/

Однополярное и двуполярное питание

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

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

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

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

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

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

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

Читайте также:  Набивка лотка бетоном в колодце

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

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

Как правило, источники двухполярного питания имеют фиксированные выходные напряжения. Попытка «малой кровью» сделать из фиксированных двухполярников источники питания с плавной регулировкой выходного напряжения чаще приводит к неравенству по амплитуде выходных напряжений разной полярности. Для реализации этой возможности приходится усложнять схему. Другие, к источникам положительного напряжения делают «примочки», преобразовывающие положительное напряжение в отрицательное. Варианты преобразователей предлагались в двух предыдущих статьях — на коммутируемом конденсаторе и на зарядном дросселе.

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

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

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

Характеристики делителя однополярного напряжения в двухполярное:

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

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

Читайте также:  Пирс на реке своими руками

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

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

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

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

Принципиальная схема представлена на рисунке.

Работа делителя однополярного напряжения

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

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

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

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

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

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

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

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

Настройка делителя однополярного напряжения.

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

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

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

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

Тимеркаев Борис — 68-летний доктор физико-математических наук, профессор из России. Он является заведующим кафедрой общей физики в Казанском национальном исследовательском техническом университете имени А. Н. ТУПОЛЕВА — КАИ

Читайте также:  Типовая инструкция по консервации оборудования

Электроника, электротехника. Профессионально-любительские решения.

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

Рисунок 1. Создание средней точки резистивным делителем.

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

Рисунок 2. Формирование средней точки с помощью операционного усилителя.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Рисунок 3. Схема делителя напряжения для преобразования однополярного источника питания в двухполярный.
Рисунок 4. Изображение для изготовления печатной платы методом ЛУТ (зеркалить не требуется). Рисунок 5. Печатная плата делителя питания.

исунок 6. Монтажная схема делителя напряжения питания.

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

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

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

Оцените статью
Добавить комментарий