Как сделать двуполярный источник питания из обычного однополярного блока питания. Какие компоненты нужны для преобразования. Как работает схема преобразователя однополярного напряжения в двуполярное. Какие транзисторы и диоды лучше использовать в схеме. На что обратить внимание при сборке.
Зачем нужен двуполярный источник питания
Двуполярный источник питания необходим для питания некоторых электронных устройств, требующих как положительное, так и отрицательное напряжение относительно общей точки (земли). Наиболее часто такие источники применяются для:
- Питания операционных усилителей
- Питания мощных усилителей звука
- Питания аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей
- Питания некоторых измерительных приборов
Хотя двуполярные источники используются реже однополярных, они должны быть в арсенале любого радиолюбителя для тестирования и отладки различных схем.
Принцип работы преобразователя однополярного напряжения в двуполярное
Основная идея преобразования заключается в создании искусственной средней точки, которая становится «землей» для двуполярного источника. Это достигается с помощью резистивного делителя напряжения и операционного усилителя:
- Входное однополярное напряжение делится пополам с помощью делителя R1-R2
- Операционный усилитель поддерживает в средней точке напряжение, равное половине входного
- Относительно этой средней точки формируется положительное и отрицательное напряжение
- Силовые транзисторы обеспечивают необходимый ток нагрузки
Таким образом, из однополярного источника 0-30В получается двуполярный ±15В.
Основные компоненты схемы преобразователя
Для построения преобразователя однополярного напряжения в двуполярное требуются следующие ключевые компоненты:
- Операционный усилитель (например, TL071, TL081)
- Силовые транзисторы PNP и NPN типа (КТ805/КТ837, КТ819/КТ818)
- Мощные диоды (КД226, КД210, КД237)
- Электролитические конденсаторы большой емкости
- Резисторы для делителя напряжения
Правильный выбор этих компонентов обеспечит надежную и стабильную работу преобразователя.
Выбор транзисторов для схемы
При выборе силовых транзисторов для схемы преобразователя следует обратить внимание на следующие параметры:
- Максимально допустимый ток коллектора (должен быть достаточным для планируемой нагрузки)
- Максимальное напряжение коллектор-эмиттер (не менее 50В)
- Рассеиваемая мощность (зависит от максимального тока нагрузки)
- Коэффициент усиления по току (желательно не менее 20-30)
Рекомендуется использовать комплементарные пары транзисторов, например:
- КТ805 (PNP) и КТ837 (NPN)
- КТ819 (PNP) и КТ818 (NPN)
- КТ827 (PNP) и КТ825 (NPN)
При больших токах нагрузки транзисторы можно включать параллельно, используя выравнивающие резисторы в эмиттерах.
Выбор диодов для схемы
Диоды на выходе преобразователя играют важную роль, предотвращая шунтирование нагрузки транзисторами. При их выборе нужно учитывать следующие характеристики:
- Максимальный прямой ток (должен соответствовать максимальному току нагрузки)
- Максимальное обратное напряжение (не менее удвоенного входного напряжения)
- Время восстановления (желательно использовать быстродействующие диоды)
Подходящими вариантами для схемы являются:
- КД226
- КД210
- КД237
- 1N5402
- 1N5404
Важно выбирать диоды с запасом по току и напряжению для повышения надежности схемы.
Особенности сборки и настройки преобразователя
При сборке и настройке преобразователя однополярного напряжения в двуполярное следует обратить внимание на несколько ключевых моментов:
- Установка средней точки: С помощью подстроечного резистора R2 нужно точно установить напряжение в средней точке равным половине входного напряжения.
- Охлаждение транзисторов: Силовые транзисторы необходимо установить на радиаторы достаточной площади. При использовании металлических радиаторов, транзисторы нужно изолировать с помощью слюдяных прокладок и изолирующих втулок.
- Фильтрация выходного напряжения: Электролитические конденсаторы C1 и C2 должны иметь достаточную емкость для эффективной фильтрации пульсаций. Рекомендуется использовать конденсаторы емкостью не менее 1000-2200 мкФ.
- Выравнивание токов параллельных транзисторов: При использовании параллельно включенных транзисторов, резисторы в их эмиттерах (0.1-0.2 Ом) должны быть подобраны с высокой точностью для равномерного распределения тока.
- Проверка симметрии выходных напряжений: После сборки необходимо проверить, что напряжения положительного и отрицательного плеча относительно общей точки равны по модулю.
Правильная настройка обеспечит стабильную работу преобразователя и симметричное двуполярное напряжение на выходе.
Преимущества использования преобразователя
Использование схемы преобразователя однополярного напряжения в двуполярное имеет ряд преимуществ:
- Универсальность: Позволяет получить двуполярное питание из обычного однополярного источника
- Экономия места: Не требуется отдельный громоздкий блок питания для двуполярного напряжения
- Гибкость: Возможность быстрого переключения между однополярным и двуполярным режимом
- Экономия средств: Нет необходимости покупать дорогой специализированный двуполярный источник питания
- Возможность регулировки: Выходное напряжение меняется пропорционально входному
Такой подход позволяет радиолюбителю расширить возможности своей лаборатории без значительных затрат.
Возможные проблемы и их решение
При работе с преобразователем однополярного напряжения в двуполярное могут возникнуть некоторые проблемы. Рассмотрим наиболее распространенные из них и способы их решения:
- Асимметрия выходных напряжений:
- Причина: Неточная настройка средней точки
- Решение: Тщательно отрегулировать подстроечный резистор R2
- Перегрев транзисторов:
- Причина: Недостаточное охлаждение или превышение допустимой нагрузки
- Решение: Увеличить площадь радиаторов или добавить принудительное охлаждение
- Пульсации на выходе:
- Причина: Недостаточная емкость фильтрующих конденсаторов
- Решение: Увеличить емкость C1 и C2 или добавить дополнительные конденсаторы
- Нестабильность при несимметричной нагрузке:
- Причина: Недостаточное быстродействие операционного усилителя
- Решение: Использовать более быстрый ОУ или добавить корректирующие цепи
При возникновении проблем рекомендуется проводить тщательную диагностику и проверку всех компонентов схемы.
Двухполярный блок питания
Двухполярный блок питания часто используется для питания операционных усилителей и выходных каскадов мощных усилителей низкой частоты (audio). Так же двухполярное напряжение используется в компьютерных блоках питания.
Схема двухполярного блока питания
На данном рисунке изображена простейшая схема двухполярного блока питания. Допустим, вторичная обмотка трансформатора выдаёт переменное напряжение 12.6 вольт. Конденсатор C1 заряжается положительным напряжением через диод VD1 во время положительного полупериода, а конденсатор C2 заряжается отрицательным напряжением через диод VD2 во время отрицательного полупериода. Каждый из конденсаторов будет заряжаться до напряжения 17.8 вольт (12.6 * 1.41). Полярности обоих конденсаторов противоположны относительно «земли» (общего вывода).
В данном блоке питания сохраняются проблемы однополупериодных выпрямителей. Т.е. ёмкость конденсаторов должна быть довольно приличной.
На следующем рисунке показана схема двухполярного блока питания, использующего диодный мост и удвоенную вторичную обмотку трансформатора с отводом от середины как общий вывод.
В данной схеме используется двухполупериодное выпрямление при котором можно использовать конденсаторы фильтра меньшей емкости при том же токе нагрузки. Но, чтобы получить то же напряжение, что и в предыдущей схеме, нам необходимо иметь обмотку на двойное напряжение, т.е. 12.6 х 2 = 25.2 вольта, с отводом от середины.
Стабилизированный двухполярный блок питания
Наибольшую ценность представляют стабилизированные двухполярные блоки питания. Именно они применяются в audio усилителях. Такие блоки состоят из двух стабилизированных блоков. Один из них стабилизирует положительное напряжение, а второй — отрицательное относительно общего вывода. Схема такого блока показана на следующем рисунке.
При использовании стабилизаторов 7805 и 7905 такой блок будет выдавать стабилизированное двухполярное напряжение ±5В.
Двух-полярный лабораторный блок питания своими руками — Блоки питания — Источники питания
автор DDREDD.
Решил пополнить свою лабораторию двух-полярным блоком питания. Промышленные блоки питания с необходимыми мне характеристиками довольно дороги и доступны далеко не каждому радиолюбителю, поэтому решил собрать такой блок питания сам.
За основу своей конструкции, я взял распространенную в интернете схему блока питания. Она обеспечивает регулировку по напряжению 0-30В, ограничение по току в диапазоне 0,002-3А.
Для меня это пока более чем достаточно, поэтому я решил приступить к сборке. Да, кстати схема этого блока питания одно-полярная, так что для обеспечения двух-полярности — придётся собирать две одинаковые.
Сразу скажу, что силовой транзистор Q4 = 2N3055 в данном блоке питания ( в этой схеме) не подходит. Он очень часто выходит из строя при коротком замыкании и ток в 3 ампера практически не тянет! Лучше всего и гораздо надёжнее, поменять его на наш родной совковый КТ819 в металле. Можно поставить и КТ827А, этот транзистор составной и в этом случае надобность в транзисторе Q2 отпадает и его, а так же резистор R16 можно не ставить и базу КТ827А подключить на место базы Q2. В принципе можно транзистор и резистор и не удалять (при замене на КТ827А), всё работает и с ними и не возбуждается. Я сразу поставил наши КТ827А и не удалял транзистор Q2 (схему не менял), а заменил его на BD139 (КТ815), теперь и он не греется, правда вместе с ним надо заменить R13 на 33к. Выпрямительные диоды у меня с запасом по мощности. В исходной схеме стоят диоды на ток 3 А, желательно поставить на 5 А (можно и поболее), запас лишним никогда не будет.
Блок питания;
R1 = 2,2 кОм 2W
R2 = 82 Ом 1/4W
R3 = 220 Ом 1/4W
R4 = 4,7 кОм 1/4W
R5, R6, R20, R21 = 10 кОм 1/4W
R13 = 10 кОм (если используете транзистор BD139 то номинал 33кОм) R7 = 0,47 Ом 5W
R8, R11 = 27 кОм 1/4W
R9, R19 = 2,2 кОм 1/4W
R10 = 270 кОм 1/4W
R12, R18 = 56кОм 1/4W
R14 = 1,5 кОм 1/4W
R15, R16 = 1 кОм 1/4W
R17 = 33 Ом 1/4W
R22 = 3,9 кОм 1/4W
RV1 = 100K триммер
P1, P2 = 10KOhm линейный потенциометр (группы А)
C1 = 3300 uF/50V электролитический
C2, C3 = 47uF/50V электролитический
C4 = 100нФ полиэстр
C5 = 200нФ полиэстр
C6 = 100пФ керамический
C7 = 10uF/50V электролитический
C8 = 330пФ керамический
C9 = 100пФ керамический
D1, D2, D3, D4 = 1N5402,3,4 диод 2A — RAX GI837U
D5, D6 = 1N4148
D7, D8 = 5,6V зенеревский
D9, D10 = 1N4148
D11 = 1N4001 диод 1A
Q1 = BC548, NPN транзистор или BC547
Q2 = 2N2219 NPN транзистор (можно заменить на BD139)
Q3 = BC557, PNP транзистор или BC327
Q4 = 2N3055 NPN силовой транзистор (заменить на КТ819 или КТ 827А и не ставить Q2, R16)
U1, U2, U3 = TL081, опер. усилитель
D12 = LED диод.
Индикатор;
Резистор = 10K триммер — 2 шт.
Резистор = 3K3 триммер — 3 шт.
Резистор = 100кОм 1/4W
Резистор = 51кОм 1/4W — 3 шт.
Резистор = 6,8кОм 1/4W
Резистор = 5,1кОм 1/4W — 2 шт.
Резистор = 1,5кОм 1/4W
Резистор = 200 Ом 1/4W — 2 шт.
Резистор = 100 Ом 1/4W
Резистор = 56 Ом 1/4W
Диод = 1N4148 — 3 шт.
Диод = 1N4001 — 4 шт. (мост) или любые другие на ток не менее 1 А. (лучше 3 А)
Стабилизатор = 7805 — 2 шт.
Конденсатор = 1000 uF/16V электролитический
Конденсатор = 100нФ полиэстр — 5 шт.
Операционный усилитель МСР502 — 2 шт.
C4 = 100нФ полиэстр
Микроконтроллер ATMega8
LCD 2/16 (контроллер HD44780)
Печатную плату автора я повторять не стал, а перерисовал её по своему и сделал, как мне кажется, гораздо удобней (не говоря о том что я на треть уменьшил её в размерах).
В качестве измерителя (индикаторов), после поисков в просторах «инета», было принято решение использовать схему на микроконтроллере Atmega8, позволяющую реализовать два вольтметра и два амперметра с использованием одного дисплея.
За основу корпуса блока питания, был взят корпус от нерабочего ИБП, который мне подарили друзья из сервисного центра. Ну а дальше немного терпения, и пилил, точил, кромсал. Процесс сборки блока питания запечатлел, и некоторые подробности предоставляю Вашему вниманию.
Да, кстати печатные платы которые я собрал, немного отличаются от печатки, которую я выложил в архиве. Просто после сборки передвинул детали и «положил» на плату конденсатор, это как оказалось, может быть очень полезно для экономии места в корпусе.
Так как, у меня силовые транзисторы прикреплены к радиатору просто через термо-пасту, то потребовалось изолировать их радиаторы друг от друга и от корпуса. Для этого я в авто-магазине прикупил пластмассок, через которые и прикрепил радиаторы к корпусу БП.
Потом конечно же всё проверил и прозвонил, всё оказалось замечательно, ничего, нигде не касается и не коротит.
Для обеспечения температурного режима элементов блока питания, разметил и высверлил в корпусе вентиляционные отверстия для отвода тепла, потом немного покрыл корпус грунтовкой, чтобы выявить какие остались косячки.
Под чутким руководством Кирилла (Kirmav) прошил микроконтроллер и проверил работу индикатора, пока что без калибровок.
Вольтметры работают нормально, амперметры нагрузить было нечем, но скорее всего тоже работают, так как касаюсь пальцами контактов на плате, значения на индикаторе меняются.
День как говорится, закончился для меня очень удачно.
Потом перемотал (вернее домотал) силовой трансформатор. Раньше на нём была одна силовая обмотка на 24 В переменки, домотал ещё одну для второго канала БП, благо — тор, и разбирать ничего не нужно. Так же добавил ещё одну обмотку на 8,5 вольт переменки (примерно 12В постоянки), проводом 0,5 мм. Запитал от этой обмотки индикатор и куллер с регулятором оборотов, всё вроде нормально работает.
Имейте в виду, что для данного блока питания необходим трансформатор с двумя раздельными вторичными обмотками.
Трансформатор с вторичной обмоткой со средней точкой не подойдёт!
Стабилизатор 7805 греется, но в принципе рука держит, значит температура его около 35-40 С, с заменой радиатора думаю все станет лучше.
Регулировка для куллера была выдрана из комповского БП и в общем то работает нормально.
Немного греются диоды на плате индикатора (диодный мост), но думаю не так страшно.
Начал красить корпус, потом уже после того, как его покрасил, только на фотографии заметил, что не прокрасил заднюю часть лицевой панели, а она выглядывает из за корпуса и вид её не очень, придется заново её перекрасить.
Забыл сказать про индикатор, вольтамперметр. Автор этого вольтамперметра, пользователь C@at с сайта c2.at.ua. За основу моего индикатора, была выбрана та схема, где на одном дисплее реализуются два вольтметра и два амперметра.
Сначала я собрал эту схему, но в процессе наладки выявилось то, что данная схема хорошо работает там, где два источника с общим минусом, а вот в двух-полярном блоке питания она совершенно не желает отображать отрицательные величины.
Долго мне пришлось повозиться, прежде чем на появились положительные результаты.
И вот наконец, на основе наработанной другим человеком схемы, нескольких дней «плясок с бубном», работой с протеусом, кучей потраченного времени и нервов, я построил свою, которая способна показывать величину отрицательного плеча. Правда она показывает её в положительной полярности, но это не сильно печально, главное, что она уже работает, и я связался с автором прошивки и попросил его немного изменить прошивку так, чтобы ко второму каналу индикатора (U2 и А2), программа просто пририсовывала бы минусы к выводимым показаниям (надеюсь на его помощь). Но это уже так, просто эстетический момент, главное что схема уже работает.
Прошу знатоков посмотреть схему и оценить номиналы (в амперметре подобраны методом тыка, но погрешность очень мала и меня более чем устраивает).
Потом сделал печатку для индикатора, собрал всё в кучу и проверил. Вольтметры заработали оба и амперметр положительного плеча тоже. Плюс ко всему, сегодня твердо уяснил для себя, что все надо проектировать заранее, а потом уже пилить и вытачивать. Ну да ладно это все мелочи. В общем посидел, покипел и кое что дорисовал, потом проверил отрицательный амперметр — все работает. В связи с этим выкладываю свою печатку вольт-амперметра, может кому и сгодится.
Плату собирал из того, что было под руками. Для шунта взял 45 см. медного провода, диаметром 1мм и намотал его спиралью и впаял в плату. Я конечно понимаю, что медь не лучший материал для шунта (конечно же не в коем случае не прошу следовать моему примеру), но меня пока устраивает, а дальше будет видно.
В печатке которую я вытравил себе — немного «накосячил» с диодным мостом (видно на фото платы), но переделывать было уже лень — вышел из положения перекрестив диоды, после этого печатку поправил (в архиве исправленный вариант). Так же на схеме и на печатке есть разъём для подключения куллера.
Хочу сказать, что после того как схема заработал, я прямо таки полюбил протеус, не плохо оказывается работает, и уяснил для себя, что чтобы добиться желаемого результата, надо расширять свои познания в разных областях, и естественно учиться.
Ещё один вечер пришлось посвятить черчению передней панели. Дело это хоть и не сложное, но все же нудное и требует много терпения.
Для черчения, я в основном использую программу «Компас 3D». Не знаю кому как, но мне почему то проще сначала сделать 3D-модель, а уже потом на её основе изготовить чертёж. Мне как то в свое время стало просто интересно что нибудь в «Компасе» начертить, чтобы соблюсти все размеры и прочее, решил попробовать, и как то это всё затянуло. Я конечно не владею Компасом на ура, но на базовом уровне вполне себе ничего. Ну и помимо Компаса — некоторая доработка передней панели в фотошоп.
Я уже говорил, что попросил автора схемы и прошивки — немного переделать саму прошивку, и вот наконец-то при его поддержке (спасибо ему огромное), удалось изменить приветствие при включении блока питания, а так же дорисовать долгожданный минус в отрицательном плече второго канала индикатора (мелочь, а приятно).У меня это теперь выглядит вот так.
Ну, и специально для тех, кто решит повторить данную конструкцию, он сделал общий вариант приветствия при включении блока питания, который выглядит следующим образом (ну и конечно-же минусы в отрицательном плече).
Специально для тех кому интересно, выкладываю так же в прикреплённом архиве печатку платы контроля работы куллера. Я её перерисовал с готовой платы которая была изъята из комповского бп — должна работать.
P.S. Сам ещё её не собирал.
При испытании собранного БП — решил проверить усилочик, отданный мне в дар. Блок питания успешно справился со своей задачей (обеспечил требуемое напряжение и ток для проверки) правда больше полутора ампер усилок не потреблял в момент проверки.
Для тех, кто решит собирать данный блок питания, скажу, что схема проверенная, повторяемость 100%, при правильной сборке из исправных, проверенных деталей, в налаживании практически не нуждается.
Правда регулировка напряжения и тока раздельная для каждого канала, но это может и лучше с одной стороны.
В архиве установка FUSE (фузов), которые соответствуют работе от внутреннего генератора 4MHz, скрин установки для программы PonyProg.
Удачи в сборке!
Если у кого-то возникнут какие либо вопросы по конструкции блока питания, задавайте их ЗДЕСЬ на форуме.
Архив для статьи
cxema.org — Двухполярный лабораторный блок питания
Напряжение бп 0-30 Вольт. Ток срабатывания защиты 0-10 А.
Сидел я как-то на работе и решил сделать что-нибудь полезное. Порыскав в интернете в поисках стоящих девайсов, наткнулся на довольно простой блок питания и решил взяться за него.
Автор схемы leokri
Не знаю для чего нужна цепочка VD3,VD2, резистор на 3 кОма и электролит (видимо цепочка мягкого пуска), но с ними у меня блок питания не заработал и они были удалены из схемы. Емкость 20000 мкФ мной была заменена на 10000 мкФ, поскольку на нагрузку в 5 Ампер считаю что этого будет достаточно, да и вряд ли у меня будут такие токи в нагрузке блока питания.
Описания принципа работы схемы: При включении питания происходит заряд емкости конденсатора емкостью 20000 мкФ. Как только конденсатор зарядится, напряжение на выходе начнет расти до той поры, пока не сработает компаратор DA4 операционного усилителя LM324N. Как только напряжение на его 10 ноге превысит напряжение на 9 ножке, компаратор переключится и своим током через светодиод начнет открывать транзистор VT3. Напряжение на эмиттере транзистора VT1 понизится до заданного значения. Если напряжение на 9 ножке станет больше, чем на 10 компаратор переключится обратно и напряжение на эмиттере VT1 начнет повышаться. Срабатывание компаратора определяется напряжением на 9 ножке, которое выставляется подстроечным резистором на 4,7 к Ома.
Аналогично работает канал токового регулирования, подстройка которого производится подстроечным резистором на 1 кОм.
Вместо двух силовых транзисторов в канал я сделал один, так как для 5 ампер одного КТ827А вполне будет достаточно.
В качестве линейных стабилизаторов напряжения использованы LM7808 и LM7815. Стабилизатор LM7815 запитывался непосредственно с электролитического конденсатора сразу после выпрямительного моста, а стабилизатор LM7808 запитывался с LM7815.
Операционный усилитель LM324N мне в магазине продали такой, что минимальный ток срабатывания на нем 40 мА, пришлось искать операционный усилитель данного типа с лазерной гравировкой, только после этого все стало регулироваться как положено. А второй операционный усилитель я достал из платы управления UPSа, корпус которого был использован.
В качестве шунта я использовал два керамических резистора на 0,1 Ома на 5Wвключенных параллельно друг другу.
Разработав монтажную плату и удостоверившись в работоспособности платы, собрал вторую такую же, чтобы обеспечить второй канал. Плата разрабатывалась в Visio.
Для визуального получения информации о напряжении и токе на блоке питания было решено сделать ампервольтметр на базе контроллера Atiny13Aи дисплея от сотового телефона Nokia 1200, поскольку у меня валялась целая куча этих телефонов.
Вольтметр+амперметр+ваттметр для блока питания
Также как и в случае с платой блока питания, мной были разработана плата для ампервольтметров и плата под два дисплея, чтобы все влезало в переднюю панель корпуса UPSа.
автор данного девайса pavel-pervomaysk
A JonnS переделал прошивку под большие символы на дисплее
Силовой трансформатор был задействован от того же UPSa. Трансформатор был разобран и перемотан на напряжение 18 Вольт переменки. После выпрямительного моста и конденсатора у меня получилось 25 Вольт постоянки. Если кто будет повторять, то рекомендую намотать две дополнительные обмотки на напряжение 12 Вольт для питания ампервольтметров.
Чтобы коллекторы не замыкались друг с другом была поставлена диэлектрическая пластина, в которой выпилено большое отверстие для транзисторов и на которую были закреплены радиаторы.
На одном из радиаторов закреплены также 2 кренки для запитки ампервольтметров.
Конечный результат получился такой. Второй дисплей инвертированный, поэтому видно хуже, но перепрошивать контроллер было уже лень.)))
Сзади были установлены предохранители для каждого канала в отдельности и оставлены все разъемы. С одного из задних разъемов я питаю свою самодельную паяльную станцию. Очень кстати удобно провода не болтаются по всему полу.
Для программирования контроллеров был собран самый простой, как мне кажется, программатор, который был найден на просторах интернета.
Порыскав на заводе в старом хламе, был найден нужный разъем и сделано такое чудо.
Прошивка без проблем была вшита в контроллер программой Uniprof. Вот пожалуй и все!
Все исходники можно скачать тут
Автор Роман Соболев
Двуполярный регулируемый БП из однополярного
Приветствую, радиолюбители-самоделкины!
Немаловажное направление в электронике — построение различных блоков питания, в частности, лабораторных, которые позволяют регулировать выходное напряжение в широких пределах, ограничивать ток при необходимости, защищать от коротких замыканий, а также показывать текущее напряжение на выходе и ток, который потребляет нагрузка. Ни один бывалый радиолюбитель не обходится без собственного лабораторного блока питания, ведь любую схему после сборки нужно протестировать, подав напряжение, контролируя при этом так, а иногда требуется контроль и при разных питающих напряжениях — например, как поведёт себя устройство при снижении напряжения на питающем аккумуляторе. По этой причине в сети представлено довольно большое количество различных схем блоков питания, они могут быть как самыми примитивными, например, на микросхеме LM317, позволяющие регулировать только выходное напряжение, так и более продвинутые, в том числе с применением высокоточных амперметров-вольтметров, различным набором полезных функций. Чаще всего используются обычные однополярные блоки питания — на их выходе имеется два контакта, плюс и минус, ведь большинство электронных схем питаются также от однополярного напряжения. Но есть также схемы, которые требуют двуполярного напряжения — выглядит оно следующим образом: имеется некая средняя точка (земля), относительно неё есть положительный потенциал (напряжение), и отрицательный. Можно представить это как два однополярных источника напряжения, например, батарейки, включенные последовательно — точка их соединения будет землёй, относительно этой точки будет и положительное плечо, и отрицательное, общий размах напряжений будет равен сумме двух источников, на выходе такого блока питания будет уже три контакта — плюс, минус, и земля (средняя точка). Устройств, которые требуют для питания двуполярного напряжения, не так много, но, тем не менее, они существуют и иногда в них возникает потребность. Например, чаще всего от двуполярного напряжения питаются различные усилители, как мощные, так и слаботочные на операционных усилителях. Поэтому двуполярный блок питания хоть и не так часто используется, но обязательно должен быть столе продвинутого радиолюбителя, чтобы не задумываться, где взять такой источник, когда в этом возникнет потребность. Конечно, можно собрать такой блок питания с нуля и оформить в виде отдельного устройства — но это не всегда имеет смысл, особенно учитывая, что он не так часто используется. Зато всегда можно собрать небольшую приставку для обычного однополярного регулируемого блока питания, которая позволит получать двуполярное напряжение из однополярного с достаточной мощностью — запитать можно будет даже мощный усилитель. Схема такой приставки представлена ниже.
В левой части схемы в виде большого прямоугольного показан исходный обнополярный БП, в который будет добавлена приставка. На его вход подаётся напряжение из розетки 220В, с выхода снимается напряжение в диапазоне 0-30В, регулируется переменным резисторов — самый типичный блок питания, который наверняка каждый собирал. С выхода идут два провода — плюс и минус, которые затем поступают на специальную схему-преобразователь, с её выхода, как можно увидеть, идут уже три провода — плюс, минус, земля. Также вверху схемы имеется отвод напрямую от исходного блока питания — для того, чтобы конструкцию можно было использовать как в исходном варианте в виде обычного блока питания, так с и использованием двуполярного выхода. Переключение осуществляется с помощью выключателя S1, который просто прекращает подачу питания на схему-приставку. Таким образом, получится максимально универсальный источник питания, который подойдёт для проверки практически любых низковольтных устройств — выход одногополярного и двуполярного напряжения можно сделать как объединённый на одном разъёме, так и отдельно друг от друга.
Рассмотрим более подробно элементы схемы. Как можно увидеть, в схеме используется активный компонент — операционный усилитель, применить здесь можно практически любой, например, распространённые импортный TL071, TL081, содержащие как раз один канал, подойдут также и двухканальные TL072, TL082 в этом случае второй канал просто останется незадействованным. Сразу при подаче питания напряжение поступает на регулируемый делитель из резистора R1 и R2, последовательно с которым стоит подстроечный резистор — он служит для установки на выходе преобразователя половины от питающего напряжения. Весь принцип работы заключается именно в этом деление амплитуды входного напряжения пололам, при этом средняя точка исходного питающего напряжения становится землёй, а каждая половина — отдельным плечом. Поэтому нужно учитывать, что выходное напряжение двуполярного источника станет в два раза меньше, чем исходное однополярного — например, если на входе было 30В, то на выходе получим двуполярный источник на 15В, то есть два плеча по 15В каждое, суммарно те же 30Lentainform.com. Операционный резистор здесь выступает в роли компаратора, буквально «следя» за тем, чтобы уровни напряжений в каждом плече были одинаковы. Если к выходу подключена несимметричная нагрузка и одного плечо потребляет больший ток, то операционный усилитель компенсирует эту разницу, быстро выравнивая напряжение, происходит это за счёт открытия силовых транзисторов VT1 и VT2. На схеме можно увидеть, что транзисторы стоят параллельно по два — о каждый второй выделен зелёным цветом. Если схема будет использоваться с относительно небольшой нагрузкой и не планируется подключение к ней сильно несимметричной нагрузки — достаточно будет одной пары транзисторов, если же планируется работа с большой мощностью — желательно поставить дополнительную пару, которая примет на себя часть тока и тепловыделения. Особое внимание стоит уделить резисторам в эмиттерах транзисторов — если используется только одна пара, то эти резисторы можно заменить перемычками, если же транзисторы включены параллельно — то резисторы необходимы для выравнивания токов, сюда требуется установить мощные проволочные резисторы с сопротивлением 0,1 — 0,2 Ома, мощность 2-5Вт, в зависимости от мощности подключаемой нагрузки.
Транзисторы в схеме используются разной структуры — PNP и NPN, лучше всего применить комплиментарные пары, например, подойдут отечественные КТ805/КТ837, КТ819/КТ818, КТ827/КТ825. Важным параметром транзисторов в данном случае будет максимальный ток, который они выдерживают — чем он будет больше, тем надёжнее получится схема. Также нужно смотреть а допустимое рабочее напряжение, оно должно быть как минимум 50В. Диоды на выходе преобразователя нужны для того, чтобы транзисторы не шунтировали подключаемую нагрузку — использовать здесь также стоит мощные диоды, рассчитанные на большой ток, подойдут КД226, КД210, КД237 либо их импортные аналоги. Также важной частью схемы являются конденсаторы С1 и С2 — электролитические большой ёмкости, они служат для фильтрации пульсаций на выходе, экономить в данном случае на их ёмкости не стоит, на схеме указано минимально возможная ёмкость, не лишним будет также зашунтировать их небольшими керамическими/плёночными конденсаторами. Напряжение С1 и С2, в идеальном случае, должно быть не меньше, чем максимальное напряжение исходного однополярного блока питания.
Автор установил такую приставку в уже собранный готовый лабораторные БП, плата не занимает много места, но существенно расширяет функционал. Транзисторы нужно разместить на радиаторах, чем больше будет ток нагрузки — тем больше должны быть радиаторы.
Общий вид получившегося блока питания. На переднюю панель добавлен тумблер, который переключает выход и режим однополярного БП, либо двуполярного. Штатный регулятор по прежнему выполняет свою функцию и позволяет регулировать напряжение на выходе. Не лишним также будет предохранитель, установленный в отдельном отсеке сбоку корпуса. Удачной сборки! Все вопросы и дополнения пишите в комментарии.
Источник (Source)
Двухполярный блок питания схема которого • Питание
Двухполярный блок питания внешний вид монтажа которого показан на рисунке.
Технические характеристики:
- Регулируемые выходные напряжения 1,2 … 25 В постоянного тока
- максимальный длительный выходной ток: 2 ✕ 1,5A
- индикаторы выходного напряжения – светодиоды
- защита от короткого замыкания и тепловая защита
- размеры платы: 45 ✕ 81 мм
Двухполярный блок питания схема которого классическая, выходное напряжение устанавливается с помощью потенциометров PR1 и PR2.
LM317 – используется как положительный стабилизатор напряжения, а LM337 – стабилизирует отрицательное напряжение.
Для стабилизаторов LM требуется небольшое количество рассыпухи и еще они имеют встроенную тепловую защиту, а также ограничение тока при коротком замыкании. Диапазон выходного напряжения составляет от ± 1,25 В до ± 25 В. Микросхемы LM317 и LM337 имеют встроенную кратковременную защиту от короткого замыкания. При выборе трансформатора обратите внимание на номинальное напряжение конденсаторов C1, C2. Трансформатор должен быть выбран таким образом, чтобы его вторичное напряжение после выпрямления не превышало номинальное напряжение конденсаторов.
Печатная плата двухполярный блок питания показана на рисунке.
Сборка не представляет особого труда, а последние установленные элементы должны быть конденсаторы C1, C2, сразу после установки микросхем на радиатор. Стабилизаторы US1 и US2 должны быть изолированы от радиатора с помощью слюды или силиконовой прокладки. Схема собранная из заведомо исправных элементов, не требует какой-либо регулировки, и после подключения трансформатора работает сразу же.
Закладка Постоянная ссылка.
Блок питания усилителя мощности | РадиоГазета
Казалось бы, что может быть проще — взял блок питания, подключил его двумя или тремя проводами к усилителю и всё… должно запеть? Оказывается не всегда. Как мы уже выяснили в первой части этого цикла статей, тут существует множество подводных камней.
Продолжим разбираться в хитросплетении питающих усилитель проводов. И как ни странно, больше всего проблем может доставить общий (земляной) проводник.
Для начала исправим одну оплошность. В первой части статьи была опубликована схема двухполярного блока питания усилителя, но отсутствовала его монтажная схема.
Вот вам и то, и другое:
Двухполярный блок питания усилителя мощности.
Монтажная схема двухполярного блока питания усилителя мощности
По сути здесь два «отзеркаленных» однополярных блока.
Обратный ток акустической системы
Как известно, акустическая система является реактивной нагрузкой. А значит, она может возвращать ток усилителю. Этот ток, протекая по проводникам, создаёт разность потенциалов, что может привести к появлению положительной обратной связи и как следствие нестабильности усилителя.
Для избежания этого, земляную клемму громкоговорителя следует подключать к общему выводу конденсаторов фильтра питания. Часто вывод громкоговорителя подключают к общему выводу микросхемы, как показано на рисунке:
Такое подключение замыкает отрицательную полуволну сигнала в локальном контуре, исключая фильтрующий конденсатор, который мог бы снизить излучаемые помехи и повысить стабильность системы.
На рисунке показано, как ток утечки на землю одной полуволны сигнала может навести неприятные помехи и искажения, если общий провод громкоговорителя подключен к выводу выходного каскада микросхемы:
Аналогично, если на плате усилителя в цепях питания есть байпасные конденсаторы (а они обычно есть) довольно большой ёмкости в несколько сотен микрофарад, то импульсы зарядного тока также создадут на общем проводнике разность потенциалов. Поэтому, повторимся ещё раз, наилучшая точка подключения общего провода акустической системы — это общий вывод конденсаторов фильтра питания.
Чем больше мощность, тем хуже…
Часто радиолюбители стараются сделать свой усилитель как можно мощнее (типа, так круче), да и аудиофилы зачастую оснащают свои системы усилителями с мощностью в разы превышающей необходимую для озвучивания обычной комнаты до нормального уровня громкости, мотивируя тем, что так получается больший динамический диапазон. Такие усилители (большой мощности) порой решают одни проблемы, но создают другие.
Индуктивность проводников питания является основным «слабым звеном» усилителей мощности класса АВ. В таких усилителях выходные транзисторы включаются и выключаются поочередно, соответственно по плюсовой и минусовой шинам питания протекают полуволны зарядных токов.
Если эти импульсы через емкостные и индуктивные связи попадут в звуковой тракт это приводит к ужасному размытому звучанию.
Такое происходит, если какая-то чувствительная дорожка (проводник) проходит рядом с шиной питания. Бифилярная свивка проводов питания эффективно подавляет излучаемые помехи за счёт взаимной компенсации положительной и отрицательной полуволн.
На печатной плате этот метод можно реализовать, если шины питания расположить друг над другом с двухсторон платы (требуется двухсторонняяя печатная плата)
Достойный образец проектирования печатной платы для усилителя мощности — это конструкция Ultra-LD 200W, представленная в одном из номеров журнала «Практическая электроника каждый день». На печатной плате этого усилителя реализованы все рекомендации по монтажу, представленные в данном цикле статей. И во многом за счёт этого удалось получить уровень шумов -122 дБ и уровень нелинейных искажений ниже 0,001%.
Примечание редакции РадиоГазеты: если нашим читателям интересно, пишите в комментариях и мы опубликуем описание этого усилителя.
Заземление одной стороны печатной платы хорошо работает в высокочастотных и слаботочных конструкциях. Для усилителей мощности это не подходит, потому как трудно предсказать протекание токов в зависимости от выбора точек заземления.
В современных ламповых усилителях часто общую шину делают в виде отрезка тостого лужёного провода. Многие гуру проповедуют разводку звездой с единственной точкой подключения. Бывают случаи, когда при таком подходе усилители плохо работают. Сказывает большое количество длинных проводов, которые снижают стабильность конструкции.
Как правило, в хорошем усилителе есть несколько точек заземления.
Развязка
При использовании двух фильтрующих конденсаторов при двухполярном питании надо следить, чтобы две полуволны сигнала суммировались в одной точке, как показано на рисунке:
Часто применение одного конденсатора, включенного между плюсом и минусом питания, позволяет решить эту проблему. Этот метод хорошо работает с операционными усилителями типа 5532, и для усилителей мощности типа LM3886.
Когда питание драйверного каскада и выходного каскада подключено раздельными проводами, это может вызвать некоторую нестабильность усилителя на высоких частотах. Проблема решается подключением керамического конденсатора небольшой ёмкости между выводами питания микросхемы:
увеличение по клику
Если ёмкость байпасных (блокировочных) конденсаторов больше 100мкФ, их общий провод должен подключаться к «грязной» земле, так как большие зарядные токи могут создавать ощутимые помехи, если конденсаторы будут подключены к сигнальной земле.
Цепь Цобеля
Цепь Цобеля на выходе усилителя предотвращает его возбуждение на высоких частотах. Импульсы тока в этой цепи могут вызвать проблемы, поэтому должны замыкаться на «грязную» землю, то есть на общий вывод конденсаторов фильтра или байпасных конденсаторов.
Для некоторых микросхем усилителей мощности длинные провода в цепях Цобеля вызывают нестабильность на отрицательных полуволнах сигнала.
Пример монтажа моно-усилителя
Обычно «звезда» в усилителе с однополярным питанием бывает трёхлучевой: сигнальная земля, земля конденсаторов фильтра питания и «грязная» земля. Пример представлен на рисунке:
увеличение по клику
Здесь под усилителем следует понимать как интегральное исполнение, так и усилители на дискретных элементах.
Как видно, к одному лучу подключена сигнальная земля — здесь токи очень малы, поэтому подключать все элементы отдельными проводниками нет необходимости. Ко второму лучу отдельными проводниками подключены выводы сильноточных цепей: выходного каскада, цепи Цобеля, общий вывод акустической системы и байпасных конденсаторов. К третьему лучу подключен общий вывод фильтрующего конденсатора блока питания.
Правильное подключение общего провода к выводам микросхем показан на рисунке:
Вариант «с» — это неправильный вариант. Из-за сопротивления дорожки большой ток поднимет потенциал слаботочного общего провода относительно вывода микросхемы, что приведет к росту искажений.
Продолжение следует…
Статья подготовлена по материалам журнала «Практическая электроника каждый день»
Автор: Джек Розман
Вольный перевод: Главный редактор «РадиоГазеты»
Похожие статьи:
| САМОДЕЛЬНЫЙ СВЕТОДИОДНЫЙ RGB КОНТРОЛЛЕР |
| ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ 12-220 |
Интересный световой эффект для дискотеки на светодиодах.
Схема и описание конструкции простого RGB контроллера светодиодных лент, на основе китайского блока управления гирляндой.
Схема проверенного преобразователя напряжения 12В в 220, на основе трансформатора компьютерного БП.
Двухконтактный биполярный источник питания
Введение
2-квадрантный источник питания, который подает положительное или отрицательное напряжение на одни и те же выходные клеммы, можно легко создать с помощью 4-квадрантного контроллера LT8714. Показанный здесь двухквадрантный источник питания может использоваться в различных областях, начиная от тонирования окон, где изменение полярности меняет ориентацию молекул кристаллов, и заканчивая оборудованием для тестирования и измерения.
Лист данных LT8714 описывает работу 2-квадрантного источника питания в первом квадранте (положительный вход, положительный выход) и в третьем квадранте (положительный вход, отрицательный выход).Обратите внимание, что в обоих квадрантах источник питания является источником тока, таким образом создавая источник питания, а не приемник энергии. Второй квадрант и четвертый квадрант образуют приемник энергии.
Описание схемы и функциональные возможности
На рис. 1 показана электрическая схема LT8714 как двухквадрантного источника питания. Трансмиссия состоит из NMOS QN1, 2, PMOS QP1, 2, катушек индуктивности L1, L2, конденсатора связи CC, а также входных и выходных фильтров. Катушки индуктивности L1 и L2 представляют собой две дискретные, несвязанные индуктивности, подход, который может снизить стоимость преобразователя.
Рисунок 1. Принципиальная электрическая схема блока питания на базе LT8714, работающего в двух квадрантах V IN 12 В, V O ± 5 В при 6 А.
Правильный выбор активных и пассивных компонентов требует понимания напряжений и уровней тока в каждом квадранте. Для этого на рисунке 2 показаны функциональные топологии положительного выхода.
Рисунок 2. Топология 2-квадрантной операции с положительным выходом.
Когда баланс вольт-секунд находится в устойчивом состоянии, рабочий цикл может быть получен из выражения:
Для проверки конструкции демонстрационная схема DC2240A была переработана, чтобы соответствовать схеме, показанной на рисунке 1. Входное напряжение составляет номинальное 12 В с выходным напряжением ± 5 В при максимальном токе 6 А для обоих.
Измеренный КПД конструкции показан на рисунке 3. Положительный выход превышает отрицательный, что соответствует результатам теоретических расчетов.Напряжение и ток на компонентах намного выше в конфигурации с отрицательным выходом, что увеличивает потери и снижает эффективность.
Рис. 3. Кривые КПД преобразователя при V IN 12 В, V OUT +5 В и –5 В и максимальном вводе-выводе 6 A.
На рис. 4 показана превосходная линейность зависимости выходного напряжения от управляющего напряжения V CTRL . Для этой конфигурации схема была нагружена резистором 1 Ом, а управляющее напряжение изменялось от 0.От 1 В до 1 В.
Рис. 4. График зависимости выходного напряжения, V OUT , от управляющего напряжения, V CTRL . Когда V CTRL изменяется с 0,1 В до 1 В, V OUT изменяется с –5 В на +5 В.
Используя две модели LTspice ® , мы смогли проанализировать производительность LT8714 с показателем хорошей мощности в первой модели и с использованием несвязанных катушек индуктивности во второй модели.
Заключение
В этой статье демонстрируется простая двухквадрантная схема источника напряжения с использованием LTC8714.Конструкция была протестирована и подтверждена контроллером LTC8714 на отличную линейность.
.Двухконтактный биполярный источник питания
Введение
2-квадрантный источник питания, который подает положительное или отрицательное напряжение на одни и те же выходные клеммы, можно легко создать с помощью 4-квадрантного контроллера LT8714. Показанный здесь двухквадрантный источник питания может использоваться в различных областях, начиная от тонирования окон, где изменение полярности меняет ориентацию молекул кристаллов, и заканчивая оборудованием для тестирования и измерения.
Лист данных LT8714 описывает работу 2-квадрантного источника питания в первом квадранте (положительный вход, положительный выход) и в третьем квадранте (положительный вход, отрицательный выход).Обратите внимание, что в обоих квадрантах источник питания является источником тока, таким образом создавая источник питания, а не приемник энергии. Второй квадрант и четвертый квадрант образуют приемник энергии.
Описание схемы и функциональные возможности
На рис. 1 показана электрическая схема LT8714 как двухквадрантного источника питания. Трансмиссия состоит из NMOS QN1, 2, PMOS QP1, 2, катушек индуктивности L1, L2, конденсатора связи CC, а также входных и выходных фильтров. Катушки индуктивности L1 и L2 представляют собой две дискретные, несвязанные индуктивности, подход, который может снизить стоимость преобразователя.
Рисунок 1. Принципиальная электрическая схема блока питания на базе LT8714, работающего в двух квадрантах V IN 12 В, V O ± 5 В при 6 А.
Правильный выбор активных и пассивных компонентов требует понимания напряжений и уровней тока в каждом квадранте. Для этого на рисунке 2 показаны функциональные топологии положительного выхода.
Рисунок 2. Топология 2-квадрантной операции с положительным выходом.
Когда баланс вольт-секунд находится в устойчивом состоянии, рабочий цикл может быть получен из выражения:
Для проверки конструкции демонстрационная схема DC2240A была переработана, чтобы соответствовать схеме, показанной на рисунке 1. Входное напряжение составляет номинальное 12 В с выходным напряжением ± 5 В при максимальном токе 6 А для обоих.
Измеренный КПД конструкции показан на рисунке 3. Положительный выход превышает отрицательный, что соответствует результатам теоретических расчетов.Напряжение и ток на компонентах намного выше в конфигурации с отрицательным выходом, что увеличивает потери и снижает эффективность.
Рис. 3. Кривые КПД преобразователя при V IN 12 В, V OUT +5 В и –5 В и максимальном вводе-выводе 6 A.
На рис. 4 показана превосходная линейность зависимости выходного напряжения от управляющего напряжения V CTRL . Для этой конфигурации схема была нагружена резистором 1 Ом, а управляющее напряжение изменялось от 0.От 1 В до 1 В.
Рис. 4. График зависимости выходного напряжения, V OUT , от управляющего напряжения, V CTRL . Когда V CTRL изменяется с 0,1 В до 1 В, V OUT изменяется с –5 В на +5 В.
Используя две модели LTspice ® , мы смогли проанализировать производительность LT8714 с показателем хорошей мощности в первой модели и с использованием несвязанных катушек индуктивности во второй модели.
Заключение
В этой статье демонстрируется простая двухквадрантная схема источника напряжения с использованием LTC8714.Конструкция была протестирована и подтверждена контроллером LTC8714 на отличную линейность.
. Для разбивки модульных и измерительных источников питания Kepco по параметру |
| BOP-MG 1000W BOP-ME 1000W Биполярные источники питания, программируемые стабилизаторы напряжения / тока
| BOP-GL 1000W BOP-EL 1KW Биполярные источники питания, аналогичные BOP-MG, но оптимизированные для индуктивных нагрузок / магнитов.
|
BOP 100 Вт, 200 Вт, 400 Вт Биполярные линейные источники питания
| Опция L (индуктивная нагрузка) для BOP 100 Вт, 200 Вт, 400 Вт Оптимизирует линейные биполярные источники питания противовыбросового превентора для управления магнитами до 1 Генри.
|
BOP высокого напряжения Высокое напряжение (500 В или 1000 В).Отвечает двунаправленно с нуля.
| Вариант C (емкостная нагрузка) для BOP 100 Вт, 200 Вт, 400 Вт Оптимизирует линейные биполярные блоки питания BOP для управления емкостными нагрузками до 10 мФ.
|
BIT 4886 Card Позволяет линейному источнику питания BOP 100 Вт, 200 Вт, 400 Вт для подключения к ПК через IEEE 488.2 шины (GPIB) или RS 232.
| BIT 802E Card Позволяет линейному источнику питания 100 Вт, 200 Вт, 400 Вт BOP для связи с ПК через управление Ethernet, либо через веб-страницу с помощью браузера, либо с помощью команд SCPI через Telnet.
|
Микроволны101 | Твердотельные усилители мощности
Щелкните здесь, чтобы перейти на нашу главную страницу, посвященную объединению мощности
Щелкните здесь, чтобы узнать о постепенной деградации в целом
Щелкните здесь, чтобы узнать о постепенной деградации в SPA
Нажмите здесь, чтобы узнать, как указать потери на изоляционных резисторах SSPA
На этой веб-странице будут рассмотрены некоторые из возможных проблем, которые могут возникнуть в твердотельном усилителе (или любом модуле, содержащем несколько усилителей мощности), многие из которых связаны с смещением.Многие из этих проблем возникают снова и снова, особенно в новых проектах, потому что люди склонны забывать уроки, которые они извлекли ранее. Было бы неплохо сослаться на эту страницу в обзоре проекта SSPA ….
RF проблемы?
Сети устойчивости
Выбор источника питания
Биполярные источники питания для затвора
Шунтирующий резистор
Повторитель напряжения
Цифровой или аналоговый источник питания?
Разделение питания затвора и стока.
Регуляторы напряжения.
. Измерительные провода.
. Делитель напряжения затвора.
. Минимизируйте сопротивление линии смещения стока и сопротивление заземления.
Сколько расходных материалов вам действительно нужно?
Золотой стержень земли
Остерегайтесь обратной связи по заземлению в цепи затвора
Последовательность источников питания
Ограничение тока источника питания
Источники тока затвора
Переходные процессы в источнике питания
Обход источников питания
Добавить схемы лома (или регуляторы)
Добавить несколько переключателей
ESD
Следующий материал написан с предубеждением, что вы используете полевые транзисторы или HEMT в качестве усилительного устройства, и это устройства режима улучшения с подключениями затвора и стока.Если вы используете HBT, возможно, вам придется пересмотреть некоторые бесплатные советы.
RF проблемы?
Есть проблемы с радиочастотами, на которые следует обратить внимание, но 80% «пропавшего питания» в SSPA обычно может быть связано с простыми проблемами смещения постоянного тока. Все ли входящие в ваш состав усилители безоговорочно стабильны на всех частотах? Когда вы закрываете усилитель крышкой, создаете ли вы резонаторную моду, которая может резонировать в полосе? Ваш усилитель видит действительно хорошую нагрузку в 50 Ом на своем выходе (1.2: 1, а не паршивое совпадение КСВ 2: 1 на 50 Ом?) Удостоверились ли вы, что усилители правильно настроены (мы однажды видели, что ответвление ответвления повернуто на картинке, так что два усилителя с радостью подавали мощность на резистор сброса, и фактический выходной сигнал снизился на 20 дБ…. $ удар происходит!)
А теперь вернемся к проблемам смещения…
Сети устойчивости
Усилитель MMIC ограничен по величине байпасной емкости, которую он может иметь на плате, обычно в районе 10 пФ на каждом соединении смещения.Обычно это не обеспечивает «фильтрующего действия», которое требуется на линиях смещения для обеспечения стабильности. Часто производители требуют керамические колпачки на 100 пФ прямо рядом с усилителем, с конфигурацией проводов, чтобы сигнал смещения проходил через конденсатор (а не в сторону, как плохая идея на этой странице). Другие сети, которые могут потребоваться, включают в себя конденсаторы «de-Qed», которые представляют собой RC-сеть, и часто также конденсаторы на 10 000 пФ в шунте (которые могут быть расположены в дюйме или двух, и это не имеет значения).Вы должны следовать рекомендациям производителя, но помните, что они могут слишком подробно описать решение, потому что им лень исследовать минимальные требования. Кроме того, у них нет контроля над тем, как вы отсоединяете расходные материалы и другие вещи, которые вы можете испортить, поэтому пояс и подтяжки могут означать, что лучше безопасно, чем сожалеть (см. Следующие разделы).
Выбор блока питания
Скорее всего, вы будете использовать лабораторные блоки питания для включения вашего первого SSPA. Подумайте о выборе, который у вас есть.Никогда не используйте 50-вольтовый источник питания мощностью 200 Вт для напряжения затвора. Просто слегка поверните ручку, когда вы увеличиваете смещение усилителя, и вы его отключили; найдите источник питания на 5 В и 2 Вт. Кроме того, вам необходимо опробовать блок питания перед его использованием. Повышает ли напряжение при повороте ручки? Как будто провел день на пляже? Если нажать ручку из стороны в сторону, не поворачивая, изменится ли напряжение? Если так, положите его обратно на стойку или отдайте злейшему врагу. Вам нужно выбрать все необходимое для SSPA.
Биполярные блоки питания для ворот
Источник питания затвора должен быть биполярным, когда вы насыщаете усилитель мощности, или вам нужно обеспечить отдельный путь для стока тока. Что значит биполярное расстройство? Это означает, что он может поглощать и истощать ток. Acopian делает хорошие, но дорогие. Старый настольный блок питания HP обычно НЕ биполярный.
Вот это. Как вы можете сказать? Он может выдавать положительное или отрицательное напряжение без изменения проводки. Ноль вольт — это середина шкалы.
Так в чем же проблема, если вы проигнорируете этот совет? Если вы устанавливаете ворота в условиях слабого сигнала, они не должны потреблять ток. Затем, когда усилитель насыщается, мгновенное напряжение затвора начинает выходить за два своих предела: прямая проводимость (в колене) и утечка (в точке отсечки). Если вы не знаете точную линию нагрузки, которую видит устройство (и даже дизайнер, вероятно, не знает), вы не узнаете, что происходит, или они одновременны и отменяют друг друга.В усилителе с GaN преобладает прямая проводимость, так как пробой очень высок. Прямая проводимость требует, чтобы источник питания поглощал ток.
Если источник питания НЕ биполярный, у него нет проблем с источником тока утечки (это будет «отрицательный» ток, если вы измеряете его на клемме VG в направлении DUT). Но если он переходит в прямую проводимость, ток может увидеть фактический разрыв цепи. В этом случае напряжение затвора изменится, и вы не сможете его контролировать. «Из-под контроля» здесь ключевой этап, это плохо.
Хорошо, предположим, вы не можете позволить себе биполярный источник питания, что вы будете делать? Есть два исправления, одно простое — не такое уж простое, но второе — «то, что нужно делать».
Шунтирующий резистор через питание затвора
Добавление шунтирующего резистора в схему затвора обеспечит обратный путь, но, если честно, это съедает ваш бюджет эффективности. Регулируемый делитель напряжения обеспечит это, вы можете использовать постоянный резистор последовательно с многоотводным и соединить его проводом, чтобы получить нужное напряжение.На схеме не забудьте оставить несколько удобных мест для контроля таких вещей, как напряжение затвора, чтобы помочь их настроить. Нет ничего глупее, чем попытаться измерить критическое напряжение затвора на линии 10 мил с помощью толстого зонда и случайно замкнуть его на ближайшую землю.
Повторитель напряжения в цепи затвора
Вы можете повысить эффективность своей работы, если используете высокоомный делитель напряжения для регулировки смещения затвора (он не потребляет много энергии) и пропустите его через повторитель напряжения.Вспомните из своего класса электроники второкурсника, что повторитель напряжения имеет вход с высоким импедансом и выход с низким импедансом и может быть сконструирован из операционного усилителя. Цепь должна быть «биполярной», поскольку она проходит через шину +/- 5 В. Обратите внимание, что повторитель напряжения не обеспечивает развязки питания затвора, он фактически может «усилить» эту проблему, поэтому рассмотрим следующую схему:
Регулятор напряжения / резисторный делитель / повторитель напряжения
Цифровое или аналоговое питание?
Это дело вкуса, обычно более старые инженеры предпочитают аналоговый (поверните ручку) цифровому (нажимайте кнопки).Цифровой — это здорово, если вы на 100% уверены, что не изменяете ограничение тока вместо напряжения или не смешиваете другие вещи. Одна глупая ошибка, и ваш ассемблер, который работал над прототипом в одночасье, будет делать сальто назад. И будьте честны, когда вы взрываете деталь, не говорите: «Я не знаю, что случилось», если она взорвалась, когда вы ее касались, и были свидетели, все знают, что вы это сделали.
Разъединение подачи затвора и слива
Когда вы смещаете любой усилитель, не имеет значения, насколько стабильна конструкция, она может стать нестабильной из-за емкостной связи между затвором и стоком.Если у вас есть доступ к файлу EDA проекта усилителя, вы можете увидеть это, настроив общий усилитель как четырехпортовый (вход RF, выход RF, смещение затвора и стока). Подключите конденсатор через затвор и сток и посмотрите, что произойдет с коэффициентом стабильности… во многих случаях требуется всего пикофарад, чтобы начать петь. Вы уверены, что между этими двумя расходными материалами нет ни одной пикофарада?
Во избежание этой проблемы нужно разъединить ворота и водостоки. «Разделить» означает «избегать взаимодействия».Вот несколько способов добиться этого. Никогда не следует прокладывать дорожки смещения затвора и стока параллельно друг другу. Постарайтесь запустить все ворота в одном направлении (юг), а водостоки в противоположном направлении (север). Как можно ближе к устройству (дюйм, а не фут) вам необходимо либо 1. подключить источник напряжения смещения к экранированным кабелям, либо 2. пройти через регулятор напряжения или регулируемый источник питания. Стабилизатор напряжения — это окончательный разделитель, он может обеспечить 60 дБ подавления посторонних вещей, которые происходят на его входе (включая этот путь связи затвор-сток).Не то чтобы это хорошая практика, но если у вас есть вентиль и регулятор стока, на стороне питания обоих вы можете запустить VGG и VDD на параллельных трассах и избежать этого.
Регуляторы напряжения
В большинстве лабораторных демонстраций использование регуляторов напряжения игнорируется или избегается, и вам нужно вернуться от этого крошечного усилителя обратно к каким-то громоздким настольным источникам питания. В SSPA мы обычно используем только линейные регуляторы, так как импульсные регуляторы вызывают фазовый шум и другие проблемы.Возможно, мы захотим избежать использования линейных регуляторов, потому что они либо имеют фиксированные значения (и мы хотим удобно играть с напряжениями смещения), либо вам нужно выбрать резисторы для настройки напряжения. Оказывается, даже фиксированный регулятор можно обмануть, чтобы получить переменное выходное напряжение, но это мы обсудим в другой день. Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра. если вы хотите узнать об этом. Всегда предпочтительно включать регуляторы в ваш проект SSPA с самого начала, они вам понадобятся, когда вы будете делать продукт для продажи, верно?
Измерительные провода
Для длинных проводов, возвращающихся к источникам питания, всегда используйте коаксиальный кабель.Неважно, каково характеристическое сопротивление, мы просто ищем экранирование. Кабели BNC идеально подходят для смещения усилителей. Если вы хотите сходить с ума, приобретите триаксиальные разъемы, используйте внешний проводник в качестве экрана, а средний провод — для возврата питания. Обратите внимание на то, как соединяются возвраты и экраны (и в чем разница), и внимательно следите за следующим обсуждением …
Как узнать, что это коаксиальный кабель?
Коаксиальный точно
Даже не думайте об использовании этих
Triax-провода стоят более 100 долларов каждый, но для определенных работ они необходимы, особенно когда вы пытаетесь провести радиочастотный зондирование микросхемы усилителя, и у вас нет возможности разместить рядом с ней всю рекомендованную сеть стабилизации.Вы можете установить конденсаторы 100/10 000 пФ на контакты на плате датчика, но в большинстве случаев производители не используют заземляющие контактные площадки, чтобы сэкономить деньги, так на что бы вы заземлили эти конденсаторы?
Земля против щита против возврата
Три вещи, которые вам нужно знать.
Заземление означает «защитное заземление», подключенное к третьему контакту розетки, к которой вы подключаете устройства.
Экран — это линия, которая соединена с землей и помещается между проводниками, по которым фактически проходит ток.
Возврат — это сторона низкого напряжения источника питания стока или сторона высокого напряжения источника питания затвора. Он несет ток.
Делитель напряжения затвора как развязка
Используйте делитель напряжения затвора рядом с устройством. Если вы подадите -5 вольт для затвора и разделите его на -1 вольт, ваш делитель 5: 1 только что купит вам 14 дБ отклонение от связи, которое вы можете получить между затвором и стоком. Почему бы тебе этого не сделать?
Уменьшите сопротивление линии смещения стока и сопротивление заземления
Часть процесса проверки конструкции должна заключаться в оценке сопротивления в дренажных линиях и возврата заземления к дренажным линиям.Нет причин, по которым вы должны потерять более 10 мВ в любом из путей, если вы поставите достаточно меди для этой задачи. Но это упражнение обычно выполняется позже во время теста, когда кто-то спрашивает: куда пропало напряжение (мощность)? »
Обнаружение источника питания
Конечно, можно придать импульс источнику питания и настроить его мощность автоматически, чтобы компенсировать потери в кабелях. Многие источники питания имеют сенсорные порты. Мы рекомендуем вам НЕ использовать их, по крайней мере, пока вы устраняете неполадки в своем продукте.Почему нет? Если датчик становится разомкнутым, цепь обратной связи в источнике питания будет загружать выходной сигнал. У вас есть источник питания 20 В, тщательно настроенный на 2 В (для смещения затвора). Смысл открывается, и питание идет на 20 вольт. Это может испортить твой день.
Сколько расходных материалов вам действительно нужно?
Большинство усилителей MMIC имеют несколько затворов и соединений стока. Вам действительно нужно запустить их обратно на отдельные расходные материалы? В большинстве случаев ответ — «нет». Хорошая конструкция микросхемы MMIC должна обеспечивать одинаковые напряжения на всех затворах и стоках.Вы потеряете свой разум и свой бюджет, если вам действительно придется управлять каждым каскадом усилителя отдельно. Но если у вас есть две микросхемы усилителя, вы, безусловно, должны предоставить средства для регулировки смещения затвора отдельно.
Золотой кол земли
Все продукты должны обеспечивать безопасное заземление, но вы должны быть осторожны. Ваш продукт включает два блока питания и SSPA…. Следует ли заземлять источник питания VD- и VG + на источниках питания, а также на SSPA? НЕТ! В цепи постоянного тока должно быть только одно заземление, и оно должно быть прямо у устройства.Конечно, вы должны добавить защитное заземление к любому корпусу, это не проблема. Возврат смещения стока должен заглушить весь постоянный ток, который возвращается из усилителя, вы не хотите, чтобы он возвращался через шнуры переменного тока, розетки, проводку в стене или даже через панель выключателя. Обеспечьте контролируемый путь для возврата постоянного тока и поймите, что вывод VD на источнике питания (по замыслу) не будет иметь потенциал земли , поэтому держите его защищенным от всего, что может закоротить его на землю или от персонала.
Остерегайтесь обратной связи по земле в цепи затвора
Новое в ноябре 2014 г .: проблема контуров заземления теперь полностью освещена на этой странице. Проверьте это!
Это часто является причиной ложной работы. Иногда это называется проблемой контура заземления, люди, использующие эту номенклатуру, часто являются аудиологами, пытающимися избавиться от гула от усилителей, которые улавливают тактовую частоту переменного тока (60 Гц в США). Проблема в том, что касается усилителей, заключается в следующем: если не позаботиться о разделении обратных путей источника питания, небольшие падения напряжения в общем обратном канале затвор / сток (возможно, 100 мВ) повлияют на напряжение между затвором и истоком.Полевые транзисторы — это источники тока с регулируемым напряжением, небольшая ошибка в напряжении затвор-исток может нанести серьезный ущерб току стока.
Последовательность подачи питания
Большинство инженеров знают об этом, но было бы полезно пересмотреть это. Вероятно, вам следует следовать инструкциям производителя по смещению усилителей мощности. Но что происходит, если у вас более одного усилителя, и они от разных поставщиков? Не паникуйте!
полевых транзисторов являются устройствами режима истощения, и обычно требуется напряжение затвора от -1 до -2 вольт, чтобы ток стока не превышался.Эмпирическое правило состоит в том, что вы должны сначала повернуть ворота вверх (до рабочей точки или ближе к точке защемления).
Тогда при выключении усилка обязательно выключите сток перед затвором.
На практике вам может сойти с рук игнорирование этой последовательности (возможно, вы планируете отключить оба источника питания «одновременно», чего на самом деле не произойдет, если учесть, что это означает в микросекундном масштабе), но это хорошая практика — следовать Это.
На днях мы обсудим схемы упорядочивания и блокировки питания.
Пределы тока источника питания
Если что-то пойдет не так с усилителем мощности, вы можете свести к минимуму побочный ущерб, установив предел тока источника питания стока не более, чем вы ожидаете, что ИУ будет потреблять, когда оно приводится в состояние насыщения. И когда вы включаете по одному усилителю за раз, вы можете подумать о соответствующем ограничении тока стока.
Предел тока затвора может быть намного ниже, возможно, 100 мА — хорошая практика. Если что-то пойдет не так, не нужно пропускать усилитель через крошечный след и расплавлять его.
Переходные процессы питания
Когда вы щелкаете выключателем на источнике питания, как узнать, что происходит на выходных клеммах? Например, вы могли тщательно отрегулировать напряжение на -1,25 вольта для своего затвора, и вы нажимаете переключатель … может быть, он подскакивает до +20 вольт всего на несколько миллисекунд, чего вы не заметите, если будете контролировать его с помощью вольтметра. . Но ваш усилитель заметит это, и он вполне может быть поврежден (риск будущего надежности или низкая производительность) или может сразу взорваться.Вы можете подумать: «Я никогда не буду включать и выключать блок питания». Но как насчет отключения электроэнергии? Вам нужно спланировать такую возможность, если вам не нравится получать результаты с поля… Как вы можете быть уверены в том, что делает ваш блок питания? Единственный способ — изучить фактический переходный процесс с помощью оцифровывающего осциллографа с памятью трассировки и потратить несколько часов на то, чтобы убедить себя, что вы уловили проблему. Кроме того, вы должны учитывать, что только потому, что сам источник питания не генерирует переходный процесс, вы можете получить один из тестовых проводов в ответ на LdI / dt, быстрое изменение тока на катушке индуктивности всегда создает напряжение и закон Мерфи говорит, что это будет наихудшая полярность.Вы можете смоделировать это в SPICE, если вам нравится этот тип математических задач…
Обход подачи
Существует как минимум три способа смягчения переходных процессов источника питания. Первый — это установка конденсаторов большой емкости на блоки питания, если вам нужно их включить или выключить. Крышки должны быть десятками микрофарад, чтобы они могли пропить весь переходный процесс.
Добавить цепи монтировки (или регуляторы)
Второй метод заключается в установке полупроводникового зажима на напряжение, такого как триристор, стабилитрон или цепь SCR.У нас нет опыта, чтобы точно сказать вам, как это делается, вы здесь сами по себе. Если вы дали регуляторы напряжения в SSPA, у вас есть отличная защита. Вам нужна еще одна причина для использования регуляторов напряжения в вашем дизайне?
Добавить переключатели
Вот что мы предлагаем для лабораторной демонстрации. Установите набор переключателей между SSPA и лабораторными принадлежностями. Включите расходные материалы перед тем, как переключить эти переключатели, и выключите переключатели, прежде чем отключать расходные материалы.Конечно, вам придется не забывать переключать переключатели в правильном порядке, и вы имеете честь сообщить об этом. Если у вас нет правила запрета разговоров в лаборатории, и второй инженер всегда внимательно следит за вами, когда вы включаете SSPA, и у вас нет сбоя питания, эта линия защиты не гарантируется.
ESD
Электростатический разряд часто является причиной отказов полупроводниковых усилителей мощности. Ваша первая линия защиты — влажность окружающей среды в помещении … если вы сможете поддерживать ее на уровне 50% или около того, скорее всего, вы не убьете устройства.Но лучше перестраховаться.
Всегда носите браслет
Всегда проверяйте заземление браслета (для этого продаются звуковые детекторы). Если возможно, настройте защиту от электростатического разряда в свой дизайн. Можете ли вы добавить заземленный четвертьволновый шлейф к ВЧ клеммам? ОУР вряд ли переживет это.
SSPA, особое внимание
Вы когда-нибудь задумывались, что балансировка усилителя мощности может сделать его менее восприимчивым к нагрузке? Об этом читайте здесь.
Отправьте нам У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.Ваши предложения и замечания пожалуйста!
.