Блок питания на операционном усилителе: особенности и применение — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Как работает блок питания на операционном усилителе. Какие преимущества дает использование ОУ в схеме блока питания. На что обратить внимание при разработке и изготовлении БП с ОУ. Примеры практических схем и рекомендации по их реализации.

Содержание

Принцип работы блока питания на операционном усилителе

Блок питания на операционном усилителе (ОУ) представляет собой стабилизатор напряжения, в котором ОУ выполняет роль усилителя ошибки. Основными элементами такого блока питания являются:

Источник нестабилизированного напряжения (трансформатор, выпрямитель, фильтр)
Операционный усилитель
Регулирующий элемент (транзистор)
Цепь обратной связи
Источник опорного напряжения

Принцип работы заключается в следующем:

На инвертирующий вход ОУ подается часть выходного напряжения через делитель в цепи обратной связи
На неинвертирующий вход подается опорное напряжение
ОУ усиливает разницу между этими напряжениями и управляет регулирующим транзистором

Транзистор изменяет свое сопротивление, стабилизируя выходное напряжение

Таким образом, система поддерживает на выходе стабильное напряжение, равное опорному, умноженному на коэффициент деления цепи обратной связи.

Преимущества использования ОУ в блоке питания

Применение операционного усилителя в схеме блока питания дает ряд важных преимуществ:

Высокий коэффициент стабилизации (до 1000 и более)
Малое выходное сопротивление
Возможность точной регулировки выходного напряжения
Простота реализации защиты от перегрузки и короткого замыкания
Низкий уровень пульсаций на выходе
Быстрая реакция на изменение нагрузки

Все это позволяет создавать высококачественные лабораторные и измерительные источники питания на основе ОУ.

Ключевые моменты при разработке блока питания с ОУ

При проектировании блока питания на операционном усилителе необходимо учитывать следующие аспекты:

Выбор подходящего ОУ по напряжению питания, быстродействию, входному смещению
Обеспечение устойчивости системы (частотная коррекция)
Защита входов ОУ от перенапряжения
Температурная стабилизация источника опорного напряжения
Снижение влияния пульсаций питания ОУ на выходное напряжение
Правильный монтаж силовых цепей для уменьшения наводок

Внимание к этим деталям позволит реализовать все преимущества схемы на ОУ и получить качественный стабилизированный источник питания.

Схема простого регулируемого блока питания на ОУ

Рассмотрим пример схемы регулируемого блока питания на операционном усилителе:

«`text +12В | R1 | +———+———+ | | | R2 R3 R4 | | | +—[OP-AMP]—+—-+ | + -| | | | R5 | R6 | | | GND | GND | R7 | Q1 | OUT R1 = 1 кОм R2 = 10 кОм (подстроечный) R3 = 1 кОм R4 = 10 кОм R5 = 1 кОм R6 = 10 кОм R7 = 0.1 Ом Q1 = TIP31C OP-AMP = LM358 Выходное напряжение регулируется в диапазоне 1.2-10В «`

В данной схеме:

ОУ LM358 используется как усилитель ошибки
Транзистор Q1 является регулирующим элементом
R2 позволяет регулировать выходное напряжение
R7 обеспечивает защиту от короткого замыкания

Такая схема позволяет получить регулируемое стабилизированное напряжение с хорошими параметрами при минимуме компонентов.

Особенности питания операционного усилителя в блоке питания

Важным аспектом при разработке блока питания на ОУ является правильная организация питания самого операционного усилителя. Необходимо учитывать следующие моменты:

Напряжение питания ОУ должно быть выше максимального выходного напряжения блока питания
Желательно использовать отдельный стабилизатор для питания ОУ
Питание ОУ должно быть хорошо отфильтровано от пульсаций
При однополярном питании ОУ может потребоваться схема смещения нуля
Следует использовать развязывающие конденсаторы у выводов питания ОУ

Правильная организация питания ОУ позволит реализовать все его преимущества и получить качественный стабилизированный выход.

Защита от перегрузки и короткого замыкания

Одним из важных преимуществ блоков питания на ОУ является простота реализации эффективной защиты от перегрузки и короткого замыкания. Рассмотрим основные методы:

Ограничение тока — в цепь эмиттера регулирующего транзистора вводится резистор малого номинала. Падение напряжения на нем контролируется дополнительным ОУ, который ограничивает ток при достижении порогового значения.

Схема фолдбэк — более сложный вариант токовой защиты, при котором ток короткого замыкания меньше максимального рабочего тока. Это снижает нагрузку на элементы схемы.
Тепловая защита — на радиатор регулирующего транзистора устанавливается термодатчик, который отключает выход при перегреве.
Защита от перенапряжения — дополнительная схема на тиристоре, которая закорачивает выход при превышении допустимого напряжения.

Комбинация этих методов позволяет создать надежную систему защиты блока питания от аварийных режимов.

Практические рекомендации по изготовлению блока питания на ОУ

При сборке блока питания на операционном усилителе следует придерживаться следующих рекомендаций:

Использовать печатную плату с качественной разводкой силовых цепей
Обеспечить хорошее охлаждение регулирующего транзистора

Экранировать входные цепи ОУ от наводок
Применять качественные комплектующие (конденсаторы, резисторы)
Использовать отдельный трансформатор для питания ОУ
Тщательно настроить цепи частотной коррекции
Проверить работу схем защиты в различных режимах

Соблюдение этих рекомендаций позволит получить надежный и качественный блок питания на основе операционного усилителя.

Применение блоков питания на ОУ

Благодаря своим преимуществам, блоки питания на операционных усилителях нашли широкое применение в различных областях:

Лабораторные источники питания
Измерительное оборудование
Медицинская техника
Прецизионные аналоговые устройства
Аудиотехника высокого класса
Зарядные устройства
Источники опорного напряжения

Везде, где требуется стабильное напряжение питания с минимальным уровнем пульсаций и шумов, блоки питания на ОУ показывают отличные результаты.

РадиоКот :: Лабораторный с ОУ

Впервые эта замечательная схема встретилась мне в лабораторном блоке питания на 50 вольт 1 ампер (https://members.shaw.ca/novotill/index.htm). Впоследствии я нашел этот же подход в промышленном лабораторном источнике HY3020E (30 вольт 20 ампер). Вот она в упрощенном варианте:

Операционный усилитель DA1 сравнивает напряжение на делителе R2-R4 c напряжением на его инвертирующем входе. Если выходное напряжение увеличивается, то напряжение на неинвертирующем входе DA1 станет меньше напряжения на инвертирующем. DA1 своим выходным напряжением закроет транзистор VT1, что приведет к уменьшению выходного напряжения. Регулировка выходного напряжения может осуществляется изменением величины опорного напряжения Vref или резистора R4.

Выходной ток создает на резисторе R3 падение напряжения. Пока это напряжение меньше опорного Iref, на выходе DA2 положительное напряжение, близкое к напряжению питания DA2.

Диод изолирует выход DA2 от затвора выходного транзистора. Как только падение напряжения на R3 превысит опорное напряжение Iref, выходное напряжение DA2 уменьшится и через диод начнет закрывать выходной транзистор VT1. При этом выходной ток уменьшится до такой величины, что вызванное им падение напряжения на R3 сравняется с опорным напряжением Iref. Регулируя Iref возможно регулировать величину выходного тока.

При ограничении тока величина выходного напряжения становится меньше заданного. Пытаясь привести его в норму, DA1 увеличит свое выходное напряжение почти до положительного напряжения питания ОУ. Но у него это не получиться, поскольку DA2 не позволяет увеличиваться управляющему напряжению на затворе выходного транзистора, тем самым ограничивая ток. Все потуги DA1 падают на резисторе R1. В режиме ограничения тока этот резистор как бы подключен к положительному полюсу источника питания и служит нагрузкой DA2.

Для питания операционных усилителей должен быть применен отдельный маломощный двуполярный источник питания, общая точка которого соединяется с положительным выходом OUT+. Величина напряжения этого источника должна быть подходящей для питания ОУ и полного открытия выходного транзистора. Выходное стабилизированное напряжение формируется из нестабилизированного напряжения Vin. Благодаря применению дополнительного источника питания возможно применение обычных операционных усилителей в высоковольтных источниках питания (например 50 вольт). Схема очень гибка в применении. Величина выходного напряжения не зависит от напряжений питания ОУ. Она определяется только величиной опорного напряжения Vref и делителем R2R4. Величина выходного тока определяется опорным напряжением Iref и величиной резистора R3.

Благодаря включению полевого транзистора повторителем дополнительная частотная компенсация схемы не требуется при применении ОУ с единичным коэффициентом усиления. Отсутствие дополнительной компенсации обеспечивает работу ОУ на полной скорости и, следовательно, быстрое переключение от ограничения напряжения к ограничению тока и обратно.

На базе рассмотренной схемы был построен лабораторный источник питания с диапазоном регулирования напряжения 0-30 V и тока 0-0. 5A .

Схема в точности повторяет рассмотренную ранее упрощенную схему. Опорное напряжение генерируется с помощью TL431 и равно 3,3 вольта. Опорное напряжение токового ограничения регулируется переменным резистором R5. R7 используется для регулирования напряжения. VD1 – VD4, C2, C3 используются для получения питающего ОУ двуполярного напряжения.

Транзистор VT1 служит для индикации ограничения тока включением светодиода оранжевого цвета, а также он используется в триггерной защите. Триггерная защита работает следующим образом. При ограничении тока напряжение на выходе DA2:A падает, что приводит к открыванию транзистора VT1 и свечению светодиода VD6. Положительное напряжение, возникающее при этом на коллекторе VT1, через R20, S1, VD8 поступает на инвертирующий вход DA2:A. Это напряжение имитирует большое падение напряжения на токоизмерительном резисторе, что приводит к полному закрытию выходного транзистора и снижению выходного напряжения до 0. После срабатывания триггерной защиты выходное напряжение отсутствует до ее отключения. Триггерная система защиты включается и отключается кнопкой с фиксацией S1. При отключенной триггерной защите обычное ограничение тока продолжает работать. После того как величина напряжения восстановится, триггерную защиту можно снова включить. Конденсатор C8 служит для задержки включения триггерной защиты на несколько миллисекунд.

Транзистор VT4 служит для быстрого разряда выходного конденсатора в случае отсутствия нагрузки при уменьшении выходного напряжения. Вместо него может быть использована обычная резистивная нагрузка сопротивлением 1-2 килоома соответствующей мощности. Применение транзистора исключает выделение дополнительной мощности на нагрузочном резисторе во время работы. При нормальном напряжении он закрыт. Открывается он только тогда, когда происходит уменьшение выходного напряжения за счет регулировки. При применении обычного полевого транзистора на базу транзистора может подаваться обратное напряжение значительной величины (>5 вольт). В этом случае транзистор должен быть защищен дополнительным диодом.

Схема легко масштабируется. Для выбора другого максимального напряжения необходимо изменить сопротивление R10 в делителе.

Для изменения максимального тока следует пропорционально изменить R17, учитывая, что при максимальном токе падение напряжение на нем должно быть 0,5 вольт.

Меняя ток или напряжение необходимо выбирать соответствующий нестабилизированный источник.

Применение logic level мощного транзистора обусловлено напряжением питания операционного усилителя +-6 вольт. Обычный полевой транзистор может быть применен при увеличении напряжения питания ОУ до +-10-12 вольт. Также в качестве управляющего транзистора можно использовать биполярный транзистор, включенный по схеме Дарлингтона. Его частота единичного усиления должна в 3-5 раз превосходить частоту единичного усиления ОУ для обеспечения стабильности. Поэтому в случае использования биполярного транзистора типа TIP147 с его типичной частотой единичного усиления 3MHz лучше использовать ОУ LM358 или даже OP07. В качестве управляющего транзистора может быть применено несколько параллельно включенных транзисторов с применением выравнивающих сопротивлений в эмиттерах. Управляющий транзистор должен охлаждаться радиатором. В своем блоке питания я применил полевые транзисторы и отностительно быстрые ОУ TL082. Маломощные транзисторы могут быть использованы практически любые высокочастотные. Постоянные резисторы – мощностью 0,125 вата, за исключением R17 (керамический 3 или 5 ватт) и R23 (1 или 2 ватта). Переменные резисторы применены с линейной характеристикой регулирования.

Нестабилизированный источник собран по следующей схеме.

Перед первым включением рекомендуется проверить отсутствие замыканий на плате и вообще в схеме. Сначала проверяется работа нестабилизированного источника без подключения стабилизатора. Первое включение блока питания проводят без нагрузки с переменными резисторами в среднем положении и выключенным S1. Необходимо проверить напряжения питания ОУ, опорное напряжение 3,3 вольта. Напряжение на выходе DA2A должно быть близко к положительному источнику, на выходе DA2B, на затворе – на грани открывания регулирующего транзистора (0,5 – 3 вольта). Выходное напряжение должно регулироваться резистором R7.

После этого нужно установить напряжение 3-5 вольт и подключить нагрузку. Я использовал лампочку на 24 вольта, но можно использовать и другую нагрузку с током миллиампер 100 при 24 вольтах. При подключении лампочки выходное напряжение не должно измениться. Установив напряжение 7-12 вольт, резистором R5 необходимо плавно уменьшать выходной ток. При каком то значении источник должен перейти в режим ограничения тока. В этом режиме светодиод VD6 должен включиться и напряжение на выходе DA2A должно упасть до 0 – 2 вольт. На выходе DA2B напряжение должно быть близко к напряжению положительного источника питания ОУ. Вращая R7, убедиться в изменении тока (яркости свечения лампы).

В режиме ограничения тока регулировка напряжения в сторону увеличения не должна оказывать влияния на ток в нагрузке. При уменьшении напряжения, как только ток уменьшится до величины, заданной резистором R5, источник должен перейти в режим регулировки напряжения – светодиод VD6 должен погаснуть

После этого можно проверить работу системы защиты в режиме короткого замыкания. При соединении выходных клемм источник должен перейти в режим ограничения тока — загореться VD6.

После этих проверок можно считать, что источник работает правильно. Необходимо только проверить максимальные значения токов и напряжений. Максимальное напряжение лучше проверять на нагрузке, близкой к максимальной. На регулирующем транзисторе должен быть запас как минимум в несколько вольт при минимальном сетевом напряжении. Если этого нет, то можно либо уменьшить максимальное выходное напряжение, либо просто иметь в виду, что при максимальной нагрузке напряжение может быть нестабилизированным. Для уменьшения максимального выходного напряжения параллельно R10 припаивается еще один резистор. Поскольку я применял smd резисторы 0805, я просто напаял его сверху дополнительно. Если максимальное напряжение нужно увеличить – то ту же операцию можно провести с R9. Конечно же можно и перепаять эти сопротивления заново с другими номиналами. Если разрабатывается блок питания с другим диапазоном напряжений, то нужно изменять, прежде всего, R10.

Перед проверкой максимального тока выходное напряжение уменьшается до минимума, а регулятор тока выкручивается на максимум. Максимальный ток проверяется в режиме короткого замыкания – амперметр подключается на выход. Должна сработать защита. Если этого не произошло, регулятор напряжения нужно выставить в среднее положение. Максимальный ток подбирается резистором R4. При подборе нужно следить, что бы напряжение на R5 было в диапазоне 0,4 – 0,6 вольта. То есть этим резистором осуществляется точная подгонка. Для грубого изменения максимального тока необходимо менять сопротивление шунта R17.

Потом проверяется триггерная защита. Если замкнуть кнопку s1, а потом выходные клеммы, должен загораться светодиод VD6. При устранении короткого замыкания светодиод должен продолжать гореть. Напряжение на выходе должно оставаться около 0. После срабатывания триггерной защиты источник вновь может быть возвращен в рабочее состояние кратковременным размыканием S1.

Блок питания собран в корпусе из под АТХ источника. На фото видны регулирующие резисторы, оба мощных транзистора на радиаторе (один из них через прокладку), кнопка S1, сдвоенный светодиод (над клеммами), шунт, выходные клеммы, печатная плата.

Опорное напряжение не случайно выбрано 3.3 вольт. Это стандартное напряжение питания многих микроконтроллеров. Микроконтроллер может использоваться для генерации опорных регулируемых напряжений. В этом случае регулировку выходного напряжения можно осуществлять цифровыми методами. Об этом я надеюсь рассказать в следующей статье.

Файлы:
Дополнительные материалы

Все вопросы в Форум.

Блок питания для антенного усилителя

Часто для питания антенного усилителя необходим источник стабилизированного напряжения 9. ..12 В с максимальным током нагрузки 20 мА. Можно, конечно, использовать источник питания усилителя телевизора, однако это не всегда удобно. Поэтому может понадобится автономный блок питания. А так как он должен обеспечивать надежную гальваническую развязку от сети, то использовать простой бестрансформаторный блок с гасящим конденсатором или резистором недопустимо. Изготовить же или подобрать необходимый понижающий трансформатор подчас бывает затруднительно. Выходом из такой ситуации может стать использование импульсного маломощного блока питания с разделительным трансформатором на ферритовом кольцевом магнитопроводе.
Схема такого блока питания антенного усилителя приведена на рис.1. Он содержит генератор импульсных сигналов на мощном операционном усилителе DA1, который питается от выпрямителя VD1-VD4. Конденсатор С1 гасит избыточное напряжение сети, а конденсаторы С3 и С4 сглаживают пульсации выпрямленного напряжения.
Выходной ток операционного усилителя К157УД1 достигает 300 мА, поэтому генератор, собранный на нем по схеме мультивибратора, нагружен непосредственно на первичную обмотку трансформатора Т1. Частота генерации — 25…30 кГц. Импульсное напряжение, возникающее во вторичной обмотке трансформатора, выпрямляется диодами VD6, VD7, а выпрямленное напряжение сглаживается фильтром C5L1C6. Стабилитрон VD8 стабилизирует выходное напряжение источника питания.

Рис. 1. Схема блока питания антенного усилителя

Стабилитрон VD5 непосредственно в работе устройства не участвует — он лишь защищает операционный усилитель и другие элементы от недопустимо высокого напряжения в случае срыва генерации или другой неисправности.
К кабелю снижения телевизионной антенны блок подключают через развязывающие дроссели L2, L3.
Большую часть сетевого напряжения — около 90% — гасит конденсатор С1. Вот и получается, что генератор питается от источника тока с внутренним сопротивлением Rc1?6,2кОм, значение тока через который не может превысить 30…33 мА. Именно поэтому стабилитрон VD8 в цепи вторичной обмотки трансформатора Т1 подключен к выпрямителю непосредственно, без гасящего резистора (активное сопротивление дросселя L1 не учитывается — оно мало), что не вызовет перегрузки генератора. Объясняется это тем, что с увеличением тока во вторичной обмотке увеличивается и ток, потребляемый генератором. А так как этот ток ограничен емкостным сопротивлением конденсатора С1, то напряжение питания генератора соответственно уменьшается, уменьшается выходное напряжение, а значит, и потребляемый ток. Поэтому стабилитрон VD8 на выходе выпрямителя будет питаться сравнительно стабильным током. Этим и достигается достаточно высокий коэффициент стабилизации: Kст~(0,7…0,8)RC1/Rg,
где Rg, — динамическое, сопротивление стабилитрона VD8. При Rg=15 Ом Кст?300, чего вполне достаточно для питания усилителя такого назначения. Без усилителя ток, текущий через стабилитрон VD8, не превышает 25 мА, а с усилителем он уменьшается на значение тока, потребляемого усилителем.

Рис.2 Печатная плата

Все детали блока, кроме конденсатора С1 и дросселей L2, L3, размещают и монтируют на печатной плате (рис.2). Дроссели L2 и L3 включают навесным способом между платой и разъемом для подключения усилителя, а конденсатор С1 крепят на отдельной плате.
Диоды VD1-VD4 могут быть КД105Б- КД105Г,Д226Б или выпрямительный блок КЦ402А-КЦ402Г, КЦ404А- КЦ404Г, а VD6-VD7 — Д219А, Д310, Д311, Д312, КД510А, КД521А — КД521Г. Стабилитрон VD5 можно составить из нескольких последовательно включенных стабилитронов с суммарным напряжением стабилизации 30…35 В. Стабилитрон VD8 — на напряжение стабилизации 9… 10,5 В и с максимальным постоянным током стабилизации до 25 мА.
Желательно, чтобы конденсатор С1 (емкостью 0,47…0,56 мкФ) был специально предназначен для работы на переменном токе, например, МБГО, К42-19, К78-4, К70-7, МПГО на номинальное напряжение не менее 300 В. Его можно составить из двух параллельно соединенных конденсаторов МБМ емкостью по 0,25 мкФ на номинальное напряжение 500 В или последовательно включенных емкостью по 1 мкФ на напряжение 160 В. Конденсатор С2 — КЛС, КМ, КД, а С3-С6 -К50-6, К50-24.
Трансформатор Т1 и дроссель L1 намотаны на кольцевых магнитопроводах типоразмера К20х12х6 мм из феррита 2000НМ. Обмотка I трансформатора содержит 35 витков, обмотка II — 40×2 витков провода ПЭВ-2 0,2, а дроссель L1 — 145. ..150 витков такого же провода. Дроссели L2 и L3 типа ДМ индуктивностью 100…500 мкГн.
От тщательности изготовления трансформатора зависит электробезопасность блока, поэтому, несмотря на простоту, он требует особого внимания. Прежде всего, надфилем надо скруглить острые края кольца и обмотать его двумя слоями лакоткани или изоляционной ленты. Провод наматывают с таким расчетом, чтобы обмотки разместились на противоположных сторонах кольца и расстояние между ними было не менее 5 мм. Сверху обмотки обертывают изоляционной лентой.

Рис.3 Дополнительный каскад на транзисторах

Микросхему К157УД1 можно заменить операционным усилителем среднего быстродействия, например К153УД2, с дополнительным выходным каскадом на транзисторах, как показано на схеме рис.3.

Рис.4 Вариант импульсного генератора с К174УН7

В импульсном генераторе можно также использовать микросхему К174УН7, включив ее по схеме, приведенной на рис. 4. Но тогда надо будет вдвое уменьшить число витков первичной обмотки трансформатора, в два раза увеличить емкость конденсатора С1 и применить стабилитрон VD5 на напряжение стабилизации 15…17 В.

И. НЕЧАЕВ, г.Курск, РАДИО 3,1994

Регулируемый блок питания на TLC2272

10.12.2018

Блоки питания

899

Схема блока питания на TLC2272

Выходное напряжение плавно регулируется от 0 до 30 В. Блок питания имеет плавную регулировку ограничения по току.

Схемотехническое решение несложно, данный блок питания может изготовить начинающий радиолюбитель.

Схема блока питания

Принципиальная схема блока питания приведена на рис. 1. Выпрямленное напряжение +38 В, после конденсатора С1, подается на регулирующий транзистор VT2 и транзистор VT1. На транзисторе VT1, диоде VD2, конденсаторе С2 и резисторах R1, R2, R3 собран стабилизатор, который используется для питания микросхемы DA1. Диод VD2 представляет собой трехвыводной, регулируемый, параллельный стабилизатор напряжения.

На выходе стабилизатора резистором R2 устанавливается напряжение +6,5 В, т.к. предельное питающее напряжение микросхемы DA1 составляет VDD = 8 В. На операционном усилителе DA1.1 TLC2272 собрана регулирующая часть напряжения блока питания. Резистором R14 регулируется выходное напряжение блока питания. На один из контактов резистора R14 подается опорное напряжение, равное 2,5 В. Точность данного напряжения, в небольших пределах, устанавливается подбором резистора R9.

Через резистор R15 регулируемое резистором R14 напряжение подается на вход 3 операционного усилителя DA1.1. Через данный операционный усилитель производится обработка выходного напряжения блока питания. Резистором R11 регулируется верхний предел выходного напряжения. Как уже говорилось, микросхема DA1 питается однополярным напряжением 6,5 В. И, тем не менее, на выходе блока питания удалось получить выходное напряжение, равное 0 В.

На микросхеме DA1.2 построен узел защиты блока питания по току и от КЗ. Таких схемотехнических решений узлов защиты было описано множество в различной радиолюбительской литературе и поэтому подробно не рассматривается.

В авторском варианте ток можно регулировать от 0 до 3 А. Цепочка R10 и VD4 используется как индикатор перегрузки по току и КЗ.

Наладка схемы

Налаживание блока начинают с подачи напряжения +37.. .38 В на конденсатор С1. С помощью резистора R2 выставляют на коллекторе VT1 напряжение +6,5 В. Микросхему DA1 в панельку не вставляют. После того, как на ножке 8 панельки DA1 установлено выходное напряжение +6,5 В, выключают питание и вставляют в панельку микросхему.

После включают питание и, если напряжение на ножке 8 DA1 отличается от +6,5 В, производят его подстройку. Движок резистора R14 должен быть выведен на 0, т.е. в нижнее по схеме положение. После установки напряжения питания микросхемы устанавливают опорное напряжение л 2.5 В на верхнем выводе переменного резистора R14.

Если оно отличается от указанного в схеме, подбирают номинал резистора R9. После этого движок резистора R14 переводят в верхнее положение и подстроенным резистором R11 устанавливают верхний предел выходного напряжения +30 В. Выходное нижнее напряжение без резистора R16 равно 3,3 мВ, что не сказывается на показании цифрового индикатора и показания равны 0 В. Если между ножками 1 и 2 микросхемы DA1.1 включить резистор 1,3 МОм, то нижний предел выходного напряжения уменьшится до 0,3 мВ.

Контактные площадки для резистора R16 в печатной плате предусмотрены. Затем подключают реостатное сопротивление в нагрузку и проверяют параметры узла защиты. При необходимости подбирают резисторы R6 и R8. Печатная плата, детали

Блок питания собран на печатной плате размером 85×65 мм. Печатная плата приведена на рис. 2 и рис. 3.

В данной конструкции можно использовать следующие компоненты.

VD2, VD3-KPU2Eh29, вместо транзистора VT2 TIP147 можно использовать отечественный транзистор КТ825, VT3 — BD139, BD140, VT1 — любой кремниевый малой или средней мощности транзистор с напряжением Uk не менее 50 В. Подстроечные резисторы R2 и R11 — из серии СП5. Силовой трансформатор можно применить мощностью 100… 160 Вт. Резистор R16 — с характеристикой ТК не хуже 30 ррт/°С и должен быть либо проволочного, либо металло фольгированного типа.

Узел опорного напряжения на VD3 можно заменить узлом на микросхеме TLE2425 — 2,5 В. Входное напряжение данной микросхемы может варьироваться от 4 до 40 В. Выходное напряжение стабильно — 2,5 В (рис. 4). Во время настройки вместо микросхемы TLC2272 (см. стр. 69) экспериментально была применена микросхема TLC2262. Все параметры остались равными заданным, отклонений режимов не наблюдалось.

При испытаниях данной конструкции на питание микросхемы подавалось не 6,5 В, а 5 В. При этом резистор R9 = 1,6 кОм. Узел питания микросхемы был заменен узлом, показанным на рис. 5.

Если микросхема TLC2272 не в корпусе DIP-8, a SOIC-8, то можно поступить следующим образом, не переделывая печатной платы. Из изолированного материала готовится подложка -прямоугольник размером 20×5 мм. На данный прямоугольник клеем «Момент» приклеивается «лапками кверху», т.е. вверх ногами, микросхема. Расположение микросхемы на подложке показано на рис. 6.

После чего получившийся «бутерброд» приклеивают все тем же клеем, на обратной стороне печатной платы предварительно удалив панельку DIP-8 (если она впаивалась). Подложку с микросхемой приклеивают, располагая равномерно между контактными площадками микросхемы на печатной плате.

Ножка 1 микросхемы должна быть напротив контактной площадки, принадлежащей ножке 1 микросхемы DA1, или сдвинута чуть ниже. После этой операции, с помощью гибких проводников и паяльника, соединяем ножки микросхемы и контактные площадки на печатной плате.

Радиолюбителями было собрано несколько экземпляров данных блоков питания. Все они начинали работать сразу и показали заданные результаты.

При разработке конструкции учитывалась недорогая база и минимум деталей, простота в налаживании и обращении, а также выходные параметры, наиболее приемлемые среди радиолюбителей,

Блок питания

Вопросы качества источника питания операционных усилителей

Введение

Операционные усилители используют напряжение питания постоянного тока, обычно от нескольких вольт до 30 В и более. Если источник питания представляет собой идеальное напряжение постоянного тока источник (то есть дает одинаковое напряжение независимо от того, что происходит), Выход операционного усилителя будет зависеть исключительно от его входов. С идеальных источников напряжения в реальном мире не бывает, надо побеспокоиться о качестве блока питания, если вы хотите получить максимальную производительность от операционного усилителя. В этой статье будут описаны неисправности общего питания систем с акцентом на то, как они влияют на аудиоприложения на операционных усилителях.

Батареи

Батареи близки к идеальным источникам напряжения при условии, что вы остаетесь в их проектных пределах.

Сначала немного терминологии. Ячейки имеют напряжение ∼1,5 В или единицы ∼1,2 В, из которых состоит батарея; батарея несколько клетки последовательно. Неправильно называть элемент АА батареей. Когда Я использую термин «батарея» ниже, я имею в виду либо автономный блок, такой как батарея 9 V (состоит из 6-8 ячеек, в зависимости от типа) или несколько последовательно соединенных элементов типа AA или AAA.

Основной параметр, на который следует обращать внимание, — импеданс ячеек, которые вы будете использовать. Идеальный источник напряжения имеет нулевое сопротивление, поэтому он может выдавать любой ток, а напряжение не сдача; он может подавать бесконечный ток на нагрузку 0 Ом. Практичный накопительная ячейка не может выдавать бесконечный ток, поэтому ее эффективное сопротивление должно быть больше нуля. Чем выше импеданс, тем быстрее клетка пульсации температуры и напряжения растут по мере увеличения тока через тот импеданс.

Полное сопротивление аккумуляторной батареи возрастает по мере ее разрядки. чем больше физический размер ячейки, тем ниже начальный импеданс из-за большей площади поверхности, поэтому чем выше ток, который вы можете получить от это при сохранении низкого уровня пульсаций температуры и напряжения. Но будьте осторожны, импеданс добавляется последовательно, поэтому импеданс 8-ячеечной аккумуляторной батареи будет в восемь раз выше, чем у составляющих его ячеек.

Рассмотрим практический пример. Мы скажем, ваша батарея Блок состоит из 12 последовательно соединенных щелочных элементов типа ААА. Начальный импеданс каждой ячейки составляет около 0,2 Ом, поэтому импеданс батареи будет около 2,5 Ом. Допустим, этот аккумулятор питает усилитель для наушников, который выдает 0,5 В переменного тока на 32 Ом наушники. Закон Ома говорит нам, что пачка погаснет примерно 39мВ пульсаций, когда от него отбирается этот переменный ток. Что значение примерно утроится к концу срока службы ячеек. Этот приближается к количеству ряби, которое вы получили бы от дешевой рекламы нерегулируемый блок питания, и это намного хуже, чем для хорошего регулируемая подача. Мораль этой истории не в том, что клетки ААА плохой выбор для питания усилителей для наушников, только с маленькими ячейки и соединение многих из них имеет обратную сторону. Ведь многие люди с удовольствием используйте пару 9-вольтовых щелочных батарей, соединенных последовательно, для питания своих усилители для наушников с начальным импедансом около 3 Ом.

Эффективное сопротивление перезаряжаемых NiCd и NiMH элементов значительно ниже, чем для щелочей. Это порядка десятков миллиом во время работы ячейки. Допустим, у вас есть 18 ячеек в серии и в конце заряда до 50 мОм каждый. Всего 0,9 Ом, поэтому в предыдущем примере (0,5 В на 32 Ом) пульсации в наихудшем случае будут около 14 мВ. В течение большей части времени работы ячеек пульсация будет около половины этого значения.

Если вы подключите две батареи параллельно, сопротивление батареи разделить пополам. Они могут либо обслуживать более высокие текущие требования с такое же количество пульсации, или они могут обслуживать данный текущий уровень с меньшие пульсации, чем у одной батареи.

Для аудиоприложений на операционных усилителях проблема пульсаций, модулированных нагрузкой, не критично, потому что это означает, что шины питания будут колебаться с музыка, которая влияет на музыку, но дополняет ее. Эффект — «более дряблый» звук и усиление стереозвука. перекрестные помехи. Сравните с постоянной пульсацией 120 Гц, которую вы получаете от некоторых настенные блоки питания: это добавит постоянный оттенок 120 Гц к музыка, которая гораздо более слышна. Удаление пульсаций, модулированных нагрузкой, благородная цель, потому что это улучшит звук, но это что-то вам не следует беспокоиться так сильно, как о других источниках звука недостатки.

Нерегулируемые настенные блоки питания

Чтобы получить питание постоянного тока от настенного источника питания (переменного тока), самым простым решением является нерегулируемый блок питания. Вот как они работают:

1.	Вход 120 В переменного тока

2.	Трансформатор (коэффициент витков 6:1)

3.	20 В переменного тока

Первая ступень типичного нерегулируемого настенного блока питания переменного тока в постоянный. заключается в снижении напряжения на стене (120 В переменного тока в Северной Америке) до желаемый более низкий уровень напряжения. Чтобы уменьшить 120 В переменного тока до 20 В переменного тока, как в этом примере вы должны использовать трансформатор 6:1.

4.	Мостовой выпрямитель

5.	Пульсирующий DC

Следующим шагом является преобразование пониженного напряжения переменного тока в постоянное с помощью мостовой выпрямитель. Это просто расположение диодов, которые «переворачивает» все отрицательные колебания сигнала переменного тока, поэтому что вы получаете пульсирующую форму волны постоянного тока.

6.	Схема сглаживания

7.	Сглаженный DC

Нам нужен ровный уровень напряжения постоянного тока, поэтому следующим шагом будет сглаживание пульсирующий постоянный ток. В простейшем типе нерегулируемых источников питания постоянного тока сглаживающая цепь — это просто большой конденсатор. Это приводит к более плоская форма волны, но все же есть некоторые вариации; это называется рябь. Чтобы уменьшить пульсации, вы можете использовать конденсаторы большего размера и лучшего качества. добавьте другие компоненты фильтрации, такие как катушки индуктивности.

Вот составляющая пульсаций типичного нерегулируемого источника питания. поставка:

Как видите, на этой мощности пульсации около 400 мВ. поставка, крик ОБХ-1. (Тест проводился при полной нагрузке.) Высокая пульсация напряжение является результатом небольшого физического размера этого источника питания: корпус внутри есть место только для небольшого фильтрующего конденсатора.

Проблемы с нерегулируемыми блоками питания

Первая проблема заключается в том, что существует практический предел можно уменьшить пульсации напряжения. Используются нерегулируемые поставки всякий раз, когда небольшие размеры и/или низкая стоимость являются основными целями проектирования. Таким образом, крышка фильтра оказывается малой, поэтому все практические нерегулируемые поставки производят значительное количество рябь.

Другая основная проблема заключается в том, что нерегулируемый источник питания просто выдает аналог входного напряжения переменного тока в виде постоянного: любое изменение Сторона переменного тока напрямую преобразуется в изменение постоянного тока. скажем вы используете источник питания от 120 В переменного тока до 20 В постоянного тока изображено выше, и что есть затемнение, которое опускает стену напряжение до 108 В переменного тока. Потому что трансформатор выдает 1/6 входного напряжение неважно какое, блок питания выдает 18 V пока длится затишье. То же самое происходит, если ваш на стене есть скачки напряжения или хеша: уродство появляется на мощность блока питания, хотя и в уменьшенном виде.

Эти артефакты постоянного тока вместе называются шумом и пульсацией. часто сокращенно «N+R».

Часть решения: Постановление

Учитывая, что напряжение переменного тока на стене сильно различается, инженеры-электрики выступил с идеей «регулирования» электропитания. Этот означает, что выходное напряжение постоянного тока в основном не зависит от входного переменного тока Напряжение. Один регулируемый блок питания, который у меня есть, рассчитан на стабильное Напряжение постоянного тока дается в диапазоне 108–132 В переменного тока с отклонением 22 %. Ан нерегулируемый источник питания просто изменит свою мощность на 22%, учитывая тот же диапазон поставок.

Существует два вида регулирования: линейное и импульсное.

Линейные регулируемые источники питания

Большинство линейных источников питания представляют собой просто нерегулируемые источники питания. за которым следует какой-то линейный регулятор. Самый обычный линейный регуляторы представляют собой монолитные регуляторы, представляющие собой схему регулятора на одиночный чип. Иногда вы видите линейные регуляторы, сделанные из дискретных схема.

Линейный регулятор предназначен для выдачи заданного напряжения входное напряжение в достаточно широком диапазоне. Например, стандарт Монолитный регулятор 7815 предназначен для выдачи постоянного напряжения 15 В. входное напряжение от 17,5 до 30 В. Разница между минимальное входное напряжение и выходное напряжение называется падением Напряжение. Когда входное напряжение ниже точки отключения, регулятор не регулирует напряжение. Когда вход выше точка отсева, регулятор работает. Напряжение упало на регулятор превращается в тепло.

Линейные источники питания не идеальны. Какой-то шум и рябь по-прежнему проходит через регулятор, а регуляторы добавят некоторый шум их. Вот некоторые измеренные числа различных линейных поставок при постоянной нагрузке 0,25 А:

Описание блока питания	Н+Р
Элпак WM080	1,8 мВ
Крик OBH-2	0,25 мВ
Высококачественный блок питания для самостоятельного изготовления на базе LM317	0,06 мВ

Импульсные регулируемые источники питания

Другой вид регулирования — «импульсный». Эти Источники питания по-разному называются импульсными источниками питания. (SMPS), коммутаторы или импульсные источники питания.

Допустим, вам нужно 15 В постоянного тока, а напряжение в сети упал до 100 В переменного тока. Если вы просто включите и выключите питание очень быстро, так что только в 15% случаев вы получаете 15 В в среднем. Это дает прерывистую форму волны, но это не сложно чтобы сгладить это. Если напряжение на стене поднимется до 120 В переменного тока, swticher просто ограничивает время включения до 12,5%, чтобы выходное напряжение остается на уровне 15 В. (Это сильно упрощено. Реальный коммутаторы сложнее.)

Преимущество коммутатора в том, что он очень эффективен, можно сделать физически меньше линейного блока питания, он выдает меньше тепла, и он может работать в гораздо более широком диапазоне входных напряжений чем линейный блок питания.

Недостатки переключателя заключаются в том, что коммутационный компонент добавляет довольно немного шума к выходной мощности. Я видел много разных сигнатуры частот переключения. Лучшие переключатели имеют все свои шума до мегагерцового диапазона, так что практически нет шум в звуковом диапазоне. Чаще всего частота коммутации увеличивается в десятки кГц с некоторыми субгармониками, простирающимися в звуковой диапазон, плюс, возможно, также некоторая низкочастотная пульсация. Тогда есть действительно дешевые переключатели, с частотой переключения прямо посередине аудио полоса.

Вот шум, который я видел на коммутаторе Phihong PSA18U-180 под нагрузка 0,25 А:

На верхнем изображении показана основная частота переключения, около 1,3 МГц. Этот это одна из самых быстрых скоростей переключения, которые вы увидите. Под ним находится низкочастотный шум. Основная пульсация, которую вы видите, составляет около 3 Гц, а неровный материал вдобавок к этому шум 38 Гц, который прицел измерено.

Имеет ли это значение?

Посмотрев на пугающий график шума переключателя выше, вы можете сразу поклянись использовать только линейные блоки питания и NiMH аккумуляторы навсегда больше. Но преждевременно принимать такое решение без предварительного решить, действительно ли этот шум имеет значение . Для этого вы должен понимать приложение.

Рассмотрим простой усилитель для наушников на основе операционного усилителя, такой как Карманный усилитель CMoy. Эта схема имеет один операционный усилитель на канал, выполняющий усиление. Шум и пульсация (N+R) на блоке питания влияет на выходной сигнал операционного усилителя, поэтому операционный усилитель производители публикуют рейтинги Power Supply Rejection Ratio (PSRR) для свои фишки. Вот типичный график PSRR:

OPA2132 График PSRR

(Вы можете игнорировать часть «отклонение общего режима» в график. Это не имеет отношения к данному обсуждению.)

Как видите, PSRR зависит от частоты, и в случае OPA2132 контакты V+ и V- подавляют шум по-разному. Рассмотрим Кривая +PSR на графике: на низких частотах примерно 104 дБ. Итак, низкочастотный шум 6,7 мВ, измеренный нами выше уменьшается примерно в 158 000 раз (104 дБ) до 0,04 мкВ на выход ОУ. Если коэффициент усиления вашего усилителя равен 10, а полная шкала сигнал на наушники был 0,5 В, этот шум был бы -121 дБ ниже полной шкалы. Совершенно незначительный.

Что касается ВЧ-шума, показанного выше, то он намного выше звукового полоса, что это тоже ничтожно мало.

Теперь рассмотрим вышеописанную нерегулируемую подачу Creek OBH-1. Будет ли это хорошее питание для усилителя CMoy? К сожалению нет. Отказ от Ripple 100 дБ при 120 Гц с OPA2132, а уровень шума был 383 мВ. Если наш полномасштабный сигнал равен 0,5 В, а коэффициент усиления равен 10, шум появляется на выходе операционного усилителя как -82 дБ. Это слышно. (Если вам интересно, этот источник работает нормально с усилителем для наушников Creek OBH-11, потому что у этого усилителя линейная регулятор внутри.)

Заключение

Имеет ли значение качество электроэнергии? Безусловно. Следует ли вам избегать нерегулируемых блоки питания для операционного усилителя звука? Да, если вы не добавите внешний регулирование. Являются ли аккумуляторы и линейные источники питания единственными подходящими тогда источники питания? Ну нет. Современные импульсные блоки питания имеют ультразвуковые частоты переключения, а хороший переключатель будет иметь низкую также пульсация. Правда, технически это не идеально, но на практике этот шум обычно не влияет на качество звука при низком усилении. усилители.

Что касается пульсации, то иногда можно обойтись постоянной низкой частотой пульсации, если ваш операционный усилитель имеет высокий рейтинг PSRR на частоте пульсаций. Но на мой взгляд пульсации блока питания стоят потраченного времени и денег избегать. Наведенная пульсация из-за текущих требований также стоит получить избавиться, но это не такая большая проблема, как шум и постоянное рябь.

Как работает схема питания операционного усилителя 741

Если вы ищете простую схему питания с печатной платой. Вот как работает схема питания операционного усилителя 741. Для примера схемы регулируемого регулятора напряжения с использованием IC-741.

Давным-давно это был известный операционный усилитель на интегральных схемах. Это все еще полезно.

Я всегда счастлив. Когда вы видите, что вы развиваетесь в электронике Вот пошаговое обучение операционному усилителю в схемотехнике источников питания.

Транзисторный стабилизатор с датчиком ошибки

Транзистор в качестве датчика напряжения ошибки работает

Зенеровский диод и регулятор операционного усилителя

Как это работает

Детали, которые вам понадобятся

Использование операционного усилителя в качестве датчика ошибки

Буферизация операционного усилителя

Познакомьтесь с регулятором напряжения с использованием операционного усилителя и транзистора

Работа этой схемы

Детали, которые вам понадобятся

Сборка 0–30 В, 1 А, переменный источник питания с использованием операционного усилителя

Как этот проект работает

Как построить

Похожие сообщения

Транзисторный регулятор с датчиком ошибки

Мы подошли к обзору предыдущих знаний. Сначала взглянем на базовую версию транзисторного стабилизатора «датчика ошибок».

Затем мы узнаем или посмотрим, как вписывается операционный усилитель.

На схеме показан последовательный проходной транзистор 2N3055. В нем используется транзистор датчика ошибки BC547. См.: подключен для формирования регулятора обратной связи.

Посмотрите на блок-схему ниже. Это хороший учитель, чтобы легко понять, как работает эта схема.

Мы можем рассматривать работу последовательного проходного транзистора как переменное сопротивление.

Чтобы на любом этапе иметь эффективное сопротивление. И есть падение напряжения на выводах коллектор-эмиттер (переход C-E).

Если ток через нагрузку увеличивается. Затем напряжение на проходном транзисторе (выводы C-E) увеличивается.

Но выходное напряжение на нагрузку уменьшится.

Три резистора R1, R2 и R3 образуют делитель напряжения на выходе.

Пока центральное плечо переменного резистора R2 обнаружит это падение напряжения. [Не полное падение напряжения, но все же падение напряжения].

Начнем с того, что Q2 — это компаратор. Он сравнивает точное опорное напряжение Зенера с «установленным напряжением; контролировать напряжение на базе Q1.

Посмотрите на транзистор, ошибка датчика напряжения работает

Ну и что. Давай увидим это. Когда мы подаем питание на цепь.

Q1 полностью включен через Ra. Затем выходное напряжение возрастает. Пока Q2 не включится через напряжение на ползунке R2.

BC547 создает падение напряжения между выводами коллектора и эмиттера. И это добавляется к напряжению Зенера.

База 2N3055 «видит» это напряжение и выдает на эмиттере выходное напряжение на 0,6 В меньше базового напряжения.

Это выходное напряжение через BC547 и транзистор 2N3055 может регулировать напряжение его коллектора. Пока не возникнет состояние. Который стабилен для установки R2.

При увеличении тока нагрузки. Напряжение на базе Q2 немного падает. И Q2 немного выключается.

Чтобы напряжение на базе Q1 повышалось через Ra. Q1 включается выше, чтобы увеличить выходное напряжение.

Короче.

«Усилитель ошибки» Q2 хорошо назван. Он обнаруживает любую разницу между напряжением Зенера и опорным напряжением (известным как сигнал ошибки).

Если сигнал ошибки изменяется, транзистор усиливает этот сигнал. И подает его обратно на базу последовательного транзистора, чтобы отрегулировать его эффективное сопротивление».

Стабилитрон и ОУ Регулятор

Это стабилизатор напряжения, использующий стабилитрон и ОУ. Схема используется для управления напряжением батареи очень стабильно.

Эта схема подает очень малый ток, всего около 1 мА.

Таким образом, при изменении входного напряжения от 10 до 30 вольт возникают пульсации напряжения около 1 мВ. Как и схема, выход представляет собой фиксированное напряжение 8 В.

Как это работает

Мы часто используем стабилитрон для изготовления стационарного стабилизатора напряжения. Потому что это такое дешевое и популярное использование. Но это не очень стабильный регулятор напряжения. Так как он слишком сильно пульсирует и меняет напряжение при изменении температуры.

Регулятор напряжения на стабилитроне и ОУ

В приведенной выше схеме мы подключаем опорное напряжение ко входу ОУ 741 (популярные ИС), к неинвертирующему входу и выходу схемы . Это будет то же самое, что и напряжение Зенера, умноженное на усиление OP-AMP, как показано ниже.

Vo = Vz * {(R2 + R3)/R3}

Преимущества этой схемы имеют две причины.

Мы можем использовать стабилитрон с низкотемпературным коэффициентом (5,6 В), чтобы выходное напряжение зависело только от коэффициента усиления операционного усилителя.
Вход операционного усилителя не потребляет ток от стабилитрона.

Таким образом, ток стабилитрона стабилен, значит ток резистора также стабилен. У нас есть выход как настоящий регулятор напряжения постоянного тока. И снова обратная связь на стабилитрон через R1, ток стабилитрона равен (Vo-Vz)/R1

Следовательно: Мы должны выбрать R1 в размере тока около 1 мА, протекающего через стабилитрон. Максимальный ток на выходе составляет около 15 мА при опорном напряжении.

Предупреждение легко одно: Мы используем источник постоянного или нерегулируемого напряжения, чтобы цепь имела более высокое напряжение, чем выходное, примерно на 1 вольт.

Читайте также: Что такое стабилитрон? Принцип работы и пример использования

Детали, которые вам понадобятся

IC1: LM741 – ОУ
ZD1: 5,6 В 0,5 Вт Стабилитрон
R1: 2,2 К – 0,25 Вт Резистор
R2: 220 К – 0,25 Вт Резистор

6 Датчик ошибки6

Такое же обнаружение ошибок может быть произведено операционным усилителем.

Мы используем операционный усилитель вместо транзистора определения ошибки. Смотри ниже.

Это базовый операционный усилитель 741 в качестве усилителя ошибки на регулируемом источнике питания.

Рекомендуется: Как использовать схему операционного усилителя 741

Два момента, которые мы должны усвоить.

Две шины питания для операционного усилителя не нарисованы, и может быть трудно увидеть, как работает операционный усилитель.
Удалить резистор Ra – зачем?

При наличии шин питания для операционного усилителя. Легко увидеть, откуда база 2N3055 получает напряжение «включения» через шину питания операционного усилителя и контакт 6.

А это означает, что Ra не требуется.

Когда цепь включена. Напряжение, поступающее на неинвертирующий вход (+), полностью включает операционный усилитель, переводя 2N3055 в режим полной проводимости.

Выходная мощность источника питания повышается. Пока напряжение обратной связи от регулируемого регулятора R2 не уменьшится.

Он включит напряжение от операционного усилителя, и выходное напряжение установится на установленном уровне.

Буферизация операционного усилителя

Мы можем использовать операционный усилитель для непосредственного управления 2N3055. Это позволит получить блок питания с ограниченным выходным током.

Вот почему:

ОУ может выдавать около 25мА. Этот ток будет управлять базой 2N3055. А если ток 2N3055 20,

Выходной ток источника питания будет 25×20 = 500 мА. Для увеличения этого тока нам нужен усилитель следующим образом.

Блок питания с токоусилительным транзистором Q2.

Выходной ток этой схемы составляет макс. 2 А. С помощью Q2 в форме Дарлингтона.

Прочее: Cr: Схема питания операционного усилителя в рабочем состоянии

Встречайте регулятор напряжения на операционном усилителе и транзисторе

Это регулятор напряжения на операционном усилителе и транзисторе. Фиксированное напряжение 15В 400мА.

Имеет защиту от короткого замыкания. Хотя и древний, если у вас есть готовые детали. Тебе стоит попробовать это.

Рекомендуется: LM317 Цепь питания

Регулятор операционного усилителя с последовательным транзистором. Это линейный регулятор . Он имеет регулировку нагрузки лучше, чем обычная схема.

Работа этой схемы

Вот регулятор напряжения 15 В с использованием операционного усилителя и транзистора .

Прежде всего, схема линейного регулятора постоянного тока 15 В преобразует нерегулируемое постоянное напряжение между + 20В и + 30В на стабильные 15 вольт 400мА.

Затем мы используем операционный усилитель IC-748 для контроля стабильного напряжения. Стабилитрон ZD1-5.1V и резистор R1 обеспечивают опорное напряжение на выводе 3 микросхемы IC1.

Рекомендуется: Что такое диод Зенера? Принцип работы и схемы

Затем электрический ток выходит из контакта 6 микросхемы IC1. Передайте базу Q2-транзистора.

Которые оба транзистора Q1- 2N3055 и Q2-2N3725 и R2 подключены как силовые- Транзистор Дарлингтона для , повышающий выходной ток .

Эта схема может обеспечить ток только до 400 мА. Но иногда на выходе слишком много токов.

Значит нужна схема защиты с Q3-2N3904. При токе перегрузки это приводит к тому, что уровень напряжения на резисторе R5-0,1 Ом составляет 0,6В. Так что Б-Э Q3 смещен, он включается.

Продолжайте читать: Цепь разветвителя источника питания с использованием операционного усилителя

Затем оба транзистора Q1 и Q2 перестают работать, и на выходе появляется низкое напряжение или безопасная нагрузка. Мы надеемся, что эта схема улучшит опыт и поймет Регулятор напряжения колодец системы.

Остальные детали, друзья можете посмотреть на схеме.

Читайте также: Узнайте принцип работы регулятора постоянного напряжения

Детали, которые вам понадобятся

IC1: LM748, операционный усилитель
Q1: 2N3055 или аналогичный : 2N3725 или аналогичный 50 В, 1,2 А, 0,8 Вт Транзистор NPN
Q3: 2N3904 или эквивалентный Транзистор общего назначения BJT NPN 40 В 0,2 А, TO-92
ZD1: 5. 1V 0.5W Zener Diode
C1: 0.001 uF 50V Ceramic Capacitor
C2: 10uF 35V Electrolytic Capacitors
C3: 100uF 35V Electrolytic Capacitor
0.25W Resistors tolerance: 5%
R1: 1K
R2: 470 Ом
R3: 6,8K
R4-3,3K
R5-0,1 Омы 5 Вт. операционный усилитель
У нас есть много простых цепей переменного питания. Вот еще одна идея. Если у вас есть старые компоненты в вашем магазине. Вы можете снова использовать его.
Эта схема может дать вам многое. Во-первых, диапазон выходного напряжения питания: от 0 до 30 вольт.
Во-вторых, максимальный выходной ток: 2А (требуется трансформатор 2А). В-третьих, защита от перегрузки со светодиодным дисплеем.
Как работает этот проект
Посмотрите на 0–30 В, 1 А, переменный источник питания с использованием IC-741, 2N3055 и 2N3565
Во-первых, вход схемы подключается к стене и преобразует высокое напряжение переменного тока в вашем доме в безопасное низкое напряжение постоянного тока для электронных устройств.
Сетевое напряжение 220 В переменного тока от силового сердечника поступает в трансформатор через предохранитель для защиты цепи.
Трансформатор преобразует переменный ток высокого напряжения в переменный ток более низкого напряжения, 26В ТТ (26В-ОВ-26В).
Во-вторых, оба силовых диода являются двухполупериодными выпрямителями для преобразования переменного тока в постоянный, меняя постоянное напряжение.
Затем фильтрующий конденсатор емкостью 1000 мкФ преобразует его в устойчивый постоянный ток (DC). Это нерегулируемый блок питания, при постоянном напряжении около 36В.
В-третьих, эта схема имеет фильтрующий регулятор. Они включают в себя множество компонентов.
IC-741 поддерживает стабильное выходное напряжение. Потенциометром-1К регулируется выходное напряжение.
Микросхема IC-741 создает постоянное напряжение на выводе 6.
Затем оно поступает с базы управляющего транзистора CS9013 на силовой транзистор 2N3055 с высоким током до 2А.
Во время работы он слишком горячий, поэтому требуется большой радиатор.
Вот несколько связанных постов, которые вы можете найти полезными:
- LM317 Регулятор с низким отсеванием 5V 2A с использованием TIP41
- 0-50 В. -30V 2A
Как собрать

Схема печатной платы
Примечание: Эта схема может быть просто идеей схемы. Если будешь строить. Я думаю, что у него есть другой выбор. Это подходит для вас. 0-30V 3A Переменный источник питания
Похожие сообщения
ПОЛУЧИТЬ ОБНОВЛЕНИЕ ПО ЭЛЕКТРОННОЙ ПОЧТЕ
Я всегда стараюсь учиться .
Идеальный операционный усилитель (операционный усилитель)
Ultimate Electronics: практическое проектирование и анализ схем
≡ Оглавление
»
7. 2
Буфер напряжения операционного усилителя
Идеальная модель операционного усилителя является ключевым строительным блоком при разработке аналоговых фильтров, усилителей, генераторов, источников и многого другого. 13 мин чтения
Операционные усилители, обычно сокращенно просто «операционные усилители», являются важным строительным блоком аналоговых электронных систем. В различных конфигурациях с несколькими другими компонентами операционные усилители могут использоваться для обработки и управления аналоговым сигналом напряжения различными способами. Сюда входят многие виды фильтров (НЧ, ВЧ, полосовой, интегратор, дифференциатор), усилители (буферные, инвертирующие, неинвертирующие, дифференциальные, суммирующие, инструментальные), генераторы, компараторы, источники (напряжения, тока). ), преобразователи (напряжение-ток, ток-напряжение) и даже некоторые нелинейные приложения.
Эти приложения чрезвычайно полезны, и мы рассмотрим каждое из них в отдельности в следующих разделах, но сначала давайте разберемся с идеальным операционным усилителем отдельно.
Сегодня операционный усилитель представляет собой интегральную схему (ИС), содержащую несколько десятков отдельных транзисторов и пассивных компонентов. Исторически сложилось так, что до эпохи ИС (1960–1970-е годы) большинство усилителей или каскадов обработки аналоговых сигналов были специально разработаны для конкретного приложения, чтобы избежать относительно высокой сложности и стоимости операционных усилителей. Но теперь, когда операционные усилители на ИС имеют всего несколько выводов и стоят всего несколько копеек, обычно имеет смысл воспользоваться их огромным потенциалом для упрощения аналоговых схем.
Большинство операционных усилителей стремятся работать как идеальный операционный усилитель , теоретическая модель, которая хорошо работает в моделировании и позволяет легко решать схемы вручную. В результате большая часть проектирования и анализа будет рассматривать операционный усилитель как идеальный, и именно с этого мы и начнем.
Позже мы обсудим, как эта идеальность нарушается в реальных неидеальных операционных усилителях. Эти ограничения имеют решающее значение для понимания того, когда вы можете приблизить свой анализ к идеальному операционному усилителю, а когда нет. Они также могут помочь вам выбрать правильный операционный усилитель для реализации вашего проекта.
Идеальный операционный усилитель — это усилитель напряжения с двумя входами и одним выходом:
Символ идеального операционного усилителя
Circuitlab.com/c42kpkxv8a43k
Править — Моделирование
Два входа называются неинвертирующим входом (+) и инвертирующим входом (-) .
Внимательно следите за знаками + и — внутри треугольника! Операционный усилитель обычно рисуется в любом случае, с + вверху или внизу, в зависимости от того, что облегчает рисование остальной схемы. (В CircuitLab выберите операционный усилитель и нажмите «V», чтобы перевернуть символ по вертикали.) Если вы непреднамеренно поменяете местами два входа, ваш проект не будет работать ни на бумаге, ни в реальном мире!
Концептуально идеальный операционный усилитель вычитает два входа, а затем умножает эту разницу на огромное число, называемое коэффициентом усиления без обратной связи AOL :
Vout=AOL(V+−V-)
В качестве шагов обработки сигнала это вычитание и умножение выглядит так:
Вычитание и умножение идеальных операционных усилителей
Circuitlab. com/cv47d3w6nc9cs
Править — Моделирование
В качестве альтернативы идеальный операционный усилитель можно смоделировать как источник напряжения, управляемый напряжением (VCVS):
Идеальный операционный усилитель в качестве VCVS
Circuitlab.com/cs79ppnt7dr8f
Править — Имитация
Если внимательно присмотреться, приведенная выше модель VCVS поднимает новый вопрос: почему внутри операционного усилителя внезапно появилось заземление? Поскольку напряжения всегда относительны, это означает, что Voffset=0 в более полном и правильном уравнении:
(Vout-Voffset)=AOL(V+-V-)Vout=AOL(V+-V-)+Voffset
Если взять операционный усилитель и закоротить входные клеммы так что V+−V-=0 , выход будет Vout=Voffset . В реальном мире, в реальном операционном усилителе с закороченными входами, на выходе не обязательно будет какое-то конкретное напряжение, и какое бы оно ни было, оно, безусловно, будет относиться к тому, что мы измеряем. Однако при анализе схемы идеального операционного усилителя мы обычно принимаем Voffset=0. как упрощающее предположение, потому что либо:
- Операционный усилитель используется в конфигурации с обратной связью с обратной связью , где статическое смещение становится неактуальным после применения правил обратной связи (особенно с учетом того, что усиление AOL такой большой), или
- Операционный усилитель используется в конфигурации без обратной связи без обратной связи, и в этом случае мы все равно быстро насыщаем выход до нелинейного, неидеального поведения.
Насколько велик выигрыш? В реальных неидеальных операционных усилителях типичные значения коэффициента усиления без обратной связи составляют от сотен тысяч до десятков миллионов:
AOL,non-ideal,typ=105 до 107
Это действительно много! Разница в милливольтах на входе становится сотнями или тысячами вольт на выходе! Он настолько велик, что при анализе идеального операционного усилителя мы делаем еще одно упрощающее предположение, принимая предел, предполагая, что усиление стремится к бесконечности:
Vout=AOL(V+−V-)AOL,ideal→∞ алгебраическая модель идеального операционного усилителя : он вычитает напряжение на инвертирующем входе из неинвертирующего входа, а затем умножает разницу на очень большой коэффициент усиления, приближающийся к бесконечности.
Даже для реальных операционных усилителей спецификация часто гарантирует только минимальное усиление без обратной связи, но не максимальное. Вы не можете и не должны проектировать схему, полагаясь на точное значение коэффициента усиления без обратной связи операционного усилителя.
Трудно думать о бесконечности! Один из полезных умственных приемов — поставить время на паузу и представить, что происходит в динамике: вместо того, чтобы сразу прыгать в бесконечность, представьте, что при небольшой разнице во входных сигналах выходное напряжение идеального операционного усилителя просто начинает расти, расти, расти до бесконечности! Когда мы позже представим различные конфигурации обратной связи с обратной связью, вы увидите, что это быстрое повышение выходного напряжения в конечном итоге возвращается, чтобы воздействовать на один или оба входа одного и того же операционного усилителя, так что не пугайтесь: бесконечности не продлится очень долго.
Алгебра с бесконечностями тоже может быть сложной. Предложение состоит в том, чтобы сохранить AOL вместо переменной и только в конце взять предел AOL→∞ .
Идеальный операционный усилитель постоянно измеряет напряжения на своих входах и регулирует выходное напряжение:
- операционный усилитель увеличит свое выходное напряжение.
- Если неинвертирующий (+) вход находится на уровне более низкое напряжение, чем на инвертирующем (-) входе, операционный усилитель снизит свое выходное напряжение.
В форме уравнения:
Vout увеличивается, если V+>V-Vout уменьшается, если V+
Если обратная связь присутствует и имеет правильное направление, то операционный усилитель будет постоянно корректировать свой выходной сигнал напряжения до тех пор, пока два входных напряжения не станут одинаковыми.
Существует ряд других предположений инженеров об идеальных операционных усилителях. Все эти предположения неверны для реальных (неидеальных) операционных усилителей, поэтому следите за тем, как они могут повлиять на вашу схему.
Узнав об этих предположениях об идеальности, мы можем решить, когда мы можем спроектировать схему, предполагая, что операционный усилитель идеален (и, таким образом, его намного легче анализировать), и когда эта упрощенная модель, вероятно, столкнется с реальностью. Мы рассмотрим эти вопросы более подробно в следующих разделах.
Никакой ток не может протекать через входные клеммы идеального операционного усилителя. Входные клеммы могут измерять только свои напряжения. Из Эквивалентных цепей Thevenin это все равно, что сказать, что входной импеданс, смотрящий на входные клеммы, бесконечен: Zin=∞
Выход идеального операционного усилителя может удерживать его Vout и подавать любое количество тока, входящего или исходящего, без изменения напряжения. В эквивалентной модели Thevenin, рассматривающей выходную клемму (и землю), она выглядит как источник напряжения с нулевым сопротивлением – следовательно, с нулевым выходным импедансом: Zout=0
В идеальных операционных усилителях мы предполагаем, что неинвертирующий и инвертирующий входы идеально сбалансированы, так что Vout=AOL(V+−V-) . В реальном мире из-за производственных процессов существует некоторое входное напряжение смещения, такое как Vout=AOL(V+-V-+Vinput offset) . Вы можете думать об этом концептуально, просто добавив небольшой источник напряжения последовательно с одним из входов. Если важна точность постоянного тока, это входное смещение (даже всего несколько милливольт!) может иметь большое значение, особенно потому, что оно может дрейфовать во время работы схемы. Но в идеальном операционном усилителе мы предполагаем: Vinput offset=0
Схематическое обозначение идеального операционного усилителя не включает подключения к источнику питания, но настоящий операционный усилитель должен откуда-то получать питание и подавать питание на схему. В таблице данных это начинается с тока покоя операционного усилителя IQ. . (Обсуждение учета мощности и энергии в цепях см. в разделе «Мощность».) В идеальных операционных усилителях мы рассматриваем это как VCVS: это активный источник, который может подавать питание в схему.
Скорость, с которой операционный усилитель может изменить свое выходное напряжение, называется скорость нарастания . В реальных операционных усилителях существует предел скорости нарастания или падения выходного сигнала, измеряемый в Вс. . (Это похоже на мысленный трюк с размышлениями о бесконечном усилении без обратной связи, о котором говорилось выше.) В идеальных операционных усилителях мы допускаем бесконечную скорость нарастания: выходной сигнал может двигаться бесконечно быстро.
В дополнение к пределу скорости нарастания (который является нелинейным пределом), в реальных операционных усилителях есть также предел пропускной способности: они не реагируют на все частоты. Реальные операционные усилители имеют коэффициент усиления без обратной связи, зависящий от частоты, AOL(f). , и он снижается на высоких частотах. В частности, произведение усиления на полосу пропускания (GBW) — это частота, при которой коэффициент усиления операционного усилителя без обратной связи падает до 1. Примечательно, что коэффициент усиления начинает снижаться задолго до этой частоты. Но в идеальных операционных усилителях мы предполагаем, что коэффициент усиления без обратной связи постоянен и велик (приближается к бесконечности) для всех частот.
Как подробно обсуждалось выше, мы предполагаем, что коэффициент усиления идеальных операционных усилителей приближается к бесконечности. Настоящие операционные усилители имеют конечное усиление без обратной связи, что может ограничить величину усиления, которую мы можем получить от одного каскада операционного усилителя.
В идеальных операционных усилителях предполагается, что если мы удвоим разность входных напряжений, мы удвоим выходное напряжение. Настоящие операционные усилители состоят из нелинейных компонентов, и это неправда. Однако, поскольку операционные усилители используются в конфигурациях с обратной связью с обратной связью, обратная связь удерживает разность входных напряжений чрезвычайно малой, в пределах диапазона, в котором мы видим в основном линейное поведение. Можно с уверенностью предположить линейность идеального операционного усилителя.
Идеальный операционный усилитель может иметь входы любого значения; имеет значение только их различие. Но в реальном операционном усилителе будут ограничения на допустимые входные напряжения, чтобы предотвратить повреждение входных транзисторов. Вычитание не будет работать должным образом, если ваши входные данные превышают эти пределы, и ваша схема не будет работать должным образом. (Более тонко, вы получите нелинейные искажения до того, как достигнете жестких пределов.) В большинстве случаев предельные значения находятся как раз в районе положительного и отрицательного напряжения питания, но вам следует проверить техническое описание, чтобы быть уверенным.
Идеальный операционный усилитель может выдавать любое напряжение. Но в реальном операционном усилителе вы ограничены выходными транзисторами. Эти пределы обычно находятся рядом с положительным и отрицательным напряжением питания, но вы должны проверить техническое описание.
Идеальный операционный усилитель реагирует только на изменение напряжения на его неинвертирующем и инвертирующем входных контактах. Но настоящий операционный усилитель может «просачивать» некоторые изменения с выводов источника питания на выход. (Это зафиксировано в спецификации коэффициента подавления источника питания [PSRR] в таблице данных.) Это позволяет шумному источнику питания загрязнять сигнал.
Идеальный операционный усилитель не добавляет шума к сигналу. Но в реальном операционном усилителе шум добавляется и, возможно, даже усиливается.
Идеальный операционный усилитель просто фантастический! К сожалению, все они распроданы. Настоящие операционные усилители на ИС, которые вы можете купить, не идеальны во всех отношениях, описанных выше, и производителям полупроводников приходится идти на собственные компромиссы, чтобы достичь своих целевых характеристик и цены.
В результате, если проблема аналогового проектирования, которую вы пытаетесь решить, особенно сложна в каком-либо направлении, вы можете не захотеть использовать операционный усилитель. Например, если вам нужно спроектировать усилительный каскад с максимально высокими частотными характеристиками или с абсолютно низким энергопотреблением, вы, вероятно, не будете использовать операционный усилитель.
К счастью, в продаже имеются тысячи различных моделей операционных усилителей, и все они имеют разные компромиссы между этими неидеальностями. Во многих случаях, поняв свою проблему дизайна и то, как она соотносится с этими неидеальностями, вы сможете найти тот, который отвечает вашим потребностям прямо из коробки!
Часто бывает полезно ослабить приведенное выше допущение о «неограниченном диапазоне выходного напряжения» и вместо этого смоделировать идеальный операционный усилитель с шинами напряжения , где выходной сигнал ограничен указанным диапазоном.
Идеальный операционный усилитель с символом шины напряжения
Circuitlab.com/c3nhuzcp8d3zc
Править — Имитация
Полезно запустить моделирование DC Sweep, чтобы увидеть, как выглядит выход идеального операционного усилителя, без обратной связи, с шинами напряжения и без них. Две выходные кривые перекрываются посередине, когда пределы не превышены. Но с шинами напряжения линия В (Output_with) обрезается, чтобы быть плоской и горизонтальной, как только пределы превышены:
Операционный усилитель с шинами напряжения и без них. Сравнение развертки постоянного тока
Circuitlab.com/cy6wk2cksasa6
Править — Имитация
Упражнение Нажмите, чтобы открыть и смоделировать приведенную выше схему и посмотреть, как один выходной сигнал обрезается при изменении входного сигнала.
(Обратите внимание, что для многих реальных операционных усилителей его выход не может полностью качаться до положительной шины питания и не может полностью качаться до отрицательной.)
Теперь, когда у нас есть идеальный операционный усилитель с шинами напряжения, мы можем использовать его без обратной связи в качестве компаратора напряжения. Бесконечный коэффициент усиления идеального операционного усилителя фактически равен отменил , установив предельные значения выходного напряжения, таким образом: .
Это можно продемонстрировать, подключив два генератора синусоидальной функции с разными частотами к двум входам операционного усилителя:
Операционный усилитель с шинами напряжения в качестве аналогового компаратора
Circuitlab.com/c39z7cwks2hrz
Править — Имитация
Упражнение Нажмите, чтобы открыть и смоделировать приведенную выше схему. Посмотрите, как выходной сигнал колеблется в любую крайнюю точку при пересечении входных сигналов.
В реальном мире операционный усилитель не является отличным аналоговым компаратором напряжения: есть гораздо более совершенные специализированные компоненты. Тем не менее, это одно из немногих применений операционных усилителей без обратной связи, поэтому вы можете создать и протестировать его в своей лаборатории.
Полезно моделировать схемы операционных усилителей в области Лапласа, потому что мы можем решать системы с обратной связью алгебраически. В частности, полезная модель идеального операционного усилителя предполагает наличие AOL с конечным коэффициентом усиления без обратной связи. :
Идеальный операционный усилитель с конечным коэффициентом усиления: блочная модель Лапласа
Circuitlab.com/ctq3jgk8rqewh
Править — Моделирование
Еще более полезная модель включает конечное произведение коэффициента усиления на полосу пропускания GBW. . Это моделируется как наличие AOL с конечным усилением. при постоянном токе с однополюсным фильтром нижних частот с угловой частотой fc=GBWAOL . Компонент нижних частот имеет передаточную функцию Glpf(s)=11+sω , где ω=2πfc . Объединение усиления и фильтра нижних частот дает нам:
G(s)=AOL1+s(AOL2πGBW)
и может быть реализовано в CircuitLab, как показано:
Идеальный операционный усилитель с конечным усилением и полосой пропускания Продукт: блочная модель Лапласа
Circuitlab. com/can8pyj7dxf2b
Править — Имитация
Мы будем использовать эту модель в последующих разделах приложений для алгебраического решения примеров обратной связи с обратной связью.
Насколько полезно иметь усилитель с действительно огромным (в идеале бесконечным!) коэффициентом усиления? Сам по себе не очень. В этом разделе мы рассмотрели поведение без обратной связи, и наиболее полезным результатом является посредственный аналоговый компаратор напряжения.
Но как только мы создадим схему на основе идеального операционного усилителя, мы сможем «замкнуть контур» и превратить дико огромное усиление в нечто, что мы сможем спроектировать и контролировать с помощью обратной связи с обратной связью . Оказывается, наличие компонента «вычитание и умножение на бесконечность» является практически волшебным строительным блоком для широкого спектра задач обработки аналоговых сигналов. Мы рассмотрим их в следующих нескольких разделах, начиная с одного из самых простых: буфера напряжения операционного усилителя.