Что такое двухполярный источник питания. Как работает двухполярный блок питания. Для чего нужны двухполярные источники питания. Какие бывают схемы двухполярных блоков питания.
Что такое двухполярный источник питания
Двухполярный источник питания — это устройство, которое вырабатывает два напряжения разной полярности относительно общей точки (земли). Обычно это положительное и отрицательное напряжение одинаковой величины, например +12В и -12В. Такие источники питания широко применяются в электронике для питания операционных усилителей, аудиоусилителей и других устройств.
Основные особенности двухполярных источников питания:
- Имеют три выходных клеммы: положительное напряжение, отрицательное напряжение и общий провод (земля)
- Обеспечивают симметричное питание относительно земли
- Позволяют получить большее суммарное напряжение между крайними клеммами
- Упрощают построение схем с операционными усилителями
Принцип работы двухполярного блока питания
Типовая схема двухполярного блока питания включает следующие основные элементы:
- Трансформатор с отводом от середины вторичной обмотки
- Выпрямительные мосты или диоды для каждого полюса
- Сглаживающие конденсаторы
- Стабилизаторы напряжения положительной и отрицательной полярности
Принцип работы заключается в следующем:
- Трансформатор понижает сетевое напряжение до нужного уровня
- Выпрямители преобразуют переменное напряжение в пульсирующее постоянное
- Конденсаторы сглаживают пульсации
- Стабилизаторы обеспечивают постоянство выходного напряжения при изменении нагрузки
За счет отвода от середины вторичной обмотки трансформатора получаются два одинаковых по модулю, но противоположных по знаку напряжения относительно общей точки.
Виды двухполярных источников питания
Двухполярные блоки питания можно классифицировать по нескольким признакам:
По типу стабилизации:
- Линейные — используют линейные стабилизаторы напряжения
- Импульсные — работают на высокой частоте, более эффективны
По выходному напряжению:
- Фиксированные — выдают постоянное напряжение, например ±12В
- Регулируемые — позволяют изменять выходное напряжение в определенных пределах
По мощности:
- Маломощные — до 10-20 Вт
- Средней мощности — до 100-200 Вт
- Мощные — свыше 200 Вт
Применение двухполярных источников питания
Двухполярные блоки питания широко используются в различных областях электроники и приборостроения:
- Питание операционных усилителей и аналоговых микросхем
- Аудиотехника — усилители мощности, предусилители
- Измерительное оборудование
- Системы автоматики и управления
- Лабораторные источники питания
- Увеличение динамического диапазона сигналов
- Симметричная обработка положительных и отрицательных сигналов
- Упрощение схемотехники аналоговых устройств
- Снижение уровня шумов и наводок
Схемы двухполярных блоков питания
Существует множество схем двухполярных источников питания. Рассмотрим несколько типовых вариантов:
Простейшая схема на трансформаторе с отводом
Это базовая схема, которая содержит:
- Трансформатор с отводом от середины вторичной обмотки
- Два диодных моста
- Четыре электролитических конденсатора
- Два стабилизатора напряжения (78XX и 79XX)
Такая схема позволяет получить стабилизированное двухполярное напряжение, например ±12В или ±15В при токе до 1-2А.
Регулируемый двухполярный блок питания
Для получения регулируемого напряжения используются:
- Переменные резисторы в цепи обратной связи стабилизаторов
- Регулируемые интегральные стабилизаторы LM317/LM337
- ШИМ-контроллеры в импульсных схемах
Это позволяет плавно изменять выходное напряжение в широких пределах, например от ±1.2В до ±30В.
Защита двухполярных источников питания
Для повышения надежности и безопасности двухполярные блоки питания оснащаются различными видами защиты:
- От короткого замыкания — ограничение выходного тока
- От перегрузки — отключение при превышении максимального тока
- Тепловая защита — отключение при перегреве
- От неправильной полярности подключения нагрузки
- Защита от перенапряжения на выходе
Какие элементы используются для реализации защиты? Основные варианты:
- Самовосстанавливающиеся предохранители
- Электронные ключи на полевых транзисторах
- Супрессоры и TVS-диоды
- Схемы контроля тока и напряжения на микроконтроллерах
Особенности конструкции двухполярных блоков питания
При разработке и изготовлении двухполярных источников питания нужно учитывать ряд важных моментов:
- Симметричность плеч — напряжения должны быть максимально одинаковыми по модулю
- Развязка каналов — минимизация взаимного влияния положительного и отрицательного выходов
- Экранирование и фильтрация — для снижения уровня помех и наводок
- Охлаждение силовых элементов — особенно для мощных блоков питания
- Выбор качественных компонентов с запасом по напряжению и току
Соблюдение этих правил позволяет создать надежный и качественный двухполярный источник питания для различных применений.
Категория: Источники питания Этот источник выполнен по простой схеме и может быть изготовлен, практически, за один вечер (при наличии всех необходимых компонентов). Он вырабатывает двуполярное напряжение от ±2В до ±20 В, регулировка раздельная в каждом канале. Ток до 1 А на канал. Коэффициент стабилизации не ниже 100, напряжение пульсаций при максимальном напряжении, при токе 1 А не более 200 мВ. Есть защита по току, которая срабатывает при токе более 1,2 А и отключает выход. После снятия перегрузки по выходу схема восстанавливается автоматически. В качестве основы служит выходной трансформатор кадровой развертки ТВК 110Л1 от старых ламповых телевизоров, все вторичные обмотки которого перемотаны. В статье даются рекомендации о том, как повысить максимальное выходное напряжение и ток, если использовать другой, более мощный, трансформатор. Принципиальная схема источника показана на рисунке 1. Новая вторичная обмотка ТВК состоит из двух секций, совершенно одинаковых, включенных последовательно. Между крайними концами вторичной обмотки включен выпрямительный мост VD1-VD4. Совместно с отводом от средней части вторичной обмотки он образует двухполупериодный двуполярный выпрямитель. Пульсации сглаживаются конденсаторами СЗ и С4. Затем следуют два разнополярных стабилизатора напряжения. На элементах R1-VD5-VD6 и R2-VD7-VD8 выполнены предварительные параметрические стабилизаторы. Их выходные напряжения регулируются переменными резисторами R3 и R4 для каждого канала отдельно. Затем следуют разнополярные усилители постоянного тока, выполненные на транзисторах VT1-VT2 и VT3-VT4. Выходные напряжения усилителей точно равны напряжениям на движках переменных резисторов. Система защиты от перегрузки по току построена на диодах. Цепочки из диодов и резисторов VD11-R5 и VD12-R6 ограничивают ток нагрузки. Максимальный ток ограничения зависит от сопротивления резистора R5 (или R6 для другого канала). Диоды VD9 и VD10 служат для дополнительной защиты от короткого замыкания в цепи нагрузки. При коротком замыкании разница в напряжении между коллектором VT1 (или VT4, для другого канала) и базой VT2 (или VT3) становится достаточной для открывания диода, что приводит к принудительному понижению напряжения на базе VT2 (VT3) и, как следствие, к закрыванию регулировочного транзистора (VT1 или VT4). |
| Поделитесь с друзьями ссылкой на схему: |
Двухполярный блок питания постоянного напряжения 5,12 и 15 вольт
Что такое двухполярный блок питания и для чего он нужен? Для корректной работы любой электронной схемы требуется хороший источник питания.
Если говорить о аудио устройствах, то они чаще всего получают питание от регулируемых БП постоянного тока. Но некоторые схемы используют двухполярные блоки питания: положительная цепь (+ V), заземляющая (GND) и отрицательная (-V).
Содержание
- Для чего нужен двухполярный блок питания
- Принципиальная схема двойного блока питания 5 В
- Принципиальная схема двойного блока питания 12 В
- Принципиальная схема двойного блока питания 15 В
- Обязательные компоненты
- Конструирование и работа
- Стабилизаторы напряжения
- Пояснение к применению
Эта статья поможет вам построить схему двухполярного блока питания с использованием понижающего трансформатора и линейных регуляторов напряжения. Для большинства электронных схем и устройств необходимо, чтобы диапазон напряжения постоянного тока составлял 5, 12 и 15 Вольт. Поэтому мы здесь представляем вам три типа схем двойного источника питания, обозначенных как:
- Схема двойного питания 5 Вольт
- Схема двойного источника питания 12 В
- Схема двойного питания 15 Вольт
Все схемы имеют индивидуальный понижающий трансформатор и регуляторы напряжения, при необходимости можно включить светодиодный индикатор.
Принципиальная схема двойного блока питания 5 В
Принципиальная схема двойного блока питания 12 В
Принципиальная схема двойного блока питания 15 В
Обязательные компоненты
- Понижающий трансформатор — отвод со вторичной обмотки 6 или 15 или 20 вольт переменного напряжения в зависимости от ваших потребностей
- Модуль мостового выпрямителя или (4 диода 1N4007)
- Конденсатор 1000 мкФ = 2, 10 мкФ = 2, 0,1 мкФ = 2 (диапазон напряжения зависит от выходного напряжения схемы)
- Линейный стабилизатор постоянного напряжения IC ( 78XX = положительный), (79XX = отрицательный) выбор диапазона напряжения зависит от ваших потребностей.
Конструирование и работа
Каждый двухполярный блок питания из трех, схемы которых представлены выше, имеют конструкцию и принцип работы одинаковый, но характеристики компонентов меняются только в зависимости от диапазона выходного напряжения. Понижающий трансформатор снижает амплитуду входного переменного напряжения с 220 В до 6-0-6 В или 15-0-15 В или 20-0-20 В в соответствии от его спецификации.
Низковольтное питание переменного тока от вторичной обмотки трансформатора подается в модуль мостового выпрямителя (1N4007 X 4). Затем выходное выпрямленное постоянное напряжение фильтруется с помощью фильтрующих конденсаторов C1 и C2. А именно, конденсатор C1 во всей схеме фильтрует положительную цепь, а конденсатор C2 фильтрует отрицательную.
Стабилизаторы напряжения
Стабилизатор напряжения 78XX отвечает за регулирование положительной стороны напряжения постоянного тока, а 79XX контролирует отрицательную цепь постоянного напряжения. Расположение выводов этих двух микросхем напряжения и схема соединения, проиллюстрирована на картинке выше.
Конденсаторы C3, C4 в выходной цепи устраняют любые колебания в питании постоянного тока, а конденсаторы C5, C6 удаляют высокочастотные пульсации, если они есть на положительной и отрицательной стороне выхода постоянного тока. Общая точка заземления берется непосредственно от центрального отвода трансформатора (0) и действует как клемма заземления (GND) для выхода питания +V и -V постоянного тока.
Пояснение к применению
Некоторые аудио усилители, операционные усилители и усилители мощности требуют именно двухполярный блок питания.
Также, для управления направлением двигателя постоянного тока низкого напряжения мы можем использовать эти схемы двухполярного блока питания. Выберите номинал тока трансформатора и диода в зависимости от ваших потребностей.
Что такое биполярный (четырехквадрантный) блок питания?
Что такое биполярный (четырехквадрантный) блок питания? — Центр знаний технической поддержки открыт Этот контент не может отображаться без JavaScript.
Включите JavaScript и перезагрузите страницу.
Начало загрузки..
сохранить Сохранить
Оперативные руководства
Резюме
Объяснение того, что такое четырехквадрантный источник питания постоянного тока и чем он отличается от более простых конструкций.
Описание
Что такое биполярный (четырехквадрантный) блок питания?
Что такое биполярный (четырехквадрантный) блок питания?
Чтобы ответить на этот вопрос, нам нужно начать с основного определения соглашений о полярности. На рис. 1 представлена простая схема источника питания (двухполюсник) со стандартной полярностью напряжения и тока. Стандартный блок питания обычно является источником питания. Для подачи питания ток должен протекать от клеммы положительного напряжения. Большинство источников питания получают энергию таким образом, обеспечивая положительное выходное напряжение и положительный выходной ток. Это известно как однополярный источник питания, потому что он обеспечивает напряжение только с одной полярностью. По соглашению термин «полярность» обычно относится к полярности напряжения (а не к направлению тока).
Если ток течет на клемму положительного напряжения, источник питания потребляет ток и действует как электронная нагрузка — он поглощает и рассеивает энергию, а не генерирует ее.
Большинство блоков питания этого не делают, хотя многие блоки питания Keysight могут потреблять некоторый ток, чтобы быстро снизить выходное напряжение, когда это необходимо, — это известно как функция понижающего программирования — дополнительную информацию см. в этом сообщении:
http://powersupply .blogs.keysight.com/2012/03/if-you-need-fast-rise-and-fall-times.html
Для полного определения выходного напряжения и тока источника питания используется декартова система координат. Декартова система координат просто показывает два параметра на перпендикулярных осях. См. рис. 2. По соглашению четыре квадранта системы координат определяются, как показано на рисунке. Римские цифры обычно используются для обозначения квадрантов. Для источников питания напряжение обычно отображается по вертикальной оси, а ток по горизонтальной оси. Эта система координат используется для определения допустимых рабочих точек для данного источника питания. График границы, окружающей эти действительные рабочие точки в системе координат, известен как выходная характеристика источника питания.
Как упоминалось ранее, некоторые блоки питания являются однополярными (выдают выходное напряжение только с одной полярностью), но могут подавать и потреблять ток. Эти источники питания могут работать в квадрантах 1 и 2, поэтому их можно назвать двухквадрантными. В квадранте 1 источник питания будет источником питания с током, вытекающим из клеммы с более положительным напряжением. В квадранте 2 источник питания будет потреблять мощность (втекающий ток), при этом ток будет течь на клемму с более положительным напряжением.
Некоторые источники питания могут обеспечивать положительное или отрицательное напряжение на своих выходных клеммах без необходимости переключения внешней проводки на клеммы. Эти источники обычно могут работать во всех четырех квадрантах и поэтому называются четырехквадрантными источниками питания. Другое их название — биполярные, поскольку они могут создавать положительное или отрицательное напряжение на своих выходных клеммах. В квадрантах 1 и 3 биполярный источник питания является источником питания: ток течет от клеммы с более положительным напряжением.
В квадрантах 2 и 4 биполярный источник питания потребляет мощность: ток течет в клемму с более положительным напряжением. См. рис. 3.
Keysight N6784A является примером биполярного источника питания. Он может подавать или потреблять ток, а выходное напряжение на его выходных клеммах может быть установлено положительным или отрицательным. Это блок источника/измерителя (SMU) мощностью 20 Вт с несколькими выходными диапазонами. См. рис. 4 для выходной характеристики N6784A.
Подводя итог, можно сказать, что биполярный или четырехквадрантный источник питания — это источник, который может обеспечивать положительное или отрицательное выходное напряжение, а также может создавать или потреблять ток. Он может работать в любом из четырех квадрантов вольтамперной системы координат.
Было ли это полезно?
| Не нашли то, что искали? |
Что такое биполярный источник питания? |Tech
Усилитель высокого напряжения (высоковольтный усилитель)
Усилитель высокого напряжения преобразует входное напряжение в сигнал высокого напряжения, как показано на рис. 1. В наши дни потребность в высоковольтных усилителях растет все больше и больше, и теперь они становятся незаменимым инструментом для исследований и разработок, экспериментов и интеграции в систему для таких областей, как электроника, физика, биохимическая и медицинская промышленность. Используя высоковольтные технологии, компания Matsusada Precision Inc. производит различные усилители высокого напряжения, отвечающие всем требованиям клиентов.
* У нас есть усилители, разработанные специально для электростатического патрона или PZT. Пожалуйста, обратитесь за подробностями к нашему торговому персоналу.
(рис. 1)Четырехквадрантный выходной диапазон
Усилитель высокого напряжения обычно оснащен функцией «приемника» для выходных токов, которая обеспечивает работу при постоянном напряжении независимо от типа нагрузки, будь то емкостная или проводящая.
(Рис. 2) Поскольку он дает быстрый отклик, это идеальный источник питания для приложений, требующих выхода переменного тока.
Высоковольтные усилители Matsusada Precision High Voltage относятся к биполярному типу и могут работать во всех четырех квадрантах. (область I, II, III и IV)
- Vomax: номинальное выходное напряжение
- Iomax: Номинальный выходной ток
Скорость нарастания
Чувствительность нашего высокоскоростного усилителя определяется скоростью нарастания (SR). Шаговая чувствительность нашего усилителя показана на рис. 3.
SR = ΔV/мкс
В случае меньшей выходной амплитуды время отклика сокращается. Серия AMP достигает максимума SR = 700 В/мкс.
(рис. 3)Время нарастания (ступенчатая характеристика)
Переходная характеристика может быть указана с временем нарастания. (рис.4) Обычно время нарастания отклика усилителя (= полоса пропускания) fc (Гц) определяется по приведенной ниже формуле.
тр ≒ 0,35/фк.
Время падения tf равно tr.
(рис. 4)Частотная характеристика
Отклик усилителей Matsusada Precision описывается как «полоса частот». При размахе выходного сигнала синусоидальной формы с номинальной резистивной нагрузкой размах выходного сигнала (амплитуда) уменьшается по мере увеличения входной частоты. Частотная характеристика в спецификации соответствует частоте fc, при которой размах выходного сигнала составляет 70% (-3 дБ). (рис. 5)
Если требуется четкая форма выходного сигнала, выберите усилитель высокого напряжения с достаточно широкой полосой пропускания по сравнению с требуемой частотой. Как правило, для синусоидального сигнала требуется в три-пять раз больше полосы частот, а для прямоугольного сигнала — примерно в 10 раз больше. В случае недостаточной полосы частот размах выходного сигнала должен быть уменьшен, а разность фаз будет большой, поэтому потребуются некоторые решения, такие как контроль формы выходного сигнала.
* Избегайте непрерывной подачи высокочастотного сигнала, который снижает выходную частоту усилителя. Усилитель выйдет из строя из-за увеличения внутренних потерь.
Емкостная нагрузка
При подключении к источникам питания емкостной нагрузки 100 пФ и более (включая паразитную емкость выходного провода) выходное напряжение может колебаться. В этом случае последовательно установите на выходе высоковольтное сопротивление от 100 Ом (при 0,1 мкФ) до 1000 Ом (при 1000 пФ). Обратите внимание, что полоса частот будет ограничена формулой, написанной на правом рисунке, когда усилитель используется с емкостной нагрузкой.
Кроме того, когда усилитель используется для таких целей, как коронный разряд, будет протекать ток, превышающий номинальный, что плохо повлияет на усилитель. В этом случае, а также во время использования усилителя с емкостной нагрузкой, установите выходное сопротивление и ограничьте ток.
* Избегайте непрерывной подачи высокочастотного сигнала, который снижает выходную частоту усилителя.
Усилитель выйдет из строя из-за увеличения внутренних потерь.
Важное примечание для использования всех возможностей высокоскоростного усилителя высокого напряжения
Выходной кабель усилителя высокого напряжения не экранирован. Если выходной кабель имеет некоторую паразитную емкость относительно земли (земля или металлические предметы), выходное напряжение будет синусоидальным или стопорным, и будет потребляться дополнительный ток. Поскольку этот ток потребляется параллельно нагрузке, может произойти следующее.
- Снижение скорости нарастания или частоты отклика
- Форма волны искажена или изменена
При наличии выходной паразитной емкости C ток утечки на C будет следующим.
Решение
Убедитесь в правильности подключения, чтобы максимально снизить паразитную емкость высоковольтного кабеля.
- Длина выходного кабеля должна быть как можно короче.
- Держите выходной кабель вдали от пола, столов или металлических предметов.
