Линейный лабораторный блок питания на операционных усилителях: Линейный лабораторный блок питания на операционных усилителях

мастер-класс как сделать простое устройство своими руками. Хороший лабораторный бп своими руками

Всем привет. Сегодня заключительный обзор, сборка лабораторного линейного блока питания. Сегодня много слесарных работ, изготовление корпуса и финальная сборка. Обзор размещен в блоге «DIY или Сделай Сам», надеюсь я тут никого не отвлекаю и не кому не мешаю тешить свой взгляд прелестями Лены и Игоря))). Всем кому интересны самоделки и радиотехника — Добро пожаловать!!!
ВНИМАНИЕ: Очень много букв и фото! Трафик!

Добро пожаловать радиолюбитель и любитель самоделок! Для начала давайте вспомним, этапы сборки лабораторного линейного блока питания. Непосредственно к данному обзору не имеет отношения, потому разместил под спойлер:

Этапы сборки

Сборка силового модуля. Плата, радиатор, силовой транзистор, 2 переменных многооборотных резистора и зеленый трансформатор (из Восьмидесятых ®) Как подсказал мудрый kirich , я самостоятельно собрал схему, которую китайцы продают в виде конструктора, для сборки блока питания. Я сначала расстроился, но потом решил, что, видать схема хороша, раз китайцы её копируют… В то же время вылезли и детские болячки этой схемы (которые полностью были скопированы китайцами), без замены микросхем на более «высоковольтные», на вход нельзя подавать больше 22 вольт переменного напряжения… И несколько более мелких проблем, которые подсказали мне наши форумчане, за что им огромное спасибо. Совсем недавно будущий инженер «

AnnaSun » предложила избавления от трансформатора. Конечно каждый может модернизировать свой БП как угодно, можно и импульсник поставить в качестве источника питания. Но у любого импульсника (быть может кроме резонансных) на выходе куча помех, и эти помехи частично перейдут на выход ЛабБП… А если там имульсные помехи, то (ИМХО) это не ЛабБП. Потому я не буду избавляться от «зеленого трансформатора».

Поскольку это линейный блок питания, у него есть характерный и существенный недостаток, вся лишняя энергия выделяется на силовом транзисторе. Для примера, на вход мы подаем 24В переменного напряжения, которое после выпрямления и сглаживания превратится в 32-33В. Если на выход присоединить мощную нагрузку, потребляющую 3А при напряжении 5В, вся оставшаяся мощность (28В при токе 3А), а это 84Вт, будет рассеиваться на силовом транзисторе, переходя в тепло. Одним из способов предотвратить эту проблему, и соответственно повысить КПД, это поставить модуль ручного или автоматического переключения обмоток. Данный модуль был рассмотрен в :

Для удобства работы с блоком питания и возможности мгновенного отключения нагрузки, с схему был введен дополнительный модуль на реле, позволяющий включать или выключать нагрузку. Этому был посвящен .

К сожалению, из-за отсутствия нужных реле (нормально замкнутых), данный модуль работал некорректно, потому он будет заменен другим модулем, на D-триггере, позволяющий включать или выключать нагрузку при помощи одной кнопки.

Вкратце расскажу про новый модуль. Схема довольно известная (прислали мне в личку):

Немножко модифицировал её под свои нужды и собрал такую плату:

С обратной стороны:

На это раз никаких проблем не было. Все работает очень четко и управляется одной кнопкой. При подаче питания, на 13 выходе микросхемы всегда логический ноль, транзистор (2n5551) закрыт и реле обесточено — соответственно нагрузка не подключена. При нажатии кнопки, на выходе микросхемы появляется логическая единица, транзистор открывается и реле срабатывает подключая нагрузку. Повторное нажатие на кнопку возвращает микросхему в исходное состояние.

Какой же блок питания без индикатора напряжения и тока? Потому в я попытался сделать ампервольтметр самостоятельно. В принципе получился неплохой прибор, однако он имеет некоторую нелинейность в диапазоне от 0 до 3.2А. Эта погрешность никак не будет влиять при использовании данного измерителя, скажем в зарядном устройстве для АКБ автомобиля, но недопустима для Лабораторного БП, потому, я заменю этот модуль, китайскими щитовыми прецизионными и с дисплеями, имеющими 5 разрядов… А собранный мною модуль найдет применение в какой-нибудь другой самоделке.

Наконец-то приехали из Китая более высоковольтные микросхемы, о чем я Вам рассказал в . И теперь можно подавать на вход 24В переменного тока, не опасаясь, что пробьет микросхемы…

Теперь дело осталось за «малым», изготовить корпус и собрать все блоки вместе, чем я и займусь в этом финальном обзоре по данной тематике.
Поискав готовый корпус, ничего подходящего не нашел. У китайцев есть неплохие коробки, но, к сожалению, цена их, а особенно …

Отдать китайцам 60 баксов мне «жаба» не позволила, да и глупо такие деньги отдавать за корпус, можно еще немного добавить и купить . По крайней мере, корпус из этого Бп выйдет хороший.

Потому я поехал на строительный базар и купил 3 метра алюминиевого уголка. С его помощью будет собран каркас прибора.
Подготавливаем детали нужного размера. Расчерчиваем заготовки и спиливаем уголки при помощи отрезного диска. .

Затем выкладываем заготовки верхней и нижней панели, чтобы прикинуть, что получится.

Пробуем расположить модули внутри

Сборка идет на потайных винтах (под шляпку зенкером, разенковывается отверстие, что бы головка винта не выступала над уголком), и гайках с обратной стороны. Потихоньку появляются очертания каркаса блока питания:

И вот каркас собран… Не очень ровный, особенно по углам, но думаю, что покраска скроет все неровности:

Размеры каркаса под спойлером:

Измерение размеров

К сожалению времени мало свободного, потому слесарные работы продвигаются медленно. Вечерами за неделю изготовил лицевую панель из листа алюминия и панельку под вход питания и предохранитель.

Расчерчиваем будущие отверстия под Вольтметр и Амперметр. Посадочное гнездо должно быть размерами 45.5мм на 26.5мм
Обклеиваем посадочные отверстия малярным скотчем:

И отрезным диском, при помощи дремеля делаем пропилы (скотч нужен, что бы не выйти за размеры гнезд, и не испортить панель царапинами) Дремель быстро справляется с алюминием, но на 1 отверстие уходит 3-4

Опять была заминка, банально, кончились отрезные диски для дремеля, поиск по всем магазинам Алматы ни к чему не привел, потому пришлось ждать диски из Китая… Благо пришли быстро за 15 дней. Дальше работа пошла более весело и быстро…
Пропилил дремелем отверстия под цифровые индикаторы, и обработал напильником.

Ставим на «уголки» зеленый трансформатор

Примеряем радиатор с силовым транзистором. Он будет изолирован от корпуса, так как на радиаторе установлен транзистор в корпусе ТО-3, а там сложно изолировать коллектор транзистора от корпуса. Радиатор будет стоять за декоративной решеткой с вентилятором охлаждения.

Обработал наждачкой на бруске лицевую панель. Решил примерить все что будет на ней закреплено. Получается вот так:

Два цифровых измерителя, кнопка включения нагрузки, два многооборотных потенциометра, выходные клеммы и держатель светодиода «Ограничение тока». Вроде ничего не забыл?

С обратной стороны лицевой панели.
Разбираем все и красим черной краской с баллончика каркас блока питания.

На заднюю стенку прикрепляем на болты декоративную решетку (куплено на авторынке, анодированный алюминий для тюнига воздухозабора радиатора 2000 тенге (6.13USD))

Вот так получилось, вид с обратной стороны корпуса блока питания.

Ставим вентилятор для обдува радиатора с силовым транзистором. Я прикрепил его на пластиковые черные хомуты, держит хорошо, внешний вид не страдает, их почти не видно.

Возвращаем на место пластиковое основание каркаса с уже установленным силовым трансформатором.

Размечаем места крепления радиатора. Радиатор изолирован от корпуса прибора, т.к. на нем напряжение равное напряжению на коллекторе силового транзистора. Думаю, что он хорошо будет обдуваться вентилятором, что позволит значительно снизить температуру радиатора. Вентилятор будет управляться схемой снимающей информацию с датчика (терморезистора) закрепленного на радиаторе. Таким образом вентилятор не будет «молотить» в пустую, а будет включатся при достижении определенной температуры на радиаторе силового транзистора.

Прикрепляем на место лицевую панель, поглядеть что получилось.

Декоративной решетки осталось много, потому решил попробовать сделать П-образную крышку корпуса блока питания (на манер компьютерных корпусов), если не понравится, переделаю на что-нибудь другое.

Вид спереди. Пока решетка «наживлена» и еще не плотно прилегает к каркасу.

Вроде неплохо получается. Решетка достаточно прочная, можно смело ставить сверху что-либо, ну а про качество вентиляции внутри корпуса, даже не стоит говорить, вентиляция будет просто отличная, по сравнению с закрытыми корпусами.

Ну чтож, продолжаем сборку. Подключаем цифровой амперметр.

Важно: не наступайте на мои грабли, не используйте штатный разъем, только пайка непосредственно к контактам разъема. Иначе будет в место тока в Амперах, показывать погоду на Марсе.

Провода для подключения амперметра, да и всех остальных вспомогательных устройств должны быть максимально короткими.
Между выходными клеммами (плюс-минус) установил панельку из фольгированного текстолита. Очень удобно прочертив изолирующие бороздки в медной фольге, создавать площадки для подключения всех вспомогательных устройств (амперметр, вольтметр, плата отключения нагрузки и т.п.)

Основная плата установлена рядом с радиатором выходного транзистора.

Плата переключения обмоток установлена над трансформатором, что позволило значительно сократить длину шлейфа проводов.

Наступил черед собрать модуль дополнительного питания для модуля переключения обмоток, амперметра, вольтметра и т.п.

Поскольку у нас линейный — аналоговый БП, будем использовать так же вариант на трансформаторе, никаких импульсных блоков питания. 🙂
Вытравливаем плату:

Впаиваем детали:

Тестируем, ставим латунные «ножки» и встраиваем модуль в корпус:

Ну вот, все блоки встроены (кроме модуля управления вентилятором, который будет изготовлен позже) и установлены на свои места. Провода подключены, предохранителя вставлены. Можно проводить первое включение. Осеняем себя крестом, закрываем глаза и даем питание…
Бабаха и белого дыма нет — уже хорошо… Вроде на холостом ходу ничего не греется… Нажимаем кнопку включения нагрузки — зажигается зеленый светодиод и щелкает реле. Вроде все пока нормально. Можно приступать к тестированию.

Как говорится, «скоро сказка сказывается, да не скоро дело делается». Опять выплыли подводные камни. Модуль переключения обмоток трансформатора работает некорректно с силовым модулем. При напряжении переключения с первой обмотки на следующую происходит скачек напряжения, т.е при достижении 6.4В происходит скачек до 10.2В. Потом конечно можно уменьшить напряжение, но это не дело. Сначала я думал, что проблема в питании микросхем, поскольку их питание тоже от обмоток силового трансформатора, и соответственно растет с каждой последующей подключенной обмоткой. Потому попробовал дать питание на микросхемы с отдельного источника питания. Но это не помогло.

Потому есть 2 варианта: 1. Полностью переделать схему. 2. Отказаться от модуля автоматического переключения обмоток. Начну с 2 варианта. Полностью без переключения обмоток я остаться не могу, потому как вариант мириться с печкой мне не нравится, потому поставлю тумблер- переключатель позволяющий выбирать подаваемое напряжение на вход БП из 2-х вариантов 12В или 24В. Это конечно «полумера», но лучше чем вообще ничего.
Заодно решил поменять амперметр на другой подобный, но с зеленым цветом свечения цифр, поскольку красные цифры амперметра светятся довольно слабо и при солнечном свете их плохо видно. Вот что получилось:

Вроде так получше. Возможно, так же, что я заменю вольтметр на другой, т.к. 5 разрядов в вольтметре явно избыточно, 2 разряда после запятой вполне достаточно. Варианты замены у меня есть, так что проблем не будет.

Ставим переключатель и подключаем к нему провода. Проверяем.
При положении переключателя «вниз» — максимальное напряжение без нагрузки составило около 16В

При положении переключателя вверх — доступно максимальное напряжение для данного трансформатора 34В (без нагрузки)

Теперь ручки, долго не стал придумывать варианты и нашел пластмассовые дюбели подходящего диаметра, как внутреннего, так и внешнего.

Отрезаем трубочку нужной длины и надеваем на штоки переменных резисторов:

Затем надеваем ручки и фиксируем винтами. Поскольку трубка дюбеля достаточно мягкая, ручка фиксируется очень хорошо, что бы сорвать её необходимы значительные усилия.

Обзор получился очень большим. Потому не буду отнимать Ваше время и вкратце протестируем Лабораторный блок питания.
Помехи осциллографом мы уже смотрели в первом обзоре, и с тех пор ничего не изменилось в схемотехнике.
Потому проверим минимальное напряжение, ручка регулировки в крайнем левом положении:

Теперь максимальный ток

Ограничение тока в 1А

Максимальное ограничение тока, ручка регулировки тока в крайне правом положении:

На этом Всё мои дорогие радиогубители и сочувствующие… Спасибо всем, кто дочитал до конца. Прибор получился брутальный, тяжелый и я надеюсь надежный. До новых встреч в эфире!

UPD: Осциллограммы на выходе блока питания при включении напряжения:

И выключения напряжения:

UPD2: Друзья с форума «Паяльник» дали идею, как с минимальными переделками схемы запустить модуль переключения обмоток. Спасибо всем за проявленный интерес, буду доделывать прибор. Поэтому — продолжение следует. Добавить в избранное Понравилось +72 +134

Для настройки, ремонта автоэлектронных и радиотехнических устройств или зарядки аккумуляторных батарей необходимо иметь хороший источник питания.

Использование современной схемотехники и элементной базы позволяют сделать в домашних условиях источник питания, по основным техническим характеристикам не уступающий лучшим промышленным образцам.

Основные требования, которым должен удовлетворять такой источник питания:

• регулировка напряжения в диапазоне 0 — 25 В;
• способность обеспечить ток в нагрузке до 7 А при минимальных пульсациях;
• регулировка срабатывания токовой защиты. Кроме того, срабатывание защиты по току должно быть достаточно быстрым, чтобы исключить повреждение самого источника в случае короткого замыкания на выходе.

Возможность плавно регулировать в источнике питания ограничения тока позволяет при настройке внешних устройств исключить их повреждение. Всем этим требованиям удовлетворяет предлагаемая схема универсального источника питания. Кроме того, данный блок питания позволяет использовать его в качестве источника стабильного тока.

Основные технические характеристики источника питания:

• плавная регулировка напряжения в диапазоне от 0 до 25 В;
• напряжение пульсаций, не более 1 мВ;
• плавная регулировка тока ограничения (защиты) от 0 до 7 А;
• коэффициент нестабильности по напряжению не хуже 0,001 %/В;
• коэффициент нестабильности по току не хуже 0,01 %/В;
• КПД источника не хуже 0,6.

Принципиальная схема

Электрическая схема источника питания, состоит из схемы управления, трансформатора (Т1), выпрямителя (VD4 ч- VD7), силовых регулирующих транзисторов VT3, VT4 и блока коммутации обмоток трансформатора.

Схема управления собрана на двух универсальных операционных усилителях (ОУ), расположенных в одном корпусе, и питается от отдельного трансформатора Т2. Это обеспечивает регулировку выходного напряжения от нуля, а также более стабильную работу всего устройства.

Для облегчения теплового режима работы силовых регулирующих транзисторов применен трансформатор с секционной вторичной обмоткой. Отводы автоматически переключаются в зависимости от уровня выходного напряжения при помощи реле К1, К2. Что позволяет, несмотря на большой ток в нагрузке, применить теплоотвод для VT3 и VT4 сравнительно небольших размеров, а также повысить КПД стабилизатора.

Блок коммутации предназначен для того, чтобы при помощи всего двух реле обеспечить переключение четырех отводов трансформатора, выполняет их включение в следующей последовательности: при превышении выходного напряжения уровня 6,2 В — включается К2; при превышения уровня 15,3 В включается К1(в этом случае с обмоток трансформатора поступает максимальное напряжение).

Указанные пороги задаются используемыми стабилитронами (VD10, VD12). Отключение реле при снижении напряжения выполняется в обратной последовательности, но с гистерезисом примерно 0,3 В, т. е. когда напряжение снизится на это значение ниже чем при включении, что исключает дребезг при переключении обмоток.

Схема управления состоит из стабилизатора напряжения и стабилизатора тока. При необходимости устройство может работать в любом из этих режимов. Режим зависит от сопротивления регуляторов «I» (R21,R22). Стабилизатор напряжения собран на элементах DA3, VT5, VT6.

Рис. 1. Принципиальная схема лабораторного источника питания с регулировкой тока ограничения.

Работает схема стабилизатора следующим образом. Нужное выходное напряжение устанавливается резисторами «грубо» (R9) и «точно» (R10). В режиме стабилизации напряжения сигнал обратной связи по напряжению (-Uoc) с выхода (Х2) через делитель из резисторов R9, RIO, R11 поступает на неинвертирующий вход 2 операционного усилителя DA3.

На этот же вход через резисторы R3, R5, R7 подается опорное напряжение +9 вольт. В момент включения схемы на выходе 12 DA3.1 будет увеличиваться положительное напряжение (оно через транзистор VT5 приходит на управление VT4) до тех пор, пока напряжение на выходных клеммах X1 и Х2 не достигнет установленного резисторами R9, R10 уровня.

За счет отрицательной обратной связи по напряжению, поступающей с выхода Х2 на вход 2 усилителя DA3.1, выполняется стабилизация выходного напряжения источника питания. При этом выходное напряжение будет определяться соотношением:

где Uoп = + 9 В.

Соответственно изменяя сопротивление резисторов R9 «грубо» и R10 «точно», можно менять выходное напряжение (Uвых) от 0 до 25 В. Когда к выходу источника питания подключена нагрузка, в его выходной цепи начинает протекать ток, создающий положительное падение напряжения на резисторе R23 (относительно общего провода схемы).

Это напряжение поступает через резистор R21, R22 в точку соединения R8, R12. Со стабилитрона VD9 через R6, R8 подается опорное отрицательное напряжение — 9 вольт.

Операционный усилитель DA3.2 усиливает разность между ними. Пока разность отрицательная (т. е. выходной ток меньше установленной резисторами R23, R24 величины), на выходе 10 DA3.2 действует + 15 В. Транзистор VT6 будет закрыт и эта часть схемы не оказывает влияния на работу стабилизатора напряжения.

При увеличении тока нагрузки до величины, при которой на входе 7 DA3.2 появится положительное напряжение, на выходе 10 DA3.2 будет отрицательное напряжение и транзистор VT6 приоткроется. В цепи R16, R17, HL1 будет протекать ток, который уменьшит открывающее напряжение на базе регулирующего силового транзистора VT4.

Свечение красного светодиода (HL1) сигнализирует о переходе схемы в режим ограничения тока. В этом случае выходное напряжение источника питания снизится до такой величины, при которой выходной ток будет иметь значение, достаточное для того, чтобы напряжение обратной связи по току (Uoc), снимаемое с резистора R10, и опорное в точке соединения R8, R12, R22 взаимно компенсировались, т. е. появился нулевой потенциал.

В результате выходной ток источника окажется ограниченным на уровне, задаваемым положением движка резисторов R21, R22. При этом ток в выходной цепи будет определяться соотношением:

где Uoп = — 9 В.

Диоды (VD11) на входах операционных усилителей обеспечивают защиту микросхемы от повреждения в случае включения её без обратной связи или при повреждении силового транзистора. В рабочем режиме напряжение на входах ОУ близко к нулю и диоды не оказывают влияния на работу устройства.

Конденсатор С8 ограничивает полосу усиливаемых частот ОУ, что предотвращает самовозбуждение и повышает устойчивость работы схемы.

Настройка

При безошибочном монтаже в схеме узла управления потребуется настроить только максимум диапазона регулировки выходного напряжения 0: 25 В резисторомR7 и максимальный ток защиты 7 А — резистором R8.

Блок коммутации в настройке не нуждается. Необходимо только проверить пороги переключения реле К1, К2 и соответствующее увеличение напряжения на конденсаторе С3.

При работе схемы в режиме стабилизации напряжения светится зеленый светодиод (HL2), а при переходе в режим стабилизации тока — красный (HL1).

Детали

Подстроечные резисторы R7 и R8 — типа СПЗ-19а; переменные резисторы R9, R10, R21, R22 — типа СПЗ-4а или ППБ-1 А; постоянные резисторы R23 — типа С5-16МВ на 5 Вт, остальные из серии МЛТ или С2-23 соответствующей мощности.2.

Два силовых транзистора устанавливается параллельно для обеспечения надёжной работы устройства в случае короткого замыкания на выходных клеммах.

В наихудшем случае силовые транзисторы кратковременно должны выдерживать перегрузку по мощности Р = Ubx*I = 25×7= 175 Вт. А один транзистор КТ827А может рассеивать мощность не более 125 Вт. Диоды VD4 — VD7 надо установить на небольшой радиатор.

Реле К1, К2 применены типоразмера R-15 (польского производства) с обмоткой на рабочее напряжение 24 В (сопротивление обмотки 430 Ом) — они за счет бескорпусного исполнения имеют малые габариты и достаточно мощные переключающие контакты. Можно использовать и отечественные реле типа РЭН29 (0001), РЭН32 (0201).

Переключающие напряжение с трансформатора Т1 реле К1 и К2 инерционны и не обеспечивают мгновенное снижение напряжения, приходящего со вторичной обмотки Т1, но они уменьшат тепловую рассеиваемую мощность на силовых транзисторах при длительной работе источника.

Микроамперметр РА1 малогабаритный типа М42303 или аналогичный с внутренним шунтом на ток до 10 А. Для удобства эксплуатации источника питания схему можно дополнить вольтметром, показывающим выходное напряжение.

В качестве сетевого трансформатора Т1 используется промышленный трансформатор типа ТППЗ19-127/220-50. Т2 — типа ТПП259-127/220-50. Трансформатор можно изготовить и самостоятельно на основе промышленного трансформатора мощностью 200 Вт, намотав все обмотки (Т1 и Т2) на одном трансформаторе.

Каждый начинающий радиолюбитель нуждается в лабораторном блоке питания. Чтобы правильно его сделать, нужно подобрать подходящую схему, а с этим обычно возникает много проблем.

Виды и особенности блоков питания

Встречаются два типа блоков питания:

• Импульсный;
• Линейный.

Блок импульсного типа может рождать помехи, которые буду отражаться на настройке приемников и других передатчиков. Блок питания линейного типа может оказаться неспособным для выдачи необходимой мощности.

Как правильно сделать лабораторный блок питания, от которого можно будет заряжать АКБ, и питать, чувствительны платы схем? Если взять простой блок питания линейного типа на 1,3-30 В, и мощностью тока не более 5 А, то получится хороший стабилизатор напряжения и тока.

Воспользуемся классической схемой для сборки блока питания своими руками. Она сконструирована на стабилизаторах LM317, которые регулируют напряжение в диапазоне 1,3-37В. Их работа совмещена с транзисторами КТ818. Это мощные радиодетали, которые способны пропустить большой ток. Защитную функцию схемы обеспечивают стабилизаторы LM301.

Эта схема разработана достаточно давно, и периодически модернизировалась. На ней появилось несколько диодных мостов, а измерительная головка получила не стандартный метод включения. На замену транзистору MJ4502 пришел менее мощный аналог – КТ818. Так же появились фильтрующие конденсаторы.

Монтаж блока своими руками

При очередной сборке, схема блока получила новую интерпретацию. В конденсаторах выходного типа увеличилась емкость, а для защиты были добавлены несколько диодов.

Транзистор типа КТ818 был в этой схеме неподходящим элементом. Он сильно перегревался, и часто приводил к поломке. Ему нашли замену более выгодным вариантом TIP36C, в схеме он имеет параллельное подключение.

Поэтапная настройка

Изготовленный лабораторный блок питания своими руками нуждается в поэтапном включении. Первоначальный запуск проходит с отключенными LM301 и транзисторами. Далее проверяется функция регулирующая напряжение через регулятор Р3.

Если напряжение регулируется хорошо, тогда в схему включаются транзисторы. Их работа тогда будет хорошей, когда несколько сопротивлений R7,R8 начнут балансировать цепь эмиттера. Нужны такие резисторы, чтобы их сопротивление было на максимально низком уровне. При этом тока должно хватать, иначе в Т1 и Т2 его значения будут различаться.

Этот этап регулировки позволяет подсоединять нагрузку к выходному концу блока питания. Следует стараться избегать короткого замыкания, иначе транзисторы тут же перегорят, а вслед за ними стабилизатор LM317.

Дальнейшим шагом буде монтаж LM301. Сперва, нужно удостовериться, что на операционном усилителе в 4 ножке имеется -6В. Если на ней присутствует +6В, то возможно имеется неправильное подключение диодного моста BR2.

Так же подключение конденсатора С2 может быть неверным. Проведя осмотр и исправив дефекты монтажа, можно на 7 ножку LM301 давать питание. Это допустимо делать с выхода блока питания.

На последних этапах настраивается Р1, так чтобы он мог работать на максимальном рабочем токе БП. Лабораторный блок питания с регулировкой напряжения отрегулировать не так сложно. В этом деле лучше лишний раз перепроверить монтаж деталей, чем получить КЗ с последующей заменой элементов.

Основные радиоэлементы

Чтобы собрать мощный лабораторный блок питания своими руками, нужно приобрести подходящие компоненты:

• Для питания потребуется трансформатор;
• Несколько транзисторов;
• Стабилизаторы;
• Операционный усилитель;
• Несколько разновидностей диодов;
• Электролитические конденсаторы – не более 50В;
• Резисторы разных типов;
• Резистор Р1;
• Предохранитель.

Номинал каждой радиодетали необходимо сверять со схемой.

Блок в конечном виде

Для транзисторов необходимо подобрать подходящий радиатор, который сможет рассеивать тепло. Более того, внутри монтируется вентилятор, для охлаждения диодного моста. Еще один устанавливается на внешнем радиаторе, который будет обдувать транзисторы.

Для внутренней начинки желательно подобрать качественный корпус, так как вещь получилась серьезной. Все элементы следует хорошо зафиксировать. На фото лабораторного блока питания, можно заметить, что на замену стрелочным вольтметрам пришли цифрового устройства.

Фото лабораторного блока питания

!
Сегодня мы с вами соберем мощнейший лабораторный блок питания. На данный момент он является одним из самых мощных на YouTube.

Все началось с постройки водородного генератора. Для запитки пластин автору понадобился мощный блок питания. Покупать готовый блок типа DPS5020 не наш случай, да и бюджет не позволял. Спустя некоторое время схема была найдена. Позже выяснилось, что этот блок питания настолько универсален, что его можно использовать абсолютно везде: в гальванике, электролизе и просто для запитки различных схем. Сразу пробежимся по параметрам. Входное напряжение от 190 до 240 вольт, выходное напряжение — регулируемое от 0 до 35 В. Выходной номинальный ток 25А, пиковый — свыше 30А. Также, блок имеет автоматическое активное охлаждение в виде кулера и ограничения по току, она же защита от короткого замыкания.

Теперь, что касается самого устройства. На фото вы можете видеть силовые элементы.

От одного взгляда на них захватывает дух, но свой рассказ хотелось бы начать совсем не со схем, а непосредственно с того, от чего приходилось отталкиваться, принимая то или иное решение. Итак, в первую очередь, конструкция ограничена корпусом. Это было очень большим препятствием в построении печатных плат и размещении компонентов. Корпус был куплен самый большой, но все равно его размеры для такого количества электроники малы. Второе препятствие — это размер радиатора. Хорошо, что они нашлись в точности, подходящие под корпус.

Как видим радиаторов тут два, но входе построения объединим в один. Помимо радиатора, в корпусе нужно установить силовой трансформатор, шунт и высоковольтные конденсаторы. Они никак не влазили на плату, пришлось их вынести за пределы. Шунт имеет небольшие размеры, его можно положить на дно. Силовой трансформатор был в наличии только таких размеров:

Остальные раскупили. Его габаритная мощность 3 кВт. Это конечно намного больше чем нужно. Теперь можно переходить к рассмотрению схем и печаток. В первую очередь рассмотрим блок-схему устройства, так будет легче ориентироваться.

Состоит она из блока питания, dc-dc преобразователя, системы плавного пуска и различной периферии. Все блоки не зависят друг от друга, например, вместо блока питания можно заказать готовый. Но мы рассмотрим вариант как сделать все своими руками , а вам уже решать, что купить, а что делать также. Стоит отметить, что необходимо установить предохранители между силовыми блоками, так как при выходе из строя одного элемента, он потащит за собой в могилу остальную схему, а это вылетит вам в копеечку.

Предохранители на 25 и 30А в самый раз, так как это номинальный ток, а выдержать они могут на пару ампер больше.
Теперь по порядку о каждом блоке. Блок питания построен на всеми любимой ir2153.

Также в схему добавлен умощненный стабилизатор напряжения для питания микросхемы. Он запитан от вторичной обмотки трансформатора, параметры обмоток рассмотрим при намотке. Все остальное — это стандартная схема блока питания.
Следующий элемент схемы — это плавный пуск.

Установить его необходимо для ограничения тока зарядки конденсаторов, чтобы не спалить диодный мост.
Теперь самая важная часть блока – dc-dc преобразователь.

Его устройство очень сложное, поэтому углубляться в работу не будем, если интересно подробнее узнать про схему, то изучите самостоятельно.

Настало время переходить к печатным платам. Вначале рассмотрим плату блока питания.

На нее не вместились ни конденсаторы, ни трансформатор, поэтому на плате имеются отверстия для их подключения. Размеры фильтрующего конденсатора подбирайте под себя, так как они бывают разных диаметров.

Далее рассмотрим плату преобразователя. Тут тоже можно немного подогнать размещение элементов. Автору пришлось сместить второй выходной конденсатор вверх, так как он не вмещался. Так же можете добавить еще перемычку, это уже на ваше усмотрение.
Теперь переходим к травлению платы.

Думаю, тут нет ничего сложного.
Осталось запаять схемы и можно проводить тесты. В первую очередь запаиваем плату блока питания, но только высоковольтную часть, чтобы проверить не накосячили ли мы во время разводки. Первое включение как всегда через лампу накаливания.

Как видим, при подключении лампочки, она загорелась, а это значит, что схема без ошибок. Отлично, можно установить элементы выходной цепи, а как известно, туда нужен дроссель. Его придется изготовить самостоятельно. В качестве сердечника используем вот такое желтое кольцо от компьютерного блока питания:

С него необходимо удалить штатные обмотки и намотать свою, проводом 0,8 мм сложенным в две жилы, количество витков 18-20.

Заодно можем намотать дросселя для dc-dc преобразователя. Материалом для намотки являются вот такие кольца из порошкового железа.

В отсутствие такого, можно применить тот же материал, что и в первом дросселе. Одной из важных задач является соблюдение одинаковых параметров для обоих дросселей, так как они будут работать в параллели. Провод тот же – 0,8 мм, количество витков 19.
После намотки, проверяем параметры.

Они в принципе совпадают. Далее запаиваем плату dc-dc преобразователя. С этим проблем возникнуть не должно, так как номиналы подписаны. Тут все по классике, сначала пассивные компоненты, потом активные и в последнюю очередь – микросхемы.
Настало время заняться подготовкой радиатора и корпуса. Радиаторы соединим между собой двумя пластинками вот таким образом:

На словах это все хорошо, надо бы заняться делом. Сверлим отверстия под силовые элементы, нарезаем резьбу.

Сам же корпус тоже немного подправим, отломав лишние выступы и перегородки.

Когда все готово, приступаем к креплению деталей на поверхность радиатора, но так как фланцы активных элементов имеют контакт с одним из выводов, то необходимо их изолировать от корпуса подложками и шайбами.

Крепить будем на винты м3, а для лучшей термо передачи воспользуемся не высыхающей термопастой.
Когда разместили на радиаторе все греющиеся части, запаиваем на плату преобразователя ранее не установленные элементы, а также припаиваем провода для резисторов и светодиодов.

Теперь можно тестировать плату. Для этого подадим напряжение от лабораторного блока питания в районе 25-30В. Проведем быстрый тест.

Как видим, при подключении лампы идет регулировка по напряжению, а также ограничения по току. Отлично! И эта плата тоже без косяков.

Тут же можно настроить температуру срабатывания кулера. С помощью подстроечного резистора производим калибровку.
Сам же термистор нужно закрепить на радиаторе. Осталось намотать трансформатор для блока питания на вот таком гигантском сердечнике:

Перед намоткой необходимо рассчитать обмотки. Воспользуемся специальной программой (ссылку на нее найдете в описании под видеороликом автора, пройдя по ссылке «Источник»). В программе указываем размер сердечника, частоту преобразования (в данном случае 40 кГц). Также указываем количество вторичных обмоток и их мощность. Силовая обмотка на 1200 Вт, остальные на 10 Вт. Также нужно указать каким проводом будут мотаться обмотки, жмем кнопку «Рассчитать», тут нет ничего сложного, думаю разберетесь.

Посчитали параметры обмоток и начинаем изготовление. Первичка в один слой, вторичка в два слоя с отводом от середины.

Изолируем все с помощью термоскотча. Тут по сути стандартная намотка импульсника.
Все готово к установке в корпус, осталось разместить периферийные элементы на лицевой стороне таким образом:

Сделать это можно довольно просто, лобзиком и дрелью.

Теперь самая трудная часть — разместить все внутри корпуса. В первую очередь соединяем два радиатора в один и закрепляем его.
Соединение силовых линий будем проводить вот такой 2-ух миллиметровой жилой и проводом сечением 2,5 квадрата.

Также возникли некие проблемы с тем, что радиатор занимает всю заднюю крышку, и там невозможно вывести провод. Поэтому выводим его сбоку.

На этом все, сборка завершена. Перед закрытием крышки проводим тестовое включение.

Блок завелся, теперь закрываем верхнюю крышку и идем тестировать. Для теста сначала воспользуемся лампочками накаливания на 36В 100Вт.

Как видим, блок держит их без труда. Данный вольтамперметр, который купил автор, не может измерить максимальный ток блока даже шунтом, хоть и написано на сайте, что с шунтом может измерять до 50А. Не совершайте такую же ошибку и возьмите себе стрелочный амперметр — надежнее будет. А по поводу проверки — не переживайте, сейчас вы убедитесь в том, что максимальный ток устройства свыше 25А. Для этого воспользуемся предохранителем на 25А и пустим его в короткое замыкание.

Его просто плавит, а это значит, что ток тут больше 25 ампер. Также попробуем плавить различные предметы.

Скрепка, шайба и даже шило — ничто не устояло перед мощью данного блока.

Благодарю за внимание. До новых встреч!

Видео:

Необходимость в лабораторном источнике питания с возможностью регулировки выходного напряжения и порога срабатывания защиты по току потребления нагрузкой возникла давно. Проработав кучу материала на просторах интернета и набив шишки на собственном опыте, остановился на нижеследующей конструкции. Диапазон регулирования напряжения 0-30 Вольт, ток отдаваемый в нагрузку определяется в основном примененным трансформатором, в моём варианте спокойно снимаю более 5-ти Ампер. Есть регулировка порога срабатывания защиты по току потребляемого нагрузкой, а также от короткого замыкания в нагрузке. Индикация выполнена на ЖК дисплее LSD16х2. Единственным недостатком данной конструкции считаю невозможность трансформации данного источника питания в двуполярный и некорректность показания потребляемого тока нагрузкой в случае объединения полюсов — вместе. В мои цели ставилась задача питать в основном схемы однополярного питания по сему даже двух каналов, как говорится, с головой. Итак, схема узла индикации на МК с его вышеописанными функциями:

Измерения силы тока и напряжения I — до 10 А, U — до 30 В, схема имеет два канала, на фото показания напряжения до 78L05 и после, имеется возможность калибровки под имеющиеся шунты в наличии. Несколько прошивок для ATMega8 есть на форуме, проверенны мной не все. В схеме в качестве операционного усилителя использована микросхема МСР602, ее возможная замена — LM2904 или LM358, тогда подключать питание ОУ нужно к 12 вольтам. На плате заменил перемычкой диод по входу стабилизатора и дроссель по питанию, стабилизатор необходимо ставить на радиатор — греется значительно.

Для корректного отображения величин токов необходимо обратить внимание на сечение и длину проводников включенных от шунта к измерительной части. Совет такой — длина минимальная, сечение максимальное. Для самого лабораторного источника питания, была собрана схема:

Завелась сразу же, регулировка выходного напряжения плавная, так же, как и порог защиты по току. Печать под ЛУТ пришлось подгонять, вот что получилось:

Подключение переменных резисторов:

Расположение элементов на плате БП

Цоколевка некоторых полупроводников

Перечень элементов лабораторного ИП:

R1 = 2,2 KOhm 1W

R2 = 82 Ohm 1/4W
R3 = 220 Ohm 1/4W
R4 = 4,7 KOhm 1/4W
R5, R6, R13, R20, R21 = 10 KOhm 1/4W
R7 = 0,47 Ohm 5W
R8, R11 = 27 KOhm 1/4W
R9, R19 = 2,2 KOhm 1/4W
R10 = 270 KOhm 1/4W
R12, R18 = 56KOhm 1/4W
R14 = 1,5 KOhm 1/4W
R15, R16 = 1 KOhm 1/4W
R17 = 33 Ohm 1/4W
R22 = 3,9 KOhm 1/4W
RV1 = 100K trimmer
P1, P2 = 10KOhm
C1 = 3300 uF/50V
C2, C3 = 47uF/50V
C4 = 100nF polyester
C5 = 200nF polyester
C6 = 100pF ceramic
C7 = 10uF/50V
C8 = 330pF ceramic
C9 = 100pF ceramic
D1, D2, D3, D4 = 1N5402,3,4 diode 2A — RAX GI837U
D5, D6 = 1N4148
D7, D8 = 5,6V Zener
D9, D10 = 1N4148
D11 = 1N4001 diode 1A
Q1 = BC548, NPN transistor or BC547
Q2 = 2N2219 NPN transistor
Q3 = BC557, PNP transistor or BC327
Q4 = 2N3055 NPN power transistor
U1, U2, U3 = TL081
D12 = LED

Готовые платы выглядят в моём варианте так:

С дисплеем проверял, работает отлично — как вольтметр, так и амперметр, проблема тут в другом, а именно: иногда возникает необходимость в двухполярном напряжении питания, у меня вторичные обмотки трансформатора отдельные, видно из фото стоят два моста, то есть полностью два независимых друг от друга канала. Но вот канал измерения общий и имеет общий минус, посему создать среднюю точку в блоке питания не получится, из-за общего минуса через измерительную часть. Вот и думаю либо делать на каждый канал собственную независимую измерительную часть, или может не так уж часто мне нужен источник с двухполярным питанием и общим нулем… Далее привожу печатную плату, та что пока вытравилась:

После сборки, первое: выставляем фьюзы именно так:

Собрав один канал, убедился в его работоспособности:

Пока сегодня включен левый канал измерительной части, правая висит в воздухе, посему ток показыват почти максимум. Кулер правого канала ещё не поставил, но суть ясна из левого.

Вместо диодов пока что в левом канале (он снизу под платой правого) диодного моста который в ходе экспериментов выкинул, хоть и 10А, поставил мост на 35А на радиатор под кулер.

Провода второго канала вторички трансформатора пока висят в воздухе.

Итог : напряжение стабилизации прыгает в пределах 0.01 вольт во всем диапазоне напряжений, максимальный ток который смог снять — 9.8 А, хватит с головой, тем более, что рассчитывал получить не больше трёх ампер. Погрешность измерения — в пределах 1%.

Недостаток : данный блок питания не могу трансформировать в двухполярный из-за общего минуса измерительной части, да и поразмыслив решил, что оконечники мне не настраивать, поэтому отказался от схемы полностью независимых каналов. Ещё одним из недостатков, на мой взгляд, данной измерительной схемы считаю то, что если соединить полюса — вместе по выходу мы теряем информативность по току потребления нагрузкой из-за общего корпуса измерительной части. Происходит это в следствии запараллеливания шунтов обоих каналов. А в общем источник питания получился совсем не плохой и скоро будет . Автор конструкции: ГУБЕРНАТОР

Обсудить статью СХЕМА ЛАБОРАТОРНОГО ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ

Микросхемы MC34071 на замену TL081 в ЛабБП (Повышение входного и выходного напряжения)

Привет всем! Сегодня миниобзор на микросхемы MC34071P с АлиЭкспресса. Те, кто следит за моими обзорами (а такие люди есть), помнят мой обзор про сборку Лабораторного БП 0-3А 0-30В. В ходе сборки выяснилось, что из-за особенности схемотехники подавать на вход больше 22В переменного напряжения нельзя, т.к будет превышено напряжение питания операционных усилителей TL081. Понятное дело, что меня (и не только меня) это не устраивало. Потому были заказаны в Китае обозреваемые микросхемы на замену. Всем кому это интересно добро пожаловать под Кат.
Обзор будет небольшой, в котором я поделюсь с Вами, что же изменилось в ЛабБП.

Привет радиолюбитель! Рад тебя снова видеть, при необходимости можно освежить свою память, еще раз перечитав обзор по этой ссылке. Я благодарен всем радиолюбителям и инженерам, что оставили свои полезные комментарии под обзором, благодаря чему я решил сделать изменения в своем блоке питания.
В магазинах торгующих радиодеталями, нужных микросхем я не нашел. И как всегда на помощь пришел Китай. 🙂
Подтверждение покупки Вы можете увидеть под спойлером:

Тут

Китаец тянул 9 дней с отправкой, потом отправил безтреком, но посылка прибыла довольно быстро. В посылке был обрезок пластикового «футляра» для микросхем, в котором «гремели» 5 микросхем MC34071P
Фото микросхемы с лицевой стороны:

Фото микросхемы с обратной стороны:

На обратной стороне читается выдавленная надпись «Korea», уж не знаю так ли это, или Китайцы так украшают свои копии и перемаркировки.
Судя по даташит максимальное напряжение питание должно быть не выше 44В в отличии от 36В для TL081, а учитывая, то что к микросхемам было подведено отрицательное напряжение больше на 5.6В, то максимальное напряжение питания составляло около 30В.
Отрицательное напряжение подается и на микросхемы MC34071P, но его можно уменьшить до 1.5-2В. Потому первое, что я сделал, это заменил стабилитрон на 5.6В на два последовательных диода 1N4007.

Затем были заменены все три микросхемы:

Общий вид основной платы блока питания, после замены микросхем:

Проверил напряжение питания на микросхемах — 34В, до максимально допустимого еще далеко.

Можно так же было убрать подстроечный резистор, для выставления напряжения покоя, у моих микросхем напряжение было 15.7мВ. Но я решил оставить потенциометр и вывел напряжение «покоя» точно на ноль.

Ну а самое главное, что теперь на выходе честных 30В. Теперь я доволен.

Теперь можно делать корпус, и все изготовленные блоки:
1. Плата линейного блока питания
2. Плата автоматического переключения обмоток
3. Триггер подключения нагрузки
4. Ампервольтметр (буду думать самодельный ставить или щитовые китайские амперметр и вольтметр)
5. Трансформатор питания и плата вспомогательного питания.
Встраивать в корпус.

Ждите финального обзора по тематике «Самодельный лабораторный блок питания» имени MUSKU.RU по завершению сборки.

Всем всего хорошего и до встречи… 🙂

Линейный стабилизатор для лабораторного блока питания — Блоки питания (лабораторные) — Источники питания

Ещё один «кубик» для лабораторного блока питания, на этор раз речь пойдёт о линейном стабилизаторе.

Итак техническое задание:

1. Стабилизация тока или напряжения.
2. Минимальные потери на управление.
3. Легкое масштабирование схемы по мощности.
4. Минимально возможное падение напряжения на регулирующем транзисторе.
5. Возможность управления от микроконтроллера.
6. Питание всей схемы от однополярного источника питания 12в.

Посему быть так:

1. Мощный проходной транзистор — полевой, Р-канальный.
2. Источник опорного напряжения — 2,5в.
3. Питание ОУ через отдельный повышающий преобразователь напряжения иинвертирующий преобразователь.
4. Сопротивление шунта датчика тока максимум 0.05 ом.

Схема из разряда «проще не бывает» всё прямолинейно и без выкрутасов (по клику — увеличивается):

Чуточку пояснений для тех кто не понял:

Четыре операционных усилителя, A,B,C и D. U1:A и U1:B соответственно сравнивают напряжение и ток между текущими и заданными значениями и обеспечивают непосредственно стабилизацию нужного параметра, U1:D смещает нижнюю точку выходного делителя на напряжение, падающее на шунте датчика тока, т.е. если на шунте падает 150мВ, то нижняя точка делителя выходного напряжения оказывается не на потенциале общего провода, а на потенциале -150мВ, т.е. U1:D это просто инвертор, что позволяет нам скомпенсировтаь напряжение, падающее на шунте. Ну а U1:C — это обычный усилитель напряжения с шунта — датчика тока. Как видите всё просто, понятно и логично.

Силовой проходной транзистор P-канальный IRF4905 согласно даташиту при температуре корпуса 100°С допускает ток 50а (более 70а при 25°С), что при добавлении предварительного ограничителя, ограничивающего падение напряжения сток-исток, позволяет строить практически любые лабораторные источники питания, которые могут понадобиться дома. Кроме этого полевые транзисторы очень хорошо работают в параллельном включениии. На управление таким ключём нужна мизерная мощность в отличие от биполярных транзисторов.ИОН представляет из себя всего три детали: R3, U2 и С8. Управляющий электрод U2 соединён с катодом, соответственно этот источник обеспечивает напряжение 2,5в. Вместо U2 можно применить обычный стабилитрон на 2,5в, но: во-первых, TL431 термостабилизирована, а во-вторых, имеет точность 2% (версия TL431A 1%, версия TL431B 0,5%). C8 уменьшает пульсации, чем больше его ёмкость, тем меньше пульсаций, но тем больше требуется времени, чтобы ИОНвышел на рабочий режим. Номинал резистора R3 зависит от разницы между 2,5в и значением напряжения источника, от которого питается ИОН, в моём случае это 240ом, т.к. я запитал ИОНот дополнительного стабилизатора на 5в. ОУ применён один из самых дешёвых и распространённых TL084 (в DIP14 корпусе), запитан ассиметричным напряжением +15в/-5в. Для правильной работы U1:D необходимо, чтобы R7 и R8 были одинаковы. RV3 позволяет немного подстроить выходной делитель (R5, R6). U1:C это простой усилитель, коэффициент усиления зависит от соотношения номиналов резисторов R9/(R10+RV4) так что сопротивление шунта ограничивается только вашей фантазией. Конденсатор C3 очень важен, он не даёт пойти схеме на расколбас и обеспечивает общую стабильность ОС т.к. скорость реакции ОС то току и напряжению искуственно ничем больше не ограничена.

 

Немножко математики по схеме:

Усилитель шунта: ИОН имеет значение 2,5в, значит на выходе усилителя шунта при максимальном выходном токе ЛБП должно быть 2,5в, соответственно считаем: Допустим шунт имеет сопротивление 0,05ом (два паралельно по 0,1ом), максимальный ток ЛБП пусть у нас будет 3а, значит при токе 3а на шунте падает (3а*0.05ом)=0,15в, на выходе усилителя (8я ногаОУ) при этом должно быть 2,5в, значит 0.15в надо усилить в 2,5в/0,15в=16,7раз, соответственно соотношение R9/(R10+RV4) должно быть таким же. Если R9=9,1кОм, R10=430ом, RV4=200ом, тоКу будет от 14 до 21 раз (при крайних положениях RV4). При выходном токе 3а и шунте 0.05омнаши потери составят 0,45Вт.

Выходной делитель R5 и R6 рассчитываем, как обычный делитель, соответственно коэффициент деления (Кд) равен R6/(R5+R6), при номиналах 5,6кОм и 1,5кОм Кд= 1,5кОм/(1,5кОм+5,6кОм)=0,211, т.е. выходное напряжение ЛБП будет почти в пять раз меньше заданного опорного. Или так: допустим, максимальное выходное напряжение ЛБП у нас 12в, возмём ток делителя равным 2мА, тогда R6=2,5в/0,002а=1,25кОм, R5=(12в-2,5в)/0.002а=4,75кОм.

ИОН: Его основная задача — формировать опорное напряжение 2,5в. В моём случае ИОНзапитан от отдельного стабилизатора на +5в, соответственно, на R3 падают лишние 2,5в при токе 2,5в/240ом=10,4мА напрасно рассеиваемая мощность (на R3) = 10,4мА*2,5в=26мВт. На U2напряжение и ток такие же, соответственно на нём тоже безвозвратно теряются 26мВт, общие потери ИОН = 52мВт. Это, конечно, без учёта тока, потребляемого RV1 и RV2, номиналы которых можно смело выбирать в диапазоне 10кОм…100кОм. И напоследок: ёмкость конденсатора С8напрямую влияет на пульсации ИОН, тот самый случай когда кашу маслом не испортишь, чем больше емкость С8, тем качественнее будет напряжение выдаваемое ИОН, но тем больше времени потребуется ИОН, чтобы выйти на рабочее напряжение после подачи питания. При питаниии ИОНа от источника на 5в и ёмкости С8 100мкФ (это малая ёмкость) до достижения2,5в придётся подождать 18мсек, при ёмкости 470мкФ потребуется уже 79мсек. Рекомундую С8ставить минимум 470мкФ, а лучше побольше.

Вариант печатной платы:

В формате SL5 лежит в архиве.

Разъёмы\точки на плате:

1. J1 — Входное однополярное питание
2. J2 — Выход ЛБП
3. J3 — общий провод для RV1, RV2
4. J4 — Питание ИОН +5в или выход источника +5в (если имеется)
5. J5 — ИОН +2,5в для питания RV1, RV2
6. J6 — Управление выходным электролитом
7. J7 — Контроль падения напряжения на Q2 (для предварительного преобразователя)
8. J8 — резерв
9. J9 — Контроль точности корректора падения на шунте
10. J10 — RV2, задание ограничения\стабилизации тока
11. J11 — RV1, задание ограничения\стабилизации напряжения
12. J12 — Контроль падения на шунте

Разводка платы довольно плотная и «тестовая», если решите повторить — тщательно продумайте разположение реальных компонентов. Плата делалать только для проверки работоспособности такого стабилизатора, при этом выявились следующие недостатки (в моём варианте разводки используются три отдельных преобразователя напряжения на +15в, +5в и-5в):

1. Не хватает места для С1 нормальной ёмкости/размера (упирается в преобразователь+15в, -5в)
2. Не хватает места для С10 нормальной ёмкости/размера (упирается в RV3)
3. Не хватает места для С8 нормааьной ёмкости/размера (упирается в преобразователь +5ви в U2)

Резистор шунта я применил в smd исполнении типоразмера 2512, две штуки по 0,1ом.

ОУ U1 применил в DIP14 корпусе только потому что шаг выводов 2,54мм и между выводов можно пропускать дорожки.

АРХИВ:Скачать

Блок питания с регулировкой тока и напряжения • HamRadio

Блок питания с регулировкой тока и напряжения, в этой небольшой статье приведу схему линейного стабилизатора напряжения с регулировкой как по току, так и по напряжению. Да совершенно, верно, здесь нет никаких ошибок, именно линейного стабилизатора. Многие возразят что уже не использует никто и это прошлый век, к сожалению, не соглашусь с этим. Так как есть вещи, которые питать от импульсного источника питания не очень хорошо. Принципиальная схема блок питания с регулировкой тока и напряжения представлена на рисунке.

В этой схеме мы имеем возможность регулировать выходной ток и выходное напряжение. Схема управления основана на мощном транзисторе MJ15003 или аналогичном подходящем по параметрам, в зависимости какой ток желаем получить, но, конечно, в пределах разумного. Регулируется выходное напряжение с бегунка потенциометра P1 сравнивается в компараторе IC1A, и далее напряжение поступает на базу транзистора T3, в коллектор которого включен регулятор мощности. Выходной ток измеряется резистором R12. Падение напряжения на этом резисторе сравнивается с напряжением на потенциометре P2.

Операционный усилитель IC1B включен по схеме компаратора. Когда установленный ток превышен, выход IC1B переключается на низкий уровень и закрывает транзистор T3 через диод D2. Для стабильности работы в цепи, оба компаратора оснащены конденсаторами обратной связи 10нФ (C2 и C3), которые выполняют функцию интегратора. Вспомогательное симметричное напряжение питания ± 8В для операционных усилителей выпрямляется диодами D4 и D5. Вот так это все представлено на схеме, изображенной на рисунке.

 

Блок питания с регулировкой тока и напряжения выполнен на двухсторонней печатной плате размером 50,8х83,8 мм. Силовой транзистор размещается на краю платы и устанавливается на подходящий радиатор. Расположение компонентов на печатной плате показано на рисунке, схема печатной платы со стороны компонентов, а также со стороны дорожек.

Описанная конструкция с минимальным количеством компонентов имеет преимущество в возможности установки максимального тока и, благодаря использованию внешнего источника питания для операционных усилителей, также имеет диапазон регулирования выходного напряжения от 0В до максимального. По транзисторам можно добавить из отечественных можно использовать КТ829 Т2, а силовой Т1 заменить на 2N3055 или КТ819 в корпусе ТО3.

Импульсный лабораторный блок питания 0 30 В 0,01 5 А

   Предлагаемое устройство стабилизирует напряжение питания нагрузки и ограничивает потребляемый ею ток, переходя в режим стабилизации тока. Импульсный режим работы обеспечивает высокий КПД в любых режимах работы. Устройство не боится продолжительных замыканий выхода. Оно может служить источником тока для процессов электролиза, гальванопластики и других, для которых необходим стабильный или ограниченный ток. Устройство можно использовать для зарядки аккумуляторов почти всех типов.

Рис. 1

   В радиолюбительской литературе опубликовано множество описаний лабораторных блоков питания. Предлагаемый источник отличается широкими функциональными возможностями, простотой, высоким КПД. На рис. 1 показана его функциональная схема. Основа устройства — понижающий стабилизатор напряжения с широтноимпульсным регулированием на коммутирующем транзисторе VT1. После накопительных элементов — дросселя L1 и конденсатора С1 — включены последовательно регулируемые линейные ограничитель тока А1 и стабилизатор напряжения A3. Диод VD1 обеспечивает протекание тока дросселя L1 в конденсатор С1 и нагрузку, когда закрыт коммутирующий транзистор VT1. Ток нагрузки ограничен сверху узлом А1 от 10 мА до 5 А. Стабилизатор напряжения A3 позволяет регулировать выходное напряжение от 0 до 30 В. Дифференциальные усилители А2 и А4 с коэффициентом усиления около 5 контролируют падение напряжения на блоках А1 и A3. Когда хотя бы одно из них слишком велико, коммутирующий транзистор VT1 закрывается по сигналу широтно-импульсно-го регулятора А5. Этим достигаются высокий КПД и стабилизация не только выходного напряжения, но и тока. Небольшая рассеиваемая мощность на регулирующих элементах повышает надежность устройства, позволяет снизить его массу и габариты за счет уменьшения размеров теплоотводов по сравнению с линейным регулированием.

Рис. 2

   На рис. 2 показана принципиальная схема устройства. Компоненты VT4, VD5, L1, С8 соответствуют VT1, VD1, L1, С1 на рис. 1. На элементах VT1- VT3, С1, VD3, HL1, R3-R8 собран широтно-импульсный регулятор А5. Ограничитель тока А1 собран по схеме стабилизатора тока на транзисторах VT6 и VT7, диодах VD6-VD10 и резисторах R10- R20, один из которых подключается переключателем SA2. Регулируемый стабилизатор напряжения A3 собран на микросхеме DA4. Дифференциальный усилитель А2 (см. рис. 1) — высоковольтный ОУ КР1408УД1 (DA3) с резисторами R21, R23, R25, R26. Аналогичный дифференциальный усилитель А4 — DA5, R28, R31.R33, R34.

   Пониженное до 30 В трансформатором Т1 сетевое напряжение с обмотки II выпрямляет диодный мост VD4 и сглаживает конденсатор С4. Это напряжение (около 40 В) — входное для импульсного стабилизатора.

   Резистор R1 и стабилитрон VD1 образуют параметрический стабилизатор напряжения питания задающего генератора, выполненного на однопереходном транзисторе VT2. Транзистор VT3 — усилитель тока задающего генератора. Выбор транзистора КТ825Г в качестве коммутирующего (VT4) обусловлен его высокой надежностью и широкой доступностью. Частота генерации 40 кГц выбрана в соответствии с частотными свойствами транзистора КТ825Г.

   На резисторе R2 и светодиоде HL1 собран параметрический стабилизатор напряжения около 2 В для фиксации уровня напряжения на эмиттере регулирующего транзистора VT1. Диод VD3 препятствует подаче обратного напряжения на эмиттерный переход этого транзистора.

   Открываясь, коммутирующий транзистор VT4 подключает дроссель L1 к выходу выпрямителя на диодном мосте VD4. Протекающим через дроссель L1 током заряжается накопительный конденсатор С8. Изменяя напряжение на базе транзистора VT1, можно регулировать ширину импульсов, открывающих транзистор VT4, и соответственно напряжение на накопительном конденсаторе С8.

   Ограничитель тока А1 выполнен на дискретных элементах. Отказ от использования микросхемы LT1084 обусловлен ее недостаточно высоким максимальным входным напряжением (37 В). Кроме того, применение дискретных элементов увеличивает КПД. Падение напряжения на токозадающем резисторе интегрального стабилизатора равно 1,25 В, при токе 5 А на этом резисторе рассеивается мощность 6,25 Вт. В примененном ограничителе тока падение напряжения на токозадающем резисторе UR равно разности падения напряжения на диодной цепи VD6- VD10 и напряжения база-эмиттер составного транзистора VT6VT7. В данном случае UR примерно равно 0,6 В. Мощность, рассеиваемая на резисторе R20 (на пределе 5 А), примерно равна 3 Вт. Сопротивление токозадающего резистора R рассчитывают по формуле R = UR/I, где I — требуемый ток ограничения. В экземпляре автора реализованы 11 пределов ограничения тока: 10, 50, 100, 250, 500, 750 мА; 1, 2, 3, 4, 5 А. Им соответствуют резисторы R10-R20.

   Поскольку напряжение на конденсаторе С8 изменяется в широких пределах, ток через стабистор, составленный из диодов VD6-VD10, определяет стабилизатор на транзисторе VT5 и светодиоде HL2. Резистором R22 в цепи эмиттера транзистора VT5 устанавливают ток через цепь VD6-VD10 в пределах 10…12 мА.

   Регулируемый стабилизатор напряжения A3 выполнен на микросхеме DA4. Диоды VD13, VD14 способствуют повышению его надежности. Через эти диоды при отключении блока питания от сети разряжаются конденсаторы С12 и С13, устраняющие самовозбуждение стабилизатора. Для получения нулевого выходного напряжения в цепь управляющего электрода через делитель R27R30 подано напряжение отрицательной полярности от стабилизатора DA2. Выпрямитель на диодном мосте VD2 и интегральных стабилизаторах DA1, DA2 питает также цифровой вольтметр на микросхеме КР572ПВ2А, собранный по типовой схеме.

   Выходные сигналы операционных усилителей DA3 и DA5 через диоды VD11 и VD12 поступают на общую нагрузку — резисторный делитель R3R4. Светодиод HL3 выведен на лицевую панель и сигнализирует о переходе блока питания в режим ограничения стабилизации тока. Увеличение падения напряжения на ограничителе тока или стабилизаторе напряжения вызывает рост напряжения на резисторе R4. Когда оно превысит пороговое значение (около 3 В), откроется транзистор VT1, укорачивая импульсы генератора на транзисторе VT2.

   Конструкция и детали. Блок питания смонтирован в корпусе размерами 90x170x270 мм. Транзистор VT4 и диод VD5 установлены без изолирующих прокладок на одном теплоотводе площадью 200 см2. На теплоотводе площадью 400 см2 смонтированы транзистор VT6 (через изолирующую прокладку) и стабилизатор DA4. Для повышения температурной стабильности диоды VD6-VD10 целесообразно установить на теплоотводе возможно ближе к транзистору VT6. Устройство собрано на универсальной макетной плате, печатная плата не была разработана.

   Трансформатор Т1 изготовлен из сетевого трансформатора лампового телевизора. Магнитопровод разбирают, снимают катушки. Сматывают накаль-ные обмотки (они расположены в верхнем слое и намотаны проводом наибольшего диаметра), подсчитывая витки. Умножив это число витков на 5, получаем число витков обмотки II. Далее полностью сматывают анодные обмотки с обеих катушек на одну шпулю. Затем на каждую катушку наматывают внавал половинное число витков обмотки II в два провода анодной обмотки. Диаметр провода анодной обмотки 0,8 мм соответствует сечению 0,5 мм2. Намотка в два провода дает эквивалентное сечение 1 мм2, что позволяет получить ток нагрузки 5 А. Умножив число витков на-кальной обмотки на 3, получаем число витков обмотки III. Эту обмотку также в два провода можно намотать на одну из двух катушек. В связи с малым потреблением тока от обмотки III асимметрия магнитного поля трансформатора получается несущественной. После сборки магнитопровода полуобмотки III соединяют последовательно с учетом фази-ровки, начало одной полуобмотки III соединяют с концом другой, образуя отвод от середины.

   Дроссель L1 наматывают на магни-топроводе Б48 из феррита 1500НМ1 внавал в два провода анодной обмотки до заполнения каркаса. Для создания немагнитного зазора между чашками вложена текстолитовая шайба толщиной 1 мм. После стягивания болтом Мб готовый дроссель пропитывают клеем БФ-2. Сушка и полимеризация клея проводились в духовке при температуре 100 °С.

   При самостоятельном изготовлении дросселя на другом магнитопроводе следует иметь в виду, что ток через дроссель имеет треугольную форму. Среднему потребляемому току 5 А соответствует амплитуда 10 А, при этом токе магнитопровод не должен входить в насыщение.

   Стабилизатор LT1084 (DA4) можно заменить отечественным аналогом КР142ЕН22А. Переменный резистор R29 для большей долговечности использован проволочный ППБ. Учитывая, что через переключатель SA2 протекает значительный ток, для повышения стабильности и долговечности применен керамический галетный переключатель 11ПЗН, его контакты соединены параллельно. СветодиодАЛ307КМ (HL3) можно заменить зарубежным L-543SRC-E.

   Налаживание. Подбором резистора R30 устанавливают нулевое выходное напряжение на выходе блока питания при нижнем по схеме положении движка переменного резистора R29, а подбором резистора R32 — напряжение 30 В при верхнем по схеме положении движка R29. Подключают вольтметр к выводам 2 и 3 стабилизатора DA4 и подбором резистора R4 устанавливают напряжение 1,5 В. На время налаживания возможно применение подстроеч-ных резисторов. Но их использование для постоянной эксплуатации не рекомендуется из-за нестабильности сопротивления подвижной контактной системы. Затем подключают к выходным клеммам нагрузку через амперметр. Изменяя резистором R29 выходное напряжение, по амперметру и встроенному вольтметру контролируют выходные параметры. На слаботочных пределах из-за наличия токов управления стабилизатора DA4 потребуется корректировка сопротивления резисторов R10- R12 по сравнению с расчетным. По включению светодиода HL3 необходимо проверить ограничение тока и его стабильность на всех пределах.

   Предлагаемый лабораторный блок питания очень удобен в работе, в том числе для зарядки аккумуляторов и батарей — от 7Д-0.1 до стартерных автомобильных. По встроенному цифровому вольтметру устанавливают конечное напряжение зарядки, переключателем SA2 выбирают необходимый ток зарядки и подключают аккумулятор (батарею). Зарядка идет стабильным током, при достижении заданного напряжения на аккумуляторе зарядка прекращается.

   За три года эксплуатации предлагаемого устройства отказов в его работе не было.

   Автор: К. Мороз, г. Надым Ямало-Ненецкого авт. округа

-12 В источник питания для операционного усилителя

Схема подключена к переменному току, поэтому технически она не требует двухфазного источника питания. Если вы замените опоры -12 В на сторону заземления несимметричного источника питания, вам просто нужно найти какой-то способ получить виртуальное заземление , чтобы сместить входной сигнал между ограничениями ввода / вывода схема буфера / усилителя.

Причина, по которой люди используют источники питания с двойным концом и схемами операционного усилителя, заключается именно в том, чтобы избежать хлопот и проблем с виртуальными цепями заземления. Нет простого решения, есть только выбор проблем, которые вы хотите принять.

Могу ли я использовать источник питания 24 В постоянного тока, а затем использовать делитель напряжения (возможно, с диодом Ценнера) для создания виртуального заземления?

Это один из методов, но, как вы увидите, прочитав статью, связанную выше, и статьи, связанные с ней в конце, было бы легко описать это как простое решение.

Ваша идея наиболее близка к идее виртуальной площадки CMoy, критикуемой в начале статьи, только без упоминания железнодорожных колпачков, которые смягчают многие его проблемы, но не все. Вы можете сделать намного лучше, что является предметом остальной части этой связанной статьи.

Могу ли я использовать что-то вроде LM7812, чтобы понизить напряжение с 24 В до 12 В и использовать это как виртуальное заземление?

Да, но TANSTAAFL :

• Это только точное ½ рельсовое виртуальное заземление, если источник питания 24 В и LM7812 являются точными. Если входное питание имеет высокий уровень 5%, а выходной сигнал регулятора полуширины низкий уровень 5%, виртуальная точка заземления будет отключена примерно на 10% от идеального. В зависимости от условий, виртуальные цепи заземления в связанном изделии могут быть более точными, чем это.

• Для достижения этого сжигается половина напряжения на шине. Это сбросит немало тепла. Вероятно, недостаточно, чтобы потребовать теплоотвод, и, конечно, недостаточно, чтобы потребовать принудительное воздушное охлаждение, но … ну, это не очень инженерно. Слоппи. Расточительное.

Или есть более предпочтительный способ сделать это, на что кто-то может указать мне?

Много. Даже если вы соберете все идеи в моей статье и те, на которые я ссылался, это все еще лишь часть того, как люди изобрели решение этой самой проблемы.

Самое главное, что нужно иметь в виду, преследуя все это, это то, что напряжения относительны, а не абсолютны. Не существует «12 В», только «12 В относительно Х», где Х может быть любым другим потенциалом напряжения. Любой . Скорее всего, оно на 12 В выше некоторой точки заземления, но оно также может быть на 12 В выше выходной мощности электростанции мощностью 500000 В. Даже если вы отбрасываете такие дикие возможности, у вас есть много мирских возможностей, например, на каком основании; все «основания» не равны.

Также имейте в виду, что единственная причина, по которой схема, на которую вы ссылаетесь, рекомендует ± 12 В, — это сделать достаточно места между рельсами этого операционного усилителя для прохождения входного сигнала и его усиления. Если входной сигнал может достигать 0,1 В от пика до пика, и, следовательно, выходной сигнал составляет до 1 Vp-p, вы, вероятно, можете снизить эту цепь до 12 В на одном конце, в зависимости от характеристик нагрузки. Это обоснованное предположение, основанное на тестировании .

Помните о нагрузке: как показывают те же самые тесты, если предполагается, что это должно управлять входной цепью 50 Ом, вам действительно может потребоваться 24 В на одном конце или ± 12 В.

РАДИО для ВСЕХ — ЛБП однополярный

Однополярный лабораторный блок питания 0-30В/0-3А с «грубой» и «плавной» регулировками выходного напряжения, регулировкой выходного тока (ограничения по току) и индикацией режима работы — регулировка напряжения или включение ограничения тока. В качестве регулирующего элемента используется полевой транзистор IRLZ44N.

Наконец вытравил и просверлил отверстия в плате ЛБП, чтобы убедиться в работоспособности схемы — всё заработало почти сразу ;-(… Платы будут изготовлены с маской и маркировкой в двух вариантах: ЛБП с питанием напряжением постоянного тока — без выпрямительного моста и переменного резистора «плавно» для регулировки выходного напряжения, ЛБП с питанием напряжением переменного тока — выпрямительный мост установлен на плате и для регулировки выходного напряжения предусмотрен переменный резистор «плавно», а в остальном всё без изменений. Если диодный мост не нужен (будет применён внешний), то на плате вместо него необходимо просто установить перемычки. Обе схемы приведены ниже. Покупайте печатные платы, наборы для сборки, собирайте и пользуйтесь 😉

Технические характеристики:

Входное напряжение (для платы с диодным мостом):  7…32В переменного тока

Входное напряжение (для платы без диодного моста): 9…45В постоянного тока

Ток нагрузки: 0-3А (с индикацией включения режима ограничения тока)

Нестабильность выходного напряжения: не более 1%

---

Краткое описание конструкциии:

Для однополярного блока питания разработаны две печатные платы размерами 62х59 мм и 92х59 мм. Фотовид печатных плат приведен ниже. На печатных платах предусмотрены отверстия диаметром 3 мм. В верхней части платы, для крепления радиатора и в нижней части для, крепления самой платы в корпусе блока питания. Регулирующий транзистор необходимо установить на большой 😉 радиатор с площадью поверхности не менее 300 см кв. Транзистор Q1 необходимо закрепить с применением теплопроводящей пасты и, при необходимости, с применением изолирующих теплопроводящих подложек. Переменные резисторы регулировки тока и напряжения можно закрепить на передней панели блока питания непосредственно при помощи штатных гаек.

 

Примечание к схемам блока питания:

После сборки и опробования блока питания покупателем, было замечено, что при отключении от сети блока питания с небольшой нагрузкой или без нагрузки наблюдается некоторое уменьшение напряжения, а потом его всплеск до 12-15В и затем снижение до нуля. Как оказалось, это происходит из-за того, что напряжение, запирающее полевой транзистор, пропадает раньше, чем разрядится конденсатор фильтра CF. При проверке блока питания под нагрузкой мощной лампой такого замечено не было (по понятным причинам). Для устранения броска напряжения необходимо подключить электролитический конденсатор С5 470мкФх6,3В с вывода 8 м/сх на общий провод (припаять сверху над микросхемой между выводами 8 и 11) — см. схемы.

 

Работа схемы:

Схема стабилизации напряжения собрана на U1.3 и U1.4. На U1.4 собран дифференциальный каскад, усиливающий напряжение делителя обратной связи, образованного резисторами R14 и R15. Усиленный сигнал поступает на компаратор U1.3, сравнивающий выходное напряжение с образцовым, сформированным стабилизатором U2 и потенциометром RV2. Полученная разница напряжений поступает на транзистор Q2, управляющий регулирующим элементом Q1. Ограничение тока осуществляется  компаратором U1.1, который сравнивает падение напряжения на шунте R16 с опорным, сформированным потенциометром RV1. При превышении заданного порога, U1.1 изменяет опорное напряжение для компаратора U1.3, что приводит к пропорциональному изменению выходного напряжения. На операционном усилителе U1.2 собран узел индикации режима работы устройства. При понижении напряжения на выходе U1.1 ниже напряжения сформированного делителем R2 и R3, светится светодиод D1, сигнализирующий о переходе схемы в режим стабилизации тока.

Примечание:

В случае работы устройства от питающего напряжения ниже 23В, стабилитрон D3 необходимо заменить перемычкой. Так же, возможно питать слаботочную часть схемы от отдельного источника, подав напряжение 9-35В непосредственно на вход стабилизатора U3 и удалив стабилитрон D3.

---

ВОЛЬТМЕТРЫ и АМПЕРМЕТРЫ с семисегментными LED индикаторами

Выложены здесь >>> Это не китайские измерительные приборы! Made in Donetsk

---

Сделанные на скорую руку видео работы блока питания можно посмотреть по ссылкам приведенным ниже. На одном видео заснято опробование цифрового вольтметра на недорогой специализированной м/сх ICL7107. 

---

---

---

Стоимость печатной платы размерами 62х59 мм под два переменных резистора — временно нет в наличии

Стоимость печатной платы размерами 92х59 мм под три переменных резистора — временно нет в наличии

Стоимость набора для сборки блока питания (с платой на два резистора, ручки в комплекте) временно отсутствует в продаже

Стоимость набора для сборки блока питания (с платой на три резистора, ручки в комплекте) временно отсутствует в продаже

Краткое описание, схема и перечень деталей набора здесь >>> и здесь >>>

 

---

---

Спасибо за уделённое внимание! Всем удачи, мира, добра, 73!

 

Источник питания

— Генерация плюсового и минусового напряжения для операционного усилителя

У меня, наверное, простой вопрос. Я погуглил, но ответ не имеет для меня смысла.

Я изучаю операционные усилители и создаю всевозможные схемы с помощью моих хороших дешевых операционных усилителей за 10 центов. Я всегда питаю их от лабораторного источника питания, используя +/- 5 В или 15 В, и он отлично работает на беспаечной макетной плате. Создание простых вещей, таких как простые мультивибраторы и т. Д., Которые будут стоить всего несколько центов.

Теперь я начинаю задаваться вопросом, как запитать такие устройства от одного источника постоянного тока, такого как настенная бородавка 5 В, которых у меня много валяется.

Вот что я нашел.

ВАРИАНТ 1:

Используйте «разделитель рельсов», например TLE2426. Но самый дешевый, который я могу найти на digikey в сквозной форме, стоит 1,83 доллара (кол-во = 1). Действительно? Более чем в десять раз больше, чем мой список материалов (например, 1 операционный усилитель плюс несколько резисторов и конденсаторов для создания мультивибратора).

ВАРИАНТ 2:

Используйте другой операционный усилитель, как показано в разделе «Виртуальное заземление» на этой странице: http://www.swarthmore.edu/NatSci/echeeve1/Ref/SingleSupply/SingleSupply.html

ВАРИАНТ 3:

Я где-то в Интернете читал, что можно купить операционные усилители с однополярным питанием. Я искал дигики, но не нашел. В нем есть столбец под названием «Vsupply single / dual», но все те, на которые я щелкнул, когда перешел к таблице данных, числа, указанные в этом столбце, были двойными +/- напряжениями.

Заключение

Обратите внимание, что для небольших одноразовых схем я не забочусь о том, чтобы платить 2 доллара за решение, но, конечно же, вариант 2 — не единственное другое решение? Если это так, то с этого момента я буду покупать только операционные усилители двойного типа (два на пакет), поскольку кажется, что вам всегда нужен один, чтобы создать виртуальную почву для другого. Конечно, это не единственное решение?

Кроме того, вариант 2 не может обеспечивать большой ток, я думаю — значит ли это, что в некоторых случаях он не будет работать? В каких случаях у меня могут возникнуть проблемы с вариантом 2?

Замечания по конструкции источника питания

: Стабилизаторы напряжения на базе операционных усилителей

Используя обычный операционный усилитель (ОУ) и несколько других внешних компонентов, можно спроектировать линейные регуляторы напряжения , обеспечивающие отличные характеристики и особенно подходящие для питания маломощных нагрузок.

 " Это еще одна статья из серии о конструкции источника питания. Мы проанализируем несколько аспектов аппаратного обеспечения и моделирования. Вот предыдущая статья. Наслаждайтесь! " 

В большинстве случаев линейные регуляторы используют замкнутый контур управления для поддержания постоянного выходного напряжения. Сегодня на рынке доступно несколько типов линейных регуляторов: одни имеют фиксированное выходное напряжение, а другие имеют выходное напряжение, которое можно регулировать с помощью делителя напряжения. Также существуют регуляторы с отрицательным выходным напряжением.Наконец, регуляторы с малым падением напряжения на выходе (LDO) могут регулировать напряжение, даже если его входное значение очень близко к выходному значению.

Схемы

Схема, показанная на рис. 1 , не только выполняет функцию регулятора напряжения, но и может генерировать стабилизированное выходное напряжение с погрешностью менее 1%. Схема питается от нерегулируемого постоянного напряжения и использует транзистор (Q ₁ ) в конфигурации эмиттер-повторитель, помещенный в контур обратной связи.Задача транзистора — подавать на нагрузку ток, превышающий максимально возможный только с операционным усилителем, в то время как стабилитрон (в примере рис. 1 , V _Z = 12 В) обеспечивает входное опорное напряжение. V _REF к операционному усилителю. Резистор R ₁ имеет такие размеры, чтобы поляризовать стабилитрон, удерживая его в области обратной проводимости. Операционный усилитель используется в качестве компаратора напряжения: на неинвертирующем входе находится опорное напряжение V _REF (так называемое, потому что оно остается стабильным при изменении входного напряжения), а на инвертирующем входе — напряжение, которое будет генерироваться. на выходе.

Рисунок 1: Линейный стабилизатор напряжения с операционным усилителем

Выходное напряжение операционного усилителя, В _OP-AMP , можно рассчитать следующим образом:

V _OP-AMP = A × (V _NON-INV — V _INV )

Где V _NON-INV и V _INV — напряжения, соответственно, на неинвертирующем и инвертирующем входе, тогда как A, — это усиление в разомкнутом контуре операционного усилителя.Теоретически A имеет бесконечное значение, но на самом деле наиболее распространенные операционные усилители имеют значения от 100 000 до 1 000 000.

Как изменить выходное напряжение

В схеме на рис. 1 выходное напряжение равно опорному напряжению, приложенному к неинвертирующему входу операционного усилителя. Различные значения выходного напряжения, хотя и зависят от напряжения стабилитрона V _Z , могут быть получены двумя разными способами. Первый предполагает размещение переменного делителя напряжения параллельно стабилитрону, подключение его центрального гнезда к неинвертирующему входу операционного усилителя.Второй метод относится к схеме неинвертирующего операционного усилителя, показанной на рис. 2 , такая же конфигурация используется в схеме на рис. 1 . Делитель напряжения на резисторах R ₁ и R ₂ имеет такой вид:

V _OUT = V _IN × ((R ₁ + R ₂ ) / R ₁ )

Рисунок 2 Стабилизатор напряжения на основе ОУ

Пример показан на Рис. 3 : опорное напряжение, подаваемое стабилитроном, в этом случае равно 5 В, а входное напряжение равно 15 В.Со значениями, показанными на рис. 3 , получаем:

В _ВЫХ = 5 × ((10k + 10k) / 10k) V = 10 V

Рисунок 3: Линейный понижающий регулятор напряжения

Линейные регуляторы напряжения: плюсы и минусы

Основными преимуществами линейных регуляторов напряжения являются их невысокая стоимость и простота использования. Линейные регуляторы, доступные на рынке, представляют собой высокоинтегрированные устройства с уменьшенным количеством контактов: это позволяет разработчикам легко создавать источник питания с использованием очень небольшого количества внешних компонентов.Кроме того, они обеспечивают быструю реакцию на изменения напряжения нагрузки, генерируя выходное напряжение практически без пульсаций. В отличие от импульсных регуляторов, линейные регуляторы не подвержены влиянию шума, создаваемого высокочастотным переключением. Основным недостатком линейных регуляторов является их неэффективность, в основном из-за чрезмерного рассеивания мощности транзистора Q ₁ , который работает в линейной области. Поскольку КПД определяется соотношением V _OUT / V _IN , отсюда следует, что схема на рис. 3 имеет КПД, равный 10 В / 15 В = 66.6%, следовательно, 33,4% энергии рассеивается в виде тепла. Поэтому необходимо обеспечить соответствующие системы охлаждения, такие как радиаторы или теплоотводящие слои на печатной плате, сделанные из меди или других металлов.

Для получения дополнительной информации:

Силовая электроника играет все более важную роль на различных рынках, таких как автомобильный, промышленный и потребительский. Это также технология, позволяющая реализовать широкий спектр новых и улучшенных функций, которые повышают производительность, безопасность и функциональность автомобилей и интеллектуальных сетей.Сложные электрические и тепловые требования сильно влияют на конструкцию силовых электронных систем. Новости силовой электроники будут посвящены основным темам, таким как преобразователь мощности, управление движением, полупроводники и управление температурой. Электронная книга Power Electronics News — это интерактивный подход к информированию о последних технологиях, тенденциях и инновационных продуктах на определенных рынках.

Lab 6 — операционные усилители I

Калифорнийский университет в Беркли

Дональд А.Глейзерная физика 111A

Приборная лаборатория

Лаборатория 6

Операционные усилители I

© 2016 Регенты Калифорнийского университета. Все права защищены.

Артикул:

Искусство электроники Студент Мануа l, Hayes & Horowitz Chapter 4

Искусство электроники, Горовиц и Хилл Глава 4

Каталожные номера операционных усилителей

Прочие ссылки

Сайт библиотеки Physics 111-Lab

Отпечатки и другую информацию можно найти на сайте библиотеки Physics 111.

В лабораторной работе на этой неделе вы изучите операционные усилители и обратную связь. Вы создадите компаратор, повторитель, источник тока, а также инвертирующий, неинвертирующий, дифференциальный и суммирующий усилители.

ПРИМЕЧАНИЕ. Вы можете получить портативные макеты VB-106 или VB-108 и оставить их себе в 111-Lab (пожалуйста, только по одной)

Перед тем, как прийти в класс, выполните следующий список задач:

· Полностью прочитать описание лабораторной работы

· Ответьте на вопросы перед лабораторией, используя ссылки и описание.

· Выполняйте любые расчеты схем с использованием MatLab или чего-либо еще, что можно сделать вне лаборатории, используйте RStudio (бесплатное ПО).

· Спланируйте, как выполнять лабораторные задания.

Все спецификации деталей находятся на сайте библиотеки Physics 111.

Предварительная лаборатория

---

1. Объясните, почему в схеме 6.2 наблюдается гистерезис.

2. Разработайте инвертирующий усилитель с коэффициентом усиления десять и входным сопротивлением 1 кОм.

3. Каков коэффициент усиления неинвертирующего усилителя, используемого в 6.5?

4. Объясните, почему приведенная ниже схема является идеальным преобразователем тока в напряжение.

Какой коэффициент преобразования?

---

Усилители интегральных схем

Как мы видели в лабораториях JFET, усилители, построенные на дискретных транзисторах, имеют много нежелательных свойств:

• Усилители с высоким коэффициентом усиления сложно спроектировать.
• Коэффициент усиления усилителя трудно предсказать, потому что он зависит от крутизны транзистора, которая варьируется между транзисторами.
• Прирост зависит от температуры.
• Выходное сопротивление усилителя не низкое.
• Усилители на биполярных транзисторах имеют низкое входное сопротивление.
• Дискретные транзисторы легко перегорят. (Это гораздо более серьезная проблема в нашей лаборатории, чем в производственной среде.)

Многие из этих проблем могут быть устранены путем тщательного проектирования сложных схем с использованием согласующих транзисторов. Такие полные схемы усилителя, изготовленные на едином куске кремния, поставляются предварительно упакованными как «интегральные» схемы (ИС).Доступно множество типов интегрированных усилителей, но наиболее полезным из них является операционный усилитель (операционный усилитель).

Обратная связь

В схемах операционных усилителей

почти всегда используется отрицательная обратная связь: обратная связь — самый важный принцип современной аналоговой схемы . Применение обратной связи к усилителю означает, что подает часть своего выхода обратно на его вход. Есть два типа обратной связи:

• Положительная обратная связь , где выход используется для улучшения входного сигнала и увеличения усиления.Исторически положительная обратная связь использовалась (и используется) в схемах генератора. В настоящее время положительная обратная связь также используется в компараторах и некоторых других схемах.
• Отрицательная обратная связь , где выходной сигнал используется для уменьшения входного сигнала и уменьшения усиления, поначалу кажется глупым. В конце концов, зачем сознательно уменьшать коэффициент усиления усилителя? Действительно, отрицательная обратная связь была встречена с недоверием, когда впервые была изобретена Гарольдом Блэком и другими в 1920-х годах.7 $), пренебрежимо малое усиление синфазного сигнала, чрезвычайно высокий входной импеданс, очень низкий выходной импеданс, небольшие температурные дрейфы и несущественные колебания между частями. Кроме того, они нечувствительны к колебаниям напряжения в электросети, их трудно перегореть, они дешевы и доступны в бесчисленных вариантах; один продавец, Digikey, продает более 30 000 разновидностей.

  Обратите внимание, что операционный усилитель также должен быть подключен к источнику питания; в нашем случае как $ + 12 \, \ mathrm {V} $, так и $ -12 \, \ mathrm {V} $.Провода питания обычно не протягиваются.

  Поскольку операционные усилители почти всегда превосходят дискретные усилители, современные аналоговые схемы используют их почти исключительно. Настоящие операционные усилители настолько близки к идеальным усилителям (то есть с бесконечным усилением и входным сопротивлением, нулевым выходным сопротивлением и т. Д.), Что их часто считают действительно идеальными. Эта отговорка значительно упрощает схемотехнику. В этой лабораторной работе мы обычно предполагаем, что наши операционные усилители действительно идеальны; Лаборатория операционных усилителей III исследует некоторые из их ограничений.

  Золотые правила операционного усилителя

  Последователи операционных усилителей

  Простейшей схемой операционного усилителя является повторитель. Первое золотое правило подразумевает, что входное сопротивление бесконечно. Второе правило более интересно; поскольку $ V _- $ подключен к $ V_ \ mathrm {out} $, эти два напряжения должны быть равны. Точно так же $ V _ + = V_ \ mathrm {in} $. Единственный способ, которым два входа могут иметь одинаковое напряжение, $ V _ + = V _- $, — это $ V_ \ mathrm {out} = V_ \ mathrm {in} $.Следовательно, операционный усилитель ведет себя как идеальный повторитель напряжения. Понимание того, как на самом деле выполняется второе правило, особенно легко для последователя. Если выход $ V_ \ mathrm {out} $ отклоняется на низкий уровень, $ V _ + — V_- = V_ \ mathrm {in} -V_ \ mathrm {out}> 0 $, усилитель будет управлять его выходом $ V_ \ mathrm {out} $ выше, восстанавливая $ V_ \ mathrm {out} = V_ \ mathrm {in} $. Если выход $ V_ \ mathrm {out} $ должен был отклоняться вверх, $ V _ + — V _- <0 $, и усилитель снизил бы его выход, снова установив $ V_ \ mathrm {out} = V_ \ mathrm { in} $.Если бы входное напряжение $ V_ \ mathrm {in} $ изменилось, $ V_ \ mathrm {out} = V_ \ mathrm {in} $ было бы восстановлено аналогичным образом. При более подробном рассмотрении можно заметить кажущееся несоответствие. Поскольку $ V _ + — V_- = V_ \ mathrm {in} -V_ \ mathrm {out} = 0 $ в равновесии, а выход $ V_ \ mathrm {out} $ пропорционален $ V _ + — V_- $ , можно подумать, что выход $ V_ \ mathrm {out} $ также должен быть нулевым, а не желаемым $ V_ \ mathrm {in} $. Но помните, что коэффициент усиления идеального операционного усилителя бесконечен.Поскольку нуль, умноженный на бесконечность, не определен, нет противоречия в том, чтобы установить $ V _ + — V_- = 0 $ и $ V_ \ mathrm {out} \ ne0 $. Более реалистично, конечный коэффициент усиления операционного усилителя означает, что напряжение ошибки $ V _ + — V_- $ должно быть бесконечно положительным для $ V_ \ mathrm {in}> 0 $, а $ V_ \ mathrm {out} $ установится на некоторое значение бесконечно меньше, чем $ V_ \ mathrm {in} $. Точно так же $ V_ \ mathrm {out} $ будет бесконечно больше, чем $ V_ \ mathrm {in} $ для $ V_ \ mathrm {in} <0 $. Точнее, $ V _ + - V _- = V_ \ mathrm {out} / G $ и $ V_ \ mathrm {out} = V_ \ mathrm {in} / (1 + 1 / G) $ для операционного усилителя с усилением. $ G $.Поскольку для большинства операционных усилителей значение $ G $ огромно, повторитель по сути идеален.

  Инвертирующие усилители ОУ

  Другой простой схемой операционного усилителя является инвертирующий усилитель. Здесь инвертирующий вход $ V _ + $ заземлен. Поскольку второе золотое правило утверждает, что $ V _ + — V_- $, отрицательный вход $ V _- $ также должен быть заземлен. Поскольку это заземление обеспечивается самим операционным усилителем, а не каким-либо физическим подключением к земле, его часто называют виртуальной землей.Тогда ток, протекающий к соединению $ V _- $, легко вычислить: $ I = V_ \ mathrm {in} / R_1 $. Поскольку первое золотое правило гласит, что ток не течет на сам вход, весь этот ток $ I $ должен протекать через резистор $ R_2 $. Помня, что конец $ V _- $ $ R_2 $ находится на виртуальной земле, выход операционного усилителя должен быть в $ V_ \ mathrm {out} = — R_2I = — (R_2 / R_1) V_ \ mathrm {in} $ . Таким образом, коэффициент усиления схемы равен $ -R_2 / R_1 $.

  Золотое правило Ограничения

  Золотые правила применяются только к схемам, которые удовлетворяют следующим требованиям:

  1. Схема должна использовать отрицательную обратную связь .
  2. Должна быть обратная связь на DC.
  3. Обратная связь не должна подталкивать выход к насыщению. (Золотые правила не должны требовать, чтобы выходное напряжение было больше, чем напряжение источника питания.)

  Эти ограничения будут проиллюстрированы несколькими схемами в этой и следующих лабораторных работах.

  Обозначения на упаковке и схемах

  Операционные усилители поставляются в нескольких различных стандартных корпусах. Наши операционные усилители поставляются в корпусе, который называется 8-контактный DIP (двухрядный корпус), показанный справа.Контакты DIP нумеруются последовательно против часовой стрелки. Штифт 1 находится на конце с вырезом в виде полумесяца; если смотреть на ИС сверху (выводы направлены в противоположную сторону), контакт 1 — это первый контакт против часовой стрелки от выреза. Этот штифт иногда обозначается маленькой точкой. Обратите внимание, что канал макетной платы спроектирован таким образом, что операционный усилитель аккуратно охватывает канал, как показано справа: По соглашению, DIP всегда ориентирован так, чтобы вырез был слева (или вверх, если угол наклона повернут на 90 °.) У многих из вас возникнет соблазн проигнорировать это соглашение, и вам удастся его избежать для схем, в которых есть только один или два операционных усилителя. Но к тому времени, когда вы построите схемы с десятью операционными усилителями, как вы это сделаете в последующих лабораторных работах, случайная ориентация операционных усилителей приведет вас к большому замешательству; Лучше выработать привычку правильно их ориентировать с самого начала. Более того, правильная ориентация схем значительно упростит и ускорит для GSI помощь в отладке.

  Контакты на большинстве операционных усилителей подключены, как показано справа.N / C означает отсутствие соединения, и его следует оставить плавающим. Контакты BAL используются для устранения смещения выходного напряжения, вызванного неправильным согласованием входных транзисторов. Эти булавки не будут использоваться в этой лабораторной работе, их также следует оставить плавающими. Для работы операционного усилителя необходимо подключить провода питания $ + V $ и $ -V $. Помните, что провода питания обычно не отображаются на принципиальных схемах. Они должны быть подключены к источникам питания +12 и -12 вольт ! Цепи операционного усилителя любят подвергаться паразитным колебаниям. Всегда используйте источник питания deco u pling c a пациенты, расположенные рядом с операционными усилителями. $ 0.1 \, \ mu \ mathrm {F} $ caps — хороший выбор.

  Компараторы и Гистерезис

  Компаратор — это схема, сравнивающая два напряжения.Операционный усилитель, используемый без обратной связи, может работать как компаратор. Когда $ V _ + — V _- <0 $, выходной сигнал станет настолько отрицательным, насколько это возможно, обычно в пределах нескольких вольт от отрицательного источника питания. Когда $ V _ + - V _-> 0 $, выход станет максимально положительным, обычно в пределах нескольких вольт от его положительного источника питания. Эти два состояния иногда называют низким, или выключенным, и высоким, или включенным, соответственно.

  Компараторы используются в цепях управления. Простой пример — уличные фонари с ночным зондированием.В лампах используется компаратор для сравнения сигнала светочувствительного фотодетектора с опорным сигналом. С наступлением темноты фотосигнал падает ниже опорного сигнала, и компаратор включает уличный фонарь. С рассветом световой сигнал повышается, и компаратор выключает лампу.

  Современные системы отопления дома с термостатическим управлением также используют компараторы для сравнения выходного напряжения датчика температуры с опорным напряжением, соответствующим заданной температуре.Когда напряжение датчика падает ниже опорного напряжения, компаратор меняет состояние и включает печь. По мере того как печь нагревает птичник, напряжение датчика возрастает, и компаратор в конечном итоге возвращается в исходное состояние, тем самым выключая печь.

  Если печь выключалась в тот момент, когда температура в птичнике поднималась до заданного значения, и снова включалась после того, как температура немного упала, печь часто включалась и выключалась. Печи неэффективны при работе в течение очень коротких периодов времени.Чтобы избежать таких циклов, термостаты предназначены для выключения при более высокой температуре, чем температура, при которой они включаются. Например, термостат может быть спроектирован так, чтобы он включался, когда температура опускается ниже 66, и выключался, когда температура поднималась выше 68. Таким образом, когда он включен, печь «выходит за пределы» желаемой уставки и не включится снова, пока температура существенно понижается.

  Эта разница между температурами включения и выключения является примером гистерезисного эффекта.Гистерезисная система — это система, состояние которой зависит от ее истории. Включена печь или выключена (ее состояние) зависит как от температуры в помещении, так и от истории цикла нагрева (охлаждение до температуры включения или нагрев до температуры выключения).

  Уличные фонари являются забавным примером необходимости гистерезиса. Неизбежно, часть света лампы попадает обратно в ее детектор света, и этот свет может вызывать выключение лампы при каждом включении! Гистерезис предотвращает такое заикание.

  Операционные усилители

  , используемые без обратной связи или с положительной обратной связью, можно использовать в качестве компараторов, и мы будем использовать их таким образом в этой лабораторной работе. Однако существуют устройства специального назначения, специально предназначенные для работы в качестве компараторов, и они, как правило, работают лучше, чем операционные усилители.

  Фоточувствительные устройства

  Полупроводниковые устройства, такие как фотоэлементы, фотодиоды и фототранзисторы, могут реагировать на освещение.Фотоэлементы, иногда называемые солнечными элементами, преобразуют свет в электрическую энергию и становятся все более дешевыми и практичными. Фотодиоды не производят энергии, но являются хорошими детекторами света. Они очень похожи на обычные диоды и всегда работают с обратным смещением. Помните, что диоды с обратным смещением не проводят ток из-за отсутствия свободных носителей на их pn-переходах; когда светится фотодиод с обратным смещением, фотоны создают пары электронных дырок в области перехода. Дырки и электроны уносятся в нужном направлении электрическим полем перехода, вызывая прохождение через переход временного тока, подобного утечке.Поскольку количество созданных электронных дырочных пар пропорционально количеству фотонов, попадающих в переход, и, следовательно, интенсивности света, освещающего переход, общий ток утечки будет пропорционален интенсивности света. Любой pn-переход может показывать фотоактивность. В наших диодах 1N4448 иногда возникают странные эффекты, потому что их стеклянные корпуса позволяют свету попадать на диодные переходы. Однако в этой лаборатории мы будем использовать устройство, оптимизированное для обнаружения света: биполярный фототранзистор OP802SL. Биполярные транзисторы бывают двух классов, NPN и PNP, и представляют собой устройства с тремя выводами; выводы называются коллектором, базой и эмиттером. Схема фототранзистора NPN показана справа. Наши фототранзисторы поставляются в стандартном корпусе TO ‑ 18, в который добавлена ​​пластиковая линза, фокусирующая свет на базовый переход. Эмиттер — это вывод, ближайший к языку корпуса, а коллектор — это вывод на 180 ° от эмиттера. База находится в промежутке между . Для биполярного транзистора коллектор аналогичен стоку полевого транзистора, база аналогична затвору полевого транзистора, а эмиттер аналогичен истоку полевого транзистора. Работа биполярного транзистора примерно аналогична работе JFET, но есть некоторые очень существенные отличия. Общее использование и работа этих транзисторов будут кратко обсуждены в следующей лабораторной работе. Несмотря на то, что наш фототранзистор является трехвыводным устройством, мы оставим базу неподключенной и подключим только два ее вывода, как если бы это был фотодиод.Несмотря на то, что он не подключен, основание увеличивает светочувствительность фототранзитора по сравнению с простым фотодиодом. Справа показаны типичные кривые, показывающие выходной ток фототранзистора между коллектором и эмиттером как функцию напряжения между коллектором и эмиттером для различных уровней освещенности. Обратите внимание, что для напряжений между коллектором и эмиттером от 1 до 10 В, ток примерно не зависит от напряжения коллектор-эмиттер; таким образом, фототранзистор выглядит почти как источник тока.

  Задача 6.1 — Компараторы

  ---

  Соберите следующую схему компаратора, при этом $ R_1 $ и $ R_2 $ временно установят на ноль . Для простоты вход V + подключен к источнику $ + 5 \, \ mathrm {V} $, устанавливая порог компаратора на $ + 5 \, \ mathrm {V} $. В более общем смысле, V + вход может быть подключен к любому сигналу постоянного или переменного тока. Покажите , что выход переключается примерно между $ -12 \, \ mathrm {V} $ и $ + 12 \, \ mathrm {V} $, когда напряжение потенциометра проходит через $ + 5 \, \ mathrm {V} $. Посмотрите на результат на прицеле. Можете ли вы настроить потенциометр для получения выходных напряжений, промежуточных между $ \ pm12 \, \ mathrm {V} $? Почему это сложно сделать? Можете ли вы установить нижнюю границу усиления операционного усилителя? Теперь ограничивает выходной диапазон потенциометра примерно до $ + 5 \, \ mathrm {V} $, задав $ R_1 = 150 \, \ mathrm {k} $ и $ R_2 = 100 \, \ mathrm {k.} $ Убедитесь, что вы все еще можете заставить выходной сигнал прыгать между двумя пределами, поворачивая потенциометр. Путем осторожной настройки потенциометра можно добиться, чтобы выходное напряжение колебалось между двумя значениями при установке одного потенциометра. Эти колебания связаны с небольшими колебаниями в источнике питания $ + 5 \, \ mathrm {V} $. Если выходной сигнал не колеблется, попробуйте отрегулировать значения резистора: $ R_1 = 560 \, \ mathrm {k} $ $ R_2 = 390 \, \ mathrm {k} $ может работать, но эти значения могут потребовать настройки при полном повороте горшок не вызывает переключение выходного напряжения.Может помочь установка $ 0,1 \, \ mu \ mathrm {F} $ на входы питания LF356 (контакты 4 и 7). Докажите , что колебания составляют $ 60 \, \ mathrm {Hz} $, синхронизировав осциллограф. Линейная синхронизация — это опция триггера, похожая на aux и находящаяся в том же меню, которая синхронизирует триггер осциллографа с колебаниями $ 60 \, \ mathrm {Hz} $ линии электропередачи $ 120 \, \ mathrm {V} $. Шум и колебания часто бывают с такой частотой, и при исследовании на осциллографе, настроенном на линейную синхронизацию, кажется, что на дисплее осциллографа частично застывают. Обратите внимание, что эта схема не использует обратную связь, и золотые правила не применяются.

  Проблема 6.2 — Гистерезисный компаратор

  ---

  Колебания, которые вы наблюдали в предыдущей задаче, можно устранить, используя положительной обратной связи для обеспечения гистерезиса. Постройте схему справа, сначала с источником питания $ + 5 \, \ mathrm {V} $. Покажите , что выходной сигнал не может колебаться.Затем отключите источник питания $ + 5 \, \ mathrm {V} $ от входа V на входе и подключите вместо него треугольник $ 500 \, \ mathrm {Hz} $, $ 20 \, \ mathrm {Vpp} $ . волна. Посмотрите на вход и выход на осциллографе. Вы должны получить кривые, которые выглядят как изображение справа, показывая треугольный вход на канале 1 и прямоугольный сигнал на выходе на канале 2. Внимательно посмотрите на входное напряжение, при котором происходят переходы на выходе. Вы должны заметить, что выходное напряжение переключается на высокий уровень при входном напряжении, превышающем входное напряжение, когда выходное напряжение переключается на низкий уровень; это желаемый гистерезисный эффект. Определите гистерезис (то есть разницу между напряжениями включения и выключения). Может быть полезно использовать курсоры осциллографа. Обратите внимание, что в этой схеме используется положительная обратная связь, и золотые правила не применяются; это один из немногих случаев, когда в этом курсе мы будем использовать положительные отзывы.

  Задача 6.3 — Последователь

  ---

  Постройте последователя, как показано на рисунке справа.Установите $ R = 0 $. Посмотрев на $ V_ \ mathrm {out} $, исследует работу повторителя для множества входных сигналов различной формы, частот и амплитуд. При входном синусоидальном сигнале $ 1 \, \ mathrm {Vpp} $, $ 1 \, \ mathrm {kHz} $ изменяются на $ R $. Можно ли установить нижнюю границу входного сопротивления? Подсказка: представьте, что вход операционного усилителя выглядит как делитель напряжения. Изменение $ R $ похоже на изменение верхнего резистора в делителе. Вы можете обнаружить, что с достаточно большими резисторами, скажем, около $ 10 \, \ mathrm {M} \ Omega $, вы наблюдаете аномалии.Исчезнут ли эти аномалии, если вы снизите частоту входного сигнала, скажем, до $ 50 \, \ mathrm {Hz} $?

  Проблема 6.4 — Инвертирующий усилитель

  ---

  Постройте инвертирующий усилитель , который вы разработали в ходе предварительного вопроса 2. Тщательно измерьте коэффициент усиления ваших схем для синусоидального сигнала $ 0,2 \, \ mathrm {Vpp} $, $ 1 \, \ mathrm {kHz} $. Соответствует ли выигрыш расчетному значению? Теперь внимательно измерьте номиналы резистора и вычислите ожидаемое усиление.Как этот выигрыш соотносится с наблюдаемым?

  Задача 6.5 — Неинвертирующий усилитель

  ---

  Соберите неинвертирующий усилитель, показанный справа, и измерьте его усиление. Как его выигрыш соотносится с проектным выигрышем, вычисленным в вопросе 3 перед лабораторной работой? Теперь внимательно измерьте номиналы резистора и вычислите ожидаемое усиление. Как этот выигрыш соотносится с наблюдаемым?

  Задача 6.6 — Достоинства обратной связи

  ---

  Сборка инвертирующий усилитель, показанный справа. Этот усилитель имеет необычный и при некоторых обстоятельствах опасный выходной резистор $ 10 \, \ mathrm {k} $. Этот резистор снижает обычно очень низкий выходной импеданс операционного усилителя до $ 10 \, \ mathrm {k} $. Это довольно высокий выходной импеданс. Тем не менее, в некоторых случаях обратная связь излечит пагубные последствия высокого импеданса. При временном удалении нагрузочного резистора $ 1 \, \ mathrm {k} $ $ R_ \ mathrm {L} $, что такое усиление схемы для 0 $.1 \, \ mathrm {Vpp} $, $ 1 \, \ mathrm {kHz} $ синусоида? Для синусоида $ 1 \, \ mathrm {Vpp} $? (Убедитесь, что выход генератора сигналов установлен на High Z, и убедитесь, что ваш меньший сигнал действительно равен $ 0.1 \, \ mathrm {V} _ \ mathrm {pp} $.) Это усиление, которое вы ожидаете в обоих случаях ? Теперь вставьте $ R_ \ mathrm {L} $ и повторите . Усилитель по-прежнему работает для обоих входных напряжений? Одинаково ли усиление с нагрузочным резистором и без него при обоих входных напряжениях? Вы можете также изучить реакцию схемы на треугольную волну. Что вызывает отказ цепи в $ 1 \, \ mathrm {Vpp} $ с нагрузочным резистором? Подсказка: подумайте, каким должно быть выходное напряжение LF356, чтобы эта схема работала с входом $ 1 \, \ mathrm {Vpp} $. Feeback обычно работает прекрасно, но не может исправить фундаментальные ограничения компонентов.

  Задача 6.7 — Еще больше преимуществ обратной связи — I

  ---

  Управляйте схемой справа с 0 долларов.1 \, \ mathrm {Vpp} $ и $ 1 \, \ mathrm {Vpp} $ синусоидальные волны. Запишите изображений вывода в $ 100 \, \ mathrm {Hz} $ и $ 10 \, \ mathrm {kHz} $. Следует заметить, что при некоторых обстоятельствах схема диод-конденсатор-резистор значительно ухудшает характеристики усилителя. Обратите внимание, что контур обратной связи и не включает эти элементы схемы. Объясните влияние диода и конденсатора.

  Задача 6.8 — Еще больше преимуществ обратной связи — II

  ---

  Схема в 6.7 является частотно-зависимой и сильно нелинейной. Если в контур обратной связи включить частотно-зависимые и нелинейные элементы, схема будет вести себя намного лучше. Измените точку обратной связи на положение, показанное справа. Каков результат сейчас с входами $ 0.1 \, \ mathrm {Vpp} $ и $ 1 \, \ mathrm {Vpp} $ и при $ 100 \, \ mathrm {Hz} $ и $ 10 \, \ mathrm {kHz} $? Запишите типичных изображений.Зависит ли схема от частоты? Это нелинейно? Вы должны заметить, что правильная обратная связь может устранить ужасно нелинейное и частотно-зависимое поведение. Для обратной связи потребуется операционный усилитель низкого качества, такой как «составной» операционный усилитель, исследуемый здесь (LF356 и диод, резистор и конденсатор), и обеспечит его нормальную работу.

  Задача 6.9 — Дифференциальный усилитель

  ---

  Finish Конструкция этого дифференциального усилителя с коэффициентом усиления 10. Постройте схему. Это работает? Измерьте синфазное усиление и усиление на каждом входе с заземленным другим входом. Согласуется ли этот выигрыш с вашим прогнозом? Измерение усиления одного входа с заземленным другим входом — не совсем то же самое, что измерение дифференциального усиления. Чтобы провести истинное измерение дифференциального усиления, вам потребуется как исходный входной сигнал, так и его обратный. Используйте инвертирующий повторитель операционного усилителя для генерации этого инвертированного сигнала и подайте как исходный, так и инверсный сигнал в ваш дифференциальный усилитель.Теперь измеряет истинное дифференциальное усиление.

  Задача 6.10 — Суммирующий усилитель

  ---

  Операционные усилители могут использоваться для суммирования сигналов. Создайте схему справа, и покажите , что его выход равен $ — (2V_A + V_B + V_C) $. Сумматоры смещения, которые являются частью вашей макетной платы, используют схему суммирования, аналогичную этой, с одним входом, подключенным к потенциометру.

  Проблема 6.11 — Преобразователи тока в напряжение

  ---

  Используйте схему справа, чтобы преобразовать сигнал тока от фототранзистора OP802SL в сигнал напряжения. Как изменится сигнал напряжения, если помахать рукой над фототранзистором? Подсоедините светодиод к генератору сигналов, и возбудит светодиода с помощью прямоугольной волны 1 кГц.Установите светодиод рядом с фототранзистором. Можете ли вы поднять с его модулированным световым сигналом? Докажите, , что схема определяет световой сигнал, а не какой-то электрический сигнал датчика, вставив лист бумаги между светодиодом и фототранзистором. Бумага, в отличие от вашей руки, не проводит ток и не действует как антенна и не влияет на схему.

  Проблема 6.12 — Источник тока операционного усилителя

  ---

  Операционные усилители могут использоваться для создания превосходных источников тока с регулируемым напряжением.В схеме справа устанавливает выход потенциометра примерно на $ + 3 \, \ mathrm {V} $, а измеряет ток через нагрузочный резистор $ R_ \ mathrm {L} $ на $ 4.7 \, \ mathrm. {k} \ Omega $ с мультиметром. Поменяйте местами на разные нагрузочные резисторы при измерении тока. Найдите диапазон $ R_ \ mathrm {L} $, в котором ток существенно не меняется. Восстановите резистор нагрузки до $ 4.7 \, \ mathrm {k} $, а измените на напряжение потенциометра.Как изменится текущее?

  Анализ

  Проблема 6.13 — Расчет выходного импеданса

  Предполагая, что операционный усилитель имеет конечное усиление $ G_0 $, но в остальном идеален, каков выходной импеданс e для усилителя (всего усилителя, включая $ 4.7 \, \ mathrm {k} \ Omega $, $ 47 \, \ mathrm {k} \ Omega $ и резисторы $ 10 \, \ mathrm {k} \ Omega $) в 6.6? Один из способов определения выходного сопротивления показан справа. Представьте, что на выходе подвешивают источник напряжения $ V $ и измеряют ток $ I $. Тогда $ Z_ \ mathrm {out} = V / I $. Чтобы вычислить ток, нужен коэффициент усиления разомкнутого контура $ G_0 $ (обычно называемый $ A_0 $ в спецификациях). Это усиление обычно очень велико, часто исчисляется миллионами вблизи постоянного тока. Поскольку положительный входной вывод заземлен, $ V_ \ mathrm {out} = — GV _- $. Но $ V _- $ поступает от входного резистора и делителя напряжения обратной связи. Как только $ V_ \ mathrm {out} $ известен, ток $ I $ — это просто сумма тока в резисторе обратной связи $ (47 \, \ mathrm {k} \ Omega) $ и тока в $ 10 \, \ mathrm {k} \ Omega $ резистор.(Упростите свой ответ, воспользовавшись тем фактом, что $ G_0 $ очень велик.) Вы должны игнорировать нагрузочное сопротивление $ R_ \ mathrm {L} $ на протяжении всего этого расчета. Вы должны обнаружить, что выходное сопротивление очень низкое. Итак, , почему операционный усилитель выходит из строя при определенных условиях (большие входные приводы), когда схема нагружена?

  Задача 6.14 — Суммирующий расчет усилителя

  ---

  Докажите , что на выходе 6.Схема 10 равна $ — (2V_A + V_B + V_C) $.

  ---

  Объясните , почему 6,12 является источником постоянного тока. Что определяет его выходной ток? Что ограничивает размер нагрузочного резистора?

  Студент Оценка лабораторного отчета

  Регулируемая поставка »Электроника

  Источники питания с линейной стабилизацией могут обеспечивать чрезвычайно низкий уровень выходного шума и хорошую стабилизацию, но за счет размера и эффективности.

  ---

  Пособие по цепям линейного источника питания и руководство Включает:
  Линейный источник питания Шунтирующий регулятор Регулятор серии Ограничитель тока Регуляторы серий 7805, 7812 и 78 **

  См. Также: Обзор электроники блока питания Импульсный источник питания Защита от перенапряжения Характеристики блока питания Цифровая мощность Шина управления питанием: PMbus Бесперебойный источник питания

  ---

  Линейные источники питания широко используются из-за преимуществ, которые они предлагают с точки зрения общей производительности, а также эта технология очень хорошо зарекомендовала себя, поскольку была доступна уже много лет.

  Хотя линейные источники питания могут быть не такими эффективными, как импульсные источники питания, они обеспечивают лучшую производительность и поэтому используются во многих приложениях, где шум имеет большое значение.

  Одна из основных областей, где почти всегда используются линейные источники питания, — это аудиовизуальные приложения, усилители Hi-Fi и тому подобное. Здесь шум и всплески переключения от импульсных источников питания могут вызвать проблемы — при этом говорится, что SMPS постоянно улучшают производительность, но линейные источники, как правило, используются большую часть времени.

  Типовой регулируемый линейный источник питания для лабораторных стендов

  Основы линейного источника питания

  Источники питания с линейной стабилизацией получили свое название от того факта, что в них используются линейные, т. Е. Не коммутационные методы, для регулирования выходного напряжения источника питания. Термин линейный источник питания означает, что источник питания регулируется для обеспечения правильного напряжения на выходе.

  Измеряется напряжение, и этот сигнал подается обратно, обычно в какой-либо дифференциальный усилитель, где он сравнивается с опорным напряжением, и результирующий сигнал используется для обеспечения того, чтобы на выходе оставалось требуемое напряжение.

  Иногда измерение напряжения может осуществляться на выходных клеммах, а в некоторых случаях — непосредственно на нагрузке. Дистанционное измерение используется там, где могут быть омические потери между источником питания и нагрузкой. Часто лабораторные принадлежности имеют такую ​​возможность.

  Различные линейные источники питания будут иметь разные схемы и включать разные схемные блоки, если требуются дополнительные возможности, но они всегда будут включать в себя базовые блоки, а также некоторые дополнительные дополнительные.

  Входной трансформатор питания

  Поскольку многие регулируемые источники питания получают питание от сети переменного тока, для линейных источников питания часто используется понижающий или иногда повышающий трансформатор. Это также служит для изоляции источника питания от сетевого входа в целях безопасности.

  Трансформатор обычно представляет собой относительно большой электронный компонент, особенно если он используется в линейно регулируемом источнике питания большей мощности. Трансформатор может значительно увеличить вес источника питания, а также может быть довольно дорогим, особенно для более мощных.

  В зависимости от используемого выпрямителя трансформатор может быть с одной вторичной обмоткой или с центральным ответвлением. Также могут присутствовать дополнительные обмотки, если требуются дополнительные напряжения.

  Для старинных радиоприемников и другой старинной электронной электроники многократные вторичные обмотки были обычным явлением. Обычно основная вторичная обмотка имела центральный отвод, чтобы обеспечить двухполупериодное выпрямление с помощью двойного диодного клапана или трубчатого выпрямителя, а дополнительные вторичные обмотки требовались для вентильных или трубчатых нагревателей — часто 5 вольт для выпрямителя, а затем 6.3в для самих клапанов / трубок.

  Выпрямитель

  Поскольку входной сигнал от источника переменного тока является переменным, его необходимо преобразовать в формат постоянного тока. Доступны различные формы выпрямительной схемы.

  Самая простая форма выпрямителя, которую можно использовать в источнике питания, — это одиночный диод, обеспечивающий полуволновое выпрямление. Этот подход обычно не используется, потому что сложнее удовлетворительно сгладить вывод.

  Обычно используется двухполупериодное выпрямление с использованием обеих половин цикла.Это обеспечивает более легкое сглаживание формы волны.

  Есть два основных подхода к обеспечению полуволнового выпрямления. Один из них — использовать трансформатор с отводом от центра и два диода. Другой — использовать одну обмотку на трансформаторе источника питания и использовать мостовой выпрямитель с четырьмя диодами. Поскольку диоды очень дешевы, а стоимость трансформатора с центральным ответвлением выше, наиболее распространенным подходом в наши дни является использование мостового выпрямителя.

  Примечание по схемам диодного выпрямителя:

  Диодные выпрямительные схемы используются во многих областях, от источников питания до радиочастотной демодуляции.В схемах диодного выпрямителя используется способность диода пропускать ток только в одном направлении. Есть несколько разновидностей от полуволнового до двухполупериодного, мостовые выпрямители, пиковые детекторы и многое другое.

  Подробнее о Диодные выпрямительные схемы

  Даже для регуляторов с питанием от постоянного тока на входе может быть установлен выпрямитель для защиты от обратного подключения источника питания.

  Электропитание сглаживающее

  После выпрямления из сигнала переменного тока необходимо сглаживать постоянный ток, чтобы удалить изменяющийся уровень напряжения.Для этого используются большие емкостные конденсаторы.

  Сглаживающее действие накопительного конденсатора

  В сглаживающем элементе схемы используется большой конденсатор. Он заряжается по мере того, как сигнал, поступающий от выпрямителя, достигает своего пика. По мере того, как напряжение выпрямленной формы волны падает, как только напряжение становится ниже напряжения конденсатора, конденсатор начинает подавать заряд, поддерживая напряжение до тех пор, пока не появится следующий нарастающий сигнал от выпрямителя.

  Сглаживание не идеальное, и всегда будет некоторая остаточная пульсация, но это позволяет устранить огромные колебания напряжения.

  
  

  Линейные регуляторы питания

  Большинство источников питания в наши дни обеспечивают регулируемую мощность. С современной электроникой довольно просто и не слишком дорого включить линейный стабилизатор напряжения. Это обеспечивает постоянное выходное напряжение независимо от нагрузки — в указанных пределах.

  Поскольку многие электронные компоненты, электронные устройства и т. Д. Требуют аккуратно обслуживаемых источников питания, регулируемый источник питания является необходимостью.

  Есть два основных типа линейных источников питания:

  • Шунтирующий регулятор: Шунтирующий регулятор менее широко используется в качестве основного элемента в линейном регуляторе напряжения.Для этой формы линейного источника питания переменный элемент размещается поперек нагрузки. Сопротивление истока установлено последовательно со входом, а шунтирующий стабилизатор регулируется таким образом, чтобы напряжение на нагрузке оставалось постоянным.

    Источник питания рассчитан на заданный ток, и с приложенной нагрузкой шунтирующий регулятор поглощает любой ток, не требуемый нагрузкой, так что выходное напряжение сохраняется.

    
    
  • Регулятор серии: Это наиболее широко используемый формат линейного регулятора напряжения.Как следует из названия, в цепь помещается последовательный элемент, и его сопротивление изменяется с помощью управляющей электроники, чтобы гарантировать, что правильное выходное напряжение генерируется для потребляемого тока. Блок-схема последовательного регулятора напряжения

    На этой блок-схеме опорное напряжение используется для управления последовательным элементом, который может быть биполярным транзистором или полевым транзистором. Эталоном может быть просто напряжение, снятое с источника эталонного напряжения, например электронный компонент, такой как стабилитрон.

    Более обычный подход состоит в том, чтобы отобрать выходное напряжение и подать его в дифференциальный усилитель для сравнения выходного сигнала с эталоном, а затем использовать его для управления схемой элемента конечного прохода.

    
    

  Оба этих типа линейных регуляторов используются в источниках питания, и, хотя более широко используется последовательный регулятор, в некоторых случаях также используется шунтирующий регулятор.

  Преимущества / недостатки линейного источника питания

  Использование любой технологии часто представляет собой тщательный баланс нескольких преимуществ и недостатков.Это справедливо для линейных источников питания, которые имеют ряд явных преимуществ, но также имеют свои недостатки.

  Преимущества линейного блока питания

  • Установленная технология: Линейные источники питания широко используются в течение многих лет, а их технология хорошо известна и изучена.
  • Низкий уровень шума: Использование линейной технологии без какого-либо переключающего элемента означает, что шум сведен к минимуму, а раздражающие всплески, обнаруживаемые в импульсных источниках питания, теперь обнаружены.

  Линейный БП Недостатки

  • КПД: Принимая во внимание тот факт, что линейный источник питания использует линейную технологию, он не особенно эффективен. Эффективность около 50% не является чем-то необычным, а при некоторых условиях может предлагать гораздо более низкие уровни.
  • Рассеивание тепла: Использование последовательного или параллельного (менее распространенного) регулирующего элемента означает, что рассеивается значительное количество тепла, и его необходимо удалить.
  • Размер: Использование линейной технологии означает, что размер линейного источника питания, как правило, больше, чем у других форм источника питания.

  Несмотря на недостатки, технология источников питания с линейной регулировкой по-прежнему широко используется, хотя она более широко используется там, где требуется низкий уровень шума и хорошее регулирование. Типичное применение — усилители звука, в которых линейный источник питания может обеспечить оптимальные характеристики для питания всех каскадов усилителя.

  Другие схемы и схемотехника:
  Основы операционных усилителей Схемы операционных усилителей Цепи питания Конструкция транзистора Транзистор Дарлингтона Транзисторные схемы Схемы на полевых транзисторах Условные обозначения схем
  Вернуться в меню «Конструкция схемы». . .

  Lab 6 | Инженерная помощь в домашних условиях

  © Н. Б. Додж 01/12

  ENGR 2105 — Усиление сигнала

  1.Введение и цель: усилители увеличивают мощность (амплитуду) электрический сигнал. Они используются в аудио и видео системах и технике.

  Усилители

  предназначены для усиления сигналов в частотном диапазоне. Сегодня,

  изучаем операционный усилитель и используем его для усиления синусоидального сигнала.

  2. Список оборудования: Необходимые инструменты и компоненты показаны ниже.

  • Multisim

  3. Экспериментальная теория: усилители увеличивают мощность сигнала (рис. 1) из-за для питания от внешнего источника, в отличие от пассивных элементов схемы, которые мы

  изучили на данный момент.Мы не будем рассматривать внутреннее устройство усилителя, а вместо этого

  концентрируются на основах работы.

  3.1 Теория операционного усилителя: На рисунке 2 показан базовый операционный усилитель.

  3.1.1 Операционный усилитель имеет инвертирующий и неинвертирующий входы (─ и +), выход и два входа питания, + V и ─V (DC

  напряжения). У него нет входа заземления (или 0 В), но вы можете использовать

  заземление источника питания для подключения к заземляющему проводу

  Пробник осциллографа

  .

  3.1.2 Операционный усилитель не может иметь выходную мощность, превышающую его мощность напряжения питания. Если напряжение постоянного тока + В составляет, например,

  + 15В, то выход не может превышать +15В. Если

  Выходной сигнал

  будет иметь размах более ± 15 В или более,

  Размах выходного напряжения

  будет ограничен (Рисунок 3). На практике,

  клиппирование происходит, когда выход операционного усилителя намного меньше

  © Н. Б. Додж 01/12

  , чем напряжение питания ±.Хорошее практическое правило состоит в том, что

  Выход операционного усилителя

  должен быть ограничен примерно 60-70% мощности

  пределы напряжения.

  3.1.3 Величина усиления операционного усилителя называется усилением. Максимальное усиление большинства операционных усилителей очень велико.

  больших (обычно> 100000). Усиление операционного усилителя может быть уменьшено до

  полезный диапазон по «отрицательной обратной связи», о которой идет речь

  ниже.

  3.1.4 Если выходной сигнал операционного усилителя находится в пределах ± 0.6V, (± V = мощность постоянного тока уровней), он работает в «области линейного усиления». Таким образом,

  усиление постоянное и линейное. Выход в K раз больше

  , где K — константа, как показано на рисунке 4.

  3.1.5 Важные характеристики операционного усилителя: (1) высокое входное сопротивление, (~ 1 МОм), и (2) низкий выходной импеданс (несколько сотен

  Ом или меньше).

  3.1.6 С высоким коэффициентом усиления, низким выходным сопротивлением и высоким входом Импеданс операционного усилителя легко проанализировать, если предположить: (1)

  Входное сопротивление бесконечно (→ ∞), (2) выходное сопротивление →

  0, (3) усиление → ∞.

  3.2 Отрицательная обратная связь: с таким высоким K операционный усилитель будет только

  полезен для усиления только крошечных входов. Чтобы усилить большие входы, мы можем

  используйте отрицательную обратную связь для снижения K.

  3.2.1 На рис. 5 входом является vi (t), а выходным сигналом — vO (t). Резисторы схемы: Ri (входной резистор), Rf (обратная связь).

  Резистор

  ) и RL (нагрузочный резистор). Входные напряжения составляют ± В.

  3.2.2 Используя предположения 3.1.6: Поскольку вход усилителя сопротивление велико, мы предполагаем, что входной ток незначителен: в

  = 0.Поскольку vp = 0 (заземление = 0V) и поскольку in равно 0, то vn =

  vp = 0. Это приближения, но они достаточно близки.

  для нашего анализа.

  © Н. Б. Додж 01/12

  3.2.3 По текущему закону Кирхгофа об узлах ∑𝑖𝑛𝑜𝑑𝑒 = 0, «Узел n» (Рисунок 6). Тогда 𝑖𝑖 + 𝑖𝑓 = 𝑖𝑛. Поскольку in = 0, то 𝑖𝑖 + 𝑖𝑓 = 0.

  На Рисунке 5 = (𝑣𝑂 — 𝑣𝑛) 𝑅𝑓⁄) и 𝑖𝑖 = (𝑣𝑖 — 𝑣𝑛) 𝑅𝑆⁄. Но 𝑣𝑛 = 𝑣𝑝 = 0, так что 𝑖𝑓 = 𝑣𝑂 𝑅𝑓⁄ и

  𝑖𝑖 = 𝑣𝑖 𝑅𝑖⁄.

  3.3 Упражнение на открытие: на рабочем листе используйте информацию выше, чтобы

  разработайте формулу прибавки, которую вы будете использовать в упражнениях.

  ниже.

  4. Подготовка к работе: перед лабораторной работой просмотрите лекцию (ссылка на eCampus) и прочтите рабочий лист.

  5. Методика эксперимента: 5.1 Усилитель отрицательной обратной связи :.

  5.1.1 В Multisim выберите операционный усилитель «UA741» из «Аналогового → Операционные усилители ».

  5.1.2 В качестве входного резистора используйте резистор сопротивлением Ri = 1 кОм. 5.1.3 Установите резистор обратной связи на усиление K = 10 (технически

  ─10). Основываясь на значении Ri 1 кОм, используйте формулу для K, чтобы выбрать

  резистор обратной связи Rf и подключите его, как показано на видео.

  5.1.4 Используйте резистор 1 кОм в качестве резистора нагрузки. (Поскольку очень мало ток в этой цепи, ваш выбор нагрузочного резистора не имеет значения.)

  5.1.5 Поместите заземление и пробник напряжения для измерения напряжение на нагрузочном резисторе.

  5.1.6 Поместите датчик напряжения для измерения напряжения от источника напряжения.

  © Н. Б. Додж 01/12

  5.1.7 Установите источник переменного напряжения на 1 В (размах) = 0,5 В при 1000 Гц. 5.1.8 Запустите симуляцию. 5.1.9 Используйте «Графер» для просмотра входных и выходных сигналов переменного тока. 5.1.10 Если резистор выбран правильно, выходное напряжение должно быть ~ 5 Вп. Ваш

  вывести это значение? Обратите внимание на пиковое входное и выходное напряжение в ваших данных.

  лист.Рассчитайте усиление, используя выбранные значения резисторов. Они близки?

  5.1.11 Сделайте снимок экрана схемы Multisim и включите его в лабораторный отчет.

  5.1.12 Измените резистор обратной связи на коэффициент усиления ~ 50. 5.1.13 Измените источник переменного напряжения на пиковое напряжение 100 мВ. Начать

  и проверьте результат в графере. Рекордная секунда

  Номинал резистора

  рассчитано для K = 50.

  5.1.14 Сделайте снимок экрана схемы Multisim и включите его в лабораторный отчет.

  5.1.15 Операционный усилитель представляет собой инвертирующий усилитель с отрицательной обратной связью. Посмотрев на Grapher, вы должны увидеть, что фаза вывода

  180 градусов от входа.

  5.2 Упражнение по дизайну (подсказка: относится к деятельности, которую вы выполняли в

  Рабочий лист) — Неинвертирующий усилитель: что делать, если вам нужен неинвертирующий усилитель?

  Инвертирующий усилитель

  (тот, который не дает выходной сигнал 180

  градуса не совпадают по фазе с входом)?

  5.2.1 Разработайте схему неинвертирующего операционного усилителя с коэффициентом усиления 100, с использованием резисторов и второго операционного усилителя. Вы все еще можете использовать

  Уравнение

  , которое вы разработали для более ранней конструкции. Примечание: чтобы

  сохранить условие, что выходное напряжение операционного усилителя не должно быть

  более 60-70% от максимальной мощности блока питания

  входных напряжений, входное пиковое напряжение не должно превышать

  более 50 мВ.

  5.2.2 Подсказки: (1) Когда усилители подключены каскадом (выход 1-й ОУ подается на входной резистор 2-го ОУ),

  их прирост умножается на общий прирост = (прирост от операционного усилителя 1) x

  (усиление от ОУ 2).

  5.2.3 Подсказки: (2) Каждый ОУ с отрицательной обратной связью инвертирует сигнал.

  5.2.4 После демонстрации схемы усилителя эксперимент полный.

  5.2.5 Сделайте снимок экрана вашей схемы Multisim и включите это в вашем лабораторном отчете.

  © Н. Б. Додж 01/12

  6. Уборка лабораторного помещения: вымойте руки! 7. Написание лабораторного отчета. В своем отчете сделайте следующее:

  7.1 Обсудите характеристики усиления операционного усилителя.Ваше усиление формула работает?

  7.2 Как соотносятся расчетное и фактическое усиление? 7.3 Насколько точным было усиление в вашей неинвертирующей схеме? 7.4 С какими проблемами вы столкнулись?

  Кафлин, Роберт Ф., Дрисколл, Фредерик Ф .: 9780130149916: Amazon.com: Книги

  Эта популярная книга представляет ясный и интересный подход к курсам по операционным усилителям, исследуя четыре основных активных фильтра, иллюстрируя цифровые логические микросхемы с напряжением питания 5 В и многое другое.Он предоставляет множество подробных практических примеров проектирования и анализа, предназначенных для связи теории с рабочим местом. Темы главы включают первый опыт работы с операционным усилителем; инвертирующие и неинвертирующие усилители; компараторы и средства управления; избранные применения операционных усилителей; генераторы сигналов; операционные усилители с диодами; дифференциальные, инструментальные и мостовые усилители; Характеристики постоянного тока: смещение, смещения и дрейф; Характеристики переменного тока: полоса пропускания, скорость нарастания, шум; активные фильтры; модуляция, демодуляция и изменение частоты с помощью умножителя; таймеры на интегральных схемах; цифро-аналоговые преобразователи; аналого-цифровые преобразователи; и блоки питания.Для инженеров-проектировщиков rs

  Предисловие

  Авторы всех предыдущих изданий Operational Amplifiers and Linear Integrated Circuits стремились показать, что операционные усилители и другие линейные интегральные схемы просты в использовании и с ними весело работать. Шестое издание сохранило эту основную философию. Для основных схем мы продолжаем использовать устройства, которые легко доступны, просты в использовании и прощают ошибки при подключении. Новые устройства появляются там, где этого требует приложение.Мы сохранили нашу первоначальную цель — упростить процесс изучения приложений, связанных с преобразованием сигналов, генерацией сигналов, фильтрами, контрольно-измерительными приборами, синхронизацией и схемами управления. Это издание продолжает отражать эволюцию аналоговых схем в приложения, требующие преобразователей сигналов, которые должны быть адаптированы для аналого-цифрового входа микроконтроллера. Мы сохранили схемотехническое моделирование с помощью OrCAD ^® PSpice ^® . К шестому изданию теперь прилагается лабораторное руководство.Он включает в себя как подробные аппаратные упражнения, так и упражнения по моделированию. Некоторые упражнения пошаговые; другие — дизайн-проекты. Упражнения следуют текстовому материалу.

  Главы с 1 по 6 обеспечивают читателю логический переход от основ операционных усилителей к множеству практических приложений, не беспокоясь об ограничениях операционных усилителей. В главе 7 показано, как операционные усилители в сочетании с диодами могут быть использованы для создания идеальных выпрямительных схем, а также схем ограничения и ограничения. В эти главы включены модели PSpice и симуляции.

  В главе 8 показаны приложения, которые требуют измерения физической переменной, такой как температура, сила, давление или вес, а затем кондиционирования сигнала с помощью инструментального усилителя перед вводом в аналого-цифровой преобразователь микроконтроллера. Инструментальные усилители необходимы, когда разработчику необходимо измерить дифференциальный сигнал, особенно при наличии более сильного шумового сигнала.

  Как упоминалось ранее, чтобы не заслонять неотъемлемую простоту и огромные преимущества использования операционных усилителей, их ограничения были оставлены для глав 9 и 10.Ограничения по постоянному току изучаются в главе 9, а ограничения по переменному току рассматриваются в главе 10. В это издание включено расширенное обсуждение коэффициента подавления синфазного сигнала. Как указывается в этих главах, многие ограничения были сведены к минимуму в последних поколениях операционных усилителей.

  Активные фильтры, низкочастотные, высокочастотные, полосовые и режекторные, рассматриваются в главе 11. Фильтры типа Баттерворта были выбраны потому, что они просты в разработке и обеспечивают максимально ровный отклик в полосе пропускания. .В главе 11 показано, как легко и быстро создавать различные фильтры.

  Глава 12 знакомит с линейной интегральной схемой, известной как умножитель. Устройство упрощает анализ и проектирование цепей связи AM, чем использование дискретных компонентов. Модуляторы, демодуляторы, преобразователи частоты, универсальный радиоприемник AM и схемы аналогового делителя используют интегральную схему умножителя в качестве основного строительного блока системы. Эта глава была сохранена, потому что инструкторы написали, что принципы односторонней подавленной несущей и стандартной передачи и обнаружения с амплитудной модуляцией четко объяснены и весьма полезны для их курсов.

  Недорогой таймер 555 IC рассматривается в главе 13. В этой главе показаны основные операции устройства, а также множество практических приложений. В главе также есть таймер / счетчик.

  В предыдущих выпусках аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи рассматривались в одной главе. В этом выпуске эти темы разделены на две главы, чтобы можно было включить больше спецификаций устройств, а также практических приложений. В главе -14 рассматриваются только аналого-цифровые преобразователи, а в новой главе 15 рассматриваются цифро-аналоговые преобразователи.Последовательный АЦП, подключенный к микропроцессору Motorola, показан (с кодом на языке ассемблера) в главе 14.

  Глава 16 показывает, как разработать регулируемый линейный источник питания. Эта глава начинается с основ нерегулируемых поставок и переходит к регулируемым поставкам. Он показывает, как IC-стабилизаторы используются для создания недорогих стендовых источников питания на 5 В и ± 15 В.

  В этом выпуске более чем достаточно материала для односеместрового курса. После первых трех глав инструкторы часто берут главы в произвольном порядке в зависимости от интересов класса, необходимости дополнить другой курс (например, курс дизайна), наличия лабораторного оборудования или времени занятий.Поэтому главы с 4 по 16 были написаны как отдельные главы именно по этой причине. Схемы были протестированы авторами в лаборатории, и материалы представлены в форме, удобной для студентов или в качестве справочника для практикующих инженеров и технологов. Каждая глава включает в себя цели обучения и задачи, и в большинстве глав есть моделирование PSpice. Читатель должен обратиться к прилагаемому лабораторному руководству для лабораторных упражнений и дополнительных симуляционных упражнений.

  БЛАГОДАРНОСТИ

  Мы с благодарностью принимаем советы профессора Роберта Виллануччи, который также является соавтором лабораторного руководства, и двух уважаемых инженеров, Дэна Шейнголда из Analog Devices и Боба Пиза из National Semiconductor.Особая благодарность Либби Дрисколл за помощь в подготовке рукописи. Мы благодарим следующих рецензентов рукописи: Уоррена Хиоки, Общественный колледж Южной Невады; Грегори М. Расмуссен, Техническая школа Св. Павла; Майкл В. Рудисилл, Университет Северного Мичигана; Род Шейн, Общественный колледж Эдмондса, ATTC; и Эндрю С. Вудсон.

  Наконец, мы благодарим наших студентов за их настойчивость в получении соответствующих инструкций, которые сразу же пригодятся, и наших читателей за их восторженный прием предыдущих изданий и их конструктивные предложения по этому изданию.

  нелинейных цепей; Положительный отзыв

  
  

  ЦЕЛИ

  Введение в нелинейные схемы и улучшение положительной обратной связи использовать.
  Компараторы, триггер Шмитта и генераторы.

  ВВЕДЕНИЕ

  Большинство схем, исследованных в этой лаборатории, являются линейными — выходной сигнал пропорциональна входному сигналу или, по крайней мере, должна быть в хорошем приближении. К этой категории относятся многие аналоговые схемы, такие как усилители и фильтры.Такие схемы спроектированы так, чтобы быть стабильными, так что данный вход приводит к уникальный выход. Стабильность достигается за счет отрицательной обратной связи и положительной обратная связь считается нежелательной и порождает проблемы (колебания). В этом В серии экспериментов мы исследуем другой класс схем, которые часто использовать положительную обратную связь и чей результат не зависит однозначно от входное напряжение. Цифровые схемы относятся к этому классу, поскольку они определяют, если сигнал уровни находятся в пределах определенных интервалов, определенных как 0 или 1, и игнорируют другие ценности.

  Компаратор — это схема, которая определяет уровень входного напряжения относительно до некоторого порога и меняет свое выходное состояние между «низким» и «высокий» — это напряжения насыщения цепи, обычно равные или близкое к напряжению питания. Компаратор легко сделать из Для этой цели лучше подходят операционные усилители, но специально предназначенные для этого микросхемы. Компаратор не требует многих функций, необходимых для хорошего линейного усилителя и может обменять эти качества на скорость работы.Шмитт триггер можно рассматривать как компаратор с гистерезисом; у него есть два пороги и два выходных уровня. Осцилляторам даже не нужно входное напряжение. Они обеспечивают свои собственные через цепь положительной обратной связи и дают выходной сигнал осциллограммы непрерывно, пока на них подается питание.

  
  

  PRELAB

  Использование операционного усилителя или компаратора из конструкции вашего комплекта деталей триггер Шмитта с регулируемым порогом и фиксированным гистерезисом на ваш выбор между 0.2 В и 0,5 В. Гистерезис — это разница между входные напряжения, при которых выход переключает состояния (от «низкого» до «высокого» и наоборот), а порог — их среднее значение (центр гистерезиса петля).
  Регулируемый порог можно получить, построив делитель напряжения. включая потенциометр. Лучший источник напряжения для регулировки порога может включать операционный усилитель в конфигурацию повторителя напряжения для буферизации разделитель.Используйте источник питания с одной полярностью. Примечание: выход операционного усилителя Напряжение (в насыщении) определяется напряжением источника питания. Компаратор схемы обычно требуют подтягивающего резистора между выходным контактом и источник напряжения, который может отличаться от источника питания микросхемы.

  Нарисуйте также схему генератора релаксации RC, полученного добавлением RC-цепь к триггеру Шмитта в контуре отрицательной обратной связи.

  Артикулы:

  С.Франко «Дизайн с операционными усилителями и аналоговыми интегральными схемами », McGraw-Hill 1988. Глава 8.
  

  
  (а) схема, реализованная на операционном усилителе

  
  (б) схема с компаратором и подтягивающим резистором Rp.

  Триггер Шмитта с фиксированным порогом и гистерезисом определено
  резистивная сеть R ₁ , R ₂

  
  Генератор знаковых волн (мост Вина) с операционным усилителем.Необходимо выбрать R ₁
  осторожно (это зависит от сопротивления лампы) чтобы эта схема работала хорошо.
  

  ЛАБОРАТОРИЯ

  Необходимое оборудование со склада: зонд, замена сопротивления коробка, ведет.

  1. SCHMITT TRIGGER

  Соберите и проверьте триггер Шмитта своей конструкции. Определить гистерезис и диапазон порогового напряжения. Гистерезис не зависит от порога параметр? Если нет, то как вы могли бы его улучшить (сделать гистерезис независимым от регулировка порога)?

  2.ОСЦИЛЛЯТОРЫ

  Соберите один из генераторов, RC-цепь релаксации или синусоидальный генератор моста Вина. Измерьте частоту колебаний и проверить его зависимость от компонентов схемы.
  Сделайте набросок полученных осциллограмм.

  
  

  ОТЧЕТ

  Представьте все схемы и размеры. Кратко опишите, как схемы Вы проверили работу. Соответствуют ли измеренные частоты и форма сигнала ожиданиям? Включите все наблюдения за работой цепей и, если возможно, дайте объяснения.

  Какую роль играет лампа в генераторе моста Вина?

  .