Как преобразовать однополярное питание в двухполярное. Какие схемы используются для создания двухполярного блока питания. Каковы преимущества двухполярного питания перед однополярным. Где применяется двухполярное питание.
Что такое двухполярный блок питания и зачем он нужен
Двухполярный блок питания — это источник питания, который формирует два напряжения разной полярности относительно общей точки (земли). Например, +15В и -15В относительно земли. Такое питание необходимо для многих электронных устройств, в частности:
- Операционных усилителей
- Аудиосистем
- Измерительного оборудования
- Систем автоматики и управления
Двухполярное питание позволяет работать со знакопеременными сигналами и расширяет динамический диапазон схем. При этом многие источники питания изначально являются однополярными. Возникает задача преобразования однополярного питания в двухполярное.
Основные способы получения двухполярного питания
Существует несколько способов преобразования однополярного питания в двухполярное:
- Использование трансформатора со средней точкой
- Применение DC-DC преобразователей
- Схемы с виртуальной землей
- Использование инвертирующих преобразователей
Каждый способ имеет свои преимущества и недостатки. Выбор конкретного метода зависит от требований к мощности, КПД, уровню пульсаций и других параметров.
Схема на трансформаторе со средней точкой
Наиболее простой способ получить двухполярное питание — использовать трансформатор со средней точкой. Схема такого блока питания выглядит следующим образом:
- Трансформатор понижает сетевое напряжение
- Средняя точка вторичной обмотки заземляется
- Два выпрямительных моста формируют положительное и отрицательное напряжения
- Конденсаторы сглаживают пульсации
- Стабилизаторы обеспечивают требуемый уровень напряжения
Преимущества данной схемы — простота и надежность. Недостатки — низкий КПД, большие габариты трансформатора.
DC-DC преобразователи для двухполярного питания
Современный способ получения двухполярного питания — использование DC-DC преобразователей. Они позволяют эффективно преобразовывать однополярное напряжение в двухполярное с высоким КПД. Основные типы преобразователей:
- Понижающие (buck)
- Повышающие (boost)
- Инвертирующие (buck-boost)
Для создания двухполярного питания обычно используют комбинацию из двух преобразователей — понижающего для положительного напряжения и инвертирующего для отрицательного. Преимущества такого решения:
- Высокий КПД (до 95%)
- Малые габариты
- Возможность точной подстройки выходных напряжений
- Низкий уровень пульсаций
Недостаток — более высокая стоимость и сложность схемы по сравнению с трансформаторным решением.
Схемы с виртуальной землей
Интересный способ получения двухполярного питания — создание виртуальной земли. Суть метода заключается в следующем:
- Однополярное напряжение делится пополам с помощью резистивного делителя
- Средняя точка делителя принимается за виртуальную землю
- Напряжение выше виртуальной земли считается положительным
- Напряжение ниже виртуальной земли — отрицательным
Преимущества данного метода — простота реализации и отсутствие дополнительных преобразователей. Недостатки — ограниченная нагрузочная способность, необходимость буферизации виртуальной земли.
Применение инвертирующих преобразователей
Еще один способ получения двухполярного питания — использование инвертирующих преобразователей. Принцип работы:
- Входное положительное напряжение подается на преобразователь
- На выходе формируется отрицательное напряжение той же амплитуды
- Исходное положительное и полученное отрицательное напряжения образуют двухполярное питание
Преимущества — простота схемы, возможность получения симметричного питания. Недостатки — ограниченная мощность, более низкий КПД по сравнению с DC-DC преобразователями.
Особенности разработки двухполярных блоков питания
При создании двухполярных блоков питания необходимо учитывать ряд важных моментов:
- Обеспечение симметричности положительного и отрицательного напряжений
- Минимизация взаимного влияния каналов
- Защита от короткого замыкания и перегрузки
- Фильтрация высокочастотных помех
- Стабилизация выходных напряжений при изменении нагрузки
Правильный учет этих факторов позволяет создать надежный и эффективный двухполярный блок питания.
Преимущества двухполярного питания перед однополярным
Использование двухполярного питания имеет ряд важных преимуществ по сравнению с однополярным:
- Возможность работы со знакопеременными сигналами
- Расширение динамического диапазона схем
- Снижение уровня шумов и искажений в аналоговых цепях
- Упрощение схемотехники многих устройств
- Повышение помехоустойчивости
Эти преимущества обусловили широкое применение двухполярного питания в профессиональной электронике.
Где применяется двухполярное питание
Двухполярные блоки питания нашли применение во многих областях электроники:
- Профессиональное аудиооборудование
- Измерительные приборы и датчики
- Системы промышленной автоматики
- Медицинская электроника
- Лабораторные источники питания
- Усилители мощности
В этих сферах двухполярное питание позволяет реализовать более совершенные схемотехнические решения по сравнению с однополярным питанием.
Аудиотехника
В аудиооборудовании двухполярное питание используется для питания операционных усилителей и выходных каскадов. Это позволяет работать с полным размахом аудиосигнала без искажений. Кроме того, снижается уровень шумов и наводок.
Измерительное оборудование
В измерительных приборах двухполярное питание необходимо для обеспечения высокой точности измерений в широком динамическом диапазоне. Оно применяется в осциллографах, мультиметрах, анализаторах спектра и других прецизионных устройствах.
Промышленная автоматика
Системы автоматического управления часто используют двухполярное питание для работы с аналоговыми датчиками и исполнительными механизмами. Это позволяет повысить помехозащищенность и расширить диапазон управляющих сигналов.
Таким образом, двухполярное питание играет важную роль во многих областях современной электроники, обеспечивая высокие технические характеристики аппаратуры.
Двухполярный питания в категории «Электрооборудование»
Стерео эквалайзер. 5-10 полосный. Двуполярное DC +-,земля питание.
Доставка из г. Дрогобыч
485 грн
Купить
Дрогобыч
Модуль питания двухполярный 12В 100мА Recom REC3-4812SRWZ/h2/A Module
Доставка из г. Одесса
2 200.52 грн
Купить
Одесса
Модуль питания двух-полярный 5В 500мА REC5-4805DRW/h2/A Recom DIP
Доставка из г. Одесса
1 377.15 грн
Купить
Одесса
Модуль питания двух-полярный 5В 100мА RSO-4805D/h3 Recom DIP
Доставка из г. Одесса
688.58 грн
Купить
Одесса
Источник питания двухполярный 5В 2Вт 77% Peak P10CU-0509ZLF SIP7
Доставка из г. Одесса
241 грн
Купить
Одесса
20Вт, ±3…30В преобразователь питания из однополярного в двухполярное, DC-DC Step Up конвертер, модуль, плата
На складе в г. Одесса
Доставка по Украине
418 грн
Купить
Одесса
Модуль — Лабораторный двухполярный блок питания 0-30V 2A (M234)
Доставка из г. Чернигов
420 грн
Купить
Чернигов
Печатная плата УНЧ 1х140Вт №031 (TDA7293, двухполярное питание)
Доставка по Украине
55.90 грн
Купить
Лабораторный блок питания KORAD KA3005D
Доставка из г. Днепр
по 3 560.8 грн
от 3 продавцов
3 560.80 грн
Купить
Лабораторный блок питания Masteram HPS3010D
На складе в г. Днепр
Доставка по Украине
3 678.80 грн
Купить
Лабораторный блок питания Masteram HPS605D
На складе в г. Киев
Доставка по Украине
3 344 грн
Купить
Лабораторный блок питания Masteram HPS1550D
На складе в г. Киев
Доставка по Украине
10 498.
40 грн
Купить
Лабораторный блок питания UNI-T UTP3305
На складе в г. Львов
Доставка по Украине
9 721.60 грн
Купить
Лабораторный блок питания Masteram HPS305D
На складе в г. Львов
Доставка по Украине
2 608.80 грн
Купить
Лабораторный блок питания Veron 1505TA (15V, 5А, стрелочный индикатор) — Серый
Доставка по Украине
2 100 грн
Купить
Смотрите также
Лабораторный блок питания YIHUA 1502D, 15B, 2A
Заканчивается
Доставка по Украине
1 355 грн
Купить
Кривой Рог
NicePower SPS-3010 импульсный лабораторный блок питания: 0-30В, 0-10А
Доставка из г. Днепр
3 850 грн
Купить
NicePower SPPS-S3010 импульсный лабораторный блок питания: 0-30В, 0-10А
Доставка по Украине
5 000 грн
Купить
Выпрямитель и стабилизатор двухполярного напряжения+/-15V на LM317/LM337
Доставка из г.
Винница
150 грн
Купить
Винница
NicePower SPPS-S305 импульсный лабораторный блок питания: 0-30В, 0-5А
Доставка по Украине
4 050 грн
Купить
Лабораторный блок питания Korad KA3005D, 30B, 5A, высокочастотный, линейный
Доставка из г. Киев
3 870 грн
Купить
Лабораторный блок питания UNI-T UTP3315TFL-II, 30B, 5A, трансформаторный (ОРИГИНАЛ!!!)
Доставка из г. Киев
3 735 грн
Купить
Лабораторный блок питания « Veron 1501T » 15V, 1A
Доставка по Украине
835 — 1 014 грн
от 2 продавцов
1 014 грн
Купить
Лабораторный блок питания « Veron 1505TA » 15V, 5A
Доставка по Украине
1 780 — 2 100 грн
от 2 продавцов
2 100 грн
Купить
Лабораторный блок питания 30B 5A YIHUA 305DA
На складе в г. Киев
Доставка по Украине
3 544.45 грн
3 731 грн
Купить
Лабораторный блок питания 30B 5A Korad KA3005D
На складе в г.
Киев
Доставка по Украине
4 184.05 грн
Купить
Лабораторный блок питания 60B 5A Korad KA6005D
На складе в г. Киев
Доставка по Украине
8 892.90 грн
Купить
Лабораторный блок питания 30B 10A HandsKit SW-3010D
На складе в г. Киев
Доставка по Украине
4 080.40 грн
4 206.60 грн
Купить
Лабораторный блок питания 60B 3A Korad KA6003D
На складе в г. Киев
Доставка по Украине
5 461.20 грн
Купить
Двухполярный блок питания в Сызрани: 134-товара: бесплатная доставка [перейти]
Партнерская программаПомощь
Сызрань
Каталог
Каталог Товаров
Одежда и обувь
Одежда и обувь
Стройматериалы
Стройматериалы
Текстиль и кожа
Текстиль и кожа
Здоровье и красота
Здоровье и красота
Детские товары
Детские товары
Электротехника
Электротехника
Продукты и напитки
Продукты и напитки
Дом и сад
Дом и сад
Промышленность
Промышленность
Вода, газ и тепло
Вода, газ и тепло
Торговля и склад
Торговля и склад
Все категории
ВходИзбранное
Двухполярный блок питания
Двухполюсный источник питания Huinengjia Electronics (±55В, 6A)
ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары
Двухполярный источник питания Huinengjia Electronics (±60В, 2.
5А)
ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары
19 238
Источник питания импульсный S-2000-24
ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары
АКИП-1160/2 — Источник питания постоянного тока Тип: источник питания, Производитель: АКИП,
ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары
16 390
Лабораторный блок питания (источник питания) MAISHENG MP3020D (30 В, 20 А)
ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары
Двухполярный источник питания Huinengjia Electronics (±24В, 6.3А)
ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары
32 904
Акип 1147/2 — Источник питания постоянного тока Тип: источник питания, Производитель: АКИП,
ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары
Двухполярный источник питания Huinengjia Electronics (±60В, 2.
5А) Производитель: Electronics
ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары
Импульсный источник питания Kejian S-1000-24 (24В, 41А)
ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары
65 130
Однополярный источник питания Henghui HSP-6005 (60.5В, 5.5А) Интерфейсы: RS-232
ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары
14 365
Стационарный мини источник питания Hansheng Puyuan HSPY-200-1 (200В, 1А) Тип: источник питания
ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары
Радиоконструктор для самостоятельной сборки «Двухполярный стабилизатор напряжения питания 12B» (Ф)
ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары
Двухполярный источник питания Huinengjia Electronics (±24В, 6.3А) Производитель: Electronics
ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары
47 070
Двухполярный линейный источник питания MATRIX MPS-6005H-3 (60В, 5А) Тип: источник питания
ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары
54 166
HONEYWELL RIN-APU24-2 Источник питания бесперебойный
ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары
Источник питания импульсный SPS487
ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары
148 500
Цифровой лабораторный блок питания MAISHENG WSD-30h25 (300В, 15А) Тип: источник питания
ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары
Источник питания Mean Well EPS-15-5 Производитель: MEAN WELL
ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары
Глава 6.
Операционные усилители. Основы прикладной электротехникиОперационный усилитель или операционный усилитель — это активное электронное устройство, используемое для многих приложений, включая усиление сигнала, фильтрацию, сравнение значений напряжения, суммирование сигналов, буферизацию или изоляцию компонентов схемы, а также создание синхронизирующих генераторов. Операционные усилители являются активными устройствами, а это означает, что для работы на них необходимо подавать питание в виде однополярных или биполярных источников постоянного напряжения. Операционный усилитель — это дифференциальный усилитель, который создает выходное напряжение, пропорциональное разнице между двумя входами, неинвертирующим входом, обозначаемым + или , и инвертирующим входом, обозначаемым — или . Схематическое обозначение операционного усилителя представляет собой треугольник с двумя входами и одним выходом.
Операционный усилитель — это активное электронное устройство, состоящее из десятков транзисторов; детали такой конструкции нас здесь не интересуют.
Требование к внешнему напряжению может быть выполнено с помощью однополярного источника питания (например, , = земля) или биполярного источника питания (например, , ), как показано ниже. Обратите внимание, что заземление — это отрицательная клемма источника питания.
Обычно эту схему изображают без соединительного провода между клеммой «–» батареи, но вместо этого используют символы заземления. Имейте в виду, что два входных сигнала и , каждый относительно земли,
Рис. 6.4 Схематический символ операционного усилителя, показывающий однополярный источник питания и узел заземленияВ конфигурации с биполярным источником питания земля — это узел, соединяющий клемму «–» одного источника питания и клемму «+» другого источника.
Рисунок 6.5 Операционный усилитель с биполярным источником питанияБиполярный источник питания используется, когда операционный усилитель принимает дифференциальные входные напряжения переменного тока и/или создает выходные напряжения переменного тока. Примером приложения, требующего биполярного источника питания, может быть схема операционного усилителя, которая усиливает звуковой сигнал, такой как колебательное напряжение на микрофоне.
Рисунок 6.
6 Биполярные входные и выходные напряжения
Примером приложения, требующего однополярного источника питания, может быть схема на операционном усилителе, которая генерирует управляющее напряжение для включения или выключения светодиода на основе сравнения двух входных значений. Этот пример будет обсуждаться далее в этой части книги. Наши приложения в этом курсе будут в основном связаны с однополярными источниками напряжения. Обратите внимание, что на схемах, показанных на этой странице, операционные усилители показаны с пятью клеммами или соединениями: дифференциальные входы и , выход, и шины питания. Униполярные шины питания часто маркируются символом заземления. тогда как биполярные шины питания помечены и . (Как и большая часть маркировки в электронике, имеет историческое значение, относится к положительному напряжению на коллекторе и отрицательному напряжению на эмиттере транзистора. Такие обозначения имеют тенденцию сохраняться и становятся частью общего использования.
Насыщение операционного усилителя. Шины напряжения обычно находятся в диапазоне от 0 до вольт, в зависимости от выбранного операционного усилителя. Выходное напряжение операционного усилителя не может превышать напряжение источника питания . Если произведение дифференциального входного напряжения и коэффициента усиления операционного усилителя превышает напряжение шины, выходное напряжение будет насыщаться или ограничиваться напряжением шины. Рассмотрим приведенную ниже иллюстрацию схемы усилителя, которая имеет коэффициент усиления (мы рассмотрим это в следующем разделе) и однополярную шину напряжения питания . Инвертирующий вход заземлен, а на неинвертирующий вход подается входное напряжение, так что выходное напряжение равно . Дифференциальные уровни входного напряжения < будут усиливаться за счет коэффициента усиления по напряжению в этой схеме, в то время как превышение дифференциальных входных уровней приведет к ограничению усиления или насыщению из-за неспособности операционного усилителя обеспечить выходное напряжение, превышающее .
Характерной чертой любого операционного усилителя является очень большой коэффициент усиления без обратной связи, который обычно равен или даже выше. Следствием такого большого коэффициента усиления является то, что операционные усилители легко насыщаются при очень малых дифференциальных входных сигналах; это происходит, если не вводятся пути отрицательной обратной связи для уменьшения общего усиления схемы. Это развивается в следующих двух главах этой части текста.
Рисунок 6.7 Пример насыщенного или ограниченного сигнала усилителя Рисунок 6.8 Схемы выводов двух интегральных схем (ИС) операционных усилителей Операционные усилители
часто поставляются в виде интегральных схем с двойным расположением выводов (DIP), чертежи которых показаны ниже. Показаны схемы разводки популярных операционных усилителей 741 (один операционный усилитель на ИС) и 358 ОУ (два операционных усилителя на ИС).
Обратите внимание, что модель 741 имеет одну схему операционного усилителя в микросхеме, тогда как модель 358 имеет два операционных усилителя на одной микросхеме интегральной схемы.
Переход от биполярного питания к униполярному — Персональные блоги прежних версий — Персональные блоги
Я часто получаю вопросы об изменении схемы биполярного питания (с использованием положительного и отрицательного питания) на схему, которая не использует отрицательное питание. Операционные усилители не заботятся о том, есть ли у них отрицательное напряжение питания, но им требуется определенный диапазон общих напряжений питания. Итак, для исполнения +15В/-15В, казалось бы, нам может понадобиться плюсовое напряжение питания +30В и земля. Однако входное напряжение должно быть примерно посередине между двумя напряжениями питания или около +15 В с одним источником питания +30 В. Тем не менее, использование операционного усилителя с рельсовым входом позволит вам понизить входной потенциал до потенциала земли.
Давайте взглянем на схему в спецификации ЦАП Texas Instruments PCM1792ADBPCM1792ADB (http://focus.ti.com/general/docs/lit/getliterature.
tsp?genericPartNumber=pcm1792a&fileType=pdf). На рис. 36 (стр. 35) этого описания показана схема для преобразования дифференциального токового выхода ЦАП в несимметричный выход напряжения с использованием операционных усилителей NE5534 и LT1028 с шинами +/-15 В.
NE5534 будет работать даже от источника питания +/-3 В, что означает, что он будет работать от одного источника питания +6 В (конечно, плюс земля). Это не совсем те +5В, которые нам бы хотелось, но это однополярное питание. Однако насколько близко могут быть вход и выход к земле (отрицательный контакт питания) в этом случае и к напряжению питания, и насколько хороши характеристики при низком напряжении питания?
Если посмотреть в техпаспорт NE5534NE5534, минимальный диапазон синфазного входного напряжения составляет +12 В / -12 В при напряжении питания 15 В, поэтому не следует приближаться к шинам питания ближе, чем на 3 В. Таким образом, входное напряжение должно быть минимум на землю плюс 3 В и не может превышать напряжение питания минус 3 В, а при однополярном питании 6 В ограничивается +3 В, и точка.
Если у вас есть один источник питания от +7 В до +15 В, можно использовать этот единственный источник питания, и вы должны сместить контакт 3 NE5534 на положительное напряжение. Насколько высоким он должен быть, определяется диапазоном выходного тока PCM179.ЦАП 2ADBPCM1792ADB и резистор обратной связи NE5534NE5534.
Максимальный размах выходного сигнала NE5534 составляет 24 В при питании +/-15 В, что означает, что размах выходного сигнала на 6 В меньше, чем общее напряжение питания, поэтому выходное напряжение может достигать 3 В с любой шины.
Предполагая, что мы запитываем NE5534 одним источником питания +15 В, мы обнаруживаем, что максимальный выходной размах составляет 15 В – 3 В – 3 В = 9 Впик-пик. Две отрицательные величины 3 В — это напряжения, которые выход должен удерживать от положительной и отрицательной шин питания. При выходном токе ЦАП 7,8 мАпик-пик и резисторе обратной связи 750 Ом NE5534NE5534 размах выходного напряжения составляет 5,85 В, что значительно ниже 9V свинг мы можем принять.
(Допустимый размах для источника питания 12 В составляет всего 6 В и слишком мал, чтобы его рассматривать.)
Диапазон смещения на неинвертирующем входном выводе NE5534: Минимум Vbias = Мин. выход — мин. выходной ток ЦАП * 750 Ом = 3 В – 2,3 мА * 750 Ом = 1,275 В до Максимальное напряжение смещения = Макс. выход – максимальный выходной ток ЦАП * 750 Ом = 12 В – 2,3 мА * 750 Ом = 4,425 В. В диапазоне от 1,275 В до 4,425 В использование стандартного опорного напряжения будет означать использование опорного напряжения 2,048 В, 2,5 В или 4,096 В. Поскольку 2,85 В является средней точкой используемых опорных значений, мы выберем опорное напряжение 2,5 В как самое близкое к 2,85 В. LT1019от Linear Technology — хороший выбор для этого смещения, и один из них можно использовать для всех четырех NE5534 в стереосхеме. При выходе 9Vp-p максимальный резистор обратной связи NE5534 составляет 9V / 7,8mA = 1153 Ом, поэтому 750 Ом в схеме являются удовлетворительными, и мы можем сохранить тот же коэффициент усиления.
Теперь нам нужно убедиться, что выход U3, LT1028, остается в допустимых пределах. В техническом описании указано, что входное напряжение и выходное напряжение могут находиться в пределах 4 В от обеих шин. Аналогичный анализ, использованный для NE5534NE5534, покажет, что R6 следует вернуть к потенциалу 6,9.В до 8,2 В. Опорное напряжение 7В, как у LT1021BC, здесь вполне подойдет.
Конечно, следует провести анализ наихудшего случая, после чего мы можем принять решение об использовании высокоточных резисторов и, возможно, выбрать другие значения для эталонов, но я думаю, что 1% резисторы и выбранные эталоны, вероятно, будут удовлетворительными.
При изменении эталонного проекта для собственных целей следует помнить, что необходимо полное питание для операционных усилителей, не обязательно отрицательное, придерживаться всех спецификаций устройства и проявлять должную осмотрительность при проектировании. О, и не забудьте задокументировать, где возникла ваша исходная схема и почему вы внесли свои изменения.
