Двухполярные источники питания

Рассмотрены практические схемы маломощных двухполярных источников питания, выполненные на операционных усилителях, микросхемных стабилизаторах напряжения и специализированных микросхемах.

Многие конструкции, особенно конструкции, выполненные на базе операционных усилителей (ОУ), требуют применения двухполярного источника питания. Простым решением проблемы питания таких устройств является использование стабилизированного однополярного источника питания, дополненного мощным делителем напряжения для создания искусственной средней точки (рис. 4.6).

Здесь на ОУ DA1 реализован стабилизированный источник питания, обеспечивающий напряжение 15 В при токе до 0,5 А. Применение ОУ позволило получить высокие эксплуатационные характеристики устройства. Выходное сопротивление стабилизатора при токе 0,5 А около 0,001 Ом, а коэффициент стабилизации — порядка 20000. Стабилизатор имеет цепи защиты от короткого замыкания на выходе.

Выпрямленное диодным мостом VD1 и сглаженное конденсатором С1 напряжение со вторичной обмотки трансформатора Т1 поступает на вход стабилизатора, выполненного на операционном усилителе DA1. Стабилизатор охвачен двумя цепями обратной связи: положительной через делители R5, R6 и отрицательной через элементы VD2, R7. Ток через стабилитрон VD2 задается через резистор R7 непосредственно от стабилизированного напряжения, что улучшает характеристики источника питания. Выходное напряжение стабилизатора равно

Схемы источники питания

Двухполярные источники питания

где Uon - 7,5 В — напряжение стабилизации стабилитрона VD2.

К выходу операционного усилителя через резистор R1 подключен регулирующий элемент — усилитель тока на транзисторах VT1, VT2, включенных по составной схеме. Элементы VT3, R3, R4 образуют схему зашиты регулирующего элемента от короткого замыкания выхода. Максимальный ток источника питания ограничен величиной 0.7/R4 = 0,7 А, при этом открывается транзистор VT3 и шунтирует базо-эмиттерные переходы транзисторов VT1, VT2, препятствуя дальнейшему увеличению тока.

Источник: Сборка книг Гриф А.Я

Оригинальные схемы и конструкции. Творить вместе! - 2004

Двухполярные источники питания

Двухполяриые источники питания
Рис. 4.6. Двухполярный источник питания с делителем напряжения

Питание ОУ DAI осуществляется от нестабилизированного напряжения, которое не должно превышать максимально допустимое напряжение питания ОУ, т. е. 30 В.

Схема на ОУ DA2 формирует искусственную среднюю точку. Собственно делитель — резистивная цепь R8, R9, а ОУ DA2, дополненный усилителем тока на транзисторах VT4 и VT5, образуют мощный повторитель напряжения. Схема охвачена глубокой отрицательной обратной связью через резистор R10. Конденсаторы С2...С5 служат для обеспечения устойчивой работы схемы.

На основе стабилизатора, показанного на рис. 4.6, можно изготовить двухполярный источник питания. Для этого потребуется собрать еще один такой блок питания, изменив в нем полярность оксидных конденсаторов С1, СЗ; поменять местами выводы ОУ (выводы 7 и 4), а также использовать транзисторы проводимости p-n-р. Соединив общие выводы источников питания, получим двухполярный источник напряжением ±15 В (рис. 4.7).

Уменьшить затраты на построение двухполярного источника питания позволяет применение специализированных микросхем стабилизаторов.

На рис. 4.8 показана схема двухполярного источника питания, в котором положительная ветвь выполнена на микросхемном стабилизаторе напряжения, а отрицательная — на ОУ. Такое построение ис-, точника питания часто использовалось ранее на практике в силу дефицитности стабилизаторов отрицательного напряжения.

Стабилизатор положительного напряжения +15 В микросхемный типа КР142ЕН8В, а отрицательного напряжения — зависимый, что достигнуто включением операционного усилителя DA2 по схеме инвертирующего повторителя R9 = R10. Последовательно с ОУ включены усилительные каскады на транзисторах VT1—VT3, необходимые для нормальной работы операционного усилителя по постоянному току. Каскад на транзисторе VT1 — инвертирующий усилитель, включенный по схеме с общим эмиттером, а транзисторы VT3, VT2 образуют регулирующий элемент, выполненный по схеме Шиклаи. Применение инвертирующего усилительного каскада привело к тому, что входы ОУ «поменялись» местами. Вывод 2 ОУ стал неинвертирую-щим, а вывод 3 — инвертирующим. Транзистор VT3 следит за фактическим выходным током регулирующего элемента по падению напряжения на резисторе R7. Если падение напряжения на резисторе R7 превысит величину 0,6...0,7 В, транзистор VT4 откроется и предотвратит дальнейшее увеличение тока базы регулирующего транзистора VT3. Чтобы понизить мощность, рассеиваемую на транзисторе VT2 в случае короткого замыкания выхода стабилизатора, введена защитная

Рис. 4.7. Двухполярный источник питания на основе двух независимых стабилизаторов напряжения

цепочка из стабилитрона VD2 и резистора R5. В нормальных условиях работы стабилизатора разность напряжений Uвх - Uвых  меньшая, чем напряжение стабилизации VD2, поэтому ток через резистор R5 не течет. В случае короткого замыкания выхода или повышения напряжения на входе стабилизатора напряжение на делителе R5, R6 прикладывается к переходу VT4, и он открывается при меньших величинах падения напряжения на резисторе R7. Операционный усилитель DA1 питается стабилизированными напряжениями, поступающими с выходов двухполярного источника питания.

С расширением номенклатуры интегральных стабилизаторов напряжения проблема проектирования сводится к выбору той или иной микросхемы, что также представляет определенные трудности для радиолюбителей. Публикации [1—3] содержат сводные таблицы параметров стабилизаторов, позволяющие спроектировать простые и надежные источники питания для подавляющего большинства радиолюбительских конструкций, В табл. 4.1 приведены параметры отечественных и зарубежных интегральных двухполярных стабилизаторов напряжения. Некоторые данные получены путем усреднения значений из графиков, имеющихся в документации.

Дальнейшего уменьшения затрат на построение источника питания можно достигнуть применением специализированных микросхем двухполярных стабилизаторов напряжения. На рис. 4.9 приведена структурная схема интегральной микросхемы стабилизатора КР142ЕН6. Источники питания зависимые, что является дополнительным преимуществом.

Двухполярные источники питания

Таблица 4.1. Параметры двухполярных стабилизаторов напряжения


Двухполяриые источники питания

где Uon — опорное напряжение (отрицательной полярности), создаваемое внутренним источником опорного напряжения (ИОН).

Существует возможность регулировки выходного напряжения посредством подключения дополнительного резистора к выводу CNTR (вывод 1 стабилизатора КР142ЁН6). В зависимости от того, куда подключен другой вывод этого резистора, выходное напряжение может быть установлено как меньше номинального 5...15 В, так и больше 15...20 В. В первом случае резистор подключают к общему проводу, во втором — к выходу отрицательного источника питания. Микросхема имеет цепи частотной коррекции каналов положительного и отрицательного напряжений.

Напряжение источника положительного напряжения зависит от источника с отрицательной полярностью и определяется выражением

Двухполяриые источники питания

где R3 = R4, И^т — выходное напряжение стабилизатора отрицательной полярности.

В табл. 4.2 дано назначение выводов микросхемы КР142ЕН6 в пластмассовом корпусе 1102.9-5. В скобках приведено назначение выводов микросхемы NE5554 фирмы Philips, прототипом которой является указанная микросхема. Обратите внимание, что цоколевки микросхем различаются. Также нужно отметить, что возможности микросхемы NESS54 шире. Кроме получения сбалансированных напряжений в диапазоне +5...±20 В, напряжения источников питания могут быть несбалансированными, для чего предусмотрен соответствующий вывод регулировки (вывод 6 микросхемы NE5554), подключенный к инвертирующему входу DA1 (рис. 4.9).                                 ,

Микросхема имеет встроенные схемы токовой и тепловой защиты.

На рис. 4.10 приведена схема двухполярного источника питания на микросхеме КР142ЕН6.

Применен вариант типовой схемы включения, не требующий подбора корректирующих емкостей [4]. Источник питания рассчитан на выходной ток каждого канала до 200 мА. Диапазон рабочих температур устройства от —10С до +70С. Данный источник питания идеально подходит для установки непосредственно на печатной плате устройства.

Двухполярные источники питания

Двухполярные источники питания

Двухполярные источники питания

В малогабаритной электронной аппаратуре с батарейным питанием часто вводят искусственную среднюю точку, которую можно рассматривать как разновидность двухполярного источника питания. Простейшей реализацией искусственной средней точки является ре-зистивный делитель напряжения. Однако уже при незначительной нагрузке ток нагрузки протекает через один из резисторов делителя, что приводит к несимметрии питающих напряжений. Выходом из положения может быть использование дополнительного ОУ, как в рассмотренной ранее схеме, приведенной на рис. 4.6.

На рис. 4.11 показана схема на ОУ, предназначенная для формирования средней точки в маломощной аппаратуре.

Двухполярные источники питания

В схеме использован высокоомный делитель напряжения Rl, R2. Тем не менее выходное сопротивление устройства оказывается небольшим — около 0,5 Ом. Для формирования искусственной средней точки фирма Texas Instruments выпускает специальную микросхему TLE2425 [5, 6]. Эта интегральная микросхема предназначена для создания виртуальной нулевой средней точки 2,5 В в аналоговых системах с 5-вольтовым питанием. Микросхема обеспечивает ток через искусственную среднюю точку до 20 мА в любом направлении при токе собственного потребления не более 0,25 мА и динамическом выходном сопротивлении менее 0,225 Ом (типовое значение 0,075 Ом). На рис. 4.12, а показано включение микросхемы, а на рис. 4.12, б — ее цоколевка в исполнении ТО-92.

Двухполярные источники питания
Двухполярные источники питания

В приведенных схемах стабилизаторов использованы самые распространенные детали. Операционные усилители могут быть практически любыми — широкого применению с частотной коррекцией (если таковая имеется) для единичного усиления. Могут быть установлены ОУ типа К140УД6, К140УД7, К153УД2, а также их аналоги в пластмассовых корпусах. Резисторы МЛТ, С1-4, С2-10, С2-14, МОН мощностью, указанной на схемах. Оксидные конденсаторы типа К.50 или подобные зарубежные, остальные К10, КТ, К73, К78. Стабилитроны КС175А заменяемы на Д814Б; КС191А — на Д818 с любыми буквенными индексами. Транзисторы с напряжением коллектор-эмиттер не менее 30 В. Мощные транзисторы (рис. 4.6—4.8) и интегральные микросхемы стабилизаторов напряжения (рис. 4.8, 4.10) снабжены радиаторами с эффективной площадью рассеяния, рассчитанной исходя из соотношения 20 см2 на каждый ватт рассеиваемой мощности. Для улучшения теплового контакта корпус—радиатор желательно использовать теплопроводную пасту, например КПТ-8, АЛСИЛ-3. Диодный мост КЦ407А рассчитан на максимальный ток не более 0,7 А. При больших значениях тока нагрузки выберите другой

диодный мост, скажем КЦ405. Трансформаторы питания можно подобрать из серий ТН, ТПП или ТАН.

Печатные платы устройства, показанного на рис. 4.6, приведены в [7]. Размещение деталей и печатная плата стабилизатора на микросхеме КР142ЕН6 показаны на рис. 4.13.

Как уже указывалось, данный источник питания (рис. 4.10) целесообразно совместить с платой самого устройства.

В. Мосягин, г. Великий Новгород

Оригинальные схемы и конструкции.

Рис. 4.6. Двухполярный источник питания с делителем напряжения

Рис. 4.7. Двухполярный источник питания на основе двух независимых стабилизаторов напряжения

Таблица 4.1. Параметры двухполярных стабилизаторов напряжения

Рейтинг@Mail.ru
Яндекс.Метрика