В. Мосягин, м Великий Новгород

Розглянуті практичні схеми малопотужних двополярного джерел живлення, виконані на операційних підсилювачах, мікросхемних стабілізаторах напруги і спеціалізованих мікросхемах.

Багато конструкцій, особливо конструкції, виконані на базі операційних підсилювачів (ОУ), вимагають застосування двополярного джерела живлення. Простим рішенням проблеми харчування таких пристроїв є використання стабілізованого однополярного джерела живлення, доповненого потужним дільником напруги для створення штучної середньої точки (рис. 4.6).

Тут на ОУ DA1 реалізований стабілізований джерело живлення, що забезпечує напругу 15 В при струмі до 0,5 А. Застосування ОУ дозволило отримати високі експлуатаційні характеристики пристрою. Вихідна опір стабілізатора при струмі 0,5 А близько 0,001 Ом, а коефіцієнт стабілізації – близько 20000. Стабілізатор має ланцюга захисту від короткого замикання на виході.

Випрямлена доданими мостом VD1 і згладжене конденсатором С1 напруга з вторинної обмотки трансформатора Т1 надходить на вхід стабілізатора, виконаного на операційному підсилювачі DA1. Стабілізатор охоплений двома ланцюгами зворотного зв’язку: позитивної через подільники R5, R6 і негативною через елементи VD2, R7. Струм через стабілітрон VD2 задається через резистор R7 безпосередньо від стабілізованого напруги, що покращує характеристики джерела живлення. Вихідна напруга стабілізатора одно

де і0п = 7,5 В – напруга стабілізації стабілітрона VD2.

До виходу операційного підсилювача через резистор R1 підключений регулюючий елемент – підсилювач струму на транзисторах VT1, VT2, включених за складовою схемою. Елементи VT3, R3, R4 утворюють схему захисту регулюючого елемента від короткого замикання виходу. Максимальний струм джерела живлення обмежений величиною 0,7 / R4 = 0,7 А, при цьому відкривається транзистор VT3 і шунтирует базо-емітгерние переходи транзисторів VT1, VT2, перешкоджаючи подальшому збільшенню тока.Ріс. 4.6. Двохполярний джерело живлення з дільником напруги

Харчування ОУ DA1 здійснюється від нестабілізованої напруги, яке не повинно перевищувати максимально допустима напруга живлення ОП, т. Е. 30 В.

Схема на ОУ DA2 формує штучну середню точку. Власне дільник – резистивная ланцюг R8, R9, а ОУ DA2, доповнений підсилювачем струму на транзисторах VT4 і VT5, утворюють потужний повторювач напруги. Схема охоплена глибоким негативним зворотним зв’язком через резистор R10. Конденсатори C2 … CS служать для забезпечення стійкої роботи схеми.

На основі стабілізатора, показаного на рис. 4.6, можна виготовити двохполярний джерело живлення. Для цього буде потрібно зібрати ще один такий блок живлення, змінивши в ньому полярність оксидних конденсаторів Cl, СЗ; поміняти місцями висновки ОУ (висновки 7 і 4), а також використовувати транзистори провідності р-п-р. Поєднавши загальні висновки джерел живлення, отримаємо двохполярний джерело напругою ± 15 В (рис. 4.7).

Зменшити витрати на побудову двополярного джерела живлення дозволяє застосування спеціалізованих мікросхем стабілізаторів.

На рис. 4.8 показана схема двополярного джерела живлення, в якому позитивна гілка виконана на мікросхемном стабілізаторі напруги, а негативна – на ОУ. Така побудова ис- »точніка харчування часто використовувалося раніше на практиці в силу дефіцитності стабілізаторів негативної напруги.

Стабілізатор позитивної напруги +15 В мікросхемний типу КР142ЕН8В, а негативної напруги – залежний, що досягнуто включенням операційного підсилювача DA2 за схемою инвертирующего повторювача R9 = R10. Послідовно з ОУ включені підсилювальні каскади на транзисторах VT1-VT3, необхідні для нормальної роботи операційного підсилювача по постійному струму. Каскад на транзисторі VT1 – інвертується підсилювач, включений за схемою з загальним емітером, а транзистори УЦЗ, VT2 утворюють регулюючий елемент, виконаний πφ схемою Шіклаі. Застосування инвертирующего підсилювального каскаду призвело до того, що входи ОП «помінялися» місцями. Висновок 2 ОУ став неінвертірующім, а висновок 3 – інвертуючим. Транзистор VT3 стежить за фактичним вихідним струмом регулюючого елемента з падіння напруги на резистори R7. Якщо падіння напруги на резистори R7 перевищить величину 0,6 … 0,7 В, транзистор VT4 відкриється і запобіжить подальше збільшення струму бази регулюючого транзистора VT3. Щоб знизити потужність, рассеиваемую на транзисторі VT2 в разі короткого замикання виходу стабілізатора ^ введена захисна

Рис. 4.7. Двохполярний джерело живлення на основі двох незалежних стабілізаторів напруги, ланцюжок з стабилитрона VD2 і резистора R5. У нормальних умовах роботи стабілізатора різниця напруг U “- менша, ніж напруга стабілізації VD2, тому струм через резистор R5 не тече. У разі короткого замикання виходу або підвищення напруги на вході стабілізатора напруга на дільнику R5, R6 прикладається до переходу VT4, і він відкривається при менших величинах падіння напруги на резистори R7. Операційний підсилювач DA1 живиться стабілізованою напругою, що надходять із виходів двополярного джерела харчування.

З розширенням номенклатури інтегральних стабілізаторів напруги проблема проектування зводиться до вибору тієї чи

Рис. 4.8. Двохполярний джерело живлення на мікросхемном стабілізаторі напруги і ОУ

інший мікросхеми, що також представляє певні труднощі для радіоаматорів. Публікації [1-3] містять зведені таблиці параметрів стабілізаторів, що дозволяють спроектувати прості і надійні джерела харчування для переважної більшості радіоаматорських конструкцій, В табл. 4.1 наведені параметри вітчизняних і зарубіжних інтегральних двополярного стабілізаторів напруги. Деякі дані отримані шляхом усереднення значень з графіків, наявних в документації.

Подальшого зменшення витрат на побудову джерела живлення можна досягти застосуванням спеціалізованих мікросхем двополярного стабілізаторів напруги. На рис. 4.9 приведена структурна схема інтегральної мікросхеми стабілізатора КР142ЕН6. Джерела живлення залежні, що є додатковим преімуществом.Табліца 4.1. Параметри двополярного стабілізаторів напруги

Найменування

Вихідний струм (кожного каналу), мА

Вхідна напруга, В

Вихідна напруга, В

Максимальна потужність розсіювання (без радіатора),

Вт

Мінімально допустима різниця напруг вхід – вихід,

В

Діапазон регулювання вихідної напруги, В

Діапазон робочих температур,

• з

Тип корпусу

Позначення на корпусі, примітка

(К) 142ЕН6, Б, Д

200

±40

±15 ±0,5

2

2,5

±5…±20

-60…+125

(-45…+85)

4116.8-2

16 (A); К16 (КА); 17 (Б); К17 (КБ); К48 (КД)

КР142ЕН6

200

±40

±15 ±0,5

2

2,5

±5…±20

-10…+70

1102.9-5

Прототип NE5554

(К) 142ЕН6В, Г, Е

150

±30

±15 ±0,5

2

2,5

±5…±20

-60…+125

(-45…+85)

4116.8-2

42 (В); 43 (Г); КЗОЗ (кв) К34 (КГ);

К49 (КЕ)

1145ЕН4А, Б

200

±30

±15 ±0,5

2

4,5

±5…±20

-60…+125

4116.8-2

ΝΕ5553

300

±32

±12 ±0,12

1,6 (F.U); 1,25 (N); 0.65(H)

3 (N); 4 (Н)

±5…±20

-55…+150 (SE) 0…+125 (NE)

DIP-14 (N); CERDIP-14 (F); ТО-99 (Н); SIP-9 (U)

ΝΕ5554

300

±32

±15 ±0,15

1,6 (F.U); 1,25 (N); 0.65(H)

3 (N); 4 (Н)

±5…±20

-55…+150 (SE) 0…+125 (NE)

DIP-14 (N); CERDIP-14 (F); ТО-99 (Н); SIP-9 (U)

142ЕН15А, Б

100

±30

±15

0,5

3 (A); 3,5 (Б)

±8…±23

-10…+70

201.14-1

Аналог SG3501

SG1501, A/SG2501 /SG3501 /SG4501

100

±35

±15 ±0,15

1,2 (J); 1,15 (N); 0,8 (L); 0,75 ГГ)

4

±10…±23

-55 … + 125 (А) 0 … + 70

DIP-14; CERDIP-14; ТО-100; CC-C-20

Вихідна напруга джерела негативного напруга дорівнює

де іопОпорна напруга (негативної полярності), створюване внутрішнім джерелом опорної напруги (ДОН).

Існує можливість регулювання вихідної напруги за допомогою підключення додаткового резистора до висновку CNTR (висновок 1 стабілізатора КР142ЁН6). Залежно від того, куди підключений інший висновок цього резистора, вихідна напруга може бути встановлено як менше номінального 5 … 15 В, так і більше

15 .. .20 В. У першому випадку резистор підключають до загального проводу, у другому – до виходу негативного джерела живлення. Мікросхема має ланцюга частотної корекції каналів позитивного і негативного напруг.

Напруга джерела позитивної напруги залежить від джерела з негативною полярністю і визначається виразом де R3 = R4, – вихідна напруга стабілізатора отрицатель ної полярності.

У табл. 4.2 дано призначення висновків мікросхеми КР142ЕН6 в пластмасовому корпусі 1102.9-5. У дужках наведено призначення висновків мікросхеми NE5554 фірми Philips, прототипом якої є зазначена мікросхема. Зверніть увагу, що цоколевки мікросхем розрізняються. Також потрібно відзначити, що можливості мікросхеми NE5554 ширше. Крім отримання збалансованих напружень в діапазоні ± 5 … ± 20 В, напруги джерел харчування можуть бути незбалансованими, для чого передбачений відповідний висновок регулювання (вивід 6 мікросхеми NE5554), підключений до інвертується входу DA1 (рис. 4.9). .

Мікросхема має вбудовані схеми струмового та теплового захисту.

На рис. 4.10 наведена схема двополярного джерела живлення на мікросхемі КР142ЕН6.

Застосований варіант типової схеми включення, що не вимагає підбору коригувальних ємностей [4]. Джерело живлення розрахований на вихідний струм кожного каналу до 200 мА. Діапазон робочих температур пристрою від – 10 ° С до + 70 * С. Даний джерело живлення ідеально підходить для установки безпосередньо на друкованій платі устройства.Табліца 4.2. Призначення висновків мікросхеми КР142ЕН6 (ΝΕ5554)

Рас. 4.9. Структурна схема інтегрального стабілізатора КР142ЕН6

Рис. 4.10. Джерело живлення на мікросхемі КР142ЕН6

У малогабаритній електронній апаратурі з батарейним харчуванням часто вводять штучну середню точку, яку можна розглядати як різновид двополярного джерела живлення. Найпростішою реалізацією штучної середньої точки є резистивний дільник напруги. Проте вже при незначному навантаженні струм навантаження протікає через один з резисторів подільника, що призводить до несиметрії живлять Напруг. Виходом з ситуації може бути використання додаткового ОУ, як в розглянутої раніше схемою, наведеною на рис. 4.6.

На рис. 4.11 показана схема на ОУ, призначена для формування середньої точки в малопотужної апаратурі.

Рис. 4.11. Схема штучної середньої точки з ОУ

У схемі використаний високоомний дільник напруги Rl, R2. Проте вихідний опір пристрою виявляється невеликим – близько 0,5 Ом.

Для формування штучної середньої точки фірма Texas Instruments випускає спеціальну мікросхему TLE2425 [5, 6]. Ця інтегральна мікросхема призначена для створення віртуальної нульовий середньої точки 2,5 В в аналогових системах з 5-вольта харчуванням. Мікросхема забезпечує струм через штучну середню точку до 20 мА в будь-якому напрямку при струмі власного споживання не більше 0,25 мА і динамічному вихідному опорі менш 0,225 Ом (типове значення 0,075 Ом). На рис. 4.12, а показано включення мікросхеми, а на рис. 4.12, б – її цоколевка у виконанні ТО-92.

Рис. 4.12. Схема формування штучної середньої точки на спеціалізованій мікросхемі TLE2425 (в), цоколевка мікросхеми в корпусі ТО-92 (0)

У наведених схемах стабілізаторів використані найпоширеніші деталі. Операційні підсилювачі можуть бути практично будь-якими – широкого пріменег & я з частотної корекцією (якщо така є) для одиничного посилення. Можуть бути встановлені ЗУ типу К140УД6, К140УД7, К153УД2, а також їх аналоги в пластмасових корпусах. Резистори МЛТ, Cl-4, С2-10, С2-14, МОН потужністю, вказаною на схемах. Оксидні конденсатори типу К50 або подібні закордонні, решта К10, КТ, К73, К78. Стабілітрони Кс175а замінні на Д814Б; КС191А – на Д818 з будь-якими літерними індексами. Транзистори з напругою коллек-. тор-емітер не менше 30 В. Потужні транзистори (рис. 4.6-4.8) і інтегральні мікросхеми стабілізаторів напруги (рис. 4.8, 4.10) забезпечені радіаторами з ефективною площею розсіювання, розрахованої виходячи зі співвідношення 20 см2 на кожен ват потужності, що розсіюється. Для поліпшення теплового контакту корпус-радіатор бажано використовувати теплопровідних пасту, наприклад КПТ-8, АлСіл-3. Діодний міст КЦ407А розрахований на максимальний струм не більше 0,7 А. При великих значеннях струму навантаження виберіть інший

Рис. 4.13. Розміщення елементів (л) та друкована плата (б) стабілізатора на мікросхемі КР142ЕН6 діодний міст, скажімо КЦ405. Трансформатори харчування можна підібрати з серій ТН, ТПП або ТАН.

Друковані плати пристрою, показаного на рис. 4.6, наведені в [7]. Розміщення деталей та друкована плата стабілізатора на мікросхемі КР142ЕН6 показані на рис. 4.13.

Як уже зазначалося, даний джерело живлення (рис. 4.10) доцільно поєднати з платою самого пристрою.

Література

1. Бірюков С. Мікросхемние стабілізатори напруги широкого застосування ;. – Радіо, 1999, № 2, с. 69-71.

2. Авербух А. Інтегральні стабілізатори напруги широкого застосування. – Схемотехніка, 2000, N ° 1, с. 62-64; N ° 2, с. 59-61.

3. Нефедов А. Стабілізатори з низьким прохідним напругою 1158ЕНхх. – Ремонт & Сервіс, 2002, N ° 3, с. 60-62.

4. Мікросхеми для лінійних джерел живлення та їх застосування. – М .: Додека-ХХ1, 2001. 400 с.

5.        http://focus.ti.com/lit/ds/slos065d/slos065d.pdf (Texas Instruments — TLE2425. Precision Virtual Ground).

6. Волович L однополярним живленням операційних підсилювачів. – Схемотехніка, 2002, N ° 4, с. 10-14.

7. Мосягин В. В. Юному радіоаматорові для прочитання з паяльником. Серія «СОЛОН – радіоаматорам», випуск 17. – М .: СОЛОЦ-Пресс, 2003. 208 с.

Джерело: За редакцією А. Я. Гріфа, Оригінальні схеми і конструкції. Творити разом! – М .: СОЛОН-Пресс, 2004. – 200 с .: іл. – (Серія «СОЛОН – радіоаматори», вип. 23)