Ρυθμιζόμενο γραμμικό τροφοδοτικό διπλής εξόδου: 10 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:34

Χαρακτηριστικά:

• Μετατροπή AC - DC Διπλές τάσεις εξόδου (θετικές - γείωση - αρνητικές)
• Ρυθμιζόμενες θετικές και αρνητικές ράγες
• Απλώς ένας μετασχηματιστής AC μίας εξόδου
• Θόρυβος εξόδου (20MHz-BWL, χωρίς φορτίο): Περίπου 1,12mVpp
• Χαμηλός θόρυβος και σταθερές έξοδοι (ιδανικό για τροφοδοσία Opamps και προενισχυτές)
• Τάση εξόδου: +/- 1.25V έως +/- 25V Μέγιστο ρεύμα εξόδου: 300mA έως 500mA
• Φθηνό και εύκολο στη συγκόλληση (όλα τα πακέτα εξαρτημάτων είναι DIP)

Η διπλή παροχή ισχύος χαμηλού θορύβου είναι ένα βασικό εργαλείο για κάθε λάτρη της ηλεκτρονικής. Υπάρχουν πολλές περιπτώσεις που είναι απαραίτητη η τροφοδοσία διπλής εξόδου, όπως ο σχεδιασμός προενισχυτών και η τροφοδοσία των OPAMP. Σε αυτό το άρθρο, πρόκειται να δημιουργήσουμε μια γραμμική τροφοδοσία, ώστε ένας χρήστης να μπορεί να προσαρμόσει τις θετικές και αρνητικές ράγες του ανεξάρτητα. Επιπλέον, μόνο ένας συνηθισμένος μετασχηματιστής εναλλασσόμενου ρεύματος μίας εξόδου χρησιμοποιείται στην είσοδο.

[1] Ανάλυση κυκλώματος

Το σχήμα 1 δείχνει το σχηματικό διάγραμμα της συσκευής. Οι D1 και D2 είναι διόδους ανορθωτή. Τα C1 και C2 κατασκευάζουν το πρώτο στάδιο φίλτρου μείωσης θορύβου.

Βήμα 1: Εικόνα 1, Σχηματικό διάγραμμα της τροφοδοσίας χαμηλού θορύβου

Τα R1, R2, C1, C2, C3, C4, C5 και C6 δημιουργούν ένα φίλτρο RC χαμηλής διέλευσης το οποίο μειώνει τον θόρυβο τόσο από τις θετικές όσο και από τις αρνητικές ράγες. Η συμπεριφορά αυτού του φίλτρου μπορεί να εξεταστεί τόσο στη θεωρία όσο και στην πράξη. Ένας παλμογράφος με δυνατότητα bode plot μπορεί να πραγματοποιήσει αυτές τις μετρήσεις, όπως ένα Siglent SDS1104X-E. Τα IC1 [1] και IC2 [2] είναι τα κύρια στοιχεία ρύθμισης αυτού του κυκλώματος.

Σύμφωνα με το δελτίο δεδομένων IC1 (LM317): «Η συσκευή LM317 είναι ένας ρυθμιζόμενος ρυθμιστής τριών ακροδεκτών θετικής τάσης ικανός να παρέχει περισσότερο από 1,5 A σε εύρος τάσης εξόδου 1,25 V έως 37 V. Απαιτεί μόνο δύο εξωτερικές αντιστάσεις ρυθμίστε την τάση εξόδου. Η συσκευή διαθέτει τυπική ρύθμιση γραμμής 0,01% και τυπική ρύθμιση φορτίου 0,1%. Περιλαμβάνει περιορισμό ρεύματος, θερμική προστασία από υπερφόρτωση και προστασία ασφαλούς περιοχής λειτουργίας. Η προστασία από υπερφόρτωση παραμένει λειτουργική ακόμη και αν ο ακροδέκτης ADJUST είναι αποσυνδεδεμένος ».

Όπως είναι σαφές, αυτός ο ρυθμιστής εισάγει καλά στοιχεία για τη ρύθμιση της γραμμής και του φορτίου, επομένως μπορούμε να αναμένουμε να έχουμε μια σταθερή ράγα εξόδου. Αυτό είναι πανομοιότυπο με το IC2 (LM337). Η μόνη διαφορά είναι ότι αυτό το τσιπ χρησιμοποιείται για τη ρύθμιση των αρνητικών τάσεων. Τα D3 και D4 χρησιμοποιούνται για προστασία.

Οι δίοδοι παρέχουν μια διαδρομή εκφόρτισης χαμηλής σύνθετης αντίστασης για να αποτρέψουν την εκφόρτιση των πυκνωτών (C9 και C10) στην έξοδο των ρυθμιστών. Τα R4 και R5 χρησιμοποιούνται για τη ρύθμιση των τάσεων εξόδου. Τα C7, C8, C9 και C10 χρησιμοποιούνται για το φιλτράρισμα των υπόλοιπων θορύβων εξόδου.

[2] Διάταξη PCB

Το σχήμα 2 δείχνει τη διάταξη PCB του κυκλώματος. Έχει σχεδιαστεί σε πλακέτα PCB μονής στρώσης και όλα τα πακέτα εξαρτημάτων είναι DIP. Αρκετά εύκολο για όλους να κολλήσουν το εξάρτημα και να αρχίσουν να χρησιμοποιούν τη συσκευή.

Βήμα 2: Εικόνα 2, Διάταξη PCB του τροφοδοτικού

Χρησιμοποίησα τις βιβλιοθήκες στοιχείων SamacSys για IC1 [3] και IC2 [4]. Αυτές οι βιβλιοθήκες είναι δωρεάν και το πιο σημαντικό ακολουθούν τα βιομηχανικά πρότυπα IPC. Χρησιμοποιώ το Altium, οπότε εγκατέστησα απευθείας τις βιβλιοθήκες χρησιμοποιώντας το πρόσθετο Altium [5]. Το σχήμα 3 δείχνει τα επιλεγμένα στοιχεία. Παρόμοια πρόσθετα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για το KiCad και άλλο λογισμικό CAD.

Βήμα 3: Εικόνα 3, SamacSys Component Libraries (AD Plugin) για IC1 (LM137) και IC2 (LM337)

Το σχήμα 4 δείχνει μια τρισδιάστατη όψη της πλακέτας PCB.

Βήμα 4: Εικόνα 4, τρισδιάστατη προβολή της τελικής πλακέτας PCB

[3] Συναρμολόγηση και δοκιμή Το σχήμα 5 δείχνει τη συναρμολογημένη σανίδα. Αποφάσισα να χρησιμοποιήσω έναν μετασχηματιστή 220V έως 12V για να έχω το μέγιστο +/- 12V στην έξοδο. Το σχήμα 6 δείχνει την απαιτούμενη καλωδίωση.

Βήμα 5: Εικόνα 5, συναρμολογημένη πλακέτα κυκλώματος

Βήμα 6: Εικόνα 6, Διάγραμμα μετασχηματιστή και καλωδίωση κυκλώματος

Περιστρέφοντας τα ποτενσιόμετρα πολλαπλών στροφών R4 και R5, μπορείτε να ρυθμίσετε ανεξάρτητα τις τάσεις στις θετικές και αρνητικές ράγες. Το σχήμα 7 δείχνει ένα παράδειγμα, όπου έχω προσαρμόσει την έξοδο στα +/- 9V.

Βήμα 7: Εικόνα 7, +/- 9V Ράγες στην έξοδο

Τώρα ήρθε η ώρα να μετρήσετε τον θόρυβο εξόδου. Χρησιμοποίησα τον παλμογράφο Siglent SDS1104X-E που εισάγει ευαισθησία 500uV/div στην είσοδο, γεγονός που το καθιστά ιδανικό για τέτοιες μετρήσεις. Έβαλα το κανάλι-1 σε 1Χ, σύζευξη AC, όριο εύρους ζώνης 20MHz και έπειτα έθεσα τη λειτουργία απόκτησης στην ανίχνευση αιχμής.

Στη συνέχεια αφαίρεσα τον αγωγό γείωσης και χρησιμοποίησα ένα ελατήριο γείωσης. Σημειώστε ότι αυτή η μέτρηση δεν έχει φορτίο εξόδου. Το σχήμα 8 δείχνει την οθόνη του παλμογράφου και το αποτέλεσμα της δοκιμής. Ο αριθμός Vpp του θορύβου είναι περίπου 1,12mV. Λάβετε υπόψη ότι η αύξηση του ρεύματος εξόδου θα αυξήσει το επίπεδο θορύβου/κυματισμού. Αυτή είναι μια πραγματική ιστορία για όλα τα τροφοδοτικά.

Βήμα 8: Εικόνα 8, Θόρυβος εξόδου του τροφοδοτικού (υπό Χωρίς φορτίο)

Ο ρυθμός ισχύος των αντιστάσεων R1 και R2 καθορίζει το ρεύμα εξόδου. Έτσι επέλεξα αντιστάσεις 3W. Επίσης, εάν σκοπεύετε να τραβήξετε υψηλά ρεύματα ή η διαφορά τάσης μεταξύ της εισόδου και της εξόδου του ρυθμιστή είναι μεγάλη, μην ξεχάσετε να εγκαταστήσετε κατάλληλες ψύκτρες στο IC1 και IC2. Μπορείτε να περιμένετε να λάβετε 500mA (max) χρησιμοποιώντας αντιστάσεις 3W. Εάν χρησιμοποιείτε αντιστάσεις 2W, η τιμή αυτή μειώνεται φυσικά σε κάπου 300mA (max).

[4] Υλικά

Το σχήμα 9 δείχνει το τιμολόγιο των υλικών.

Βήμα 9: Εικόνα 9, Πίνακας Υλικών

Βήμα 10: Αναφορές

Πηγή:

[1] Φύλλο δεδομένων LM317:

[2] Φύλλο δεδομένων LM337:

[3]: Σχηματικό σύμβολο και αποτύπωμα PCB για LM317:

[4]: Σχηματικό σύμβολο και αποτύπωμα PCB για LM337:

[5]: Πρόσθετο Altium: