Регулируемый линейный источник питания с двойным выходом: 10 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:50

Функции:

• Преобразование переменного тока в постоянный Двойное выходное напряжение (положительный - земля - отрицательный)
• Регулируемые положительные и отрицательные рельсы
• Просто трансформатор переменного тока с одним выходом
• Выходной шум (20 МГц-BWL, без нагрузки): около 1,12 мВpp.
• Низкий уровень шума и стабильные выходы (идеально подходят для питания операционных усилителей и предусилителей)
• Выходное напряжение: от +/- 1,25 В до +/- 25 В Максимальный выходной ток: от 300 мА до 500 мА
• Дешево и просто паять (все комплекты компонентов DIP)

Источник питания с низким уровнем шума с двойным выходом - незаменимый инструмент для любого энтузиаста электроники. Есть много обстоятельств, при которых необходим источник питания с двойным выходом, например, при разработке предварительных усилителей и питании OPAMP. В этой статье мы собираемся создать линейный источник питания, который пользователь сможет независимо регулировать положительную и отрицательную шины. Более того, на входе используется обычный одинарный трансформатор переменного тока.

[1] Анализ схем

На рисунке 1 представлена принципиальная схема устройства. D1 и D2 - выпрямительные диоды. C1 и C2 составляют первую ступень фильтра шумоподавления.

Шаг 1. Рисунок 1, принципиальная схема малошумящего источника питания

R1, R2, C1, C2, C3, C4, C5 и C6 создают RC-фильтр нижних частот, который снижает шум как от положительных, так и от отрицательных шин. Поведение этого фильтра можно изучить как в теории, так и на практике. Эти измерения может выполнять осциллограф с функцией графика Боде, например Siglent SDS1104X-E. IC1 [1] и IC2 [2] являются основными регулирующими компонентами этой схемы.

Согласно спецификации IC1 (LM317): «Устройство LM317 представляет собой регулируемый трехконтактный стабилизатор положительного напряжения, способный подавать более 1,5 А в диапазоне выходного напряжения от 1,25 В до 37 В. Для этого требуется только два внешних резистора. установить выходное напряжение. Устройство имеет типичное регулирование линии 0,01% и типичное регулирование нагрузки 0,1%. Он включает в себя ограничение тока, защиту от тепловой перегрузки и защиту безопасной рабочей зоны. Защита от перегрузки остается работоспособной, даже если клемма ADJUST отключена ».

Очевидно, что этот регулятор обеспечивает хорошие показатели регулирования линии и нагрузки, поэтому можно ожидать стабильной выходной шины. Это идентично IC2 (LM337). Единственная разница в том, что эта микросхема используется для регулирования отрицательных напряжений. D3 и D4 используются для защиты.

Диоды обеспечивают путь разряда с низким сопротивлением, чтобы предотвратить разряд конденсаторов (C9 и C10) на выходе регуляторов. R4 и R5 используются для регулировки выходных напряжений. C7, C8, C9 и C10 используются для фильтрации оставшихся выходных шумов.

[2] Схема печатной платы

На рисунке 2 показана схема печатной платы. Он спроектирован на однослойной печатной плате, и все комплекты компонентов DIP. Всем достаточно легко припаять компонент и начать пользоваться устройством.

Шаг 2: Рисунок 2, Схема печатной платы блока питания

Я использовал библиотеки компонентов SamacSys для IC1 [3] и IC2 [4]. Эти библиотеки бесплатны и, что более важно, соответствуют промышленным стандартам IPC. Я использую Altium, поэтому я напрямую установил библиотеки с помощью плагина Altium [5]. На рисунке 3 показаны выбранные компоненты. Подобные плагины можно использовать для KiCad и другого программного обеспечения САПР.

Шаг 3: Рисунок 3, Библиотеки компонентов SamacSys (подключаемый модуль AD) для IC1 (LM137) и IC2 (LM337)

На рис. 4 показан трехмерный вид печатной платы.

Шаг 4: Рисунок 4, 3D-вид окончательной печатной платы

[3] Сборка и тестирование На рис. 5 показана собранная плата. Я решил использовать трансформатор с 220В на 12В, чтобы получить на выходе максимум +/- 12В. На рисунке 6 показана необходимая проводка.

Шаг 5: Рисунок 5, собранная печатная плата

Шаг 6: Рисунок 6, Схема подключения трансформатора и электрической цепи

Поворачивая многооборотные потенциометры R4 и R5, вы можете независимо регулировать напряжения на положительной и отрицательной шинах. На рисунке 7 показан пример, в котором я настроил выход на +/- 9 В.

Шаг 7: Рисунок 7, шины +/- 9 В на выходе

Пришло время измерить выходной шум. Я использовал осциллограф Siglent SDS1104X-E, который обеспечивает чувствительность 500 мкВ / дел на входе, что делает его идеальным для таких измерений. Я поставил канал-один на 1X, связь по переменному току, ограничение полосы пропускания 20 МГц, затем установил режим сбора данных на обнаружение пика.

Затем я удалил заземляющий провод и использовал заземляющую пружину зонда. Обратите внимание, что это измерение выполняется без выходной нагрузки. На рисунке 8 показан экран осциллографа и результат теста. Коэффициент шума Vpp составляет около 1,12 мВ. Обратите внимание, что увеличение выходного тока увеличивает уровень шума / пульсаций. Это правдивая история для всех блоков питания.

Шаг 8: Рисунок 8, Выходной шум источника питания (без нагрузки)

Мощность резисторов R1 и R2 определяет выходной ток. Поэтому я выбрал резисторы мощностью 3 Вт. Кроме того, если вы собираетесь потреблять большие токи или разница напряжений между входом и выходом регулятора велика, не забудьте установить подходящие радиаторы на IC1 и IC2. Вы можете рассчитывать получить 500 мА (макс.), Используя резисторы 3 Вт. Если вы используете резисторы мощностью 2 Вт, это значение естественным образом уменьшится до 300 мА (макс.).

[4] Материалы

На рисунке 9 показана ведомость материалов.

Шаг 9: Рисунок 9, Спецификация материалов

Шаг 10: ссылки

Источник:

[1] Лист данных LM317:

[2] Лист данных LM337:

[3]: схематический символ и посадочное место печатной платы для LM317:

[4]: схематический символ и посадочное место печатной платы для LM337:

[5]: Плагин Altium: