Двухполярный стабилизированный источник питания

Б. СОКОЛОВ, Радио №6/2023 ст.36

Стабилизированный источник пита­ния (СИП), описание которого при­водится в статье, обеспечивает двухпо­лярное переключаемое стабилизированное напряжение 3, 5, 9, 12 и 15 В с максимальным током 50 мА, и уже несколько лет он служит автору незаме­нимым помощником при разработке и макетировании разных по назначению маломощных электронных устройств. Хорошо зарекомендовал себя этот СИП как при однополярном, так и при двухполярном выходном напряжении, например, для устройств на КМОП- микросхемах, а также на операцион­ных усилителях (ОУ). При желании можно просто изменить выходные фиксированные напряжения или сде­лать их регулировку плавной.

Около 15 лет назад в корпусе этого СИП был собран только однополярный вариант. Но при разработке и макети­ровании разных электронных уст­ройств на ОУ мне необходимо было и двухполярное стабилизированное на­пряжение. В результате был разрабо­тан двухполярный СИП.

При построении устройства за ос­нову была взята известная микросхе­ма LM317T регулируемого стабилиза­тора напряжения в корпусе ТО-220. Она допускает входное напряжение 40 В, имеет большой интервал регу­лировки выходного напряжения 1,25-37 В. Эта микросхема имеет встроенные узлы защиты от короткого замыкания, от перегрева и превыше­ния максимально допустимой рассеи­ваемой мощности [1].

Схема СИП приведена на рис. 1. Блок питания собран на трансформа­торе Т1 ТП112-11 с номинальной мощ­ностью 7 В*А. Сетевое напряжение поступает на его первичную обмотку через выключатель SA2 и плавкую вставку FU1. Две вторичные обмотки трансформатора совместно с диодным мостом VD3 образуют двухполярный источник напряжения ±21 В. Выпрям­ленные напряжения сглаживаются кон­денсаторами С4, С5 (плюсовое) и С6, С7 (минусовое). Резистор R17 — раз­рядный для конденсаторов С4, С5, а резистор R18 — разрядный для конден­саторов С6, С7.

В плюсовую линию питания включена микросхема регулируемого напряжения DA1. Изменение выходного напряжения плюсовой полярности осуществляется с помощью переключателя SА 1.1, кото­рый подключает к выводу 1 микросхемы DA1 резисторы R2—R11, задающие точ­ные значения выходного напряжения. Для U_Bblx = 3 В — R2, R3; для 11_вых= 5 В — R4, R5; для 11_вых = 9 В — R6, R7; для U_Bblx = 12 В — R8, R9; для 11_вых = 15 В — RIO, R11. Переключатель SA1.2 служит для индикации с помощью светодиодов HL1—HL5 выбранного выходного напря­жения. Резисторы R12—R16 — токоог­раничивающие, их номиналы подобра­ны так, чтобы яркость светодиодов была примерно одинакова. Конденсатор С1 нужен для повышения устойчивости работы микросхемы DA1, его надо раз­местить рядом с ней, это важно, если конденсаторы С4 и С5 удалены от неё. Конденсатор С2 улучшает подавление пульсаций. Диоды VD1 и VD2 предна­значены для защиты микросхемы DA1, они обеспечивают быструю и безопас­ную разрядку конденсаторов С2 и СЗ в случае возникновения аварийных си­туаций. С выхода микросхемы DA1 плю­совое стабилизированное напряжение подаётся на разъёмы XS1 и XS3.

Для организации двухполярного вы­ходного напряжения применён высоко­вольтный ОУ DA2 КР1408УД1 с малыми входными токами и внутренней частот­ной коррекцией [2]. Питается ОУ от выпрямителя. К выходу ОУ подключён транзистор VT1, который установлен в минусовую линию питания. Поскольку неинвертирующий вход ОУ соединён с общим проводом, ОУ старается под­держать такое же напряжение и на сво­ём инвертирующем входе. При этом транзистор открывается, и минусовое выходное напряжение становится рав­ным (по модулю) плюсовому напряже­нию. Это обеспечивается за счёт равен­ства сопротивлений резисторов R23 и R24. Чтобы не нагружать выход ОУ, при­менён составной транзистор VT1 с большим коэффициентом передачи тока базы (не менее 750), включённый эмиттерным повторителем, он служит для «умощнения» выходного тока ОУ. Резистор R22 является нагрузочным в цепи эмиттера транзистора VT1. Кон­денсатор С8 сглаживает пульсации. Для балансировки ОУ КР1408УД1 служит цепь R19R20R21. С помощью подстро­ечного резистора R20 можно точно установить равенство выходных на­пряжений. Конденса­тор С9 подавляет узкие выбросы (всплески) с частотой сети 50 Гц. Пульсации выходного напряжения не превы­шают 1…3мВ. Измере­ние пульсаций проводи­лось с помощью осцил­лографа С1-112.

На макетной плате размерами 60×45 мм размещены основные элементы: микросхема DA1, диоды VD1 и V2, ди­одный мост VD3, оксид­ные конденсаторы С4, С6 (импортные или оте­чественные К50-35) и ос­тальные конденсаторы (керамические). Подстро­ечные резисторы R3, R5, R7, R9, R11 — отечест­венные СП5-28Б, R20 — СП5-28А. Резисторы R23, R24 — с допуском не более 1 %, но можно подобрать два с указан­ным допуском из партии менее точных резисто­ров. Микросхему DA1 следует установить на теплоотвод площадью несколько квадратных сантиметров.

Налаживание начина­ют со стабилизатора на микросхеме DA1. В каж­дом из пяти положений переключателя SA1.1 с помощью соответствую­щих подстроечных резисторов на разъёме XS1 устанавли­вают требуемое выходное напряжение, которое контролируют с помощью цифрового вольтметра. Далее про­изводят налаживание стабилизатора минусовой полярности, контролируя напряжение на разъёме XS3. Если минусовое напряжение незначительно отличается от плюсового (по модулю |+U_вых| = | —U_выx|), проводят баланси­ровку ОУ подстроечным резистором R20, которым нужно как раз и сравнять их во всём интервале выбранных выходных напряжений, как без нагруз­ки, так и под нагрузкой.

Все элементы размещены в са­модельном корпусе размерами 115x75x55 мм из одностороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 2 мм. Передняя панель уст­ройства показана на рис. 2. На ней установлены светодиоды HL1—HL5, пе­реключатель SA1 (ПР2-2-5П2НВ), гнез­до XS3 — стереофоническое аудиогнез­до mini-Jack-3.5-3 (или любое другое) и гнёзда XS1, XS2 (также любого типа).

На рис. 3 показана задняя панель устройства, на которой установлены держатель плавкой вставки и вы­ключатель SA2 (МТДЗ). В нижней части сделано отверстие для сетевого про­вода.

На рис. 4 показана внутренняя ком­поновка устройства. Внизу установлен трансформатор Т1, а над ним — макет­ная плата с элементами.

ЛИТЕРАТУРА

1. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемо­техники. Издание 5-е, переработанное. — М.: Мир, 1998, с. 361—367.
2. Операционные усилители. Справочный листок. — Радио, 1989, № 10, с. 91—94; № 12, с. 83.