Nastaviteľný lineárny napájací zdroj s dvojitým výstupom: 10 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:57

Vlastnosti:

• Konverzia AC - DC Dvojité výstupné napätie (kladné - uzemnenie - záporné)
• Nastaviteľné kladné a záporné lišty
• Len jednosmerný striedavý transformátor
• Výstupný šum (20 MHz-BWL, bez zaťaženia): Okolo 1,12 mVpp
• Nízky šum a stabilné výstupy (ideálne na napájanie zosilňovačov a predzosilňovačov)
• Výstupné napätie: +/- 1,25 V až +/- 25 V Maximálny výstupný prúd: 300 mA až 500 mA
• Lacné a ľahko spájkovateľné (všetky súčiastkové balíky sú DIP)

Nízkošumový dvojitý napájací zdroj je základným nástrojom každého elektronického nadšenca. Existuje mnoho okolností, keď je potrebný dvojitý výstupný zdroj, ako je napríklad návrh predzosilňovačov a napájanie OPAMP. V tomto článku budeme stavať lineárny napájací zdroj, ktorý môže užívateľ nezávisle upravovať kladné a záporné koľajnice. Na vstupe sa navyše používa iba obyčajný jednosmerný striedavý transformátor.

[1] Analýza obvodu

Obrázok 1 zobrazuje schematický diagram zariadenia. D1 a D2 sú usmerňovacie diódy. C1 a C2 stavajú prvý stupeň filtrácie redukcie šumu.

Krok 1: Obrázok 1, schematický diagram napájacieho zdroja s nízkym šumom

R1, R2, C1, C2, C3, C4, C5 a C6 vytvárajú nízkopriepustný RC filter, ktorý znižuje hluk z kladných aj záporných koľajníc. Správanie tohto filtra je možné skúmať teoreticky aj prakticky. Tieto merania môže vykonávať osciloskop s funkciou bode plot, napríklad Siglent SDS1104X-E. IC1 [1] a IC2 [2] sú hlavnými regulačnými komponentmi tohto obvodu.

Podľa údajového listu IC1 (LM317): „Zariadenie LM317 je nastaviteľný trojsvorkový regulátor kladného napätia schopný dodávať viac ako 1,5 A v rozsahu výstupného napätia 1,25 V až 37 V. Na to sú potrebné iba dva externé odpory. nastavte výstupné napätie. Zariadenie má typickú reguláciu vedenia 0,01% a typickú reguláciu zaťaženia 0,1%. Obsahuje obmedzenie prúdu, ochranu proti tepelnému preťaženiu a ochranu bezpečného pracovného priestoru. Ochrana proti preťaženiu zostáva funkčná aj vtedy, ak je odpojený terminál ADJUST”.

Ako je zrejmé, tento regulátor prináša dobré údaje o regulácii vedenia a zaťaženia, preto môžeme očakávať stabilnú výstupnú lištu. Toto je totožné s IC2 (LM337). Jediným rozdielom je, že tento čip sa používa na reguláciu záporných napätí. Na ochranu sa používajú D3 a D4.

Diódy poskytujú vybíjaciu cestu s nízkou impedanciou, aby sa zabránilo vybíjaniu kondenzátorov (C9 a C10) na výstup regulátorov. R4 a R5 sa používajú na úpravu výstupných napätí. C7, C8, C9 a C10 sa používajú na filtráciu zostávajúcich výstupných zvukov.

[2] Rozloženie DPS

Obrázok 2 zobrazuje rozloženie obvodu plošných spojov. Je navrhnutý na jednovrstvovej doske s plošnými spojmi a všetky súčasti balíkov sú DIP. Pre každého je veľmi jednoduché spájkovať súčiastku a začať používať zariadenie.

Krok 2: Obrázok 2, Rozloženie DPS napájacieho zdroja

Použil som knižnice komponentov SamacSys pre IC1 [3] a IC2 [4]. Tieto knižnice sú bezplatné a čo je dôležitejšie, dodržiavajú priemyselné štandardy IPC. Používam Altium, takže som priamo nainštaloval knižnice pomocou doplnku Altium [5]. Na obrázku 3 sú zobrazené vybrané komponenty. Podobné doplnky je možné použiť pre KiCad a ďalší softvér CAD.

Krok 3: Obrázok 3, Komponentové knižnice SamacSys (doplnok AD) pre IC1 (LM137) a IC2 (LM337)

Obrázok 4 zobrazuje 3D pohľad na dosku plošných spojov.

Krok 4: Obrázok 4, 3D pohľad na konečnú dosku plošných spojov

[3] Montáž a test Obrázok 5 zobrazuje zostavenú dosku. Rozhodol som sa použiť transformátor 220 V na 12 V, aby som na výstupe získal maximálne +/- 12 V. Na obrázku 6 je zobrazené požadované zapojenie.

Krok 5: Obrázok 5, zostavená doska plošných spojov

Krok 6: Obrázok 6, Schéma zapojenia transformátora a obvodu

Otáčaním viacotáčkových potenciometrov R4 a R5 môžete nezávisle upravovať napätie na kladných a záporných koľajniciach. Na obrázku 7 je príklad, kde som upravil výstup na +/- 9V.

Krok 7: Obrázok 7, +/- 9V koľajnice na výstupe

Teraz je načase zmerať výstupný šum. Použil som osciloskop Siglent SDS1104X-E, ktorý na vstup zavádza citlivosť 500 uV/div, čo ho robí ideálnym pre tieto merania. Nastavil som kanál-1 na 1X, striedavú väzbu, limit šírky pásma 20 MHz, potom som nastavil režim akvizície na detekciu špičiek.

Potom som odstránil uzemňovací vodič a použil som pozemnú pružinu sondy. Uvedomte si, že toto meranie nie je zaťažené žiadnym výstupom. Obrázok 8 zobrazuje obrazovku osciloskopu a výsledok testu. Vpp údaj o hluku je okolo 1,12 mV. Upozorňujeme, že zvýšenie výstupného prúdu zvýši úroveň šumu/zvlnenia. Toto je skutočný príbeh pre všetky napájacie zdroje.

Krok 8: Obrázok 8, Výstupný hluk zdroja napájania (pod zaťažením)

Rýchlosť výkonu rezistorov R1 a R2 definuje výstupný prúd. Vybral som teda 3W odpory. Tiež, ak máte v úmysle čerpať vysoké prúdy alebo je rozdiel napätia medzi vstupom a výstupom regulátora vysoký, nezabudnite nainštalovať vhodné chladiče na IC1 a IC2. Môžete očakávať, že získate 500mA (max) pomocou 3W odporov. Ak použijete 2W odpory, táto hodnota prirodzene klesne na niekde 300mA (max).

[4] Materiály

Obrázok 9 zobrazuje kusovník.

Krok 9: Obrázok 9, Kusovník

Krok 10: Referencie

Zdroj:

[1] Dátový list LM317:

[2] Dátový list LM337:

[3]: Schematický symbol a stopa plošných spojov pre LM317:

[4]: Schematický symbol a stopa plošných spojov pre LM337:

[5]: Altium Plugin: