I denne artikkelen vil vi snakke om den unipolare til bipolare spenningsdeleren og dens egenskaper. Vi vil også snakke om oppsett og drift.

Med utviklingen og spredningen av mikroelektronisk teknologi er det et stadig mer presserende behov for å ha en høykvalitetskilde for bipolar utgangsspenning i hjemmelaboratoriet ditt. Men så snart radioamatører støter på dette, og begynner å se etter ulike alternativer for å konstruere bipolare strømforsyninger, blir noen av dem skuffet.

Men disse omformerne er ikke universelle; de ​​er heller ikke i stand til å opprettholde lik positiv og negativ spenning, derfor tillater de ikke bruk som bipolare strømforsyninger med jevn regulering.

Dermed står radioamatører overfor et valg: enten enkel krets"fast" bipolar spenning, eller høy kvalitet, men kompleks krets blokkere bipolar strømforsyning.

Jeg tilbyr deg en annen, og etter min mening, den høyeste kvalitetsløsningen på problemet - et spesielt vedlegg til din eksisterende unipolare strømforsyning, som "deler" den unipolare konstant trykk i to – positive og negative. Den eneste begrensningen for å bruke enheten er manglende evne til å bruke den med en strømkilde hvis pluss- eller minuskraft er på samme jord som lasten. For eksempel - fra batteri bil. Dette skyldes det faktum at enheten "skaper" sin egen "masse". Men behovet for å jobbe i denne modusen er så ubetydelig at du kan ignorere denne ulempen.

Egenskaper for en unipolar til bipolar spenningsdeler:

Den presenterte spenningsdeleren kan kobles til en hvilken som helst unipolar spenningsenhet i området fra 7 til 30 volt. I dette tilfellet vil den bipolare utgangsspenningen være fra 3 til 14,5 volt.

Under drift forringer ikke deleren parametrene og egenskapene til din unipolare strømforsyning. Noe som er veldig viktig.

Deleren gir bipolar strøm til en ubalansert belastning med en strøm på opptil 10 ampere av hver spenning (både positiv og negativ). Med andre ord, hvis det er en belastning i den positive kretsen med et strømforbruk på 10 ampere, og i den negative kretsen 0,1 ampere, vil de positive og negative spenningene avvike med ikke mer enn 0,01 volt.

Den bipolare utgangsspenningen justeres på selve den unipolare strømforsyningen. Derfor, hvis strømforsyningen din ikke har denne justeringen, da utgangsspenning vil ikke bli regulert.

Den presenterte unipolare spenningsdeleren ble testet med en universell stabilisert strømforsyningsenhet som jeg tidligere hadde utviklet. Den viste utmerkede egenskaper. Siden strømforsyningen min produserte spenning opp til 26 volt, varierte utgangsspenningene fra 3 til +- 12,3 volt. Etter å ha koblet ytterligere omdreininger av sekundærviklingen til krafttransformatoren i den universelle stabiliserte strømforsyningskretsen til en stabilisert utgangsspenning på 32 volt, varierte utgangsspenningene til deleren fra 3 til +- 15,2 volt. Det automatiske ovefungerer også pålitelig.

;Enheten har en adaptiv krets for overvåking og justering av likheten til utgangsspenningene, uavhengig av mulige endringer i deres amplitude og belastning.

Det skjematiske diagrammet er vist på figuren.

Drift av en unipolar spenningsdeler

Operasjonsforsterker DA1 måler spenningsforskjellen ved midtpunktet av spenningsdeleren R1 - R2, R3 med spenningen på "huset" og reagerer på forskjellen deres ved å øke eller redusere utgangsspenningen.

Når strøm tilføres enheten, lades kondensatorene C1 og C2 langs banen "+" til strømforsyningen, kondensator C1, kondensator C2, "-" til strømforsyningen. Dermed vil hver kondensator bli ladet med halve inngangsspenningen. Disse spenningene vil være på utgangen av enheten. Men dette vil bli observert under en balansert belastning.

Tenk på tilfellet når en ubalansert last er koblet til enheten - for eksempel er lastmotstanden i den positive utgangsspenningskretsen mye mindre enn lastmotstanden koblet til den negative utgangsspenningskretsen. Siden en belastningskrets er koblet parallelt til kondensator C1 - diode VD1 og lav belastningsmotstand, vil ladningen til kondensator C2 passere ikke bare gjennom C1, men også gjennom en krets parallelt med den - diode VD1, lav belastningsmotstand. Dette vil føre til at kondensator C2 lades med høyere spenning enn kondensator C1, som igjen vil føre til at den positive utgangsspenningen blir mindre enn den negative. På enhetens kropp vil spenningen øke i potensial i forhold til midtpunktet til motstandene R1 - R2, R3, hvor potensialet er lik halvparten av inngangsspenningen. Dette vil føre til utseendet til en negativ spenning ved utgangen av operasjonsforsterkeren i forhold til enhetens kropp. Og jo større potensialforskjell ved inngangen til operasjonsforsterkeren, jo større er den negative spenningen. Som et resultat av den negative spenningen ved op-amp-utgangen, vil transistorene VT3 og VT4 åpne seg og vil, i likhet med "diode VD1, lavlastmotstand"-kretsen i den positive kretsen, skape en shunteffekt på kondensator C2 i den negative kretsen . Dette vil igjen føre til balansering av strømmer i de positive og negative kretsene og utjevne utgangsspenningene. Hvis belastningen på enheten er ubalansert mot negativ spenning, åpnes transistorene VT1 og VT2.

På grunn av kretsen for automatisk kontroll av "null" potensialet, balanseres den inn i "gjennomsnittlig tilstand" mellom pluss og minus av forsyningen.

Detaljer.

Mikrokretsene K140UD6, K140UD7, K140UD601, K140UD701 kan brukes som operasjonsforsterker.

Motstander R8 - R15 - for å utjevne emitterstrømmene til transistorene og begrense deres overspenninger ved koblingsmomenter.

Diodene VD1 og VD2 er designet for å hindre transistorer i å shunte belastningskretsene til enheten.

Transistorer er installert på kjøleribber av tilstrekkelig størrelse. Størrelsen på kjøleribbene bestemmes kun av hvor ubalansert belastningen vil være. Jo mer ubalansert, jo større radiatorareal.

Sette opp en unipolar spenningsdeler.

En riktig montert krets begynner å fungere umiddelbart. Motstand R3 er designet for å stille like bipolare utgangsspenninger. Det er mer praktisk å sette det opp på et dobbeltstråleoscilloskop ved å koble de bipolare utgangene til enheten til inngangene til oscilloskopet og slå på modusen for gjensidig subtraksjon av signaler. Ved å rotere potensiometersporet settes maksimal signalsubtraksjon. Hvis "slag" av utgangsspenningen vises som et resultat av eksitasjon og selvgenerering, er det nødvendig å redusere verdien av motstanden R5, mens du øker den negative tilbakemeldingen.

Mikrokretsen K140UD7 er begrenset i strømforsyning til 15 volt i "armen", så for å oppnå høye utgangsspenninger er det nødvendig å koble strøm til pinnene 4 og 7 gjennom "ekstra" zenerdioder, men samtidig det lavere nivået av utgangsspenningene vil også øke.

Denne mikrokretsen gir muligheten til å justere nullbalansen ved hjelp av en ekstern trimmemotstand. Når forsyningsspenningen endres, må den justeres, så vi bruker den ikke i kretsen vår.

På grunn av løsningens ikke-standardiserte natur, er enheten designet for å oppnå bipolar spenning fra unipolar en unik. Når det gjelder enkelheten og påliteligheten til kretsen, er dette den mest Den beste måten mottar bipolar kraft.

Ikke alle radioamatører har muligheten til å få en passende del, så du må vite hva som kan erstatte den. Kunnskap om elektroniske kretser kommer til unnsetning. Gitt, som et eksempel, er en enkel krets av en bipolar strømforsyning som bruker zenerdioder, som godt illustrerer prinsippet om å oppnå bipolar strøm fra unipolar strøm.

Enkel bipolar strømforsyningskrets:

Det kan være vanskelig for en nybegynner radioamatør å finne en passende transformator for strømforsyninger, forsterkerkretser eller andre kretser som krever bipolar strøm. Et eksempel er gitt på en klassisk ordning for å få en bipolar strømforsyning fra en unipolar. Det skal bemerkes med en gang at jeg ikke prøvde å kjøre denne kretsen, men siterte den fordi løsningen som ble brukt er ganske original og enkel å implementere (du bør velge verdiene til elementene selv).

Figur nr. 1 – Bipolar strømforsyningsdiagram

Dette er en ganske enkel krets; den gjør det mulig å oppnå positive og negative strømpoler fra en transformator med bare en sekundærvikling (en fullbølge-brolikeretter, eller fra en unipolar strømkilde). Løsningen er ganske enkel, to zenerdioder i et par gir spenningsseparasjon; du trenger bare å jorde sentralpunktet deres (kondensatoren som fungerer som et filter skal ikke jordes). Ordningen er enkel å implementere, billig og tilgjengelig, selv om den har sine ulemper.

I denne artikkelen vil vi snakke om den unipolare til bipolare spenningsdeleren og dens egenskaper. Vi vil også snakke om oppsett og drift.

Med utviklingen og spredningen av mikroelektronisk teknologi er det et stadig mer presserende behov for å ha en høykvalitetskilde for bipolar utgangsspenning i hjemmelaboratoriet ditt. Men så snart radioamatører støter på dette, og begynner å se etter ulike alternativer for å konstruere bipolare strømforsyninger, blir noen av dem skuffet.

Men disse omformerne er ikke universelle; de ​​er heller ikke i stand til å opprettholde lik positiv og negativ spenning, derfor tillater de ikke bruk som bipolare strømforsyninger med jevn regulering.

Dermed står radioamatører overfor et valg: enten en enkel "fast" bipolar spenningskrets, eller en høykvalitets, men kompleks bipolar strømforsyningskrets.

Jeg tilbyr deg en annen, og etter min mening, den høyeste kvalitetsløsningen på problemet - et spesielt vedlegg til din eksisterende unipolare strømforsyning, som "deler" den unipolare likespenningen i to - positiv og negativ. Den eneste begrensningen for å bruke enheten er manglende evne til å bruke den med en strømkilde hvis pluss- eller minuskraft er på samme jord som lasten. For eksempel fra et bilbatteri. Dette skyldes det faktum at enheten "skaper" sin egen "masse". Men behovet for å jobbe i denne modusen er så ubetydelig at du kan ignorere denne ulempen.

Egenskaper for en unipolar til bipolar spenningsdeler:

Den presenterte spenningsdeleren kan kobles til en hvilken som helst unipolar spenningsenhet i området fra 7 til 30 volt. I dette tilfellet vil den bipolare utgangsspenningen være fra 3 til 14,5 volt.

Under drift forringer ikke deleren parametrene og egenskapene til din unipolare strømforsyning. Noe som er veldig viktig.

Deleren gir bipolar strøm til en ubalansert belastning med en strøm på opptil 10 ampere av hver spenning (både positiv og negativ). Med andre ord, hvis det er en belastning i den positive kretsen med et strømforbruk på 10 ampere, og i den negative kretsen 0,1 ampere, vil de positive og negative spenningene avvike med ikke mer enn 0,01 volt.

Den bipolare utgangsspenningen justeres på selve den unipolare strømforsyningen. Derfor, hvis strømforsyningen din ikke har denne justeringen, vil ikke utgangsspenningen bli regulert.

Den presenterte unipolare spenningsdeleren ble testet med en universell stabilisert strømforsyningsenhet som jeg tidligere hadde utviklet. Den viste utmerkede egenskaper. Siden strømforsyningen min produserte spenning opp til 26 volt, varierte utgangsspenningene fra 3 til +- 12,3 volt. Etter å ha koblet ytterligere omdreininger av sekundærviklingen til krafttransformatoren i den universelle stabiliserte strømforsyningskretsen til en stabilisert utgangsspenning på 32 volt, varierte utgangsspenningene til deleren fra 3 til +- 15,2 volt. Det automatiske ovefungerer også pålitelig.

;Enheten har en adaptiv krets for overvåking og justering av likheten til utgangsspenningene, uavhengig av mulige endringer i deres amplitude og belastning.

Det skjematiske diagrammet er vist på figuren.

Drift av en unipolar spenningsdeler

Operasjonsforsterker DA1 måler spenningsforskjellen ved midtpunktet av spenningsdeleren R1 - R2, R3 med spenningen på "huset" og reagerer på forskjellen deres ved å øke eller redusere utgangsspenningen.

Når strøm tilføres enheten, lades kondensatorene C1 og C2 langs banen "+" til strømforsyningen, kondensator C1, kondensator C2, "-" til strømforsyningen. Dermed vil hver kondensator bli ladet med halve inngangsspenningen. Disse spenningene vil være på utgangen av enheten. Men dette vil bli observert under en balansert belastning.

Tenk på tilfellet når en ubalansert last er koblet til enheten - for eksempel er lastmotstanden i den positive utgangsspenningskretsen mye mindre enn lastmotstanden koblet til den negative utgangsspenningskretsen. Siden en belastningskrets er koblet parallelt til kondensator C1 - diode VD1 og lav belastningsmotstand, vil ladningen til kondensator C2 passere ikke bare gjennom C1, men også gjennom en krets parallelt med den - diode VD1, lav belastningsmotstand. Dette vil føre til at kondensator C2 lades med høyere spenning enn kondensator C1, som igjen vil føre til at den positive utgangsspenningen blir mindre enn den negative. På enhetens kropp vil spenningen øke i potensial i forhold til midtpunktet til motstandene R1 - R2, R3, hvor potensialet er lik halvparten av inngangsspenningen. Dette vil føre til utseendet til en negativ spenning ved utgangen av operasjonsforsterkeren i forhold til enhetens kropp. Og jo større potensialforskjell ved inngangen til operasjonsforsterkeren, jo større er den negative spenningen. Som et resultat av den negative spenningen ved op-amp-utgangen, vil transistorene VT3 og VT4 åpne seg og vil, i likhet med "diode VD1, lavlastmotstand"-kretsen i den positive kretsen, skape en shunteffekt på kondensator C2 i den negative kretsen . Dette vil igjen føre til balansering av strømmer i de positive og negative kretsene og utjevne utgangsspenningene. Hvis belastningen på enheten er ubalansert mot negativ spenning, åpnes transistorene VT1 og VT2.

På grunn av kretsen for automatisk kontroll av "null" potensialet, balanseres den inn i "gjennomsnittlig tilstand" mellom pluss og minus av forsyningen.

Detaljer.

Mikrokretsene K140UD6, K140UD7, K140UD601, K140UD701 kan brukes som operasjonsforsterker.

Motstander R8 - R15 - for å utjevne emitterstrømmene til transistorene og begrense deres overspenninger ved koblingsmomenter.

Diodene VD1 og VD2 er designet for å hindre transistorer i å shunte belastningskretsene til enheten.

Transistorer er installert på kjøleribber av tilstrekkelig størrelse. Størrelsen på kjøleribbene bestemmes kun av hvor ubalansert belastningen vil være. Jo mer ubalansert, jo større radiatorareal.

Sette opp en unipolar spenningsdeler.

En riktig montert krets begynner å fungere umiddelbart. Motstand R3 er designet for å stille like bipolare utgangsspenninger. Det er mer praktisk å sette det opp på et dobbeltstråleoscilloskop ved å koble de bipolare utgangene til enheten til inngangene til oscilloskopet og slå på modusen for gjensidig subtraksjon av signaler. Ved å rotere potensiometersporet settes maksimal signalsubtraksjon. Hvis "slag" av utgangsspenningen vises som et resultat av eksitasjon og selvgenerering, er det nødvendig å redusere verdien av motstanden R5, mens du øker den negative tilbakemeldingen.

Mikrokretsen K140UD7 er begrenset i strømforsyning til 15 volt i "armen", så for å oppnå høye utgangsspenninger er det nødvendig å koble strøm til pinnene 4 og 7 gjennom "ekstra" zenerdioder, men samtidig det lavere nivået av utgangsspenningene vil også øke.

Denne mikrokretsen gir muligheten til å justere nullbalansen ved hjelp av en ekstern trimmemotstand. Når forsyningsspenningen endres, må den justeres, så vi bruker den ikke i kretsen vår.

På grunn av løsningens ikke-standardiserte natur, er enheten designet for å oppnå bipolar spenning fra unipolar en unik. På grunn av dens enkelhet og pålitelighet av kretsen, er dette den beste måten å oppnå bipolar kraft.

Ofte har bipolare strømforsyninger en konstant utgangsspenning. Ønsket om å konstruere en regulert fra en uregulert bipolar strømforsyning til lav pris fører vanligvis ikke til noe godt, siden dette fører til ubalanse i utgangsspenningene (i amplitude) av motsatte polariteter. For å implementere dette alternativet er det nødvendig å "vekte" ordningen betydelig.

Det er også et alternativ når en elektronisk enhet legges til en unipolar strømforsyning, som genererer en negativ spenning fra en positiv. Men denne versjonen av en bipolar kilde har også en ubalanse av motsatte spenninger og tillater ikke bruk i strømforsyninger med kontinuerlig variabel utgangsspenning.

Denne artikkelen inneholder en annen originalversjon bipolar kraft fra unipolarå ha rett til å eksistere. Dette er et prefiks - bygget på operasjonsforsterker LM358, til en konvensjonell unipolar strømforsyning, som lar deg oppnå en full bipolar utgangsspenning.

Enhver strømforsyning med en spenning på 7...30 volt kan fungere som en inngangsspenningskilde, og utgangsspenningen vil være 3...14,5 volt.

Under drift forvrenger ikke denne deleren utgangsparametrene til en unipolar strømforsyning. Dette skillefestet tåler en belastning på opptil 10 ampere uten å forvrenge spenningen, både i de positive og negative kanalene. For eksempel, hvis en last med et strømforbruk på 9 ampere er koblet til den negative kretsen til en bipolar strømkilde, og 0,2 ampere i den positive kretsen, vil forskjellen mellom den negative og positive spenningen være mindre enn 0,01 volt.

Det skal bemerkes at bare tilstedeværelsen av en regulator i en unipolar strømforsyning kan sikre en endring i utgangen i en bipolar, ellers vil justering være umulig.

Beskrivelse av vedleggsdeleren av unipolar spenning til bipolar

(DA1) måler potensialforskjellen mellom fellesledningen og midtpunktet til spenningsdeleren satt sammen ved motstandene R1, R2, R3. Når denne forskjellen endres, fører LM358 op-amp til stabilisering av utgangsspenningen, reduserer den eller øker den.

Når inngangsspenning tilføres kretsen, lades kondensatorene C1 og C2 med halvparten av forsyningsspenningen. Med en balansert belastning vil disse spenningene være utgangsspenningen til en bipolar strømforsyning.

La oss nå analysere situasjonen når en ubalansert belastning er koblet til utgangen til en bipolar strømforsyning, for eksempel er belastningsmotstanden i den positive kretsen betydelig lavere enn belastningsmotstanden koblet til den negative kretsen.

Siden en last er koblet parallelt til kondensator C1 (diode VD1 og en liten lastmotstand), vil kondensator C2 lades både gjennom kondensator C1 og gjennom den ovenfor angitte kretsen (diode VD1 og en liten lastmotstand).

Av denne grunn vil kondensator C2 lades med høyere spenning enn kondensator C1, og dette vil føre til at den negative spenningen blir høyere enn den positive. På fellesledningen vil spenningen øke i forhold til midtpunktet til spenningsdeleren R1, R2, R3, hvor spenningen er 50 % av inngangen.

Dette bidrar til fremveksten av en negativ spenning ved utgangen av op-amp LM358 i forhold til den vanlige ledningen. Som et resultat åpnes transistorene VT2 og VT4, og på samme måte som den elektriske kretsen "diode VD1, liten belastningsmotstand" i den positive elektriske kretsen, omgår kapasitansen C2 i den negative kretsen, noe som fører til en balanse mellom strømmene til begge kretsene ( positiv og negativ)

Likeledes vil transistorene VT1, VT3 åpne seg hvis det er lastubalanse mot negativ spenning.

I en tid med bærbar elektronikk blir spørsmålet om å drive bærbare enheter mer og mer presserende. Spesielt vanskelig er den bipolare forsyningsspenningen som kreves, for eksempel i en bærbar hodetelefonforsterker. Dagens utvikling av elektronikk gjør det mulig å overvinne dette problemet. La oss se på hvordan du lager bipolar strømforsyning fra unipolar en på TPS65133-brikken.

Bipolare strømalternativer for en bærbar enhet

For bipolar strømforsyning i en bærbar enhet kan du selvfølgelig bruke to batterier. Men dette vil føre til ytterligere problemer med å lade dem, samt ubalanse i armene når batteriene eldes.

Et mer avansert alternativ for å lage bipolar kraft fra unipolar er å bruke eller noe annet. Men det er et problem her også. Når batteriet er utladet, etter den positive spenningen, vil den negative spenningen også falle. De. med et ladet batteri vil strømmen være ±4,2, og med et utladet batteri ±3 V eller enda mindre.

Og her kommer SEPIC-omformere til unnsetning. Vi vil ikke fordype oss i teorien om transformasjonsprosessen - dette er emnet for en egen artikkel. For nå, la oss se på den unipolare til bipolare spenningsomformeren på TPS65133.

Bipolar strømforsyning fra unipolar en på TPS65133-brikken

Hovedfordelen med denne omformeren er at utgangsspenningen er ±5V uavhengig av inngangsspenningen, som kan være fra 2,9 til 5 volt (opptil 6 volt kan leveres). De. Mikrokretsen er designet for direkte bruk med 3,6 volt batterier. Men ingen forbyr å drive den fra USB eller en strømforsyning.

Konverteringsfrekvensen her er 1,7 MHz. For lydenheter er dette flott alternativ. Samtidig krever driften ikke bruk av transformatorer, som er nødvendig i de fleste SEPIC-omformere. Konverteringen krever kun induktans som på grunn av en så høy frekvens er ganske liten.

Kretsen til den unipolare til bipolare spenningsomformeren på TPS65133 er som følger:

Det anbefales å installere tantalkondensatorer. Det vil også være en god idé å installere ekstra 0,1 µF kondensatorer for å filtrere ut RF-interferens.

Når det gjelder en slik parameter som utgangsstrøm, er alt veldig bra her. Utgangsstrømmen kan nå 250 mA per arm. Produsenten hevder at med en utgangsstrøm på 50 til 200 mA, overstiger effektiviteten til omformeren 90%, noe som er en veldig god indikator for bruk i bærbart utstyr.

Fly i salven

Til tross for alle de åpenbare fordelene, er den største ulempen med denne mikrokretsen huset. Mikrokretsen produseres kun i en pakke designet for overflatemontert, mål 3x3 mm. Dimensjonene til kontaktene er 0,6x0,2 mm, og avstanden mellom dem er 0,25 mm.

Å lage en tavle med slike kontakter hjemme er ikke den letteste oppgaven. Du kan gjøre livet ditt enklere hvis du kjøper en ferdig modul med loddet brikke og ledninger.

Generelt er ikke TPS65133 den eneste. I samme serie er det TPS65130 TPS65131, TPS65132, TPS65135….. Men enten er egenskapene deres mindre interessante, eller så er saken enda verre.

Jeg vil være veldig takknemlig for alle som kan foreslå mikrokretser med lignende egenskaper. Jeg venter på deg i kommentarfeltet

Materialet ble utarbeidet eksklusivt for nettstedet