Схемы на операционных усилителях (ОУ) требуют двухполярное питание. Обычно речь идет о сравнительно небольших токах нагрузки, при этом качество стабилизации имеет значение. Выбирайте одну из двух следующих схем в зависимости от потребности.
Простая схема двухполярного блока питания ± 15 В
Предлагаемое решение следует рассматривать как вариант источника питания для радиоэлектронных устройств на операционных усилителях (ОУ), например, предварительного усилителя для аудиосистемы. Принципиальная схема двухполярного источника питания представлена на картинке ниже.
Она является стандартным симметричным стабилизированным блоком питания ±15 В. Симметричное напряжение переменного тока в пределах от 16 до 18 вольт поступает на мостовой выпрямитель D1…D4 и, после фильтрации конденсаторами СЕ1, СЕ2, С4, С5, оно обеспечивает питанием микросхемы стабилизаторов U1 и U2.
Выходное напряжение поступает на разъем PWR, и о его наличии сигнализируют светодиоды P15, N15. Микросхемы U1, U2 оснащены радиаторами. В зависимости от нагрузки блока питания можно использовать подходящие по размерам теплоотводы высотой 25 мм, 38 мм, 50 мм. Ток потребления не должен превышать 400 мА, чего достаточно для питания нескольких модулей.
Блок питания собран на односторонней печатной плате. Схема сборки представлена на рисунке. Простое устройство нетрудно собрать своими руками.
Улучшенный стабилизатор постоянного напряжения на LM
Аналоговые аудиоустройства, такие как сабвуферы или предусилители, требовательны к качеству питания. Представленный блок питания имеет разветвленную цепь обратной связи, что существенно улучшает его импульсную характеристику, и он может быть использован в составе высококачественных систем.
Блок-схема устройства представлена на эскизе. За стабилизацию напряжения отвечают микросхемы LM317 и LM337. В отношении постоянного тока их применение типично.
Конденсаторы, включенные между выходами стабилизаторов и корпусом, служат для уменьшения внутреннего сопротивления источника питания. Однако, как показывает практика, их недостаточно, если потребляемый ток импульсный. При этом возникает характерное «проседание» напряжения под нагрузкой, что является следствием ненулевого выходного сопротивления такого устройства. В чисто импульсных аудиосистемах импульсное потребление тока встречается редко, но с подобной ситуацией можно столкнуться.
Принцип работы симметричного источника питания
Решение, используемое в этом блоке питания, заключается в добавлении схемы, которая изменяет потенциал вывода ADJ в направлении, противоположном текущему изменению выходного напряжения. Эту роль может выполнять инвертирующий усилитель со связью по переменному току выхода со входом. В ходе испытаний выяснилось, что наилучшие результаты достигаются при использовании усилителя с относительно небольшим коэффициентом усиления, поскольку он имеет широкую частотную характеристику.
Давайте рассмотрим пример стабилизатора положительного напряжения. Когда потенциал на его выходах быстро падает, эта информация передается на вход усилителя. Это меняет его фазу на 180° и подает ее на вывод ADJ микросхемы LM317. В эту цепь подается импульс тока, и его потенциал немедленно повышается. Фазовый сдвиг между ADJ и OUT равен нулю, поэтому выходное напряжение также увеличивается.
Это типичная отрицательная обратная связь – схема постоянно отслеживает изменения выходного напряжения и предотвращает их. Как будет показано ниже, нежелательные колебания не возникают, что доказывает устойчивость всей системы.
Описание принципиальной схемы
На следующем рисунке представлена принципиальная схема блока питания. Выпрямительный мост выполнен на диодах Шоттки типа SR1100. Они имеют меньшее прямое падение напряжения по сравнению с обычными выпрямительными диодами. Также эти диоды характеризуются меньшим прямым сопротивлением, а значит, пульсации напряжения на конденсаторах фильтра будут меньше.
Перед мостом, между обмотками трансформатора и корпусом, включены две последовательные RC-цепи, так называемые демпферы. Их роль заключается в подавлении радиочастотных помех, которые могут пройти через сетевой трансформатор в схему. Энергия этих возмущений рассеивается на резисторах R1 и R2. Последовательные конденсаторы отсекают низкочастотные составляющие, которые не нужно подавлять.
Выходное напряжение задается резисторами R3, R4 и R8, R9. Если предположить, что опорное напряжение равно 1,25 В, то на выходе должно быть ±15 В. Меняя сопротивление резисторов R3 и R8 соответственно, можно установить на выходе напряжение ±12 В или любое другое в диапазоне (1,25-25) В.
Опорные резисторы R4 и R10 имеют номинал 100 Ом вместо 120 Ом, рекомендованных руководством по применению LM317/LM337. Некоторое увеличение потребляемого тока никак не повлияет на характеристики устройства, однако такое решение предотвратит возможное возбуждение микросхем стабилизаторов, которое с ними случается на практике.
В качестве инвертирующих усилителей использован двойной ОУ типа TL082. Эта микросхема характеризуется высокой скоростью нарастания напряжения и широкой полосой пропускания (4 МГц). Более того, благодаря входам JFET, не требуется компенсация входных токов.
Сигнал на вход инвертирующего усилителя поступает через RC-фильтр верхних частот, состоящий из резистора сопротивлением 1 кОм и конденсатора емкостью 22 мкФ. Его постоянная времени составляет 22 мс, а частота среза примерно 7 Гц. Это компенсирует широкий диапазон частот, включая низкие тона аудиосигнала.
Выходы операционных усилителей изолированы по постоянному току от управляющего входа стабилизатора с помощью конденсаторов емкостью 22 мкФ. Включенные последовательно резисторы R5 и R9 соответственно несколько снижают действие выходного сигнала ОУ. Идея состоит в том, что в случае значительного уменьшения напряжения не будет внезапного перерегулирования, вызванного слишком сильным увеличением потенциала на клемме ADJ.
Элементы С11-С14 снижают выходное сопротивление источника питания. Сами ОУ питаются стабилизированным напряжением. Чтобы присутствующие на выходе пульсации питания не сказывались на работе ОУ, в их собственных цепях питания предусмотрены RC- фильтры.
Параллельно микросхемам US1 и US3 включены диоды D5 и D6. Во время нормальной работы они закрыты. Однако диоды вступают в работу при замыкании входа (например, при выходе из строя выпрямительного диода). При этом выходные конденсаторы разряжаются через D5 и D6, и между клеммами IN и OUT не возникает значительного обратного напряжения. Такое событие маловероятно, но если оно произойдет, микросхемы стабилизаторов не будут повреждены.
Монтаж и наладка своими руками
Блок питания собран на односторонней печатной плате размерами 100×46 мм. Размещение элементов представлено на следующем рисунке. На расстоянии 4 мм от углов платы имеются отверстия диаметром 3,2 мм, предназначенные для ее крепления.
При сборке сначала должны быть припаяны все компоненты в корпусах для поверхностного монтажа (SMD). Размер корпусов 1206 и свободное расположение компонентов позволяют выполнить эту операцию даже неопытным электронщикам, не имеющим специального инструмента.
После того, как пассивные компоненты со стороны дорожек будут установлены, можно перейти к компонентам навесного монтажа, начиная с трех тонких проволочных перемычек. Рекомендуется использовать панельку для интегральной микросхемы US2.
Если блок питания собран правильно, никаких дополнительных пуско-наладочных действий не требуется. Если мощность, выделяемая стабилизаторами слишком велика, следует использовать радиаторы. Цепи US1 и US3 размещены на печатной плате так, чтобы облегчить эту задачу.
Вторичную обмотку трансформатора или выпрямленное симметричное напряжение следует подключить к разъему J1. В любом случае его значение должно быть таким, чтобы на конденсаторах фильтра не оказывалось напряжение выше 35 В.
Перечень элементов устройства
Сборка стабилизатора станет заметно проще, если воспользоваться сводным перечнем элементов устройства.
РЕЗИСТОРЫ (SMD 1206):
- R1, R2 — 4,7 Ом;
- R3, R8 — 1,1 кОм;
- R4, R10 — 100 Ом;
- R5, R9, R13, R14 — 33 Ом;
- R6, R11 — 10 кОм;
- R7, R12 — 1 кОм.
КОНДЕНСАТОРЫ:
- C1, C2, C4, C6, C12, C14, C16, C18 — 100 нФ;
- C3, C5 — 2200 мкФ/35 В;
- C7…C10, C15, C17 — 22 мкФ/25 В;
- C11, C13 — 220 мкФ/25 В.
ПОЛУПРОВОДНИКИ:
- D1…D6 — SR1100;
- US1 — LM317 (TO220);
- US2 — TL082 (DIP8);
- US3 — LM337 (TO220).
ПРОЧИЕ ЭЛЕМЕНТЫ:
- J1, J2 — ARK3/5 mm;
- панелька DIP8.
Loading...
