Regulowany zasilacz liniowy z podwójnym wyjściem: 10 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:29

Cechy:

• Konwersja AC – DC Podwójne napięcia wyjściowe (dodatnie – uziemienie – ujemne)
• Regulowane szyny dodatnie i ujemne
• Tylko jednowyjściowy transformator prądu przemiennego
• Szum wyjściowy (20 MHz-BWL, bez obciążenia): około 1,12 mVpp
• Niski poziom hałasu i stabilne wyjścia (idealne do zasilania wzmacniaczy operacyjnych i przedwzmacniaczy)
• Napięcie wyjściowe: +/-1,25V do +/-25V Maksymalny prąd wyjściowy: 300mA do 500mA
• Tanie i łatwe do lutowania (wszystkie pakiety komponentów są DIP)

Niskoszumowy zasilacz z podwójnym wyjściem jest niezbędnym narzędziem dla każdego entuzjasty elektroniki. Istnieje wiele okoliczności, w których konieczny jest zasilacz z podwójnym wyjściem, takich jak projektowanie przedwzmacniaczy i zasilanie OPAMP. W tym artykule zbudujemy liniowy zasilacz, który użytkownik będzie mógł niezależnie regulować na swoich dodatnich i ujemnych szynach. Co więcej, na wejściu zastosowano zwykły, jednowyjściowy transformator prądu przemiennego.

[1] Analiza obwodu

Rysunek 1 przedstawia schemat ideowy urządzenia. D1 i D2 to diody prostownicze. C1 i C2 budują pierwszy stopień filtracji szumów.

Krok 1: Rysunek 1, schemat ideowy niskoszumowego zasilacza

R1, R2, C1, C2, C3, C4, C5 i C6 tworzą dolnoprzepustowy filtr RC, który redukuje szumy zarówno z dodatnich, jak i ujemnych szyn. Zachowanie tego filtra można zbadać zarówno w teorii, jak iw praktyce. Takie pomiary może wykonywać oscyloskop z funkcją Bode plot, taki jak Siglent SDS1104X-E. IC1 [1] i IC2 [2] to główne elementy regulacyjne tego obwodu.

Zgodnie z arkuszem danych IC1 (LM317): „Urządzenie LM317 jest regulowanym trójzaciskowym regulatorem napięcia dodatniego, który może dostarczać więcej niż 1,5 A w zakresie napięcia wyjściowego od 1,25 V do 37 V. Wymaga tylko dwóch zewnętrznych rezystorów do ustaw napięcie wyjściowe. Urządzenie posiada typową regulację liniową 0,01% oraz typową regulację obciążenia 0,1%. Obejmuje ograniczenie prądu, zabezpieczenie przed przeciążeniem termicznym i ochronę bezpiecznego obszaru roboczego. Zabezpieczenie przed przeciążeniem działa nawet po odłączeniu zacisku ADJUST”.

Jak widać, ten regulator wprowadza dobre wartości regulacji linii i obciążenia, dlatego możemy spodziewać się stabilnej szyny wyjściowej. Jest to identyczne z IC2 (LM337). Jedyną różnicą jest to, że ten chip służy do regulacji napięć ujemnych. D3 i D4 służą do ochrony.

Diody zapewniają ścieżkę rozładowania o niskiej impedancji, aby zapobiec rozładowaniu kondensatorów (C9 i C10) na wyjściu regulatorów. R4 i R5 służą do regulacji napięć wyjściowych. C7, C8, C9 i C10 służą do filtrowania pozostałych szumów wyjściowych.

[2] Układ PCB

Rysunek 2 przedstawia układ PCB obwodu. Został zaprojektowany na jednowarstwowej płytce PCB, a wszystkie pakiety komponentów są DIP. Każdy może łatwo przylutować komponent i zacząć korzystać z urządzenia.

Krok 2: Rysunek 2, Układ PCB zasilacza

Użyłem bibliotek komponentów SamacSys dla IC1 [3] i IC2 [4]. Biblioteki te są bezpłatne i, co ważniejsze, są zgodne z przemysłowymi standardami IPC. Używam Altium, więc bezpośrednio zainstalowałem biblioteki za pomocą wtyczki Altium [5]. Rysunek 3 przedstawia wybrane komponenty. Podobnych wtyczek można używać w programie KiCad i innym oprogramowaniu CAD.

Krok 3: Rysunek 3, Biblioteki komponentów SamacSys (wtyczka AD) dla IC1 (LM137) i IC2 (LM337)

Rysunek 4 przedstawia widok 3D płytki PCB.

Krok 4: Rysunek 4, widok 3D końcowej płytki PCB

[3] Montaż i test Rysunek 5 przedstawia zmontowaną płytkę. Zdecydowałem się użyć transformatora 220V na 12V, aby uzyskać maksymalne +/-12V na wyjściu. Rysunek 6 przedstawia wymagane okablowanie.

Krok 5: Rysunek 5, Zmontowana płytka drukowana

Krok 6: Rysunek 6, Schemat okablowania transformatora i obwodu

Obracając potencjometry wieloobrotowe R4 i R5 można niezależnie regulować napięcia na szynie dodatniej i ujemnej. Rysunek 7 pokazuje przykład, w którym wyregulowałem wyjście na +/-9V.

Krok 7: Rysunek 7, szyny +/-9V na wyjściu

Teraz nadszedł czas na pomiar szumu wyjściowego. Użyłem oscyloskopu Siglent SDS1104X-E, który wprowadza na wejściu czułość 500uV/div, co czyni go idealnym do takich pomiarów. Ustawiłem kanał pierwszy na 1X, sprzężenie AC, limit przepustowości 20 MHz, a następnie ustawiłem tryb akwizycji na wykrywanie szczytów.

Następnie usunąłem przewód uziemiający i użyłem sprężyny uziemiającej sondy. Zauważ, że ten pomiar nie jest obciążony wyjściem. Rysunek 8 przedstawia ekran oscyloskopu i wynik testu. Wartość Vpp hałasu wynosi około 1,12 mV. Należy pamiętać, że zwiększenie prądu wyjściowego zwiększy poziom szumu/tętnienia. To prawdziwa historia dla wszystkich zasilaczy.

Krok 8: Rysunek 8, Hałas wyjściowy zasilacza (bez obciążenia)

Moc rezystorów R1 i R2 określa prąd wyjściowy. Wybrałem więc rezystory 3W. Ponadto, jeśli zamierzasz pobierać duże prądy lub różnica napięć między wejściem a wyjściem regulatora jest duża, nie zapomnij zainstalować odpowiednich radiatorów na IC1 i IC2. Możesz spodziewać się uzyskania 500mA (maks.) przy użyciu rezystorów 3W. Jeśli użyjesz rezystorów 2W, ta wartość naturalnie spada do gdzieś 300mA (max).

[4] Materiały

Rysunek 9 przedstawia zestawienie materiałów.

Krok 9: Rysunek 9, Zestawienie materiałów

Krok 10: Referencje

Źródło:

[1] Arkusz danych LM317:

[2] Arkusz danych LM337:

[3]: Schematyczny symbol i ślad PCB dla LM317:

[4]: Schematyczny symbol i ślad PCB dla LM337:

[5]: Wtyczka Altium: