Из однополярного в двуполярное схема. Двухполярное питание из однополярного: схемы и способы реализации — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Как получить двухполярное питание из однополярного источника. Какие схемы и компоненты используются для преобразования однополярного напряжения в двухполярное. Для каких устройств необходимо двухполярное питание.

Содержание

Что такое двухполярное питание и зачем оно нужно

Двухполярное питание — это система электропитания, при которой используются два напряжения противоположной полярности относительно общей точки (земли). Например, +12В и -12В относительно нуля.

Основные преимущества двухполярного питания:

Позволяет усиливать сигнал как в положительную, так и в отрицательную сторону без искажений
Снижает уровень пульсаций и помех
Необходимо для работы многих операционных усилителей и других аналоговых микросхем
Упрощает схемотехнику некоторых устройств

Двухполярное питание широко применяется в аудиотехнике, измерительных приборах, аналоговых схемах обработки сигналов и других областях.

Способы получения двухполярного питания из однополярного

Существует несколько основных методов преобразования однополярного питания в двухполярное:

1. С помощью трансформатора со средней точкой

Это классический способ, при котором используется трансформатор с отводом от середины вторичной обмотки. После выпрямления получаются два напряжения разной полярности относительно средней точки.

2. Делитель напряжения на резисторах

Простейший способ — разделить однополярное напряжение пополам с помощью резистивного делителя. Средняя точка делителя становится нулевым потенциалом. Недостаток — большие потери мощности на резисторах.

3. Преобразователь на операционном усилителе

Более эффективный вариант — использовать операционный усилитель для создания виртуальной «земли» в середине диапазона напряжений. ОУ поддерживает напряжение в средней точке равным половине входного.

4. Импульсный DC-DC преобразователь

Современное решение — применение специализированных микросхем импульсных преобразователей, которые формируют отрицательное напряжение из положительного. Например, микросхема TPS65133.

Схема делителя напряжения на резисторах

Рассмотрим простейшую схему получения двухполярного питания с помощью резистивного делителя:

«` «`

В этой схеме:

R1 = R2 — резисторы одинакового номинала
Средняя точка между резисторами становится «землей»
Относительно средней точки формируются напряжения +V/2 и -V/2

Недостатки такого решения:

Большие потери мощности на резисторах
Нестабильность при неравномерной нагрузке плеч
Малый выходной ток

Поэтому данная схема подходит только для маломощных устройств с небольшим потреблением тока.

Преобразователь на операционном усилителе

Более эффективное решение — использование операционного усилителя для формирования виртуальной «земли»:

«`

Принцип работы:

ОУ поддерживает на выходе напряжение, равное половине входного
Выход ОУ становится виртуальной «землей»
Относительно этой точки формируются +V/2 и -V/2

Преимущества:

Меньшие потери мощности
Более высокая стабильность при неравномерной нагрузке
Возможность получения большего выходного тока

Недостаток — необходимость питания самого ОУ, что усложняет схему.

Импульсный DC-DC преобразователь

Современное решение для получения двухполярного питания — использование специализированных микросхем импульсных преобразователей. Рассмотрим схему на базе микросхемы TPS65133:

«`text +5V | +-+ | | +++ C1| |10uF +++ | | | +—+——————+ | | | | +++ +++ | L1| |22uH | |C4 10uF | +++ +++ | | | | | +———+ | +——+—-| VIN | | | | | | +—-| FB+ FB-|—-+ | | | | | | TPS65133 | | | | | +—-| GND OUT+|—-+ | | | | OUT- GND|—-+ +———+ | | | +++ +++ C2| |10uF | |C3 10uF +++ +++ | | | | +5V -5V «`

Особенности данной схемы:

Входное напряжение: 2.9-5В
Выходное напряжение: стабильные ±5В
Высокий КПД преобразования — до 90%
Выходной ток до 250 мА на плечо

Частота преобразования 1.7 МГц

Это оптимальное решение для создания двухполярного питания в портативных устройствах, работающих от аккумуляторов.

Применение двухполярного питания

Двухполярное питание необходимо во многих электронных устройствах:

Аудиотехника (усилители, микшеры, процессоры эффектов)
Измерительные приборы (осциллографы, мультиметры)
Аналоговые схемы обработки сигналов
Схемы на операционных усилителях
Прецизионные источники опорного напряжения
Некоторые типы АЦП и ЦАП

Во всех этих устройствах двухполярное питание позволяет обрабатывать сигналы в полном динамическом диапазоне без искажений и смещения.

Заключение

Преобразование однополярного питания в двухполярное — важная задача при проектировании многих электронных устройств. Существует несколько способов её решения:

Простые пассивные схемы на резисторах — для маломощных устройств
Схемы на операционных усилителях — более эффективные, но сложнее

Специализированные импульсные преобразователи — оптимальное современное решение

Выбор конкретного метода зависит от требований к мощности, КПД, габаритам и стоимости устройства. В большинстве случаев оптимальным выбором будет использование готовых микросхем импульсных преобразователей, которые обеспечивают высокую эффективность при минимальном количестве внешних компонентов.

Однополярное питание в двуполярное схема

Не у каждого радиолюбителя есть возможность достать подходящую деталь, потому необходимо знать, чем можно её заменить. На помощь приходит знание электронной схемотехники. Приведена, как пример, простенькая схемка двухполярного блока питания на стабилитронах, которая хорошо иллюстрирует принцип получения двухполярного питания из однополярного. Начинающему радиолюбителю бывает сложно найти подходящий трансформатор для блоков питания, схем с усилителями или других схем, где требуется двухполярное питание. Приведён пример, классической схемы получения двухполярного блока питания из однополярного.

Поиск данных по Вашему запросу:

Однополярное питание в двуполярное схема

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам. ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Инвертор для усилителя с двухполярным питанием (теория)

однополярное питание

В предыдущих главах, например в этой , предполагалось, что ОУ имеет два напряжения питания — положительной и отрицательной полярности рис. При этом напряжения питания обычно выбираются равными по величине, а их средняя точка является землёй. Сигналы на входе и выходе при этом подаются и снимаются относительно земли.

Схема включения ОУ с двуполярным питанием. При однополярном питании ОУ необходимо использовать цепь смещения выходного напряжения так, чтобы выходные сигналы могли изменяться в максимально широком диапазоне, ограниченном нулём землёй и напряжением питания.

Кроме того, входные сигналы изменяются относительно потенциала земли, что эквивалентно подаче входных сигналов относительно шины отрицательного питания в схеме применения ОУ с двуполярным питанием. Необходимость преодоления этих проблем влечёт за собой некоторое усложнение схем применения ОУ с однополярным питанием.

Когда входной сигнал имеет постоянное смещение относительно земли рис. За исключением случая, когда это напряжение смещения используется для установления нужного постоянного напряжения на выходе ОУ, его приходится исключать из усиливаемого сигнала. Схема включения ОУ с двуполярным питанием и источником постоянного смещения на входе усилителя. На рис. В нём одинаковые постоянные напряжения от источников K REF являются синфазными и вычитаются друг из друга благодаря свойствам дифференциального усилителя.

Схема включения ОУ с двуполярным питанием и синфазным напряжением на входах. Когда сигнал подаётся относительно земли, при однополярном питании ОУ, как правило, не удаётся использовать схему включения ОУ с двуполярным питанием.

В схеме на рис. Что касается отрицательной фазы входного напряжения, то только немногие ОУ могут работать при нулевом потенциале входа. Схема включения ОУ с однополярным питанием и входным сигналом, подаваемым относительно земли. Главную сложность при конструировании схем на ОУ с однополярным питанием представляет необходимость учёта того обстоятельства, что входные сигналы, как правило, подаются относительно земли или содержат различную постоянную составляющую. Если не указано иное, все схемы на ОУ в этой главе являются схемами с одним напряжением питания.

Следует отметить, что с землёй может быть соединён как положительный, так и отрицательный полюс источника питания. Это обстоятельство не позволяет получать выходные напряжения отрицательной полярности.

Вместе с тем инвертирующий усилитель может работать с отрицательными входными сигналами, когда выходные сигналы имеют положительную полярность. Следует быть внимательным при работе с отрицательными положительными входными напряжениями при питании ОУ от источника положительной отрицательной полярности.

Дело в том, что входы ОУ, как правило, очень чувствительны к пробою при обратном напряжении смещения. Особое внимание необходимо уделять условиям включения схем: необходимо, чтобы входы ОУ не оказались при этом под воздействием напряжения иной полярности, чем напряжение питания. Метки:: Однополярное питание , Операционный усилитель. Практически все современные ОУ рассчитаны на работу с однополярным питанием. Из очень распространенных и недорогих — LM, LM Обращайте внимание, если требуется, на наличие rail-to-rail.

Заходите на сайт любого именитого производителя например , открываете сайт местечкового радиомагазина и выбираете по функционалу и цене…. Как будто политик статью писал, прошелся по фактам, сказал что есть сложности и на этом всё. Никаких примеров и практических решений.

Подписка на RSS. Карта сайта О сайте. Схемы, платы, код Однополярное питание ОУ Однако… Однако в современной портативной аппаратуре с батарейным питанием это неудобно. Обзор браузеров для Интернета. Ваш отзыв Отменить. Поиск по сайту. Войти Имя пользователя. Запомнить меня.

Однополярное питание усилителя на TDA2030

Собрал тут схему в мультисиме. Получил результат, как на картинке. И меня немного смутило: тут разве не будет срезана нижняя часть выходного сигнала со второго усилителя он зелёный? Вследствие однополярного питания ОУ.

Из двухполярного сигнала в однополярный и в цифру Двухполярное напряжение питания присутствует. АЦП нужен 12 бит. Сергей К · , Первая схема инветирует входной сигнал. Вторая, если.

Двухполярное питание из однополярного схема скачано 16508 раз

Обратились недавно ко мне с вопросом. Есть схема с операционным усилителем. ОУ питается однополярным положительным напряжением. Но в схеме присутствует отрицательное напряжение, которое через резисторы подается на на вход ОУ. Вопрос: как и почему оно работает? Разве для работы с отрицательными напряжениями не надо ли питать операционник от двуполярного источника напряжения? Первая — источник высокого отрицательного напряжения для питания ФЭУ , вторая — предварительный усилитель того самого ФЭУ.

Получаем двухполярное питание из однополярного. Схема на LM358

Радиоэлектронные конструкции на ОУ можно питать как от однополярного, так и двуполярного источников питания. Лучшие результаты работы конструкции получаются при их питании от двуполярного источника. Поэтому рассмотрим практическую схему двуполярного источника питания. Источник питания собран на дискретных элементах и состоит из двух однотранзисторных стабилизаторов напряжения, подобных тем, которые были использованы в схеме блока питания, рассмотренной в разделе 9, рис. Схема двуполярного источника питания приведена на рис.

Перейти к содержимому. Отправлено 07 September —

Двухполярное питание из однополярного, или создание средней точки

Для работы многих схем с использованием операционных усилителей часто требуется двухполярное питание , или однополярное со средней точкой , что почти одно и то же. Источники двухполярного питания распространены гораздо меньше, чем однополярные. Для питания схем с незначительным потреблением порядка нескольких миллиампер можно использовать однополярный источник с созданием средней точки с помощью простого резистивного делителя и фильтрующих конденсаторов, рисунок 1. Такой вариант создания двуполярного питания из однополярного характеризуется ощутимыми потерями в схеме и низкой стабильностью, поскольку при неравномерной нагрузке плеч, бОльшая нагрузка будет подтягивать среднюю точку к своему плечу. Подобные схемы могут пригодиться при опытах с операционными усилителями. В схеме варианта б подстроечным резистором R3 можно корректировать уровень напряжения средней точки.

Двуполярный нерегулируемый источник питания из однополяного

Еще схема sxematube — трехканальный усилитель УМЗЧ с сабвуфером — ru-clip. Попросили собрать два усилителя на базе TDAa с однополярным питанием. Моя страничка с разными модулями: besplatka. Searches related to однополярное питание. Преобразователь однополярного напряжения в двухполярное.

использовать двуполярку вместо стандартного однополярного питания. Если схема имеет КУ=4,например, и подаешь мВ.

Источник двухполярного питания из однополярного

Однополярное питание в двуполярное схема

Зачастую, источники двухполярного питания обладают неизменяемым напряжением на выходе. Стремление малыми затратами из нерегулируемого двухполярного источники питания сконструировать регулируемый лабораторный блок питания обычно не к чему хорошему не приводит, так как это ведет к дисбалансу выходных напряжений по амплитуде противоположных полярностей. Существует также вариант, когда к однополярному блоку питания прибавляют электронный узел, который формирует отрицательное напряжение из положительного. Но данный вариант двухполярного источника так же имеет дисбаланс противоположных напряжений и не позволяет использовать в блоках питания с плавной регулировкой выходного напряжения.

Академия Гитарной Электроники: Однополярное\двуполярное Питание — Академия Гитарной Электроники

ВИДЕО ПО ТЕМЕ: ДВУХПОЛЯРНОЕ ПИТАНИЕ ИЗ ОДНОПОЛЯРНОГО СВОИМИ РУКАМИ

Автор: Beshenyi Город: Житомир, Украина. Питание усилителя низкой частоты на TDA однополярным источником питания. К написанию этой статьи, меня толкнуло следующее. Данная микросхема является высококачественным усилителем низкой частоты мощностью 15Вт на нагрузке 4 Ома. Из личного опыта добавлю, что схема легко повторяется, и при исправных деталях запускается сразу, не боится КЗ по выходу и нормально переносит перегрев.

В этой статье расскажем о делители однополярного напряжения в двухполярное и о его характеристике.

Русский: English:. Бесплатный архив статей статей в Архиве. Справочник бесплатно. Параметры радиодеталей бесплатно. Даташиты бесплатно. Прошивки бесплатно.

Двухполярное питание из однополярного. Двухполярное питание из однополярного для портатива на TPS65133

20.09.2014
Общие сведения об электропроводках Электропроводкой называется совокупность проводов и кабелей с относящимися к ним креплениями, поддерживающими и защитными конструкциями. Скрытая электропроводка имеет ряд преимуществ перед открытой: она более безопасна и долговечна, защищена от механических повреждений, гигиенична, не загромождает стен и потолков. Но она дороже, и ее труднее заменить при необходимости. …
27.09.2014
На основе К174УН7 можно собрать не сложный генератор с 3 под диапазонами: 20…200, 200…2000 и 2000…20000Гц. ПОС определяет частоту генерируемых колебаний, она построена на элементах R1-R4 и С1-С6. Цепь отрицательной ОС уменьшающая нелинейные искажения сигнала и стабилизирующая его амплитуду образована резистором R6 и лампой накаливания Н1. При указных номиналах схемы …
23.09.2014
Назначение: на основе предложенной схемы можно собрать уст-во которое будет считать прохожих, включать свет при проходе через дверь, охранную сигнализацию и тому подобное. Излучатель ИК VD4 на АЛ147А (он установлен в пультах ДУ ТВ типа 4-УСЦТ) излучает сигнал промодулированный импульсами 1000Гц. Генератор — источник импульсов выполнен на VT2 VT3. Частота …
05.10.2014
Источник вырабатывает двух полярное напряжение от 5 до 17В при токе нагрузке до 20А, при этом уровень пульсации 1 В при 17В установленном напряжении и токе на нагрузке 20А. Напряжение с трансформатора поступает на однополупериодные выпрямители на VD1-VD3 и С1-С3. Параллельное включение 3-х диодов необходимо для уменьшения рассеивающей мощности. Конденсаторы …
27.01.2017
KA78RXXC — линейка стабилизаторов с выходными напряжениями 3,3В, 5В, 9В, 12В и 15В и выходным током до 1 А. Стабилизаторы имеют малое падение напряжения 0,5 В и функцию отключения. Технические характеристики: Выходное напряжение (мин. / номин. / макс.): KA78R33C — 3.22 / 3.3 / 3.38 В KA78R05C — 4.88 / …

Зачастую для работы многих схем требуется двухполярное напряжение питания — однополярное с средней точкой. Т.е. когда за «Землю» принимается не минусовой вывод источника питания, а ровно половина выходного напряжения. Тогда получается относительно земли два напряжения +U и -U равной, по модулю величины.

Характерной особенностью правильного двухполярного источника питания является равные величины без знака +U и -U ВСЕГДА — если посмотреть двухлучевым осциллографом форму выходных напряжения, то пульсации сетевой частоты, а она всегда есть в реальном источнике питания, симметричны. Под влиянием недостаточной фильтрации пульсаций при увеличении +U, на столько же уменьшается и -U, для выполнения условия модуль(+U) = модуль(-U). После выше изложенного у вас закрался ответ на вопрос, зачем применяют двухполярные источники питания?

Ответ прост — для устранения влияния пульсаций питающего напряжения. Как бы мы не пытались спроектировать хороший фильтр с максимальныи КПД, сглаживающий пульсации после выпрямителя, например увеличением номиналов электролитических конденсаторов, применением активных фильтров на транзисторах, существуют устройства, для которых полученные значения уровня пульсаций все равно не приемлемы. Например приемники прямого преобразования, в состав которого входит усилитель низкой частоты с коэффициентом усиления ~ 100000, т.е. на его вход подается сигнал с уровнем ~ 1..10мкВ.

Типичным потребителем двухполярного напряжения питания являются операционные усилители. Правда их можно включить в схему и из однополярным напряжением питания, но в этом случае теряются приемущества двухполярного. В любом даташите на ОУ можно найти параметр «Supply-voltage rejection ratio», значение которое находится в пределах обычно 80 .. 100 дБ. Выражает соотношение изменение напряжение питания к изменению напряжения на выходе ОУ, выраженное в децибелах. Проще говоря коэффициент подавления пульсаций напряжения питания. Коэффициент подавления пульсаций фильтра однополярного источника питания значительно ниже.

Собственно схема преобразования однополярного напряжения в двухполярное представлена ниже. Это один из возможных вариантов. Популярна так же схема с двумя диодными мостами и одной вторичной обмоткой трансформатора. Но в моем устройстве трансформатор вынесен из корпуса, и на вход подается уже выпрямленное напряжение, так что…

Транзисторы Q1 и Q2 BD139 BD140 следует заменить на другие с достаточным коэффициентом уситения по току h31э. Я применил BDX33 BDX34 дарлингтона с значением 750. Операционный усилитель можно применять практически любой. Например LM358. В данном случае я применил который валялся под рукой — NE5532. Он сдвоенный, как видно из схемы. Триммером RV1, который должен быть многооборотным, выставляем половину напряжения питания.

Простой двухполярный блок питания схема:

Начинающему радиолюбителю бывает сложно найти подходящий трансформатор для блоков питания, схем с усилителями или других схем, где требуется двухполярное питание. Приведён пример, классической схемы получения двухполярного блока питания из однополярного. Сразу следует отметить, что я не пробовал запускать эту схему, а привёл её, потому что используемое решение довольно оригинальное, и простое в реализации (номиналы элементов вам следует выбирать самостоятельно).

Рисунок №1 – Схема двухполярного бока питания

Это довольно простая схема, она дает возможность получить положительный и отрицательный полюс питания от трансформатора имеющего только одну вторичную обмотку (один двухполупериодный мостовой выпрямитель, или от однополярного источника питания). Решение довольно простое, два стабилитроны в паре обеспечивают разделение напряжения нужно только заземлить их центральную точку (конденсатор, выступающий в роле фильтра не должен быть заземлен). Схема простая в реализации, дешёвая и доступная хотя и имеет свои недостатки.

Существует также вариант, когда к однополярному блоку питания прибавляют электронный узел, который формирует отрицательное напряжение из положительного. Но данный вариант двухполярного источника так же имеет дисбаланс противоположных напряжений и не позволяет использовать в блоках питания с плавной регулировкой выходного напряжения.

В данной статье приводится еще один оригинальный вариант двухполярное питание из однополярного имеющий право на существования. Это приставка – , построенная на операционном усилителе LM358, к обычному однополярному источнику питания, которая позволяет получить полноценное двухполярное напряжение на выходе.

В качестве источника входного напряжения может выступать любой блок питания с напряжением 7…30 вольт, причем на выходе будет получено напряжение 3…14,5 вольт.

В процессе работы, данный делитель не искажает выходные параметры однополярного источника питания. Данная приставка-делитель может выдержать нагрузку до 10 ампер, не искажая напряжение, как по положительному, так и по отрицательному каналу. Например, если в отрицательной цепи двухполярного источника питания подключена нагрузка с током потребления 9 ампер, а в положительной 0,2 ампер, то разница между отрицательным и положительным напряжением будет менее 0,01 вольта.

Следует заметить, что только наличие регулятора в однополярном блоке питания может обеспечить изменение выходного в двухполярном, в противном случае регулировка будет невозможна.

Описание приставки-делителя однополярного напряжения в двухполярное

(DA1) замеряет разность потенциалов между общим проводом и средней точкой делителя напряжения, собранного на сопротивлениях R1, R2, R3. При изменении данной разницы ОУ LM358 приводит к стабилизации выходного напряжения, уменьшая его или увеличивая.

Когда на схему подано входное напряжение, емкости С1 и С2 заряжаются половинным напряжением питания. При сбалансированной нагрузке, данные напряжения и будут выходным напряжением двухполярного источника питания.

Теперь проанализируем ситуацию, когда к выходу двухполярного блока питания подсоединена несбалансированная нагрузка, к примеру, сопротивление нагрузки в положительной цепи значительно ниже сопротивления нагрузки подсоединенной к отрицательной цепи.

Поскольку к емкости С1 параллельно подсоединена нагрузка (диод VD1 и небольшое сопротивление нагрузки), то емкость С2 будет заряжаться как через конденсатор С1 так и через выше обозначенную цепь (диод VD1 и небольшое сопротивление нагрузки).

По этой причине, заряд конденсатор С2 будет происходить большим напряжением чем конденсатор С1, а это приведёт к тому, что отрицательное напряжение будет выше положительного. На общем проводе напряжение увеличится относительно средней точки делителя напряжения R1, R2, R3, где напряжение равно 50% от входного.

Это способствует возникновению отрицательного напряжения на выходе ОУ LM358 относительно общего провода. В итоге открываются транзисторы VT2 и VT4 и аналогично электроцепи «диод VD1, небольшое сопротивление нагрузки» в положительной электроцепи, шунтирует емкость С2 в отрицательной цепи, что приводит к сбалансированности токов обоих цепей (положительной и отрицательной)

Аналогично, транзисторы VT1, VT3 откроются, если произойдет нарушение баланса нагрузки в сторону отрицательного напряжения.

В эру портативной электроники все острее встает вопрос о питания переносных девайсов. Особую сложность представляет двухполярное напряжение питания, необходимое например в портативном усилителе для наушников. Сегодняшнее развитие электроники позволяет преодолеть данную проблему. Рассмотрим как сделать двухполярное питание из однополярного на микросхеме TPS65133.

Варианты двухполярного питания для портатива

Конечно для двухполярного питания в портативе можно воспользоваться двумя аккумуляторами. Но это приведет к дополнительным сложностям с их зарядкой, а также к расбалансу плеч по мере старения аккумуляторов.

Более продвинутый вариант сделать двухполярное питание из однополярного — использовать или любой другой. Но и тут есть проблема. при разряде аккумулятора, вслед за положительным напряжением будет падать и отрицательное. Т.е. при заряженном аккумуляторе питание будет ±4.2, а при разряженном ±3 В или еще меньше.

И тут на помощь приходят SEPIC преобразователи. Не будем углубляться в теорию процесса преобразования — это тема отдельной статьи. А пока рассмотрим преобразователь однополярного напряжения в двухполярное на TPS65133.

Двухполярное питание из однополярного на микросхеме TPS65133

Главным достоинство этого преобразователя является то, что выходное напряжение составляет ±5В независимо от входного напряжения, которое может быть от 2.9 до 5 вольт (допустимо подавать до 6 вольт). Т.е. микросхема создана для непосредственного использования с 3.6 вольтовыми аккумуляторами. Но никто не запрещает запитать ее от usb или блока питания.

Частота преобразования тут 1.7МГц. Для аудио устройств это отличный вариант. При этом, для работы не требуется использование трансформаторов, которые нужны в большинстве SEPIC конвертеров. Для преобразования требуется только индуктивность которая, благодаря столь высокой частоте, достаточно мала.

Схема преобразователя однополярного напряжения в двухполярное на TPS65133 выглядит следующим образом:

Конденсаторы желательно устанавливать танталовые. Так же будет не лишним поставить дополнительно конденсаторы по 0.1 мкФ для фильтрации ВЧ-помех.

Что касается такого параметра как выходной ток, то тут все очень хорошо. Выходной ток может достигать 250 мА на плечо. Производитель заявляет, что при выходном токе от 50 до 200 мА КПД преобразователя превышает 90%, что является очень хорошим показателем для применения в портативной технике.

Ложка дегтя в бочку меда

При всех очевидных плюсах, самым большим минусом данной микросхемы является ее корпус. Микросхема выпускается только в корпусе предназначенном для поверхностного монтажа, размерами 3х3 мм. Размеры контактов составляют 0.6х0.2 мм, а расстояние между ними 0.25 мм.

Изготовить плату с такими контактами в домашних условиях — не самое простое занятие. Можно облегчить себе жизнь, если купить готовый модуль со впаянной микросхемой и обвязкой.

Вообще TPS65133 не единственная. В этом же ряду есть микросхемы TPS65130 TPS65131, TPS65132, TPS65135….. Однако либо их характеристики мене интересны, либо корпус еще хуже.

Буду очень признателен всем, кто подскажет микросхемы с аналогичными характеристиками. Жду Вас в комментах

Материал подготовлен исключительно для сайта

Регулируемый двухполярный источник питания

О том, что такое двухполярное питание – написаны целые трактаты, от 2 абзацев до статьи длинной в 40 листов, поэтому мы не будем расписывать здесь эти подробности, отметим лишь самые важные моменты. Данный тип питания чаще всего применяется измерительной технике и различной аналоговой аппаратуре, особенно в аудио и видео – причина этого довольно проста: многие сигналы, которые надо измерять и обрабатывать имеют не только положительное значение, но и отрицательное, в соответствии с порождающим их неэлектрическим физическим явлением. Ярким примером такого явления являются звуковые волны, которые раскачивают мембрану динамического микрофона, порождая в катушке ток, направление которого показывает положение этой самой мембраны относительно точки покоя. Следовательно, схема обработки такого сигнала должна нормально работать при любом знаке напряжения на входе. Таких схем реализовано огромное множество, но многим из них требуется двухполярное питание.

Опять же, существует огромное количество всевозможных схем для получения двухполярного питания — от примитивных, до весьма нестандартных, использующих совершенно неочевидные схемотехнические решения. Рассматривать преимущества абстрактных схем и решений, вних примененных, можно бесконечно долго, а наилучшего варианта попросту не существует, т.к. в каждом конкретном случае существуют определенные требования (в том числе и наличие необходимых компонентов на текущий момент времени), которые и определяют конечный вариант сборки устройства.

Выбор схемы двухполярного источника питания

С учетом вышеизложенного, соберем небольшой регулируемый стабилизированный двухполярный источник питания для использования в лабораторных условиях при наладке маломощных усилителей низкой частоты, измерительных схем, содержащих в себе операционные усилители, и других устройств, по тем или иным причинам требующих двухполярного питания. Добавим, что данный источник должен иметь низкий уровень собственных шумов и как можно более низкую пульсацию выходного напряжения. Дополнительно требуется, чтобы он был достаточно надежным и мог пережить подключение к нему некорректно собранного устройства. Также хотелось бы сделать его в виде универсального модуля, который можно было бы использовать для быстрого макетирования новых конструкций или временно установить его в устройство, для которого еще не изготовлен окончательный вариант блока питания. Определив ТЗ можно перейти к подбору схемы будущего устройства.

Все схемы преобразователей однополярного питания в двухполярное, наподобие приведенных на Рис. 1, мы не рассматриваем, т.к. их применение возможно только со строго определенной нагрузкой. Так, например, в случае возникновения короткого замыкания в цепи, подключенной к одному из плеч – возникнет непредсказуемый перекос напряжений или токов, который в свою очередь может привести к выходу из строя и источника, и исследуемой схемы.

Рис. 1 — Неподходящие схемы преобразователей

Отличнейшая схема преобразования однополярного питания в двухполярное, но, увы, без регулировки выходного напряжения приведена в журнале «Радиоаматор» № 6 за 1999 год:

Рис. 2 — Схема преобразования однополярного питания в двухполярное без регулировки выходного напряжения

В экстренных случаях можно смело рекомендовать ее к повторению, но для нашей задачи она не подходит.

Сразу же отбросим идею простого импульсного источника, т.к. при использовании простейших схем, которые содержат минимальный набор компонентов – источник получается очень шумным, т.е. на выходе у него присутствует довольно много шумов и разного рада помех, от которых не так-то просто избавиться.

Рис. 3 — Схема из книги «500 схем для радиолюбителей. Источники питания», автор А.П. Семьян

При этом для питания УНЧ на микросхеме TDA – это отличный вариант, а вот для микрофонного усилителя с большим коэффициентом усиления – уже не очень. К тому же, все равно придется делать отдельные узлы стабилизации и защиты от короткого замыкания. Хотя, если бы нам требовался источник мощностью от 150 Вт и более – построение импульсного блока питания с регулировкой, хорошей фильтрацией и встроенной защитой стало бы превосходным, да к тому же, экономически выгодным решением.

Самым простым и надежным решением для нашей задачи будет использование трансформатора мощностью около 30 Вт с двумя обмотками или обмоткой с отводом от средней точки. Данные трансформаторы широко распространены на рынке, их легко найти в отжившей свой век аппаратуре, а в крайнем случае всегда можно домотать дополнительную обмотку на имеющийся в данный момент в наличии.

Рис. 4 — Трансформаторы

Так как нам нужен стабилизированный источник, то соответственно после трансформатора и диодного моста нам нужен некий регулируемый блок стабилизации напряжения с защитой от короткого замыкания (хотя защиту от замыкания можно добавить и после).

Следующим шагом бракуем все варианты стабилизаторов, собранные на дискретных элементах и состоящие из огромного числа деталей, как слишком сложные для поставленной задачи. К тому же, в подавляющем большинстве случаев они требуют тщательной настройки с подбором некоторых элементов.

Рис. 5 — Стабилизатор, собранный на дискретных элементах

Наиболее простым решением в нашем случае будет использование регулируемых линейных стабилизаторов, таких как LM317. Сразу же хочется предостеречь от в корне неверной идеи использования двух положительных стабилизаторов, включенных как показано ниже. Данная схема, хотя и может работать – функционирует некорректно и нестабильно!

Рис. 6 — Схема с использованием двух положительных стабилизаторов

Соответственно, придется использовать «комплементарный» регулируемый стабилизатор LM337. Плюсом обоих стабилизаторов является встроенная защита от перегрева и короткого замыкания на выходе, а также простая схема включения и отсутствие необходимости в настройке. Подсмотреть типовую схему включения данных стабилизаторов можно в даташите от производителя:

Рис. 7 — Типовая схема включения стабилизаторов LM317-LM337

Немного доработав ее, получим итоговый вариант модуля регулируемого двухполярного источника питания, собирать который мы будем по следующей схеме:

Рис. 8 — Схема модуля регулируемого двухполярного источника питания

Схема кажется сложной из-за того, что мы отметили на ней все рекомендуемые детали обвязки, а именно шунтирующие конденсаторы и диоды, служащие для разряда емкостей. Дабы убедиться в необходимости установки большинства из них – можно снова обратиться к даташиту:

Рис. 9 — Схема обвязки из datasheet

Мы добавили еще несколько элементов, чтобы еще больше защитить наш стабилизатор и максимально сгладить все пульсации и выбросы напряжения на выходе.

Для упрощения изготовления, а именно — уменьшения количества операций, необходимых для сборки применим технологию поверхностного монтажа, т.е. все детали в нашей конструкции будут SMD. Еще одним важным моментом будет тот факт, что в нашем модуле не будет сетевого трансформатора, его мы сделаем подключаемым. Причина кроется в том, что при большой разнице между питающим и выходным напряжениями, и работе с максимальным током, разницу между подводимой и отдаваемой в нагрузку мощностями необходимо рассеивать на регулирующих элементах нашей схемы, а конкретно – на интегральных регуляторах. Максимальная рассеиваемая мощность для таких стабилизаторов и так невелика, а при использовании SMD-корпусов становится еще меньше, и в результате максимальный ток подобного стабилизатора, работающего с разницей между входным и выходным напряжениями в 20 В, легко может опуститься до 100 mA, а этого для наших задач уже недостаточно. Решить эту проблему можно уменьшив разницу между этими напряжениями, например, подключив трансформатор с напряжениями вторичных обмоток наиболее близкими к тому, которое требуется в данный момент.

Подбор компонентов

Одним из сложных моментов реализации нашей идеи внезапно оказался подбор интегральных стабилизаторов в нужном корпусе. Несмотря на то, что мне было достоверно известно об их существовании во всех возможных SMD-корпусах, просмотр даташитов различных производителей не позволял найти точной маркировки, а поиск по параметрам у нескольких глобальных поставщиков показывал лишь отдельные варианты, и чаще всего различных производителей. В итоге, искомая комбинация в корпусах SOT-223, к тому же из одной серии, обнаружилась на сайте Texas Instruments: LM337IMP и LM317EM:

Рис. 10 — Интегральные стабилизаторы LM337IMP и LM317EM

Стоит отметить, что различных пар, состоящих из разнополярных стабилизаторов напряжения можно подобрать великое множество, однако производителем рекомендована пара из стабилизаторов одной серии. Оба стабилизатора обеспечивают максимальный ток до 1 A при разнице между входным и выходным напряжением до 15 В включительно, однако номинальным током, при котором стабилизатор гарантированно не уходит в защиту по перегреву можно считать 0,5-0,8 А. Тока в 500 mA в тех приложениях, для которых мы строим данный стабилизатор более чем достаточно, поэтому будем считать задачу по подбору стабилизаторов выполненной.

Перейдем к остальным компонентам.

Рис. 11 — Компоненты для сборки регулятора

Диодный мост – любой, с номинальным током 1-2 А. на напряжение не менее 50 В, мы использовали DB155S.

Электролитические конденсаторы в данной схеме применимы практически любые, с небольшим запасом по напряжению. Подбор осуществляется исходя из следующих соображений: так как размах питающего напряжения, которое нам требуется не превышает 15 В, а рекомендуемый максимум для стабилизаторов составляет 20 В – конденсаторы на 25 В имеют запас минимум в 25%. Все электролитические конденсаторы необходимо зашунтировать пленочными или керамическими с номиналами согласно схемы, на напряжение не менее 25 В. Мы использовали типоразмер 0805 и тип диэлектрика X7R (можно применить NP0, а Z5U или Y5V – не рекомендуются из-за плохих ТКС и ТКЕ, хотя в отсутствие альтернативы – подойдут и такие).

Резисторы постоянного номинала – любые, в делителе напряжения, отвечающем за напряжение стабилизации лучше применить более точные, с допуском в 1%. Типоразмер всех резисторов -1206, исключительно для удобства монтажа, однако можно смело применять 0805. Подстроечный резистор номиналом в 100 Ом – многооборотный, для точной регулировки (используется 3224W-1-101E). Резистор, применяющийся для регулировки выходного напряжения — номиналом в 5 КОм, любой имеющийся, мы взяли 3314G-1-502E под отвертку, но можно применить и переменный резистор для монтажа на корпус, соединив его с платой стабилизатора проводами. Диоды желательно применять быстродействующие, на ток не мене 1 А и напряжение от 50 В, например HS1D.

Светодиодный индикатор включения рассчитан по следующему принципу: ток через стабилитрон при самом большом напряжении на входе не должен превысить 40 mA, при подаче на вход напряжения до 30 В, номинал токоограничивающего резистора будет равен 750 Ом, для надежности лучше применить 820 Ом. Подавать на стабилизаторы напряжение меньше чем 8 В на плечо бессмысленно (т.к. во внутренней структуре микросхемы присутствуют стабилитроны на 6,3 В), таким образом при напряжении в 16 В ток через стабилитрон будет составлять 20 mA, а через подключенный параллельно ему светодиод – порядка 8 mA, чего будет достаточно для свечения SMD-светодиода. Стабилитрон любой, на напряжение стабилизации 3,3 В (применен DL4728A), и соответственно токоограничивающий резистор для светодиода в 150 Ом для обеспечения его продолжительной работы при максимальном токе через стабилитрон.

Изготовление устройства

Рисуем печатную плату нашего устройства, особое внимание обращая на контактные площадки для крупных SMD-конденсаторов. С ними может возникнуть следующее затруднение – базово они предназначены для пайки в печи, т.е. припаять их снизу, особенно маломощным паяльником довольно сложно, однако выводы конденсатора доступны сбоку и можно прочно припаять его при условии, что толщина подходящих к нему дорожек будет достаточной для обеспечения механической прочности соединения. Также, немаловажным является тот факт, что положительный и отрицательный стабилизаторы имеют разную цоколевку, т.е. просто отзеркалить одну половину печатной платы при разводке не получится.

Рисунок печатной платы переносим на предварительно подготовленный кусок фольгированного стеклотекстолита, и отправляем его травиться в раствор персульфата аммония (или другого подобного реагента на ваш выбор).

Рис. 12 — Плата с перенесенным рисунком и процесс травления

После того как плата была вытравлена, удаляем защитное покрытие и наносим на дорожки флюс, лудим их для защиты меди от окисления, после чего начинаем припаивать компоненты, начиная с наименьшего по высоте. Особых проблем возникнуть не должно, а к возможным трудностям с SMD-электролитами мы подготовились заранее.

Рис. 13 — Плата после травилки + наносим флюс + лужение

После того как все компоненты припаяны, а плата омыта от флюса необходимо подстроечным резистором в 100 Ом отрегулировать напряжение на отрицательном плече, чтобы оно совпало с напряжением на положительном плече.

Рис. 14 — Готовая плата

Рис. 15 — Регулировка напряжения на отрицательном плече

Испытания собранного устройства

Подключим к нашему стабилизатору трансформатор и попробуем нагрузить оба его плеча, и каждое из плеч независимо друг от друга, попутно контролируя токи и напряжение на выходах.

Рис. 16 — Первое измерение

После нескольких попыток произвести измерения на максимальном токе, стало понятно, что малюсенький трансформатор не в состоянии обеспечить ток в 1,5 А, и напряжение на нем проседает больше чем на 0,5 В, поэтому схема была переключена на лабораторный источник питания, обеспечивающий ток до 5 А.

Рис. 17, 18, 19 — Дополнительные измерения

Все работает в штатном режиме. Данный регулируемый двухполярный источник питания, собранный из качественных компонентов, благодаря своей простоте и универсальности, займет достойное место в домашней лаборатории или небольшой ремонтной мастерской.

Измерения и пуско-наладочные работы проводились на базе испытательной лаборатории АО «КППС», за что им отдельное спасибо!

Двухполярное питание из однополярного от аккумулятора — ZnaiPK

Электроника, электротехника. Профессионально-любительские решения.

Для работы многих схем с использованием операционных усилителей часто требуется двухполярное питание, или однополярное со средней точкой, что почти одно и то же. Источники двухполярного питания распространены гораздо меньше, чем однополярные. Для питания схем с незначительным потреблением (порядка нескольких миллиампер) можно использовать однополярный источник с созданием средней точки с помощью простого резистивного делителя и фильтрующих конденсаторов, рисунок 1.

Рисунок 1. Создание средней точки резистивным делителем.

Такой вариант создания двуполярного питания из однополярного характеризуется ощутимыми потерями в схеме и низкой стабильностью, поскольку при неравномерной нагрузке плеч, бОльшая нагрузка будет подтягивать среднюю точку к своему плечу. Подобные схемы могут пригодиться при опытах с операционными усилителями. В схеме варианта б) подстроечным резистором R3 можно корректировать уровень напряжения средней точки. Имеет смысл использовать для быстрой сборки тестовых схем и только в том случае, если напряжение выхода однополярного источника будет достаточным, для создания двухполярного питания.

Рисунок 2. Формирование средней точки с помощью операционного усилителя.

Более адаптивную схему к малой, но динамичной нагрузке можно собрать с применением операционного усилителя. Схема получается довольно простой, рисунок 2.

Потенциометром R1 задаётся уровень напряжения средней точки. Это напряжение подаётся на не инвертирующий вход «3». При включении питания схемы конденсаторы C1 и C2 заряжаются приблизительно равномерно, в точке их соединения возникает напряжение, приближённо равное половине напряжения питания относительно нижней шинки питания (0 слева, -Uп/2 справа по схеме). Так формируется средняя точка источника питания («корпус», «земля»). Напряжение средней точки через резистор R2 подаётся на «следящий» инвертирующий вход усилителя «2».

Если напряжение средней точки подаваемое на инвертирующий вход превышает заданное напряжение на не инвертирующем входе, усилитель будет тянуть напряжение выхода «6» к минусовой шинке питания, открывая транзистор VT2 до тех пор, пока напряжение средней точки не поравняется с заданным.

Когда напряжение средней точки проседает к минусу питания, то усилитель наоборот подтягивает выход «6» к плюсу питания, открывая транзистор VT1, который будет поднимать напряжение средней точки до тех пор, пока оно не поравняется с заданным.

При дрейфе средней точки около заданного напряжения часто происходит переключение между транзисторами, а поскольку коэффициент усиления ОУ без обратной связи имеет величину порядка нескольких тысяч единиц, то стабилизирующий эффект получается достаточно точным, и в большей степени зависит от величины асимметрии нагрузки, коэффициента усиления по току транзисторов VT1 и VT2 и их мощности.

При использовании такой схемы следует учесть, что при необходимости привязать среднюю точку к корпусу устройства, первичный источник питания не должен иметь контакта с корпусом.

При переключении транзисторов могут возникнуть коммутационные помехи из-за значительной собственной индуктивности фильтрующих конденсаторов. Для устранения помех конденсаторы C1 и C2 необходимо зашунтировать керамическими конденсаторами ёмкостью 0,1…0,22 мкФ.

Достоинством схемы является то, что напряжение средней точки можно задать практически на любом уровне от минуса до плюса питания, хотя в большинстве устройств это не требуется.

Для получения стабильных выходных напряжений относительно средней точки не требуется применения двухполярного стабилизатора, для этого достаточно использовать стабилизированный первичный (однополярный) источник питания.

Ниже приведены изображения и фото готового проекта такого делителя питания. В проект добавлен резистор (R3, рисунок 3) в цепь выхода для смягчения условий перегрузки усилителя при замыкании одного плеча или значительной асимметрии нагрузки.

Рисунок 3. Схема делителя напряжения для преобразования однополярного источника питания в двухполярный.


Рисунок 4. Изображение для изготовления печатной платы методом ЛУТ (зеркалить не требуется).	Рисунок 5. Печатная плата делителя питания.

исунок 6. Монтажная схема делителя напряжения питания.

Рисунок 7. 3D-модель устройства. Рисунок 8. Внешний вид делителя питания.

Печатная плата выполнена на одностороннем фольгированном текстолите. Изображение на странице масштабировано, использовать его в процессе проблематично. Отпечаток платы в масштабе 1:1 находится в PDF файле проекта, который можно скачать в конце статьи, с него и печатайте.

В этом устройстве рекомендую применять многооборотный потенциометр (подстроечный резистор), с ним легче поймать половинку напряжения при настройке с желаемой точностью. Транзисторы можно взять и другие, всё зависит от мощности нагрузки и наличия. Мне требовалось запитать операционный усилитель с нагрузкой по выходу 1,5 мВт, поэтому особо подбором не заморачивался, взял то, чего было больше из старого распая. Правда, при случайном замыкании питания по крайним точкам у меня сгорел транзистор верхнего плеча и микросхема операционного усилителя схемы делителя. Возможно, тут требуются доработки в сторону защиты и усложнения схемы, но я предпочёл быть более осторожным, и просто заменил убитые детали.

Электроника, электротехника. Профессионально-любительские решения.

Рисунок 1. Создание средней точки резистивным делителем.

Рисунок 2. Формирование средней точки с помощью операционного усилителя.

Рисунок 3. Схема делителя напряжения для преобразования однополярного источника питания в двухполярный.


Рисунок 4. Изображение для изготовления печатной платы методом ЛУТ (зеркалить не требуется).	Рисунок 5. Печатная плата делителя питания.

исунок 6. Монтажная схема делителя напряжения питания.

Рисунок 7. 3D-модель устройства. Рисунок 8. Внешний вид делителя питания.

Недавно столкнулся со следующей проблемой, собрал два усилителя НЧ на TDA7294, следующим этапом была сборка импульсного блока двухполярного питания, но как-то не терпелось проверить работоспособность усилителей. Естественно трансформатора с двумя вторичными обмотками на нужное напряжение у меня не оказалось, да и вообще не было у меня трансформатора с двумя вторичными обмотками.

Покопавшись в своем барахле, нашел два не очень мощных трансформатора, каждый имел одну вторичную обмотку, но на разное напряжение. Далее я принял решение собрать плату, которая будет из одной вторичной обмотки делать двухполярное питание.

Устройство, преобразующее двухполярное питание из однополярного, имеет следующую схему:

Схема была найдена в интернете, но в ней нет ничего сложного и объяснять работу данного устройства я не буду.

Компоненты для сборки:

ОБОЗНАЧЕНИЕ	ТИП	НОМИНАЛ	КОЛИЧЕСТВО	КОММЕНТАРИЙ
VDS1,VDS2	Выпрямительный диодный мост	Любой на нужное напряжение и ток	2	Распространенные KBU-610, KBU-810
C1,C5	Электролит	4700 мкФ 50В	2
C2,C6	Конденсатор неполярный	100 нФ	2	Пленка или керамика
C3,C4	Электролит	470 мкФ 100В	2

Описываемый в этой статье преобразователь двухполярного питания из однополярного не работает с постоянным током на входе преобразователя. Работает только с переменным током. Суть устройства такова, что из одной вторичной обмотки можно сделать двухполярное питание.

Диодные мосты выбирайте любые, какие есть, главное, чтобы по напряжению и току подходили. У меня лежали с давней распайки мосты RBA-401, током 4 Ампера, напряжением 95 Вольт. Для питания одной TDA7294 (+-30В) этого достаточно. Распространенные мосты KBU-610, KBU-810 и другие.

Если вы захотите использовать данное устройство на напряжение больше 45 Вольт, то следует заменить конденсаторы C1,C5 на более высоковольтные. У меня не было электролитов ёмкостью 4700 мкФ, но были 2200 мкФ, их я и поставил 4 штуки.

Неполярные конденсаторы C2,C6 я поставил полипропиленовые, с разборки компьютерных блоков питания.

Трансформатор я использовал кольцевой, с одной вторичной обмоткой, напряжением 29 Вольт, мощностью 50 Вт. После выпрямления получил +-41 Вольт на конденсаторах.

При проверке я запитал TDA7294, выжал из не примерно 35 Вт, при этом просадка напряжения составила +-25 Вольт. Большая просадка напряжения произошла из-за слабого трансформатора. На плате преобразователя, все элементы кроме мостов были холодные, мосты теплые.

Сделаю вывод, что данный преобразователь двухполярного питания из однополярного, работает стабильно, и может использоваться для запитывания усилителей НЧ.

Минус данного устройства заключается в использовании на его входе только переменного тока.

Список компонентов в файле PDF СКАЧАТЬ

Печатная плата СКАЧАТЬ

Двухполярное питание из однополярного для портатива на TPS65133

Варианты двухполярного питания для портатива

Более продвинутый вариант сделать двухполярное питание из однополярного — использовать dc-dc инвертор напряжения MAX660, MAX865 или любой другой. Но и тут есть проблема. при разряде аккумулятора, вслед за положительным напряжением будет падать и отрицательное. Т.е. при заряженном аккумуляторе питание будет ±4.2, а при разряженном ±3 В или еще меньше.

Двухполярное питание из однополярного на микросхеме TPS65133

Скачать Datasheet на TPS65133

Схема преобразователя однополярного напряжения в двухполярное на TPS65133 выглядит следующим образом:

Ложка дегтя в бочку меда

Материал подготовлен исключительно для сайта AudioGeek.ru

Двуполярное питание от одной обмотки трансформатора

Как получить разнополярные напряжения от однополярного источника или
трансформатора с одной вторичной обмоткой.

«Как нам быть, если имеющийся однополярный выпрямитель необходимо дополнить выпрямителем противоположной полярности, а перемотка сетевого трансформатора нежелательна?» — справедливо озадачились вопросом английские радиолюбители и сами же на него ответили в журнале «Wireless World» аж в далёком 1980 году. Как это выглядит?

Дополнительный выпрямитель, состоящий из диодного моста V2 и сглаживающего конденсатора С4, подключается к вторичной обмотке силового трансформатора через разделительные конденсаторы С1 и С2.

«Wireless World» (Англия), 1980, №8
Радио №7, 1982 г.

Рис.1 Двуполярное питание от одной обмотки на двух мостах

Скромненько, со вкусом, но на этом — вся статья.

На самом деле, многочисленные заявления по поводу того, что подобные преобразователи слаботочны и не «держат» мощных нагрузок, с одной стороны, весьма преувеличены, с другой — имеют под собой некоторую почву в виде требований, предъявляемых к величине ёмкостей С1 и С2.
Теоретически источники отрицательного напряжения способны отдавать мощность, соизмеримую с мощностью основного положительного источника и в сумме с ним обеспечивать мощность равную мощности трансформатора.

А из каких соображений следует выбирать номиналы разделительных конденсаторов?
Тут всё просто — их реактивные сопротивления на частоте 50 Гц должны быть в 30…40 раз меньше, чем сопротивление Rн при максимальном токе, где Rн = U/Imax . Рассчитать эти сопротивления можно на странице — ссылка на страницу.

Уменьшить количество разделительных конденсаторов до 1 шт. можно воспользовавшись следующей схемой.

Рис.2 Схема выпрямителя с формированием двуполярного выходного напряжения

Выходное напряжение трансформатора выбирается исходя из требуемых напряжений, а рабочие напряжения разделительных конденсаторов должны выдерживать вдвое большие величины, чем пиковые значения выпрямленного переменного напряжения.

Теперь можно забыть про разделительные конденсаторы и перейти к схеме, представленной на Рис.3.

Тут всё очень просто — два однополупериодных выпрямителя разной полярности на диодах VD1 и VD2 и два сглаживающих конденсатора — С1 и С2.

Недостатком схемы является необходимость применения электролитов ёмкостями в два раза большими, чем в аналогичных выпрямителях, выполненных по двухполупериодной схеме.

Рассчитать номиналы этих конденсаторов можно в калькуляторе на странице — ссылка на страницу.

Рис.3 Двуполярное питание от одной обмотки на однополупериодных выпрямителях

Радикально снизить ёмкости сглаживающих конденсаторов можно включив в схему пару интегральных стабилизаторов напряжения. С примером такой реализации можно ознакомиться на Рис.4.

Рис.4 Двуполярное питание от одной обмотки на однополупериодных выпрямителях и
интегральных стабилизаторах

Если напряжение на выходе выпрямителя или однополярного источника питания имеет достаточную величину Uвых, то можно получить двуполярное напряжение ±Uвых/2, применив схему для формирования искусственной средней точки, в нашем случае — земли (Рис.5).

Рис.5 Двуполярное питание с узлом формирования искусственной земли

Данный формирователь двуполярного питания (при соответствующем выборе транзисторов) позволяет запитывать достаточно мощные цепи.
Максимально допустимые токи транзисторов должны соответствовать токам нагрузки, а коэффициент передачи тока — не менее 1000/Rн.

Все представленные формирователи, кроме последнего, подразумевают переделку существующего блока однополярного питания и не позволяют получать разнополярные напряжения от гальванических элементов или аккумуляторов.
Как быть, если нужен плюс-минус от батарейки или готового БП без его переделки рассмотрим на следующей странице.

Как сделать двухполярный источник питания. Двухполярное напряжение из однополярного (7805)

Простой двухполярный блок питания схема:

Рисунок №1 – Схема двухполярного бока питания

В этой статье расскажем о делители однополярного напряжения в двухполярное и о его характеристике. Так же поговорим о его настройке и работе.

С развитием и распространением микроэлектронной техники всё острее возникает необходимость иметь в своей домашней лаборатории качественный источник двухполярного выходного напряжения. Но как только радиолюбители с этим сталкиваются, начиная искать различные варианты построения двухполярных блоков питания, то некоторые из них разочаровываются.

Но эти преобразователи не универсальны, они так же не способны поддерживать равенство положительного и отрицательного напряжения, поэтому не позволяют их использовать в качестве двухполярных источников питания с плавной регулировкой.

Таким образом, перед радиолюбителями стоит выбор: либо простая схема «фиксированного» двухполярного напряжения, либо качественная, но сложная схема блока двухполярного питания.

Я предлагаю Вам другой, и по моему мнению самый качественный вариант решения проблемы – специальную приставку к имеющемуся у Вас блоку однополярного питания, которая «делит» однополярное постоянное напряжение на два – положительное и отрицательное. Единственным ограничением использования устройства является невозможность использования с источником питания, у которого плюс, или минус питания находится на единой «массе» с нагрузкой. Например — от аккумуляторной батарей автомобиля. Связано это с тем, что устройство «создает» собственную «массу». Но необходимость работы в таком режиме настолько ничтожна, что можно не обращать внимания на этот недостаток.

Характеристики делителя однополярного напряжения в двухполярное:

Представленный делитель напряжения может подключаться к любому блоку однополярного напряжения в диапазоне от 7 до 30 вольт. При этом выходное двухполярное напряжение будет от 3 до 14,5 вольта.

В ходе работы, делитель не ухудшает параметров и характеристик Вашего однополярного блока питания. Что очень важно.

Делитель обеспечивает двухполярным питанием несбалансированную нагрузку током до 10 ампер каждого напряжения (и положительного, и отрицательного). Другими словами, если в положительной цепи будет нагрузка с током потребления 10 ампер, а в отрицательной 0,1 ампер, то положительное и отрицательное напряжения будут отличаться не более 0,01 вольта.

Регулировка двухполярного выходного напряжения осуществляется на самом блоке однополярного питания. Поэтому, если на Вашем блоке питания этой регулировки нет, то и выходное напряжение регулироваться не будет.

Представленный делитель однополярного напряжения испытывался с ранее разработанным мной универсальным блоком стабилизированного питания . Он показал превосходные свойства. Так как мой блок питания выдавал напряжение до 26 вольт, то выходные напряжения составили от 3 до +- 12,3 вольта. После подключения дополнительных витков вторичной обмотки силового трансформатора в схеме универсального стабилизированного блока питания до выходного стабилизированного напряжения в 32 вольта, выходные напряжения делителя составили от 3 до +- 15,2 вольта. Система автоматики от перегрузок работает также надежно.

;Устройство обладает адаптивной схемой контроля и регулировки равенства выходных напряжений, не зависимо от возможного изменения их амплитуды и нагрузки.

Принципиальная схема представлена на рисунке.

Работа делителя однополярного напряжения

Операционный усилитель DA1 измеряет разницу напряжений в средней точке делителя напряжения R1 — R2,R3 с напряжением на «корпусе» и реагирует на их разницу увеличивая, или уменьшая выходное напряжение.

При подаче питания на устройство, происходит заряд конденсаторов С1 и С2 по пути «+» источника питания, конденсатор С1, конденсатор С2, «-» источника питания. Таким образом, каждый конденсатор зарядится половинным входным напряжением. Эти напряжения и будут на выходе устройства. Но это будет наблюдаться при сбалансированной нагрузке.

Рассмотрим случай, когда к устройству подключена несбалансированная нагрузка – например, сопротивление нагрузки в цепи положительного выходного напряжения намного меньше сопротивления нагрузки подключенной к цепи отрицательного выходного напряжения. Так как параллельно конденсатору С1 подключена цепь нагрузки – диод VD1 и малое сопротивление нагрузки, то заряд конденсатора С2 будет проходить не только через С1, но и по параллельной ему цепи — диод VD1, малое сопротивление нагрузки. Это приведёт к тому, что конденсатор С2 будет заряжаться большим напряжением, чем конденсатор С1, что в свою очередь приведёт к тому, что положительное выходное напряжение будет меньше отрицательного. На корпусе устройства напряжение возрастёт по потенциалу относительно средней точки резисторов R1 — R2,R3, где потенциал равен половине входного напряжения. Это приведёт к появлению на выходе операционного усилителя отрицательного напряжения относительно корпуса устройства. И чем больше будет разница потенциалов на входе операционного усилителя, тем больше будет отрицательное напряжение. В результате отрицательного напряжения на выходе ОУ, транзисторы VT3 и VT4 откроются и подобно цепи «диод VD1, малое сопротивление нагрузки» в положительной цепи, создаст шунтирующее действие на конденсатор С2 в отрицательной цепи. Это в свою очередь приведёт к уравновешиванию токов в положительной и отрицательной цепях и выровняет выходные напряжения. В случае разбалансировки нагрузки устройства в сторону отрицательного напряжения открываются транзисторы VT1 и VT2.

Таким образом, за счёт схемы автоматического контроля за потенциалом «нуля», осуществляется его балансировка в «среднее состояние» между плюсом и минусом питания.

Детали.

В качестве операционного усилителя можно использовать микросхемы К140УД6, К140УД7, К140УД601, К140УД701.

Резисторы R8 – R15 – для выравнивания эмиттерных токов транзисторов и ограничения их бросков в моменты переключения.

Диоды VD1 и VD2 предназначены для исключения шунтирования транзисторами устройства цепей нагрузки.

Транзисторы устанавливают на теплоотводы достаточного размера. Размеры теплоотводов определяются только тем, насколько нагрузка будет не сбалансирована. Чем больше не сбалансирована, тем больше площадь радиаторов.

Настройка делителя однополярного напряжения.

Правильно собранная схема начинает работать сразу. Резистор R3 предназначен для установки равенства выходных двухполярных напряжений. Его настройку удобнее делать на двухлучевом осциллографе, подключив двухполярные выходы устройства ко входам осциллографа и включив режим взаимного вычитания сигналов. Вращая шлиц потенциометра устанавливают максимальное вычитание сигналов. В случае появления «биений» выходного напряжения в результате возбуждения и самогенерации, необходимо уменьшить значение резистора R5, увеличив при этом обратную отрицательную связь.

Микросхема К140УД7 ограничена по питанию до 15 вольт в «плече», поэтому для получения больших выходных напряжений необходимо подключать питание к выводам 4 и 7 через «добавочные» стабилитроны, но при этом возрастёт и нижний уровень выходных напряжений.

В данной микросхеме предусмотрена возможность регулировки баланса нуля с помощью внешнего подстроечного резистора. При изменении напряжения питания, её необходимо регулировать, поэтому мы её в своей схеме не используем.

По нестандартности решения, устройство, предназначенное для получения двухполярного напряжения из однополярного уникально. По своей простоте и надёжности схемы, это самый лучший способ получения двухполярного питания.

Двухполярное питание необходимо для питания операционных усилителей, усилителей мощности и другой техники. Но зачастую у радиотехников не оказывается под рукой соответсвующего источника двухполюсного питания или трансформатора с симетричными обмотками. И тогда появляется необходимость конвертировать из однополярного напряжения в двухполюсное. Для построения наипростейщшего конвертора из однополярного напряжения в двухполюсное, используется делитель напряжения на резисторах с одинаковым сопротивлением. Два одинаковых резистора подключаются последовательно к источнику однополярного напряжения Х Вольт, и таким образом на положительном полюсе источника питания получаем (+)Х/2 Вольт, на отрицательном (-)Х/2 Вольт, а между резисторами общий провод или землю. Но такая схема имеет существенный недостаток: при работе на неравномерную нагрузку на разных плечах источника двухполюсного напряжения, будет неравномерное напряжение относительно общей точки. Для избежания этого недостатка используют стабилизацию напряжения при помощи транзисторов. На следующих схемах представлен вариант преобразователя однополярного напряжения в двухполюсное на транзисторах.

Так же можете поэкспериментировать со следующими схемами, использующими операционный усилитель для стабилизации потенциала общей точки двухполярного напряжения.

Теги: При конструировании различных усилителей мощности ЗЧ радиолюбители довольно часто сталкиваются с проблемой, когда отсутствует двухполярный источник тока. Схема, изобиженная на рис.1, позволяет получить из обыкновенного питания двуполярное, кроме того, она сама по себе является стабилизатором. На вход можно подавать напряжение как переменное, так и постоянное, в последнем случае диоды VD1-VD4 можно исключить, но при этом при подключении придется соблюдать полярность.

Рассмотрим работу устройства. Если присмотреться — схема состоит из трех простейших стабилизаторов напряжения. При подключении к источнику питания на коллектор VT2 поступает +27 В, с его эмиттера относительно минуса снимается стабилизированное +12 В, следовательно, между коллектором и эмиттером VT2 разница напряжений составляет 15 В Именно это напряжение и использует VТ1, на его эмиттере относительно эмиттера VT2 также стабилизированное +12 В, а относительно минуса напряжение +24 В. Все вроде бы хорошо, в работе разобрались, получили «плюс», «общий» и «минус» и нет необходимости в применении стабилизатора по минусу на VT3 Однако представим себе ситуацию короткое замыкание выхода верхнего по схеме плеча, тогда эмиттер VT2 окажется замкнутым с эмиттером VT1, на общем проводе относительно минуса окажется +24 В, проще говоря, на нижнем по схеме плече относительного «общего» будет -24 В Это может привести к выводу из строя питающей аппаратуры. Чтобы этого не произошло и установлен стабилизатор по минусу, собранный на VT3. Конструкция и детали Все детали стабилизатора, кроме транзисторов, установлены на печатной плате из однослойного фольгированного текстолита размером 35х95 мм. Транзисторы «посажены» на теплоотводы из дюралюминия и соединены с печатной платой отрезками многожильного провода. Номиналы конденсаторов и сопротивления резисторов могут быть изменены на 20-25 %. Печатная плата показана на рис.2. Если все детали исправны, правильно собранная схема в наладке не нуждается и начинает работать сразу.

Представь себе батарейку. Минус батарейки считай нулём (или плюс батарейки считай нулём). Меряй мультиметром относительно нуля другой конец батарейки — получишь +U (или получишь -U). Это однополярное запитывание. Соединяй две батарейки последовательно (плюс одной к минусу другой). Точку их соединения считай нулём. Меряй мультиметром относительно нуля концы батареек — получишь +U и получишь -U. Это двухполюсный ток.

Да, это одно и тоже. Все они соединяются вместе и подключаются к земле (минусу) ист. питания. В этой схеме — однополярное запитывание. А в двухполярном земля — землей, относительно нее есть положительный потенциал и отрицательный. Когда ты мериеш мультиметром его минус всегда на земле а плюс покажет либо +1,5, либо-1,5 смотря куда ткнешь. Нет. Земля — это не минус. Забей вообще на термин «земля». «Ноль» или «общий провод» больше подходят. У тебя в кампуйторе есть блок питания. У него разъём на материнку идёт. На самом БП и на разъёме присутствуют следующие напряжения относительно общего провода БП (обозначен как GND): +5В, +3.3В, +12В, -5В (минус!) и может быть ещё что-то там. При измерении ты подключаешь чёрный общий провод (или GND) мультиметра к общему проводу БП. А красным проводом подключаешся к точке, где хочешь что-то измерить. В компуйторах общий провод БП подключен к металлическому шасси (корпусу) можешь относительно него померять. Вот этот общий провод и обозначают значком «перевернутое T». Однако, если в схеме несколько не связанных между собой источников питания, то у каждого источника — свой общий провод, и обозначаться они должны по разному (тоже близко к «перевернутой Т»). Еще есть вопросы про батарейку? (Кстати, те знаки, про которые ты выше спрашивал, обозначают не одно и то же. На принципиальных схемах, если есть отличие в начертании значков, то эти значки обозначают разные вещи. Иначе зачем рисовать их по-разному?) Потенциал общего провода может быть любым, смотря относительно чего его мерить. Перев. т подключать к — батарейки. Может тебе будет легче понять через переменное напряжение? В розетке есть два провода: земля и фаза. На фозе происходит изменение потенциала относительно земли по синусу. Вспомни SIN-ду. Ось х соответствует 0 потенциалу отн. земли. Все, что выше — «+», ниже — «-«. Так и здесь. только у нас три провода вместо 2-х и на двух из них не переменка, а постоянное.

Нет, этот трансформатор не подойдет. Он маленький, а значит, слабый, и обмотка на 17в. у него всего одна, а надо две. И напряжение +-25в. для вашей микросхемы максимальное, не надо упираться в потолок. При работе на динамики 4ом нормальное запитывание в пределах +-16-18в., для 8ом +-22в. Я свою 7265 кормлю от трансформатора 2*16в., после выпрямления с учетом падения напряжения на диодах получается +-20в., если верно помню) . Гоняю на 4ом, ток трансформатора 1,3А, но вообще надо побольше, ближе к 2А. …на этом трансе таки есть пример обмоток, удобно устроенных для двухпол. питания. Рядом с 17в. три черных провода, так называемая обмотка с отводом от середины, с напряжениями 7-0-7 (между каждым концом и серединой напряг 7в., а от конца до конца 14в). Вот и вам надо 17-0-17. Или две отдельных по 17в., при этом начало одной с концом другой соединить-и там будет ноль, «общий», земля.При +/-35 вольтах Ваша ИМС долго не протянет… Ибо если Вы раскурите даташыт и форумы, то увидите, что при данном напряжении питания режим работы иначе как «тяжелым» не назовешь… Там же (от практиков-радиолюбителей и от меня лично) Вы получите совет, что НАИБОЛЕЕ оптимальным является напряжение питания для данной ИМС в диапазоне от +/-27 до +/-32-33 вольт. Туда же стОит добавить и то, что с напряжением питания производитель рекомендует определиться исходя из нагрузки на выходе УМНЧ. У меня 7294 работает при питании +-38в (таким образом я восстановил трансляционный усилитель 100У-101, поставив вместо того усилителя корорый был две микросхемы. Никаких проблем не замечал, на трансляционную линию (при максимальной нагрузке на нее) работает нормально. А вот как долго протянет, не знаю. Трансляция работает почти непрерывно с уровнями, близкими к максимальным (30 и 120в после трансформатора).

Простое проектирование преобразователя униполярного сигнала в биполярный с помощью Microsoft Mathematics — освоение дизайна электроники

Многие аналоговые схемы можно рассчитать с помощью простой алгебры. Это может включать уравнение или систему уравнений, но вычисления довольно просты. Возьмем, к примеру, дифференциальный усилитель. В предыдущей статье MasteringElectronicsDesign: простой способ проектирования дифференциального усилителя с помощью Mathcad я показал, как спроектировать дифференциальный усилитель путем решения системы двух уравнений с двумя неизвестными с помощью Mathcad.С тех пор читатели спрашивали меня, есть ли какая-либо другая замена Mathcad, которую они могут использовать для решения системы уравнений. И ответ: да, есть.

Microsoft Mathematics — это бесплатное приложение со множеством функций. Помимо построения графиков, математических формул и конвертера единиц, в нем есть решатель уравнений, который может легко обрабатывать системы уравнений. Изменив несколько значений и позволив приложению вычислить неизвестные, пользователь может настроить свою схему в соответствии с проектными требованиями.

Возьмем тот же пример, что и в MasteringElectronicsDesign: простой способ проектирования дифференциального усилителя с помощью Mathcad. В этой статье мы разработали униполярный преобразователь в биполярный с использованием дифференциального усилителя (см. рис. 1).

Рисунок 1

Мы хотели рассчитать резисторы так, чтобы входной сигнал от 0 до +2,5 В (однополярный) преобразовывался в выходной сигнал от -1 В до +1 В (биполярный).
Для этого воспользуемся передаточной функцией дифференциального усилителя, заданной уравнением (1).

(1)

(Примечание: доказательство этой функции можно найти в моей статье MasteringElectronicsDesign:Как получить передаточную функцию дифференциального усилителя.)

Давайте выберем V1 в качестве входа схемы и V2 в качестве опорного напряжения, которое помогает сдвигать выход. А пока давайте рассмотрим Vref = 2,5 В, широко используемое опорное напряжение. Диапазон входного сигнала составляет от 0 до +2,5 В, поэтому уравнение (1) имеет два экземпляра, как показано в уравнении (2).

(2)

Если мы выберем два резистора, скажем, R2 = R3 = 10 кОм, два других, R1 и R4, можно рассчитать, решив систему (2) с двумя неизвестными, R1 и R4.

Система уравнений (2) легко набирается в Microsoft Mathematics. В нижней части рабочего листа введите в одну строку следующее:

решить({V_ref=2.5, R_2=10, R_3=10,
0(1/(1+R_1/R_2))(1+R_4/R_3)-V_ref(R_4/R_3)=-1,
2.5(1/(1+R_1/R_2))(1+R_4/R_3)-V_ref(R_4/R_3)=1})

По мере ввода приложение форматирует систему уравнений, как показано на рис. 2, нижняя область.

Развернуть эту фигуру

Рисунок 2

Когда вы нажмете Enter, Microsoft Mathematics решит систему и отобразит в верхней области введенную систему уравнений и решение. Vref, R2 и R3 включены в систему, так что можно играть с этими числами, пока не будет найдено приемлемое решение.

Вот и все. Преобразователь униполярного сигнала в биполярный показан на рис. 3.

Рисунок 3

Microsoft Mathematics можно загрузить здесь: http://www.microsoft.com/en-us/download/details.aspx?id=15702

Операционный усилитель

— проблема с биполярной схемой на униполярном операционном усилителе

На вашем месте я бы использовал другой метод, я бы использовал конденсатор небольшой емкости для снижения напряжения, а не 1 МОм. Затем я бы центрировал его посередине того, что меня интересует, то есть 2.5 В в этом случае. Затем я буферизирую сигнал, чтобы не возиться с ним, а затем завершаю его с помощью другого операционного усилителя, который отменяет то, что сделал крайний левый конденсатор, с точки зрения интегратора/получения.

Вот ссылка, если хотите повозиться со схемой.

Левый сигнал — это напряжение в узле между шумом и конденсатором 1 нФ.
Средний сигнал — это напряжение в узле, отмеченном на схеме синим цветом.
Правый сигнал — это выходной сигнал, сдвинутый по фазе на 180, может быть определен в программном обеспечении. Выход = 5-Выход; или добавив инвертирующий операционный усилитель.

Крайний правый операционный усилитель является интегратором, это означает, что если на вход подается какое-либо постоянное напряжение, какое угодно, даже малейшее нановольт, то они будут накапливаться, и ваш выход начнет дрейфовать. Что вам нужно, так это не дрейфовать, и в этом помогает резистор 1 МОм. Это поможет вашему сигналу удалить любое значение постоянного тока, если оно когда-либо попадет в вашу систему. Или, если вы подаете энергию в систему и никогда не забираете ее, скажем, коснетесь любого соединения пальцами, то это также даст вам смещение ваших показаний, и 1 МОм позаботится об этом.Убирает дрейф.

Если вы хотите, вы можете просто подать сигнал от синего узла прямо в ваш микроконтроллер и интегрировать его в программное обеспечение, таким образом вы избавитесь от двух операционных усилителей, но со стороны программного обеспечения вы должны интегрировать и убедиться, что вы сэмплируют по крайней мере 1 кГц, если вы хотите разумно хорошего качества при чтении. Чем выше частота, тем лучше разрешение (дух). Вам понадобится всего 3 компонента.

  Выход+= V_at_blue_node - 2.5;

Но это будет дрейфовать, что можно решить, применив «резистор» в программном обеспечении следующим образом:

  Выход+= V_at_blue_node - 2,5;
Выход = (Выход-2,5)*0,99999+2,5;

или просто

  Выход = (Вывод-2.5)*0.99999+V_at_blue_node;

Возможно, вы захотите выбрать амплитуду выходных «пульсаций» для сети 1 нФ и 2 10 кОм.

Вот формула для выбора R, зная амплитуду синусоиды сети и емкость.{-9}}=62109,246 \приблизительно 62,1кОм\

границ | Дифференциация трансформированного биполярного расстройства от униполярной депрессии с помощью функциональной связи в состоянии покоя в цепи вознаграждения

Введение

Биполярное расстройство (БР) и униполярная депрессия (УД) являются двумя наиболее изнурительными заболеваниями во всем мире (Murray and Lopez, 1997). ББ в основном отличается от ЯБ наличием мании/гипомании. Клинические проявления ББ более сложны, чем при ЯБ.Однако примерно у половины людей с биполярным расстройством первым приступом настроения является большой депрессивный эпизод (Tondo et al., 2010; Etain et al., 2012). При депрессивном эпизоде симптомы БАР и ЯБ сходны, что сильно затрудняет точную диагностику ББ. До 60% пациентов с БАР, обращающихся за лечением депрессии, первоначально диагностируют ЯБ. Только у 20% пациентов с БАР, у которых развился депрессивный эпизод, точно диагностируется в течение первого года лечения (Hirschfeld et al., 2003). Кроме того, методы лечения ББ и ЯБ сильно различаются: назначаются стабилизаторы при ББ и антидепрессанты при ЯБ. Неподходящее лечение может привести к неблагоприятному прогнозу, например, к учащению суицидального поведения, переходу к мании и увеличению расходов на здравоохранение (Bowden, 2010; Goodwin, 2012; Baldessarini et al., 2013). Поэтому очень важно как можно раньше отличить ББ от ЯД.

Многие клинические характеристики были признаны факторами риска развития БАР, в том числе (1) семейный анамнез ББ или аффективного расстройства, (2) ранний возраст начала (менее 25 лет), (3) рецидивы (более 4 лет). эпизоды), (4) злоупотребление психоактивными веществами, (5) психотические симптомы и (6) рефрактерность (Ostergaard et al., 2014; Тондо и др., 2014; Ву и др., 2015; Бух и др., 2016; Ратиш и др., 2017). Кроме того, несколько шкал клинической оценки могут помочь выявить подпороговые маниакальные/гипоманиакальные симптомы при депрессии, такие как контрольный список гипомании (Angst et al., 2005), скрининговая оценка полярности депрессии (Solomon et al., 2006) и Шкала симптомов биполярного инвентаризации (Bowden et al., 2007). Несмотря на свою полезность, вышеупомянутые стратегии основаны на феноменологических наблюдениях и в значительной степени зависят от профессионализма клиницистов.Для раннего выявления ББ от ЯД необходимы объективные методы.

Методы нейровизуализации, особенно магнитно-резонансная томография (МРТ), могут объективно отражать структурно-функциональное состояние нервной системы. Многочисленные МРТ-исследования предоставили доказательства того, что людей с BD можно отличить от пациентов с UD по аномальным объемам серого вещества в нескольких областях мозга. Например, в поперечном МРТ-исследовании Rive et al. (2016) обнаружили, что депрессивные субъекты с BD и UD могут быть классифицированы на основе объемов серого вещества средней лобной извилины, парагиппокампальной извилины и орбитальной части верхней лобной извилины.Другие исследования показали снижение объемов вентрального промежуточного мозга при эутимическом BD по сравнению с UD (Sacchet et al., 2015), снижение объемов серого вещества в гиппокампе и миндалевидном теле (Amy), но увеличение объемов серого вещества в передней поясной коре (ACC) у лиц с BD по сравнению с лицами с UD (Redlich et al., 2014). Связность белого вещества также может быть полезна для дифференциации BD от UD. Дамм и др. (2017) обнаружили, что связь белого вещества между прилежащим ядром (NAcc) и медиальной орбитофронтальной корой (mOFC) и Amy была связана с повышенной склонностью к мании/гипомании.Что касается функциональной нейровизуализации, существенные доказательства указывают на то, что аномалии в областях мозга, участвующих в обработке вознаграждения во время заданий с вознаграждением, обещают отличить биполярное расстройство от ЯБ. По сравнению со здоровыми людьми из контрольной группы у UD наблюдалась сниженная реакция хвостатого ядра и NAcc на вознаграждение (Pizzagalli et al., 2009) и меньшая активация вентрального полосатого тела во время ожидания вознаграждения (Stoy et al., 2012). Напротив, у пациентов с БАР наблюдалась повышенная реактивность полосатого тела (Dutra et al., 2015) и повышенная функциональная связь между вентральным полосатым телом (VS) и OFC (Dutra et al., 2017) по денежному и социальному вознаграждению по сравнению со здоровой контрольной группой.

Цепь вознаграждения опосредует целенаправленное поведение, включая эмоции, мотивацию и познание. Ключевыми областями мозга в цепи вознаграждения являются ACC, орбитальная префронтальная кора (OFC), VS, вентральная область покрышки (VTA) и миндалевидное тело (Haber and Knutson, 2010). Этим областям мозга, отвечающим за вознаграждение, были назначены определенные функции: VTA-VS является центром вознаграждения, ACC и OFC отвечают за рабочую память и исполнительный контроль, а миндалевидное тело имеет решающее значение для ассоциативных воспоминаний, связанных со страхом и вознаграждением (Russo и Нестлер, 2013).Кроме того, другие структуры, включая дорсальную префронтальную кору, гиппокамп, таламус и латеральное габенулярное ядро, также являются важными компонентами в регуляции схемы вознаграждения. Связь между этими областями образует сложную нейронную сеть, которая опосредует различные аспекты обработки вознаграждения. Активация цепи вознаграждения приводит к усилению мотивации, поведению, направленному на получение вознаграждения и положительных эмоций, или к гневу, когда стремление к цели нарушается. Понижение или дезактивация цепи вознаграждения приводит к снижению мотивации, усилению ухода и таким эмоциям, как грусть и ангедония.Предполагается, что гиперчувствительность к вознаграждению лежит в основе риска маниакальных/гипоманиакальных симптомов (Alloy et al., 2016). В совокупности BD, по-видимому, характеризуется гиперактивацией вознаграждения, в то время как гипоактивация вознаграждения связана с UD (Alloy et al., 2016).

Тем не менее, есть некоторые другие результаты в исследованиях, основанных на функциональном магнитном резонансе (фМРТ). Фоти и др. (2014) сообщили, что обработка вознаграждения во время лабораторной игровой задачи была неоднородной в пределах MDD, что указывает на то, что не все MDD характеризовались дисфункцией вознаграждения.В исследовании с использованием задания на угадывание карт у пациентов с БАР было отмечено снижение, а не увеличение активации областей вознаграждения, включая NAcc, хвостатое ядро и префронтальные области, по сравнению с ЯБ (Redlich et al., 2015). В другом исследовании (Sharma et al., 2016) было обнаружено, что снижение активации в билатеральном VS и левой OFC в сторону социального вознаграждения коррелирует с большей тяжестью депрессии у пациентов с BD, но не с униполярными. Эти противоречивые результаты можно объяснить разнообразием парадигм задач.Принимая это во внимание, такая разная обработка вознаграждения при BD и UD по-прежнему предполагает роль цепи вознаграждения в различении двух расстройств. Неясно, зависит ли это различное функционирование схемы вознаграждения между BD и UD от состояния или имеет характерный профиль. Если признать это чертой, не зависящей от задачи, различия в функционировании вознаграждения также должны существовать в состоянии покоя, что может помочь идентифицировать BD и UD раньше.

ФМРТ-исследование цепи вознаграждения в состоянии покоя может принести большую пользу при отсутствии конкретных задач.Во время сканирования rs-fMRI участникам не требуется выполнять определенную задачу. Это позволяет избежать ограничений, связанных с интерференцией различных парадигм задач, и обеспечивает высокую степень сотрудничества. Следовательно, rs-fMRI может улучшить относительную согласованность результатов нескольких исследований. Предыдущие исследования показали, что функциональная связность в состоянии покоя (rsFC) между крупномасштабными сетями мозга (Goya-Maldonado et al., 2016), а также между областью интереса (ROI) и другими областями мозга (Ambrosi et al., 2017), можно дифференцировать униполярную и биполярную депрессию. Существует одно исследование, в котором напрямую сравнивали схему вознаграждения rsFC между BD и UD (Satterthwaite et al., 2015). Более того, аберрантная цепь вознаграждения rsFC уже была выявлена при большом депрессивном расстройстве (Felger et al., 2016; Gong et al., 2017) и многих других заболеваниях, включая нарушение сна (Avinun et al., 2017), дефицит внимания, гиперактивность. расстройство (СДВГ) (Dias et al., 2013; Tomasi and Volkow, 2014), а также шизофрения и расстройство, связанное с употреблением каннабиса (Fischer et al., 2014). Эти данные подтверждают дисфункцию схемы вознаграждения не только во время выполнения задач, но и в состоянии покоя.

В настоящем исследовании мы стремились изучить нейробиомаркеры для раннего распознавания BD путем ретроспективного сравнения rsFC в цепи вознаграждения между UD и депрессивным BD. Как правило, мера rsFC может представлять собой функциональную синхронность спонтанной активности между данной областью и любыми другими областями во всем мозге. В этом исследовании rsFC между ключевыми областями цепи вознаграждения (OFC, ACC, VS, VTA и миндалевидным телом) использовался для определения функциональной синхронности в цепи вознаграждения.Интересно, что пациенты с БАР, включенные в наше исследование, изначально имели депрессивные эпизоды и никогда ранее не испытывали маниакальных/гипоманиакальных эпизодов. Эти депрессивные пациенты затем начали манифестировать биполярное расстройство (трансформированное биполярное расстройство, tBD) в течение периода наблюдения. Мы предполагаем, что rsFC между ключевыми областями схемы вознаграждения мозга различается между tBD и UD, что может способствовать раннему отличию BD от UD.

Материалы и методы

Участники

С сентября 2011 г. по май 2017 г. в отделение психиатрии Нанкинской больницы головного мозга Нанкинского медицинского университета было зачислено 77 пациентов с предварительным диагнозом БДР.Диагноз БДР был установлен в соответствии с Диагностическим и статистическим руководством по психическим расстройствам, четвертая версия (DSM-IV-TR). Шкала оценки депрессии Гамильтона из 17 пунктов (HAMD-17) (Hamilton, 1960) применялась для оценки тяжести депрессии. Мини-международное нейропсихиатрическое интервью (M.I.N.I.) (Sheehan et al., 1998) использовалось для подтверждения диагноза БДР и отсутствия каких-либо других психических расстройств. Контрольный список гипомании из 32 пунктов (Hirschfeld et al., 2000; Angst et al., 2005) использовали для скрининга любых маниакальных/гипоманиакальных эпизодов в течение жизни, при этом все пациенты набрали менее 12 баллов. Участники с текущими или прошлыми другими психическими расстройствами были исключены.

Настоящее исследование представляло собой лонгитюдное обсервационное последующее исследование. В течение периода наблюдения пациенты наблюдались не менее 3 лет, если у них не развилась мания/гипомания. Пациенты, которые начали проявлять манию/гипоманию, были определены как tBD. В конце наблюдения в декабре 2017 г. в группу tBD было отнесено 37 пациентов.Остальные 40 пациентов не страдали маниакальным/гипоманиакальным эпизодом после более чем 3-летнего наблюдения. Было важно отнести этих пациентов к группе с меньшей вероятностью развития ББ в будущем, и они были определены как группа ЯД.

Сорок здоровых контролей (HC) были набраны из местного населения. МИНИ. применялся также для подтверждения отсутствия психоза в анамнезе. HC исключались, если они сообщали о каких-либо психических расстройствах в семейном анамнезе у родственников первой степени родства.

Все участники были китайцами хань, правшами, в возрасте от 18 до 55 лет, с минимальным образованием 6 лет.Дополнительные критерии исключения для всех участников включали заболевания нервной системы, серьезные физические заболевания, злоупотребление психоактивными веществами/зависимость и любые противопоказания к МРТ.

Это исследование было одобрено Наблюдательным советом по этике исследований филиала Нанкинской больницы головного мозга Нанкинского медицинского университета. Все участники были проинформированы об исследовании и дали письменное информированное согласие.

Сбор данных МРТ

На исходном уровне после добавления все участники прошли МРТ на 3.Сканер 0T Siemens Verio с 8-канальной радиочастотной катушкой в отделении радиологии филиала Нанкинской больницы головного мозга Нанкинского медицинского университета. Перед сканированием испытуемых просили лежать неподвижно с закрытыми глазами, расслабиться, но не заснуть, и не думать ни о чем конкретном. Каждый субъект был удобно расположен в катушке и снабжен мягкими берушами, чтобы уменьшить шум сканера. Сначала были получены трехмерные Т1-взвешенные изображения со следующими параметрами: время повторения (TR) = 1900 мс, время эха (TE) = 2.48 мс, угол поворота = 9°, поле зрения (FOV) = 250 мм × 250 мм, размер матрицы = 256 × 256, 176 аксиальных срезов толщиной 1 мм, разрешение вокселя в плоскости = 1 мм × 1 мм, сбор данных время = 4 мин 18 с. Далее, всего 133 тома функциональных изображений в состоянии покоя (TR = 3000 мс, TE = 40 мс, угол переворота = 15°, FOV = 240 мм × 240 мм, размер матрицы = 64 × 64, 32 аксиальных среза Толщина 4 мм, время сбора данных = 6 мин 45 с) были получены с использованием эхо-планарной визуализации с повторным градиентом.

Предварительная обработка функционального изображения в состоянии покоя

Формат изображения был передан с помощью MRIcroN.Предварительная обработка проводилась с помощью набора инструментов Data Processing Assistant for Resting-State fMRI (DPARSF). Сначала были удалены первые 6 томов для стабильной намагничивания и адаптации участников к сканированию. Затем оставшиеся 127 томов были скорректированы по времени среза, выровнены по движению головы, пространственно нормализованы с использованием T1-взвешенного изображения с помощью сегментации DARTEL и сохранены с пространственным разрешением 2 мм × 2 мм × 2 мм. Сглаживание проводилось с помощью 4-миллиметрового изотропного ядра Гаусса по всей ширине на половине высоты (FWHM), временной полосовой фильтрации (0.01–0,08 Гц) было сделано для уменьшения дрейфа низких частот и физиологических высокочастотных шумов, а удаление тренда было сделано для уменьшения влияния повышения температуры оборудования МРТ. Впоследствии мешающие сигналы, включая параметры движения головы Friston 24, а также сигналы белого вещества и цереброспинальные сигналы, были регрессированы. В настоящем исследовании шесть пациентов (три UD и три tBD) и два HC были исключены из-за движения головы с максимальным смещением более 2,0 мм в любом измерении или 2,0 градуса углового движения.Один HC был исключен из-за аномальных анатомических сигналов. Шесть участников (четыре UD, один tBD и один HC) были исключены из-за плохой нормализации. Наконец, 66 пациентов (33 UD и 33 tBD) и 36 HC прошли дальнейший анализ функциональной связности в DPARSF.

Анализ функциональной связи между ROI

На основе упомянутой выше гипотезы мы создали 8 областей интереса: mOFC (MNI: 2, 46, -8), ACC (MNI: -2, 28, 28), левый VS (MNI: -12, 12, -7) и правой ВС (MNI: 12, 10, -6), левой Эми (MNI: -20, -2, -16) и правой Эми (MNI: 20, -2, -20), левая ВТА (MNI: -4, -16, -14) и правая ВТА (MNI: 4, -18, -14) в пространстве Монреальского неврологического института (MNI).Координаты mOFC, ACC и двустороннего VS были получены из метаанализа Bartra et al. (2013), который широко применялся в исследованиях фМРТ (Satterthwaite et al., 2015; Pan et al., 2017). В связи с тем, что метаанализ Бартры не дал точных координат миндалевидного тела и что сфера ВОП в этом метаанализе может содержать другие структуры ствола мозга, координаты двусторонней Эми и двусторонней ВОП были получены из Исследование фМРТ, в котором изучалось влияние жизни в городе на систему вознаграждения (Kramer et al., 2017). Пикатлас WFU использовался для создания ROI со сферами радиусом 4 мм для двусторонней VTA и сферами радиуса 5 мм для остальных, центрированных в соответствии с предыдущими исследованиями (Kahn and Shohamy, 2013; Satterthwaite et al., 2015; Kramer). и др., 2017; Пан и др., 2017). Функциональная связь ROI-ROI была выполнена с использованием набора инструментов DPARSF. Временные ряды каждой ROI были извлечены и усреднены по всем вокселям в ROI. Отдельные изображения были нормализованы в стандартный шаблон, чтобы избавиться от индивидуальной дисперсии местоположения.Затем коэффициенты корреляции Пирсона между каждой парой областей интереса рассматривались как сила функциональной связи. Коэффициенты корреляции были преобразованы в z-показатель Фишера, чтобы улучшить нормальность и обеспечить дальнейший анализ. Таким образом, отдельно была получена матрица z баллов каждой отдельной функциональной связности. Поскольку функциональная связность не имела направления, мы извлекли значения верхней треугольной матрицы (28 связей на субъекта) для статистического анализа.

Статистический анализ

Для сравнения демографических данных в программе SPSS 19.0 (SPSS Inc., Чикаго, Иллинойс, США) были выполнены однофакторный дисперсионный анализ (ANOVA) и критерий хи-квадрат (только для пола). Клинические данные, которые могут быть зарегистрированы как непрерывные переменные, включая возраст на момент начала заболевания, общую продолжительность заболевания, продолжительность текущего эпизода и количество депрессивных эпизодов, а также балл HAMD-17 между группами UD и tBD, были проанализированы с использованием двухвыборочных t -тестов. Другие клинические категориальные переменные были проанализированы с помощью тестов хи-квадрат между двумя группами пациентов, таких как семейный анамнез аффективных расстройств, хронизация (определяемая как один единственный депрессивный эпизод, который длится не менее 2 лет без значительной ремиссии) (Ratheesh et al., 2017), рефрактерность (отсутствие улучшения после достаточного лечения двумя или более антидепрессантами), суицидальная попытка и суточная дисперсия депрессии, а также лечение (тип антидепрессанта, стабилизатора, рТМС и МЭКТ). В связи с тем, что лечение в течение периода наблюдения может повлиять на прогноз депрессии (т. е. на то, останутся ли они униполярными или перерастут в биполярные), был проведен бинарный логистический регрессионный анализ. В логистическом регрессионном анализе группа (tBD или UD) использовалась как зависимая переменная, а лечение — как независимая переменная.Значимость была установлена на уровне P < 0,05 двусторонних альтернатив.

Чтобы изучить исходные различия rsFC между пациентами с tBD и UD, был использован тест рандомизированной перестановки с 5000 повторениями. Тест перестановки — это тип теста статистической значимости, в котором распределение статистики теста при нулевой гипотезе получается путем вычисления всех возможных значений статистики теста при перестановке меток на наблюдаемых точках данных (Nichols and Holmes, 2002) .Подробные этапы перестановочного теста в настоящем исследовании следующие: (1) усредненная функциональная связность вычислялась для исходной групповой маркировки; (2) для каждой повторной выборки метки групп случайным образом переставлялись и вычислялась усредненная функциональная связность для переставленных данных; (3) шаг 2 повторялся до тех пор, пока не было выполнено заданное количество повторных выборок; и (4) гипотеза была принята или отвергнута на основании пропорции переставленной усредненной функциональной связности, равной или превышающей исходную.Различия rsFC в исходном состоянии могут служить нейробиомаркерами для ранней дифференциации ББ от ЯД. Как упоминалось ранее, некоторые клинические и демографические данные были предложены в качестве факторов риска перехода от депрессии к БР, включая семейный анамнез БР или аффективного расстройства, ранний возраст начала (менее 25 лет), рецидивы (более четырех лет). эпизоды) и рефрактерный статус (Dudek et al., 2013; Woo et al., 2015; Ratheesh et al., 2017). С другой стороны, демографические факторы, такие как возраст и образование, также могут влиять на работу мозга.Чтобы проверить, были ли межгрупповые различия rsFC на исходном уровне вызваны этими потенциальными искажающими факторами, была выполнена общая линейная модель (GLM). В GLM значения rsFC значимой разницы между UD и tBD считались зависимыми переменными, группы считались независимыми переменными и потенциальными искажающими факторами (возраст, годы обучения, возраст начала заболевания, количество эпизодов, семейный анамнез и рефрактерность). считались ковариатами. Достоверная разница была установлена на пороге P < 0.05 с поправкой на FDR.

Кроме того, чтобы оценить точность значений rsFC при прогнозировании диагноза (tBD по сравнению с UD), мы также провели анализ рабочих характеристик приемника (ROC), который мог получить площадь под кривой (AUC) с помощью программного обеспечения SPSS. Между тем, для оценки диагностической эффективности были рассчитаны три статистических показателя, включая чувствительность (SN), специфичность (SP) и отношение шансов (OR).

Наша основная гипотеза касалась различий между пациентами с ТББ и ЯД.Чтобы предоставить информацию о том, в какой степени наблюдаемые различия tBD и UD представляют собой аномальное функционирование нервной системы, мы также провели исследовательские сравнения, включив группу HC и провели тестирование перестановок между HC и каждой группой пациентов соответственно.

Результаты

Демографические и клинические характеристики

Между тремя группами не было обнаружено существенных различий по возрасту, полу и уровню образования. Все сравниваемые клинические характеристики существенно не отличались между tBD и UD, включая возраст начала заболевания, количество эпизодов, общую продолжительность заболевания, продолжительность текущего эпизода и общий балл HAMD-17, семейный анамнез аффективного расстройства, хроничность, рефрактерность, попытку самоубийства, суточная дисперсия депрессии и лечение (подробности см. в таблице 1).Результаты бинарного логистического регрессионного анализа показали, что группа (tBD или UD) не была связана с лечением (дополнительная таблица 1), что указывает на то, что переход к BD не был связан с различиями в лечении.

Таблица 1. Демографические и клинические характеристики среди трех групп.

Функциональная связь в состоянии покоя

Среди 28 соединений в цепи вознаграждения rsFC между левым VTA и левым VS (значение rsFC: tBD: 0,057 ± 0.223, УД: 0,234 ± 0,236; P = 0,001, P < 0,05 с коррекцией FDR), между левой VTA и правой VS (значение rsFC: tBD: 0,082 ± 0,223, UD: 0,234 ± 0,236; P = 0,008, без коррекции), и между правой VTA и правой VS (значение rsFC: tBD: 0,108 ± 0,229, UD: 0,227 ± 0,250; P = 0,049, без поправки) были ниже в группе tBD по сравнению с группой UD. Только rsFC между левой VTA и левой VS значительно различалась между tBD и UD (рис. 1, 2).

Рисунок 1. Левая VTA и левая VS rsFC разница между tBD, UD и HC. ^∗ P < 0,05, без поправки; ^∗∗ P < 0,05, FDR с поправкой.

Рис. 2. (A) Показаны различия rsFC между tBD и UD. (B) Показаны различия rsFC между UD и HC. (C) Показаны различия rsFC между tBD и HC. tBD показал значительно более низкий rsFC между левой VTA и левой VS ( P = 0.001, P < 0,05 с коррекцией FDR). Другие различия rsFC не были значимыми ( P <0,05, без поправки). rsFC представлен ниже (синий) или выше (красный). Превосходный вид 3D-мозга. tBD, трансформированное биполярное расстройство; UD, униполярная депрессия; mOFC, медиальная орбитофронтальная кора; ACC, передняя поясная кора; ВС, вентральное полосатое тело; VTA, вентральная область покрышки; Эми, миндалевидное тело.

Анализ общей линейной модели показал, что различия rsFC между двумя группами пациентов сохранялись даже после того, как были приняты во внимание несколько возможных смешанных факторов (семейный анамнез аффективного расстройства, количество эпизодов, рефрактерность, возраст начала, образование и возраст) (дополнительная таблица). 2).Более того, ROC-анализ показал хорошую точность левого VTA-левого VS rsFC (AUC = 70%, SN = 87,9%, SP = 51,5%, OR = 7,703, P = 0,005, рис. 3).

Рис. 3. Анализ рабочих характеристик приемника левого VTA-левого VS rsFC. Площадь под кривой (AUC), представляющая чувствительность к дискриминанту tBD и UD, AUC = 70%. Чувствительность = 87,9%, специфичность = 51,5%, отношение шансов = 7,703, P = 0,005.

Поисковые сравнения показали, что по сравнению с HC, UD показал более высокий rsFC между левой VTA и левой VS (значение rsFC: UD: 0.234 ± 0,236, УВ: 0,101 ± 0,137; P = 0,003, без коррекции), между левой ВТА и левой Ами (значение rsFC: UD: 0,271 ± 0,288, HC: 0,146 ± 0,267; P = 0,033, без коррекции), между правой ВТА и левой ПС (значение rsFC: UD: 0,171 ± 0,228, HC: 0,024 ± 0,234; P = 0,005, без коррекции), и между правой ВТА и правым VS (значение rsFC: UD: 0,205 ± 0,243, HC: 0,077 ± 0,230; P = 0,015, без поправки). И наоборот, по сравнению с HC, группа tBD показала более высокий rsFC между билатеральной VTA и левой Amy (значение rsFC левой VTA-левой Amy: tBD: 0.270 ± 0,315, УВ: 0,146 ± 0,267; P = 0,040, без поправки. правый VTA-левый Amy значение rsFC: tBD: 0,290 ± 0,301, HC: 0,126 ± 0,286; P = 0,012, без поправки) и нижний rsFC между правым VS и левым Amy (значение rsFC: tBD: 0,227 ± 0,261, HC: 0,331 ± 0,226; P = 0,042, без поправки). К сожалению, эти различия rsFC не сохранились после коррекции FDR (рис. 1, 2).

Обсуждение

В этом лонгитюдном исследовании проводилось прямое сравнение исходного уровня rsFC в схеме вознаграждения между tBD и UD.В соответствии с нашей гипотезой результаты показали, что БД (в депрессивном состоянии до возникновения каких-либо эпизодов мании/гипомании) отличалась от НБ при rsFC между левой ВОП и левой ВП. Этот результат не был испорчен мягкими биполярными признаками, включающими семейный анамнез аффективного расстройства, рефрактерного биполярного расстройства или попытки самоубийства. Разница в rsFC объясняет точную дифференциацию между биполярным расстройством и UD в ROC-анализе, что может способствовать раннему различению двух аффективных расстройств при депрессивных состояниях.

Наш основной вывод заключался в том, что tBD показал более низкий VTA-VS rsFC по сравнению с UD. VTA и NAcc (основная часть VS) являются ключевыми мезолимбическими узлами в цепи вознаграждения (Haber and Knutson, 2010), которые связаны медиальным пучком переднего мозга (Keller et al., 2013). Дофаминовые проекции от VTA (участок дофаминовых нейронов) к NAcc представляют собой основной путь в цепи вознаграждения (Padoa-Schioppa and Cai, 2011; Russo and Nestler, 2013). Важные аспекты обработки вознаграждения кодируются дофаминергическими нейронами, возникающими из VTA и проецирующими на вентральное полосатое тело (VS) через мезолимбический путь.Было обнаружено, что дофаминовая система VTA-VS имеет огромное значение для разнообразия мотивированного поведения и познания (Camara et al., 2009). Предполагается, что дофаминовые сигналы VTA модулируют сигнализацию, зависящую от уровня оксигенации крови (BOLD) в NAcc (Knutson and Gibbs, 2007), и известно, что они имеют решающее значение для обработки вознаграждения (Padoa-Schioppa and Cai, 2011). Кроме того, VTA и VS (NAcc) получают множество афферентов от областей коры (медиальная префронтальная кора, mOFC, дорсальная ACC), лимбических областей (Amy, гиппокамп) и других областей мозга, участвующих в обработке вознаграждения (Camara et al., 2009; Руссо и Нестлер, 2013 г.; Йетникофф и др., 2014). Было высказано предположение, что аберрантный VS rsFC отражает распределенную интеграцию слияния стриарных сигналов из нарушенного контура вознаграждения (Pan et al., 2017). В нашем настоящем исследовании функциональная синхронность в состоянии покоя различалась между пациентами в продромальной фазе BD (tBD) и UD, но эта разница ограничивалась левой VTA и левой VS (центр контура вознаграждения). Между тем, в остальной части схемы вознаграждения не было обнаружено различий в функциональной синхронности.Это может объяснить, почему симптомы депрессивного эпизода tBD и UD были схожими. С другой стороны, снижение rsFC VTA-VS может отражать нарушение дофаминовой сигнальной системы. Следовательно, более низкий rsFC VTA-VS может указывать на то, что депрессия, связанная с BD, может быть более тяжелой, чем при UD. Различия rsFC между левой VTA и левой VS в нашем исследовании, возможно, указывают на дивергентную дисфункцию в цепи вознаграждения.

Многочисленные фМРТ-исследования, связанные с задачами, подтвердили дисфункцию цепи вознаграждения гиперактивации (или гиперконнектности) при БАР (Nusslock et al., 2012; Schreiter et al., 2016) и гипоактивация (или гипоконнективность) при ЯБ (Ubl et al., 2015; Gong et al., 2017) соответственно. Насколько нам известно, единственное исследование, непосредственно изучающее rsFC в цепи вознаграждения между BD и UD, сообщило о более высокой функциональной связности в состоянии покоя в системе вознаграждения, включая VS, VTA, переднюю долю островка и таламус при BD по сравнению с UD (Satterthwaite et al. ., 2015). Это противоречит нашим нынешним результатам по более низкому VTA-VS rsFC. Такое несоответствие может быть связано с тем, что пациенты, помеченные как BD в исследовании Саттертуэйта, уже испытывали манию / гипоманию до сканирования фМРТ, в отличие от наших продромальных «биполярных» депрессивных пациентов.Точно так же в вышеупомянутом исследовании не удалось обнаружить каких-либо существенных различий rsFC в цепи вознаграждения между BD и HC, как мы это сделали в настоящем исследовании. Хотя это и спекулятивно, возможно, что функциональная синхронность цепи вознаграждения в покое является нормальной при депрессивных эпизодах, но уже различается между пациентами в продромальной фазе БАР и пациентами с НЯ. Поскольку диагноз БР точно устанавливается в начале мании, цепь вознаграждения нарушена достаточно серьезно и чрезмерно реагирует на стимулы вознаграждения во время выполнения задач (Alloy et al., 2015). Существует более низкая функциональная синхронность в цепи вознаграждения в состоянии покоя перед манией, но выше во время задач в BD по сравнению с UD; такое колебание от низкого к высокому вызывает более серьезные нарушения при BD, что может быть подтверждено доказательствами гиперчувствительности к вознаграждению при BD и гипочувствительности при UD (Alloy et al., 2016).

Примечательно, что различия в rsFC в схеме вознаграждения были продемонстрированы только между VTA и VS, что можно объяснить несколькими причинами. С одной стороны, система VTA-VS как важный путь в цепи вознаграждения (Russo and Nestler, 2013) может быть первой или оптимальной функцией для раннего различения биполярного расстройства от униполярного.С другой стороны, текущая методология фМРТ rsFC полезна, но, возможно, недостаточно эффективна для обнаружения другой идентификации, которая будет достигнута за счет будущих разработок в области нейровизуализации.

Ограничение

Следует учитывать некоторые ограничения. Во-первых, пациенты с ЯБ, включенные в это исследование, все еще имеют возможность манифестировать ББ в будущем (Ratheesh et al., 2017). В свете этого момента группировка не совсем корректна. Для снижения этого потенциального воздействия диагнозы БДР в группе ЯД подтверждались при динамическом наблюдении продолжительностью не менее 3 лет.Такой дизайн последующего наблюдения и скорость перехода (8,6~25%) (Holma et al., 2008; Gilman et al., 2012; Woo et al., 2015; Bukh et al., 2016; Holmskov et al., 2017; Ratheesh et al., 2017) ограничили размер выборки UD и tBD соответственно. Во-вторых, дополнительное фМРТ-сканирование в состоянии покоя в конце наблюдения, особенно для tBD, может повторить ранее согласованные результаты (гиперактивность вознаграждения при BD и гипоактивность при UD) (Alloy et al., 2016), что сделало бы наши вывод надежнее. Несмотря на отсутствие таких дополнительных данных из-за ретроспективного дизайна, наши результаты действительно расширили знания о БАР на продромальной стадии.Наконец, мера функциональной связи не может проиллюстрировать направление аномального взаимодействия мозга из-за относительно низкого временного разрешения данных rs-fMRI (обычного в большинстве других исследований rs-fMRI). Разработка более совершенных методов нейровизуализации может помочь преодолеть этот недостаток в будущем.

Заключение

В заключение, настоящее исследование подтвердило гипотезу о том, что биполярное расстройство на его продромальной стадии мании/гипомании отличается от ЯБ функциональной синхронностью схемы вознаграждения VTA-VS в состоянии покоя, которая продемонстрировала хорошую точность для раннего различия между два расстройства настроения.Наши результаты, вместе с предыдущей теорией гиперчувствительности к вознаграждению, могут косвенно указывать на более серьезные нарушения цепи вознаграждения при биполярном расстройстве.

Вклад авторов

ZY и QL разработали эксперименты. JS и JG провели эксперименты. JS написал рукопись. JG, RY, XL и RZ внесли свой вклад в сбор и оценку клинических данных. JG, XW, JS, MX и KB проанализировали результаты. ZY, QL и JS одобрили окончательный вариант рукописи. Все авторы помогали в проведении экспериментов.

Финансирование

Эта работа была поддержана Национальным фондом естественных наук Китая (гранты № 81571639, 61372032 и 81871066), Медицинской инновационной группой провинции Цзянсу в рамках Проекта активизации здравоохранения с помощью науки, технологий и образования (CXTDC2016004), Ключ провинции Цзянсу Программа исследований и разработок (BE2018609), Национальная программа исследований и разработок в области высоких технологий (Программа 863) Китая (Программа № 2015AA020509), Фонд молодых медицинских талантов провинции Цзянсу, Китай (Программа №QNRC2016050) и Нанкинский проект развития науки и технологий, провинция Цзянсу, Китай (программа № YKK15110). Финансирующие организации не играли никакой роли в разработке исследования, сборе и анализе данных или утверждении рукописи.

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Дополнительный материал

Дополнительный материал к этой статье можно найти в Интернете по адресу: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpsyg.2018.02586/full#supplementary-material

Сноски

http://www.mricro.com
http://www.restfmri.net/forum/DPARSF
http://fmri.wfubmc.edu/software/pickatlas

Каталожные номера

Alloy, L.B., Nusslock, R., and Boland, EM (2015). Развитие и течение расстройств биполярного спектра: интегрированная модель нарушения регуляции вознаграждения и циркадного ритма. Энн. Преподобный Клин. Психол. 11, 213–250. doi: 10.1146/annurev-clinpsy-032814-112902