ТРИ НАПРЯЖЕНИЯ от одной «кроны»


Применение в переносной аппаратуре операционных усилителей (ОУ) сразу же ставит задачу — каким обра­зом запитать их двуполярным напряжением +15 В. По­добный вопрос возникает потому, что в справочных ма­териалах параметры большинства ОУ приведены именно для этих питающих напряжений, и у многих радиолюби­телей создается впечатление, что ОУ могут хорошо рабо­тать лишь в таком режиме. В большинстве радиолюби­тельских устройств на ОУ также подается двуполярное напряжение ±15 В. Но если внимательно изучить тех­нические данные на ОУ, обнаружится, что нижний пре­дел рабочих напряжений для большинства ОУ состав­ляет ±5...6 В. Так, для микросхем широкого применения КН0УД6 и К140УД7 минимальное напряжение питания равно ±5 В, а для маломощного ОУ К140УД12 этот предел составляет ±1,5 В (см. Кудряшов Б. П. Анало­говые интегральные микросхемы: Справочник. — М.: Ра­дио и связь, 1981).

Рис. 1. Принципиальная схема узла питания

 

При снижении уровня питающего напряжения умень­шается ток, потребляемый ОУ, — это тоже упрощает проблему источника питания для переносной аппарату­ры. Для большинства ОУ при питании напряжени­ем ±5 В потребляемый ток уменьшается примерно в 3 раза по сравнению с питанием напряжением ±15 В. Разумеется, снижение питающего напряжения ведет к изменению и других параметров ОУ, но эти отклонения обычно не сказываются на работе схемы. В качестве источника питания переносных приборов удобно при­менить батарею «Крона-ВЦ» или «Корунд» напряже­нием 9 В, а двуполярное питание +5,5 и — 4,8 В полу­чить с помощью устройства, описываемого ниже. На­пряжение + 5,5 В стабилизированное, оно предназначено не только для питания ОУ, но может быть использовано Для цифровых микросхем серий К134, К176, К561. Узел питания выдает еще и напряжение — 10 В, которое при необходимости используется для управления элек­тронными коммутаторами на полевых транзисторах се­рий К168 и К190,

Асимметрия питающих напряжений для ОУ практи­чески не влияет на работу микросхемы, так как коэффи­циент влияния нестабильности источников питания для ОУ не превышает — 60 дБ. Узел питания отличается наличием стабилизированного напряжения и малым по­треблением тока без нагрузки. КПД зависит от входного напряжения и составляет 0,4.„0,5.

Схема узла питания приведена на рис. 1. Он состоит из стабилизатора напряжения положительной поляр­ности и импульсного преобразователя.

Рис. 2. Зависимость отрицательно­го выходного напряжения от тока нагрузки

 

Стабилизатор положительного напряжения содержит двухкаскадный усилитель постоянного тока (транзисто­ры VT2 и VT3), в котором опорный стабилитрон включен в цепь базы транзистора VT3. Питание опорного элемен­та выходным стабилизированным напряжением позво­ляет получить высокий коэффициент стабилизации по напряжению (более 500) при незначительном выходном сопротивлении (не более 0,2 Ом). Регулирующим эле­ментом стабилизатора является р-n-р транзистор VT1, поэтому режим стабилизации при токах нагрузки до 20 мА наступает при напряжении на входе стабилизатора всего на 0,05...0,1 В больше выходного. При включении питания стабилизатор выходит на рабочий режим бла­годаря цепочке элементов C1, R1, VD2, R3. При этом ток зарядки конденсатора С1 проходит по цепи запуска: VD2, R3, переход база — эмиттер транзистора VT2 и выводит транзисторы VT1 и VT3 на рабочий режим. Ста­билизатор обладает защитой от короткого замыкания.

Импульсный преобразователь содержит генератор, выходной транзисторный каскад и емкостный умножи­тель напряжения. Исходя из соображений экономичности генератор собран на микросхеме DD1 типа КМОП. Вы­ходное напряжение генератора представляет собой им­пульсный меандр с частотой около 10 кГц. Оно подается на базы транзисторов VT4 и VT5 выходного каскада и поочередно переводит их в открытое состояние. Когда открыт транзистор VT4, происходит зарядка конденса­тора С6 через этот транзистор и диод VD6. В следующий полупериод импульсного напряжения генератора откры­вается транзистор VT5 и конденсатор С6, разряжаясь через него и диод VD7, передает энергию на конденса­тор С7. В результате конденсатор С7 заряжается при­мерно до выходного напряжения стабилизатора. При открытом VT4 происходит зарядка конденсатора С8 по цепи: + Uстаб, VT4, С8, УД8, С7, общая шина. В этой цепи имеются два последовательно включенных источни­ка напряжений: Uстаб и Uc7. Следовательно, конденса­тор С8 будет заряжаться примерно до напряжения Uc8= Uстаб+Uс7 = 10 В. Это напряжение при открывании . транзистора VT5 через диод VD9 передается на выходной конденсатор С9. При каждом цикле перезарядки конден­саторов умножителя напряжения происходит потеря на­пряжения на диодах и на открытых транзисторах VT4 и VT5, поэтому выходное напряжение с увеличением тока нагрузки уменьшается. Эта зависимость для отрицатель­ного напряжения — 4,5 В представлена на рис. 2.

В режиме холостого хода, когда нагрузочный ток равен нулю, напряжение отрицательной полярности для Двух выходов имеет значение — 5,3 и — 10,2 В. В этом Режиме преобразователь потребляет ток, равный 0,3...0,4 мА. Вследствие того, что преобразователь питается стабилизированным напряжением, напряжение на его выходах зависит только от сопротивления нагрузки, т. е. при постоянной нагрузке отрицательное выходное напряжение будет неизменным. Коэффициент полезного действия описанного импульсного преобразователя при токе нагрузки Iн, равном 3 мА, достигает значения 0,7, но при отклонении от этого значения на ±2 мА снижа­ется до 0,6. Амплитуда пульсаций выходного напряжения под нагрузкой не превышает 10 мВ.

Конструктивно узел питания лучше всего выполнить на печатной плате той схемы, которую он питает, по­этому разводка печатной платы узла питания не приво­дится. Площадь, занимаемая элементами схемы, не пре­вышает 12 см2. В ней используются резисторы МЛТ-0,125 и малогабаритные конденсаторы С1, С8, С9 К53-1; СЗ — С5 — КМ; С2, С6, С7 — К52-1Б.

Описанный узел питания отличается простотой, ко­торая исключает какие-либо наладочные работы после монтажа. Если выходное стабилизированное положи­тельное напряжение отличается от номинального значе­ния более чем на 5 %, его выставляют, подбирая стаби­литрон VD3. Критериями исправности узла питания являются наличие выходных напряжений и ток холостого хода, не превышающий 2,5 мА.

 

Литература

 

 

В помощь радиолюбителю: Сборник. Вып. 93 / В. Ефремов, В. Федько

 







Рекомендуемый контент




Copyright © 2010-2017 housea.ru. Контакты: info@housea.ru При использовании материалов веб-сайта Домашнее Радио, гиперссылка на источник обязательна.