Font d'alimentació lineal de doble sortida ajustable: 10 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:12

Característiques:

• Conversió CA - CC Voltatges de sortida dobles (positiu - terra - negatiu)
• Carrils positius i negatius ajustables
• Només un transformador de CA de sortida única
• Soroll de sortida (20 MHz-BWL, sense càrrega): al voltant de 1,12 mVpp
• Sortides estables i de baix soroll (ideals per alimentar Opamps i preamplificadors)
• Voltatge de sortida: +/- 1,25V a +/- 25V Corrent de sortida màxim: 300mA a 500mA
• Barat i fàcil de soldar (tots els paquets de components són DIP)

Una font d'alimentació de doble soroll de doble sortida és una eina essencial per a qualsevol entusiasta de l'electrònica. Hi ha moltes circumstàncies en què és necessària una font d'alimentació de doble sortida, com ara dissenyar preamplificadors i alimentar OPAMP. En aquest article, crearem una font d'alimentació lineal que permetrà a l'usuari ajustar els seus rails positius i negatius de forma independent. A més, a l'entrada només s'utilitza un transformador de corrent altern de sortida única.

[1] Anàlisi de circuits

La figura 1 mostra l’esquema esquemàtic del dispositiu. D1 i D2 són díodes rectificadors. C1 i C2 construeixen la primera etapa de filtre de reducció de soroll.

Pas 1: figura 1, diagrama esquemàtic de la font d'alimentació de baix soroll

R1, R2, C1, C2, C3, C4, C5 i C6 construeixen un filtre RC de pas baix que redueix el soroll dels rails tant positius com negatius. El comportament d’aquest filtre es pot examinar tant en teoria com en pràctica. Un oscil·loscopi amb una funció de gràfic de bode pot realitzar aquestes mesures, com ara un Siglent SDS1104X-E. IC1 [1] i IC2 [2] són els principals components de regulació d’aquest circuit.

Segons el full de dades IC1 (LM317): “El dispositiu LM317 és un regulador de voltatge positiu de tres terminals ajustable capaç d’alimentar més d’1,5 A en un rang de voltatge de sortida d’1,25 V a 37 V. Només requereix dues resistències externes per definiu el voltatge de sortida. El dispositiu té una regulació de línia típica del 0,01% i una regulació de càrrega típica del 0,1%. Inclou limitació de corrent, protecció contra la sobrecàrrega tèrmica i protecció de la zona d’operació segura. La protecció contra sobrecàrregues continua sent funcional fins i tot si el terminal ADJUST està desconnectat”.

Com és clar, aquest regulador introdueix bones xifres de regulació de la línia i de la càrrega, per tant, podem esperar obtenir un rail de sortida estable. Això és idèntic a l'IC2 (LM337). L’única diferència és que aquest xip s’utilitza per regular les tensions negatives. D3 i D4 s’utilitzen com a protecció.

Els díodes proporcionen un camí de descàrrega de baixa impedància per evitar que els condensadors (C9 i C10) es descarreguin a la sortida dels reguladors. R4 i R5 s’utilitzen per ajustar les tensions de sortida. C7, C8, C9 i C10 s’utilitzen per filtrar els sorolls de sortida restants.

[2] Disseny de PCB

La figura 2 mostra el disseny del circuit PCB. Està dissenyat en una placa PCB d’una sola capa i tots els paquets de components són DIP. Bastant fàcil per a tothom soldar el component i començar a utilitzar el dispositiu.

Pas 2: Figura 2, Disseny de PCB de la font d'alimentació

He utilitzat les biblioteques de components SamacSys per IC1 [3] i IC2 [4]. Aquestes biblioteques són gratuïtes i, sobretot, segueixen els estàndards industrials d’empremta IPC. Utilitzo Altium, de manera que he instal·lat directament les biblioteques mitjançant el connector Altium [5]. La figura 3 mostra els components seleccionats. Connectors similars es poden utilitzar per a KiCad i altres programes CAD.

Pas 3: Figura 3, Biblioteques de components SamacSys (complement AD) per IC1 (LM137) i IC2 (LM337)

La figura 4 mostra una vista 3D de la placa PCB.

Pas 4: Figura 4, una vista 3D de la placa final del PCB

[3] Muntatge i prova La figura 5 mostra el tauler muntat. Vaig decidir utilitzar un transformador de 220V a 12V per obtenir un màxim de +/- 12V a la sortida. La figura 6 mostra el cablejat necessari.

Pas 5: Figura 5, Tauler de circuits muntat

Pas 6: Figura 6, diagrama de cablejat del transformador i del circuit

En girar els potenciòmetres multitorn R4 i R5, podeu ajustar les tensions dels rails positius i negatius de forma independent. La figura 7 mostra un exemple, on he ajustat la sortida a +/- 9V.

Pas 7: Figura 7, rails +/- 9V a la sortida

Ara és hora de mesurar el soroll de sortida. Vaig utilitzar l’oscil·loscopi Siglent SDS1104X-E que introdueix una sensibilitat de 500uV / div a l’entrada, cosa que el fa ideal per a aquestes mesures. Vaig posar el canal un a 1X, acoblament de CA, límit d’amplada de banda de 20 MHz, i després vaig configurar el mode d’adquisició a la detecció de pics.

Després vaig treure el cable de terra i vaig utilitzar una sonda de terra-ressort. Tingueu en compte que aquesta mesura no té cap càrrega de sortida. La figura 8 mostra la pantalla de l’oscil·loscopi i el resultat de la prova. La xifra Vpp del soroll és d’uns 1,12 mV. Tingueu en compte que augmentant el corrent de sortida augmentarà el nivell de soroll / ondulació. Aquesta és una història real per a totes les fonts d'alimentació.

Pas 8: Figura 8, Soroll de sortida de la font d'alimentació (sota cap càrrega)

La velocitat de potència de les resistències R1 i R2 defineix el corrent de sortida. Així que vaig seleccionar resistències de 3W. A més, si teniu intenció de generar corrents elevats o la diferència de tensió entre l’entrada i la sortida del regulador és elevada, no oblideu instal·lar dissipadors de calor adequats a IC1 i IC2. Podeu obtenir 500mA (màxim) mitjançant resistències de 3W. Si utilitzeu resistències de 2 W, aquest valor disminueix naturalment fins a 300 mA (màxim).

[4] Materials

La figura 9 mostra la llista de materials.

Pas 9: figura 9, llista de materials

Pas 10: referències

Font:

[1] Full de dades LM317:

[2] Full de dades LM337:

[3]: Símbol esquemàtic i petjada del PCB per a LM317:

[4]: Símbol esquemàtic i petjada del PCB per a LM337:

[5]: Connector Altium: