V tem članku bomo govorili o unipolarnem do bipolarnem delilniku napetosti in njegovih značilnostih. Govorili bomo tudi o njegovi postavitvi in ​​delovanju.

Z razvojem in širjenjem mikroelektronske tehnologije je vse bolj nujna potreba po visokokakovostnem viru bipolarne izhodne napetosti v domačem laboratoriju. Toda takoj, ko se s tem srečajo radioamaterji, ki začnejo iskati različne možnosti za izdelavo bipolarnih napajalnikov, so nekateri razočarani.

Vendar ti pretvorniki niso univerzalni, prav tako niso sposobni vzdrževati enakosti pozitivne in negativne napetosti, zato ne omogočajo njihove uporabe kot bipolarnih napajalnikov z gladko regulacijo.

Tako so radioamaterji pred izbiro: bodisi preprosto vezje"fiksna" bipolarna napetost ali visokokakovostna, vendar kompleksno vezje blok bipolarno napajanje.

Ponujam vam še eno in po mojem mnenju najkvalitetnejšo rešitev problema - poseben nastavek na vaš obstoječi unipolarni napajalnik, ki “razdeli” unipolarni stalen pritisk na dvoje – pozitivno in negativno. Edina omejitev pri uporabi naprave je nezmožnost uporabe z virom napajanja, katerega plus ali minus moči je na isti podlagi kot breme. Na primer - od baterijo avto. To je posledica dejstva, da naprava "ustvari" lastno "maso". Toda potreba po delu v tem načinu je tako nepomembna, da lahko to pomanjkljivost prezrete.

Značilnosti unipolarnega do bipolarnega delilnika napetosti:

Predstavljeni delilnik napetosti je mogoče priključiti na katero koli unipolarno napetostno enoto v območju od 7 do 30 voltov. V tem primeru bo bipolarna izhodna napetost od 3 do 14,5 voltov.

Med delovanjem delilnik ne poslabša parametrov in lastnosti vašega unipolarnega napajalnika. Kar je zelo pomembno.

Delilnik zagotavlja bipolarno napajanje neuravnoteženega bremena s tokom do 10 amperov vsake napetosti (tako pozitivne kot negativne). Z drugimi besedami, če je v pozitivnem tokokrogu obremenitev s tokovno porabo 10 amperov, v negativnem tokokrogu pa 0,1 ampera, se pozitivna in negativna napetost ne bosta razlikovali za več kot 0,01 volta.

Bipolarna izhodna napetost se nastavi na samem unipolarnem napajalniku. Torej, če vaš napajalnik nima te prilagoditve, potem izhodna napetost ne bo reguliran.

Predstavljeni unipolarni delilnik napetosti je bil testiran z univerzalnim stabiliziranim napajalnikom, ki sem ga predhodno razvil. Pokazal je odlične lastnosti. Ker je moj napajalnik proizvajal napetost do 26 voltov, so se izhodne napetosti gibale od 3 do +- 12,3 voltov. Po priključitvi dodatnih ovojev sekundarnega navitja močnostnega transformatorja v univerzalnem stabiliziranem napajalnem vezju na stabilizirano izhodno napetost 32 voltov so bile izhodne napetosti delilnika od 3 do +- 15,2 voltov. Zanesljivo deluje tudi avtomatski sistem zaščite pred preobremenitvijo.

;Naprava ima adaptivno vezje za spremljanje in prilagajanje enakosti izhodnih napetosti, ne glede na morebitne spremembe njihove amplitude in obremenitve.

Shematski diagram je prikazan na sliki.

Delovanje unipolarnega napetostnega delilnika

Operacijski ojačevalnik DA1 meri napetostno razliko na sredini napetostnega delilnika R1 - R2, R3 z napetostjo na "ohišju" in reagira na njihovo razliko s povečanjem ali zmanjšanjem izhodne napetosti.

Ko se naprava napaja, se kondenzatorja C1 in C2 polnita po poti "+" napajalnika, kondenzator C1, kondenzator C2, "-" napajalnika. Tako bo vsak kondenzator napolnjen s polovično vhodno napetostjo. Te napetosti bodo na izhodu naprave. Toda to bo opazno pri uravnoteženi obremenitvi.

Razmislite o primeru, ko je na napravo priključeno neuravnoteženo breme - na primer, upor bremena v tokokrogu pozitivne izhodne napetosti je veliko manjši od upora bremena, priključenega na tokokrog negativne izhodne napetosti. Ker je bremensko vezje priključeno vzporedno na kondenzator C1 - dioda VD1 in nizka upornost obremenitve, bo naboj kondenzatorja C2 šel ne samo skozi C1, temveč tudi skozi vzporedno vezje - dioda VD1, nizka upornost obremenitve. To bo povzročilo, da bo kondenzator C2 napolnjen z višjo napetostjo kot kondenzator C1, kar bo povzročilo, da bo pozitivna izhodna napetost manjša od negativne. Na ohišju naprave se bo napetost povečala v potencialu glede na srednjo točko uporov R1 - R2, R3, kjer je potencial enak polovici vhodne napetosti. To bo povzročilo pojav negativne napetosti na izhodu operacijskega ojačevalnika glede na telo naprave. In večja kot je potencialna razlika na vhodu operacijskega ojačevalnika, večja je negativna napetost. Zaradi negativne napetosti na izhodu operacijskega ojačevalnika se bosta tranzistorja VT3 in VT4 odprla in, tako kot vezje "dioda VD1, upornost nizke obremenitve" v pozitivnem vezju, bosta ustvarila učinek ranžiranja na kondenzatorju C2 v negativnem vezju . To bo vodilo do uravnoteženja tokov v pozitivnem in negativnem tokokrogu in izenačilo izhodne napetosti. Če je obremenitev naprave neuravnotežena proti negativni napetosti, se tranzistorja VT1 in VT2 odpreta.

Tako se zaradi vezja avtomatske regulacije "ničelnega" potenciala uravnoteži v "povprečno stanje" med plusom in minusom napajanja.

Podrobnosti.

Mikrovezja K140UD6, K140UD7, K140UD601, K140UD701 se lahko uporabljajo kot operacijski ojačevalnik.

Upori R8 - R15 - za izenačitev oddajnih tokov tranzistorjev in omejevanje njihovih sunkov v preklopnih trenutkih.

Diode VD1 in VD2 so zasnovane tako, da tranzistorjem preprečujejo ranžiranje tokokrogov bremena naprave.

Tranzistorji so nameščeni na hladilnikih zadostne velikosti. Velikost hladilnih teles je določena samo s tem, kako neuravnotežena bo obremenitev. Bolj ko je neuravnotežen, večja je površina radiatorja.

Postavitev unipolarnega delilnika napetosti.

Pravilno sestavljeno vezje začne delovati takoj. Upor R3 je zasnovan za nastavitev enakih izhodnih bipolarnih napetosti. Primerneje je, da ga nastavite na osciloskop z dvojnim žarkom, tako da povežete bipolarne izhode naprave z vhodi osciloskopa in vklopite način medsebojnega odštevanja signalov. Z vrtenjem reže potenciometra se nastavi maksimalno odštevanje signala. Če se pojavijo "utripi" izhodne napetosti kot posledica vzbujanja in samogeneracije, je treba zmanjšati vrednost upora R5, hkrati pa povečati negativno povratno informacijo.

Mikrovezje K140UD7 je omejeno na napajanje na 15 voltov v "roki", zato je za pridobitev visokih izhodnih napetosti potrebno priključiti napajanje na nožice 4 in 7 prek "dodatnih" zener diod, hkrati pa nižjo raven povečale se bodo tudi izhodne napetosti.

To mikrovezje omogoča prilagajanje ničelnega ravnovesja z uporabo zunanjega obrezovalnega upora. Ko se napajalna napetost spremeni, jo je treba prilagoditi, zato je v našem vezju ne uporabljamo.

Zaradi nestandardne narave rešitve je naprava, namenjena pridobivanju bipolarne napetosti iz unipolarne, edinstvena. V smislu svoje preprostosti in zanesljivosti vezja je to največ Najboljši način prejemanje bipolarne moči.

Vsak radijski amater nima možnosti dobiti ustreznega dela, zato morate vedeti, kaj ga lahko nadomesti. Poznavanje elektronskega vezja priskoči na pomoč. Kot primer je navedeno preprosto vezje bipolarnega napajalnika z uporabo zener diod, ki dobro ponazarja princip pridobivanja bipolarne moči iz unipolarne moči.

Enostavno bipolarno napajalno vezje:

Radioamaterju začetniku je lahko težko najti ustrezen transformator za napajalnike, ojačevalna vezja ali druga vezja, ki zahtevajo bipolarno napajanje. Podan je primer klasične sheme za pridobivanje bipolarnega napajanja iz unipolarnega. Takoj je treba opozoriti, da tega vezja nisem poskušal zagnati, ampak sem ga navedel, ker je uporabljena rešitev precej izvirna in enostavna za izvedbo (vrednosti elementov morate izbrati sami).

Slika št. 1 – Diagram bipolarnega napajanja

To je dokaj preprosto vezje; omogoča pridobitev pozitivnih in negativnih močnostnih polov iz transformatorja s samo enim sekundarnim navitjem (en polvalovni mostični usmernik ali iz unipolarnega vira energije). Rešitev je precej enostavna, dve zener diodi v paru poskrbita za ločitev napetosti, potrebno je le ozemljiti njuno središče (kondenzator, ki deluje kot filter, ne sme biti ozemljen). Shema je enostavna za izvedbo, poceni in dostopna, čeprav ima svoje pomanjkljivosti.

V tem članku bomo govorili o unipolarnem do bipolarnem delilniku napetosti in njegovih značilnostih. Govorili bomo tudi o njegovi postavitvi in ​​delovanju.

Z razvojem in širjenjem mikroelektronske tehnologije je vse bolj nujna potreba po visokokakovostnem viru bipolarne izhodne napetosti v domačem laboratoriju. Toda takoj, ko se s tem srečajo radioamaterji, ki začnejo iskati različne možnosti za izdelavo bipolarnih napajalnikov, so nekateri razočarani.

Vendar ti pretvorniki niso univerzalni, prav tako niso sposobni vzdrževati enakosti pozitivne in negativne napetosti, zato ne omogočajo njihove uporabe kot bipolarnih napajalnikov z gladko regulacijo.

Tako se radijski amaterji soočajo z izbiro: bodisi preprosto "fiksno" bipolarno napetostno vezje bodisi visokokakovostno, a zapleteno bipolarno napajalno vezje.

Ponujam vam še eno in po mojem mnenju najkvalitetnejšo rešitev problema - poseben nastavek na vaš obstoječi unipolarni napajalnik, ki unipolarno enosmerno napetost "razdeli" na dvoje - pozitivno in negativno. Edina omejitev pri uporabi naprave je nezmožnost uporabe z virom napajanja, katerega plus ali minus moči je na isti podlagi kot breme. Na primer iz avtomobilskega akumulatorja. To je posledica dejstva, da naprava "ustvari" lastno "maso". Toda potreba po delu v tem načinu je tako nepomembna, da lahko to pomanjkljivost prezrete.

Značilnosti unipolarnega do bipolarnega delilnika napetosti:

Predstavljeni delilnik napetosti je mogoče priključiti na katero koli unipolarno napetostno enoto v območju od 7 do 30 voltov. V tem primeru bo bipolarna izhodna napetost od 3 do 14,5 voltov.

Med delovanjem delilnik ne poslabša parametrov in lastnosti vašega unipolarnega napajalnika. Kar je zelo pomembno.

Delilnik zagotavlja bipolarno napajanje neuravnoteženega bremena s tokom do 10 amperov vsake napetosti (tako pozitivne kot negativne). Z drugimi besedami, če je v pozitivnem tokokrogu obremenitev s tokovno porabo 10 amperov, v negativnem tokokrogu pa 0,1 ampera, se pozitivna in negativna napetost ne bosta razlikovali za več kot 0,01 volta.

Bipolarna izhodna napetost se nastavi na samem unipolarnem napajalniku. Torej, če vaš napajalnik nima te prilagoditve, potem izhodna napetost ne bo regulirana.

Predstavljeni unipolarni delilnik napetosti je bil testiran z univerzalnim stabiliziranim napajalnikom, ki sem ga predhodno razvil. Pokazal je odlične lastnosti. Ker je moj napajalnik proizvajal napetost do 26 voltov, so se izhodne napetosti gibale od 3 do +- 12,3 voltov. Po priključitvi dodatnih ovojev sekundarnega navitja močnostnega transformatorja v univerzalnem stabiliziranem napajalnem vezju na stabilizirano izhodno napetost 32 voltov so bile izhodne napetosti delilnika od 3 do +- 15,2 voltov. Zanesljivo deluje tudi avtomatski sistem zaščite pred preobremenitvijo.

;Naprava ima adaptivno vezje za spremljanje in prilagajanje enakosti izhodnih napetosti, ne glede na morebitne spremembe njihove amplitude in obremenitve.

Shematski diagram je prikazan na sliki.

Delovanje unipolarnega napetostnega delilnika

Operacijski ojačevalnik DA1 meri napetostno razliko na sredini napetostnega delilnika R1 - R2, R3 z napetostjo na "ohišju" in reagira na njihovo razliko s povečanjem ali zmanjšanjem izhodne napetosti.

Ko se naprava napaja, se kondenzatorja C1 in C2 polnita po poti "+" napajalnika, kondenzator C1, kondenzator C2, "-" napajalnika. Tako bo vsak kondenzator napolnjen s polovično vhodno napetostjo. Te napetosti bodo na izhodu naprave. Toda to bo opazno pri uravnoteženi obremenitvi.

Razmislite o primeru, ko je na napravo priključeno neuravnoteženo breme - na primer, upor bremena v tokokrogu pozitivne izhodne napetosti je veliko manjši od upora bremena, priključenega na tokokrog negativne izhodne napetosti. Ker je bremensko vezje priključeno vzporedno na kondenzator C1 - dioda VD1 in nizka upornost obremenitve, bo naboj kondenzatorja C2 šel ne samo skozi C1, temveč tudi skozi vzporedno vezje - dioda VD1, nizka upornost obremenitve. To bo povzročilo, da bo kondenzator C2 napolnjen z višjo napetostjo kot kondenzator C1, kar bo povzročilo, da bo pozitivna izhodna napetost manjša od negativne. Na ohišju naprave se bo napetost povečala v potencialu glede na srednjo točko uporov R1 - R2, R3, kjer je potencial enak polovici vhodne napetosti. To bo povzročilo pojav negativne napetosti na izhodu operacijskega ojačevalnika glede na telo naprave. In večja kot je potencialna razlika na vhodu operacijskega ojačevalnika, večja je negativna napetost. Zaradi negativne napetosti na izhodu operacijskega ojačevalnika se bosta tranzistorja VT3 in VT4 odprla in, tako kot vezje "dioda VD1, upornost nizke obremenitve" v pozitivnem vezju, bosta ustvarila učinek ranžiranja na kondenzatorju C2 v negativnem vezju . To bo vodilo do uravnoteženja tokov v pozitivnem in negativnem tokokrogu in izenačilo izhodne napetosti. Če je obremenitev naprave neuravnotežena proti negativni napetosti, se tranzistorja VT1 in VT2 odpreta.

Tako se zaradi vezja avtomatske regulacije "ničelnega" potenciala uravnoteži v "povprečno stanje" med plusom in minusom napajanja.

Podrobnosti.

Mikrovezja K140UD6, K140UD7, K140UD601, K140UD701 se lahko uporabljajo kot operacijski ojačevalnik.

Upori R8 - R15 - za izenačitev oddajnih tokov tranzistorjev in omejevanje njihovih sunkov v preklopnih trenutkih.

Diode VD1 in VD2 so zasnovane tako, da tranzistorjem preprečujejo ranžiranje tokokrogov bremena naprave.

Tranzistorji so nameščeni na hladilnikih zadostne velikosti. Velikost hladilnih teles je določena samo s tem, kako neuravnotežena bo obremenitev. Bolj ko je neuravnotežen, večja je površina radiatorja.

Postavitev unipolarnega delilnika napetosti.

Pravilno sestavljeno vezje začne delovati takoj. Upor R3 je zasnovan za nastavitev enakih izhodnih bipolarnih napetosti. Primerneje je, da ga nastavite na osciloskop z dvojnim žarkom, tako da povežete bipolarne izhode naprave z vhodi osciloskopa in vklopite način medsebojnega odštevanja signalov. Z vrtenjem reže potenciometra se nastavi maksimalno odštevanje signala. Če se pojavijo "utripi" izhodne napetosti kot posledica vzbujanja in samogeneracije, je treba zmanjšati vrednost upora R5, hkrati pa povečati negativno povratno informacijo.

Mikrovezje K140UD7 je omejeno na napajanje na 15 voltov v "roki", zato je za pridobitev visokih izhodnih napetosti potrebno priključiti napajanje na nožice 4 in 7 prek "dodatnih" zener diod, hkrati pa nižjo raven povečale se bodo tudi izhodne napetosti.

To mikrovezje omogoča prilagajanje ničelnega ravnovesja z uporabo zunanjega obrezovalnega upora. Ko se napajalna napetost spremeni, jo je treba prilagoditi, zato je v našem vezju ne uporabljamo.

Zaradi nestandardne narave rešitve je naprava, namenjena pridobivanju bipolarne napetosti iz unipolarne, edinstvena. Zaradi svoje preprostosti in zanesljivosti vezja je to najboljši način za pridobitev bipolarne moči.

Pogosto imajo bipolarni napajalniki konstantno izhodno napetost. Želja po izdelavi reguliranega iz nereguliranega bipolarnega napajalnika z nizkimi stroški običajno ne vodi do nič dobrega, saj to vodi do neravnovesja izhodnih napetosti (v amplitudi) nasprotnih polarnosti. Za izvedbo te možnosti je potrebno znatno "obtežiti" shemo.

Obstaja tudi možnost, da se unipolarnemu napajalniku doda elektronska enota, ki iz pozitivne ustvari negativno napetost. Toda ta različica bipolarnega vira ima tudi neravnovesje nasprotnih napetosti in ne dovoljuje uporabe v napajalnikih z zvezno spremenljivo izhodno napetostjo.

Ta članek ponuja še eno izvirno različico bipolarna moč iz unipolarne ki ima pravico do obstoja. To je predpona - zgrajena na operacijski ojačevalnik LM358, na običajni unipolarni napajalnik, ki omogoča pridobitev polne bipolarne izhodne napetosti.

Vsak napajalnik z napetostjo 7...30 voltov lahko deluje kot vir vhodne napetosti, izhodna napetost pa bo 3...14,5 voltov.

Med delovanjem ta delilnik ne izkrivlja izhodnih parametrov unipolarnega napajanja. Ta nastavek delilnika lahko prenese obremenitev do 10 amperov brez popačenja napetosti, tako v pozitivnem kot v negativnem kanalu. Na primer, če je obremenitev s tokovno porabo 9 amperov priključena na negativni tokokrog bipolarnega vira energije in 0,2 ampera na pozitivni tokokrog, potem bo razlika med negativno in pozitivno napetostjo manjša od 0,01 volta.

Treba je opozoriti, da lahko le prisotnost regulatorja v unipolarnem napajalniku zagotovi spremembo izhoda v bipolarnem, sicer prilagoditev ne bo mogoča.

Opis nastavka-delilnika unipolarne napetosti v bipolarno

(DA1) meri potencialno razliko med navadno žico in srednjo točko napetostnega delilnika, sestavljenega na uporih R1, R2, R3. Ko se ta razlika spremeni, operacijski ojačevalnik LM358 povzroči stabilizacijo izhodne napetosti, jo zmanjša ali poveča.

Ko je v vezju priključena vhodna napetost, se kondenzatorja C1 in C2 napolnita s polovično napajalno napetostjo. Pri uravnoteženi obremenitvi bodo te napetosti izhodna napetost bipolarnega napajalnika.

Zdaj pa analizirajmo situacijo, ko je neuravnotežena obremenitev priključena na izhod bipolarnega napajalnika, na primer, upor obremenitve v pozitivnem vezju je bistveno nižji od upora obremenitve, povezanega z negativnim vezjem.

Ker je obremenitev priključena vzporedno na kondenzator C1 (dioda VD1 in majhen upor obremenitve), bo kondenzator C2 napolnjen tako preko kondenzatorja C1 kot prek zgoraj označenega vezja (dioda VD1 in majhen upor obremenitve).

Iz tega razloga bo kondenzator C2 napolnjen z višjo napetostjo kot kondenzator C1, kar bo vodilo do dejstva, da bo negativna napetost višja od pozitivne. Na skupni žici se bo napetost povečala glede na sredino napetostnega delilnika R1, R2, R3, kjer je napetost 50% vhoda.

To prispeva k nastanku negativne napetosti na izhodu op-amp LM358 glede na skupno žico. Posledično se tranzistorja VT2 in VT4 odpreta in podobno kot električni tokokrog "dioda VD1, majhen upor obremenitve" v pozitivnem električnem tokokrogu obide kapacitivnost C2 v negativnem tokokrogu, kar vodi do ravnovesja tokov obeh tokokrogov ( pozitivno in negativno)

Podobno se bodo tranzistorji VT1, VT3 odprli, če pride do neravnovesja obremenitve proti negativni napetosti.

V dobi prenosne elektronike postaja vprašanje napajanja prenosnih naprav vse bolj pereče. Posebej težavna je zahtevana bipolarna napajalna napetost, na primer v prenosnem ojačevalniku za slušalke. Današnji razvoj elektronike omogoča premagovanje ta problem. Poglejmo, kako narediti bipolarno napajanje iz unipolarnega na čipu TPS65133.

Bipolarne možnosti napajanja za prenosno napravo

Seveda lahko za bipolarno napajanje v prenosni napravi uporabite dve bateriji. Toda to bo povzročilo dodatne težave pri njihovem polnjenju, pa tudi neuravnoteženost ročic, ko se baterije starajo.

Naprednejša možnost za izdelavo bipolarne moči iz unipolarne je uporaba ali katero koli drugo. Toda tudi tukaj je problem. Ko se baterija izprazni, bo po pozitivni napetosti padla tudi negativna napetost. Tisti. pri napolnjeni bateriji bo moč ±4,2, pri izpraznjeni pa ±3 V ali celo manj.

In tu na pomoč priskočijo pretvorniki SEPIC. Ne bomo se poglobili v teorijo procesa transformacije - to je tema ločenega članka. Za zdaj si poglejmo unipolarni v bipolarni pretvornik napetosti na TPS65133.

Bipolarno napajanje iz unipolarnega na čipu TPS65133

Glavna prednost tega pretvornika je, da je izhodna napetost ±5V ne glede na vhodno napetost, ki je lahko od 2,9 do 5 voltov (lahko se napaja do 6 voltov). Tisti. Mikrovezje je zasnovano za neposredno uporabo s 3,6-voltnimi baterijami. Nihče pa ne prepoveduje napajanja iz USB-ja ali napajalnika.

Frekvenca pretvorbe je tukaj 1,7 MHz. Za avdio naprave je to odlična možnost. Hkrati delovanje ne zahteva uporabe transformatorjev, ki so potrebni v večini pretvornikov SEPIC. Pretvorba zahteva le induktivnost, ki je zaradi tako visoke frekvence precej majhna.

Vezje enopolarnega v bipolarni pretvornik napetosti na TPS65133 je naslednje:

Priporočljivo je namestiti tantalove kondenzatorje. Prav tako bi bilo dobro namestiti dodatne 0,1 µF kondenzatorje za filtriranje RF motenj.

Kar se tiče parametra, kot je izhodni tok, je tukaj vse zelo dobro. Izhodni tok lahko doseže 250 mA na roko. Proizvajalec trdi, da pri izhodnem toku od 50 do 200 mA učinkovitost pretvornika presega 90%, kar je zelo dober pokazatelj za uporabo v prenosni opremi.

Prepričan

Kljub vsem očitnim prednostim je največja pomanjkljivost tega mikrovezja njegovo ohišje. Mikrovezje je izdelano samo v paketu, namenjenem za površinska montaža, dimenzije 3x3 mm. Dimenzije kontaktov so 0,6x0,2 mm, razdalja med njimi pa 0,25 mm.

Izdelava plošče s takimi kontakti doma ni najlažja naloga. Življenje si lahko olajšate, če kupite že pripravljen modul s spajkanim čipom in ožičenjem.

Na splošno TPS65133 ni edini. V isti seriji so še TPS65130, TPS65131, TPS65132, TPS65135….. Vendar pa so njihove lastnosti manj zanimive ali pa je zadeva še slabša.

Zelo bi bil hvaležen vsakomur, ki bi lahko predlagal mikrovezja s podobnimi lastnostmi. Čakam vas v komentarjih

Gradivo je bilo pripravljeno izključno za spletno mesto