhver strømforsyning med en spenning på 7...30 volt kan fungere som en inngangsspenningskilde, og utgangsspenningen vil være 3...14,5 volt.
Under drift forvrenger ikke denne deleren utgangsparametrene til en unipolar strømforsyning. Dette skillefestet tåler en belastning på opptil 10 ampere uten å forvrenge spenningen, både i de positive og negative kanalene. For eksempel, hvis en last med et strømforbruk på 9 ampere er koblet til den negative kretsen til en bipolar strømkilde, og 0,2 ampere i den positive kretsen, vil forskjellen mellom den negative og positive spenningen være mindre enn 0,01 volt.
Det skal bemerkes at bare tilstedeværelsen av en regulator i en unipolar strømforsyning kan sikre en endring i utgangen i en bipolar, ellers vil justering være umulig.
Beskrivelse av vedleggsdeleren av unipolar spenning til bipolar
(DA1) måler potensialforskjellen mellom fellesledningen og midtpunktet til spenningsdeleren satt sammen ved motstandene R1, R2, R3. Når denne forskjellen endres, fører LM358 op-amp til stabilisering av utgangsspenningen, reduserer den eller øker den.
Når inngangsspenning tilføres kretsen, lades kondensatorene C1 og C2 med halvparten av forsyningsspenningen. Med en balansert belastning vil disse spenningene være utgangsspenningen til en bipolar strømforsyning.
La oss nå analysere situasjonen når en ubalansert belastning er koblet til utgangen til en bipolar strømforsyning, for eksempel er belastningsmotstanden i den positive kretsen betydelig lavere enn belastningsmotstanden koblet til den negative kretsen.
Siden en last er koblet parallelt til kondensator C1 (diode VD1 og en liten lastmotstand), vil kondensator C2 lades både gjennom kondensator C1 og gjennom den ovenfor angitte kretsen (diode VD1 og en liten lastmotstand).
Av denne grunn vil kondensator C2 lades med høyere spenning enn kondensator C1, og dette vil føre til at den negative spenningen blir høyere enn den positive. På fellesledningen vil spenningen øke i forhold til midtpunktet til spenningsdeleren R1, R2, R3, hvor spenningen er 50 % av inngangen.
Dette bidrar til fremveksten av en negativ spenning ved utgangen av op-amp LM358 i forhold til den vanlige ledningen. Som et resultat åpnes transistorene VT2 og VT4, og på samme måte som den elektriske kretsen "diode VD1, liten belastningsmotstand" i den positive elektriske kretsen, omgår kapasitansen C2 i den negative kretsen, noe som fører til en balanse mellom strømmene til begge kretsene ( positiv og negativ)
Likeledes vil transistorene VT1, VT3 åpne seg hvis det er lastubalanse mot negativ spenning.
Opplegg:
Det særegne ved denne strømkilden er at ved å rotere kontrollknappen kan du ikke bare endre utgangsspenningen, men også dens polaritet. I praksis kan den justeres fra +12V til -12V. Dette ble oppnådd takket være den uvanlige inkluderingen av stabilisatorer til en bipolar strømforsyning, slik at begge stabilisatorene reguleres ved hjelp av en variabel motstand.
Enhet:
Kretsskjemaet er vist i figuren over. Likeretteren er bipolar, laget i henhold til en standardkrets på transformator T1 med en sekundærvikling tappet fra midten, diodebro VD1 og kondensatorer C1 og C2. Som et resultat produserer dens utgang en bipolar spenning + - 16...20V. Denne spenningen tilføres to stabilisatorer på transistorene VT1 og VT3 (positiv spenningsregulering) og på transistorene VT2 og VT4 (negativ spenningsregulering). Forskjellen fra standard bipolar krets er at utgangene til stabilisatorene er koblet sammen, og at én felles variabel motstand R5 brukes til å regulere spenningen. Således, hvis glideren til denne motstanden er installert nøyaktig i midten, og spenningen over den i forhold til den vanlige ledningen er null, er begge stabilisatorene lukket, og spenningen ved utgangen av kretsen er også null. Nå, hvis motoren begynner å bevege seg mot positive spenninger (oppover kretsen), begynner den positive spenningsstabilisatoren på transistorene VT1 og VT3 å åpne seg, og den negative spenningsstabilisatoren (VT4 og VT2) forblir lukket. Som et resultat er utgangsspenningen positiv. Nå, hvis glidebryteren flyttes i retning av negative spenninger (nedover kretsen), vil den positive spenningen ved kretsterminalen reduseres og i midtposisjonen til R5 vil spenningen bli null. Den positive spenningsregulatoren lukkes. Hvis motoren flyttes videre i samme retning, vil den negative spenningsstabilisatoren på VT2 og VT4 begynne å åpne seg (mens den positive spenningsstabilisatoren lukkes) og den negative spenningen ved utgangen vil øke.
Detaljer:
Designet bruker en ferdig TAIWAN-transformator med en effekt på 10 W, som produserer to vekselspenninger på 12 V hver på sekundærviklingen Kapasitansene til kondensatorene C1 og C2 skal ikke være mindre enn 1000 μF, det må tas inn i ta hensyn til at nivået av krusning ved utgangen avhenger av dem. Zener-dioder kan være hvilken som helst laveffekt for spenning 12V. Transistor KT817 kan erstattes med KT315, KT807, KT819. Transistor KT816 - med KT814, KT818. Transistorer KT5032 kan KT5032 og byttes ut med henholdsvis KT361 og KT315 Likeretterbroen kan brukes en annen, for eksempel KTs402 eller settes sammen av dioder type D226 eller KD105 Transistorer VT1 og VT2 må plasseres på små kjøleribber Basert på denne kretsen kan man lage en kraftigere kilde som produserer en høyere maksimal spenning Du trenger bare å bruke kraftigere transistorer, en transformator som er kraftigere og gir høyere spenning, samt andre zenerdioder og likeretterbro Alt er det samme som for en konvensjonell effekt kilde.
Radiokonstruktør nr. 1 2000 s. 25
Hvordan endre polariteten til strømforsyningen?
OPP-08
De fleste høyspente strømforsyninger bruker såkalte spenningsmultiplikatorer for å skape den nødvendige utgangsspenningen. Den grunnleggende multiplikatorkretsen er vist nedenfor i et forenklet strømforsyningskretsdiagram:
Multiplikatorkretsen består av kondensatorer og dioder arrangert i en bestemt rekkefølge. Polariteten til blokkutgangen bestemmes av orienteringen til diodene. I eksemplet ovenfor skal diodene produsere en positiv polaritetsutgang i forhold til jord. Hvis du endrer orienteringen til alle diodene, vil multiplikatoren produsere en negativ spenning i forhold til jord.
Eksempelet ovenfor viser en totrinns halvbølgemultiplikator som bruker fire dioder. Fullbølge multiplikatortrinn er mer effektive ved å bruke ekstra kondensatorer og dobbelt så mange dioder. For å skape høye spenninger, slik som i Spellman-strømforsyninger, er et stort antall multiplikatortrinn koblet i serie. En 12-trinns fullbølgemultiplikator vil inneholde 48 dioder.
Som regel er kondensatorene og diodene som brukes til å sette sammen multiplikatorer loddet direkte på ett eller noen ganger i flere trykte kretskort. Ofte, for å isolere dem fra høye spenninger, er slike brett innelukket i et skall - fylt med en forbindelse.
For å forenkle prosedyren for å endre polariteten til den motsatte (som i en kopi av SL-serien), ved spenninger over 8 kV, er en andre multiplikator gitt - "motsatt polaritet". Prosessen med å erstatte multiplikatoren er ikke vanskelig; alt du trenger er en skrutrekker og noen få minutter med tid. På grunn av den forenklede utformingen av modulære enheter, tillater de vanligvis ikke polaritetsendringer på stedet.
Det er skrevet hele avhandlinger om hva bipolar ernæring er, fra 2 avsnitt til en artikkel på 40 sider, så vi vil ikke beskrive disse detaljene her, vi vil bare merke oss de viktigste punktene. Denne typen strømforsyning brukes oftest i måleteknologi og diverse analogt utstyr, spesielt innen lyd og video - grunnen til dette er ganske enkel: mange signaler som må måles og behandles har ikke bare en positiv verdi, men også en negativ, i samsvar med det ikke-elektriske fysiske fenomenet som genererer dem. Et slående eksempel på et slikt fenomen er lydbølger som rocker membranen til en dynamisk mikrofon, og genererer en strøm i spolen, hvis retning viser posisjonen til nettopp denne membranen i forhold til hvilepunktet. Derfor bør prosesseringskretsen for et slikt signal fungere normalt for alle tegn på inngangsspenningen. Det er et stort antall slike kretser, men mange av dem krever bipolar strømforsyning.
Igjen, det er et stort antall forskjellige kretser for å oppnå bipolar kraft - fra primitive til veldig ikke-standardiserte, ved å bruke helt uopplagte kretsløsninger. Du kan vurdere fordelene med abstrakte ordninger og løsninger brukt i dem i uendelig lang tid, men det beste alternativet eksisterer rett og slett ikke, fordi i hvert enkelt tilfelle er det visse krav (inkludert tilgjengeligheten av de nødvendige komponentene på det nåværende tidspunkt), som bestemmer den endelige versjonen av enhetsmonteringen.
Velge en bipolar strømforsyningskrets
Med hensyn til ovenstående vil vi sette sammen en liten justerbar stabilisert bipolar en for bruk under laboratorieforhold ved oppsett av laveffekts lavfrekvente forsterkere, målekretser som inneholder operasjonsforsterkere og andre enheter som av en eller annen grunn krever bipolare strømforsyning. Vi legger til at denne kilden må ha lavt støynivå og lavest mulig utgangsspenningsrippel. I tillegg kreves det at den er tilstrekkelig pålitelig og kan overleve tilkobling av en feilmontert enhet til den. Jeg vil også lage den i form av en universell modul som kan brukes til rask prototyping av nye design eller midlertidig installert i en enhet som den endelige versjonen av strømforsyningen ennå ikke er produsert for. Etter å ha bestemt de tekniske spesifikasjonene, kan du fortsette med å velge kretsskjemaet for den fremtidige enheten.
Alle kretser av enkelt-til-bipolare strømforsyningsomformere, lik de som er vist i fig. 1, vurderer vi ikke, fordi deres bruk er kun mulig med en strengt definert belastning. Så hvis det for eksempel oppstår en kortslutning i en krets koblet til en av armene, vil det oppstå en uforutsigbar ubalanse av spenninger eller strømmer, som igjen kan føre til svikt i både kilden og kretsen som studeres.
Ris. 1 - Uhensiktsmessige ordninger omformere
En utmerket krets for å konvertere unipolar strømforsyning til bipolar strømforsyning, men dessverre, uten å justere utgangsspenningen, er gitt i magasinet "Radioamator" nr. 6 for 1999:
La oss umiddelbart forkaste ideen om en enkel pulserende kilde, fordi når du bruker de enkleste kretsene som inneholder et minimumssett med komponenter, viser kilden seg å være veldig støyende, dvs. ved utgangen er det ganske mye støy og ulike typer forstyrrelser, som ikke er så lett å bli kvitt.
Ris. 3 - Opplegg fra boken “500 ordninger for radioamatører. Strømforsyninger", forfatter A.P. Familiemann
Samtidig, for å drive ULF på en TDA-brikke, er dette et utmerket alternativ, men for en mikrofonforsterker med høy forsterkning er det ikke så mye. I tillegg vil du fortsatt måtte lage separate stabiliserings- og. Selv om vi trengte en kilde med en effekt på 150 W eller mer, ville det å bygge en byttestrømforsyning med regulering, god filtrering og innebygd beskyttelse være en utmerket og også kostnadseffektiv løsning.
Den enkleste og mest pålitelige løsningen for problemet vårt ville være å bruke en transformator med en effekt på omtrent 30 W med to viklinger eller en vikling med en senterkran. Disse transformatorene er vidt distribuert på markedet, de er enkle å finne i utdatert utstyr, og i ekstreme tilfeller kan du alltid legge til en ekstra vikling til den som er tilgjengelig for øyeblikket.
Ris. 4 - Transformatorer
Siden vi trenger en stabilisert kilde, trenger vi følgelig etter transformatoren og diodebroen en slags justerbar spenningsstabiliseringsenhet med kortslutningsbeskyttelse (selv om kortslutningsbeskyttelse kan legges til etterpå).
Det neste trinnet er å avvise alle varianter av stabilisatorer, satt sammen på diskrete elementer og bestående av et stort antall deler, som for komplekse for oppgaven. I tillegg krever de i de aller fleste tilfeller nøye konfigurasjon med valg av visse elementer.
Den enkleste løsningen i vårt tilfelle vil være å bruke justerbare lineære stabilisatorer som LM317. Jeg vil umiddelbart advare mot den fundamentalt feilaktige ideen om å bruke to positive stabilisatorer, inkludert som vist nedenfor. Denne ordningen, selv om den kan fungere, fungerer ikke riktig og er ustabil!
Ris. 6 - Opplegg ved hjelp av to positive stabilisatorer
Følgelig må du bruke en "komplementær" justerbar stabilisator LM337. Fordelen med begge stabilisatorene er den innebygde beskyttelsen mot overoppheting og kortslutning ved utgangen, samt en enkel koblingskrets og ingen behov for konfigurasjon. Du kan se et typisk koblingsskjema for disse stabilisatorene i databladet fra produsenten:
Ris. 7 - Typisk koblingsskjema for LM337 stabilisatorer
Etter å ha modifisert den litt, får vi den endelige versjonen av modulen til en justerbar bipolar strømforsyning, som vi vil montere i henhold til følgende skjema:
Ris. 8 - Opplegg justerbar bipolar strømforsyningsmodul
Kretsen virker komplisert på grunn av det faktum at vi har merket alle de anbefalte ledningsdelene på den, nemlig shuntkondensatorer og dioder som tjener til å utlade kondensatorer. For å være sikker på at de fleste av dem må installeres, kan du se dataarket på nytt:
Ris. 9 - Koblingsskjema fra datablad
For å forenkle produksjonen, nemlig redusere antall operasjoner som kreves for montering, bruker vi overflatemonteringsteknologi, dvs. Alle deler i vårt design vil være SMD. Et annet viktig poeng er det faktum at modulen vår ikke vil ha en nettverkstransformator; vi vil gjøre den plug-in. Årsaken ligger i det faktum at når det er en stor forskjell mellom forsynings- og utgangsspenningen, og når du arbeider med maksimal strøm, må forskjellen mellom kraften som tilføres og tilføres belastningen spres på de regulatoriske elementene i kretsen vår, og spesielt på integrerte regulatorer. Den maksimale effekttapet for slike stabilisatorer er allerede liten, og når du bruker SMD-pakker blir den enda mindre, og som et resultat kan den maksimale strømmen til en slik stabilisator som opererer med en forskjell mellom inngangs- og utgangsspenninger på 20 V lett falle til 100 mA, og dette for våre oppgaver er ikke lenger nok. Dette problemet kan løses ved å redusere forskjellen mellom disse spenningene, for eksempel ved å koble til en transformator med sekundærviklingsspenninger nærmest det som er nødvendig i dag.
Valg av komponenter
En av de vanskelige sidene ved å implementere ideen vår viste seg plutselig å være valget av integrerte stabilisatorer i riktig hus. Til tross for at jeg var pålitelig klar over deres eksistens i alle mulige SMD-pakker, tillot ikke å se databladene til forskjellige produsenter meg å finne de nøyaktige merkingene, og et søk etter parametere fra flere globale leverandører viste bare individuelle alternativer, og oftest fra forskjellige produsenter. Som et resultat ble den ønskede kombinasjonen i SOT-223-pakker, også fra samme serie, funnet på nettsiden til Texas Instruments: LM337IMP og LM317EM:
Ris. 10 - I integrerte stabilisatorer LM337IMP og LM317EM
Det er verdt å merke seg at et stort utvalg av forskjellige par bestående av spenningsstabilisatorer med forskjellig polaritet kan velges, men produsenten anbefaler et par stabilisatorer av samme serie. Begge stabilisatorene gir en maksimal strøm på opptil 1 A med en forskjell mellom inngangs- og utgangsspenninger på opptil 15 V inklusive, men merkestrømmen som stabilisatoren garantert ikke går i overopphetingsbeskyttelse kan betraktes som 0,5-0,8 A En strøm på 500 mA ved Det er mer enn nok applikasjoner som vi bygger denne stabilisatoren for, så vi vil vurdere oppgaven med å velge stabilisatorer som fullført.
La oss gå videre til de resterende komponentene.
Diodebro - hvilken som helst, med en merkestrøm på 1-2 A. for en spenning på minst 50 V, brukte vi DB155S.
Nesten alle elektrolytiske kondensatorer kan brukes i denne kretsen, med en liten spenningsreserve. Valget er gjort basert på følgende hensyn: siden rekkevidden av forsyningsspenningen som vi krever ikke overstiger 15 V, og det anbefalte maksimum for stabilisatorer er 20 V, har 25 V kondensatorer en reserve på minst 25%. Alle elektrolysekondensatorer skal shuntes med film eller keramiske med klassifisering i henhold til diagrammet, for en spenning på minst 25 V. Vi brukte størrelse 0805 og dielektrisk type X7R (NP0 kan brukes, og Z5U eller Y5V anbefales ikke pga. dårlig TKS og TKE, selv om det mangler alternativ - disse vil gjøre det).
Motstander med konstant verdi - hvilken som helst, i spenningsdeleren som er ansvarlig for stabiliseringsspenningen er det bedre å bruke mer nøyaktige, med en toleranse på 1%. Standardstørrelsen på alle motstander er -1206, utelukkende for enkel installasjon, men du kan trygt bruke 0805. En 100 Ohm trimmer er multi-turn, for presis justering (bruk 3224W-1-101E). Motstanden som brukes til å justere utgangsspenningen er vurdert til 5 KOhm, alle tilgjengelige, vi tok 3314G-1-502E for en skrutrekker, men du kan også bruke en variabel motstand for montering på dekselet, koble den til stabilisatorkortet med ledninger . Det anbefales å bruke høyhastighetsdioder, med en strøm på minst 1 A og en spenning på 50 V eller mer, for eksempel HS1D.
LED-strømindikatoren er designet i henhold til følgende prinsipp: strømmen gjennom zenerdioden ved høyeste inngangsspenning bør ikke overstige 40 mA, når en spenning på opptil 30 V påføres inngangen, verdien av strømbegrensningen motstand vil være lik 750 ohm, for pålitelighet er det bedre å bruke 820 ohm. Det er meningsløst å forsyne stabilisatorene med en spenning mindre enn 8 V per arm (siden den interne strukturen til mikrokretsen inneholder 6,3 V zenerdioder), så ved en spenning på 16 V vil strømmen gjennom zenerdioden være 20 mA, og gjennom LED-en koblet parallelt til den - ca 8 mA, noe som vil være nok til å lyse opp en SMD-LED. Enhver zenerdiode med en stabiliseringsspenning på 3,3 V (DL4728A brukes), og følgelig en strømbegrensende motstand for LED-en på 150 Ohm for å sikre langvarig drift ved maksimal strøm gjennom zenerdioden.
Produksjon av enheten
Vi tegner det trykte kretskortet til enheten vår, og legger spesiell vekt på kontaktputene for store SMD-kondensatorer. Følgende vanskeligheter kan oppstå med dem - de er i utgangspunktet beregnet på lodding i en ovn, dvs. Det er ganske vanskelig å lodde dem nedenfra, spesielt med et loddebolt med lav effekt, men kondensatorledningene er tilgjengelige fra siden, og du kan lodde den fast, forutsatt at tykkelsen på sporene som passer til den er tilstrekkelig til å sikre mekanisk styrke av forbindelsen. Dessuten er det viktig at de positive og negative stabilisatorene har forskjellige pinouter, dvs. Det er ikke mulig å bare speile den ene halvdelen av kretskortet under kabling.
Vi overfører kretskortdesignet til et tidligere forberedt stykke folieglassfiberlaminat, og sender det til etset i en løsning av ammoniumpersulfat (eller en annen lignende reagens etter eget valg).
Ris. 12 - Tavle med overført mønster + etsing
Etter at brettet er etset, fjerner vi det beskyttende belegget og påfører flussmiddel på sporene, fortinner dem for å beskytte kobberet mot oksidasjon, og begynner deretter å lodde komponentene, og starter med den minste høyden. Det burde ikke være noen spesielle problemer, og vi forberedte oss på forhånd for mulige problemer med SMD-elektrolytter.
Ris. 13 - Bord etter etsning + påfør fluss + fortinning
Etter at alle komponentene er loddet og brettet er vasket for fluss, må du bruke en 100 Ohm trimmer for å justere spenningen på den negative siden slik at den matcher spenningen på den positive siden.
Ris. 14 - Ferdig bord
Ris. 15 - Justering spenning på minussiden
Testing av den sammensatte enheten
La oss koble en transformator til stabilisatoren vår og prøve å belaste begge armene, og hver av armene uavhengig av hverandre, samtidig som vi kontrollerer strømmene og spenningen ved utgangene.
Ris. 16 - Første dimensjon
Etter flere forsøk på å ta målinger ved maksimal strøm, ble det klart at den lille transformatoren ikke var i stand til å gi en strøm på 1,5 A, og spenningen på den synker med mer enn 0,5 V, så kretsen ble byttet til laboratoriekraft forsyning som gir strøm opp til 5 A.
Alt fungerer som normalt. Denne regulerte bipolare strømforsyningen, satt sammen av komponenter av høy kvalitet, vil på grunn av sin enkelhet og allsidighet ta sin rettmessige plass i et hjemmelaboratorium eller et lite verksted.
Målinger og igangkjøringsarbeid ble utført på grunnlag av testlaboratoriet til JSC "KPPS", som en spesiell takk til dem!
