Блок питания для радиолюбителя
Вниманию радиолюбителей представляется разработка блока питания для домашней лаборатории. Достоинство данного БП в том, что не нужны дополнительные обмотки на силовом трансформаторе. Микросхема DA1 работает с однополярным питанием. Выходное напряжение плавно регулируется от 0 до 30в. Блок питания имеет плавную регулировку ограничения по току.
Схемотехническое решение несложно и данный блок питания может изготовить начинающий радиолюбитель.
Выпрямленное напряжение +38В, после конденсатора С1, подается на регулирующий транзистор VT2 и транзистор VT1. На транзисторе VT1, диоде VD2, конденсаторе С2 и резисторах R1, R2, R3 собран стабилизатор, который используется для питания микросхемы DA1. Диод VD2 представляет собой трехвыводной, регулируемый, параллельный стабилизатор напряжения. На выходе стабилизатора, резистором R2 устанавливается напряжение +6,5 вольт, т. к. предельное питающее напряжение микросхемы DA1 VDD = 8 вольт. На операционном усилителе DA1.1 TLC2272 собрана регулирующая часть напряжения блока питания. Резистором R14 регулируется выходное напряжение блока питания. На один из контактов резистора R14 подается опорное напряжение, равное 2,5 вольта. Точность данного напряжения, в небольших пределах, устанавливается подбором резистора R9.
Через резистор R15, регулируемое резистором R14, напряжение подается на вход 3 операционного усилителя DA1.1. Через данный операционный усилитель производится обработка выходного напряжения блока питания. Резистором R11 регулируется верхний предел выходного напряжения. Как уже говорилось, микросхема DA1 питается однополярным напряжением 6,5В. И, тем не менее, на выходе блока питания удалось получить выходное напряжение равное 0 в.
На микросхеме DA1.2 построен узел защиты блока питания по току и от КЗ. Таких схемотехнических решений узлов защиты было описано множество в различной РЛ литературе и поэтому подробно не рассматривается.
В авторском варианте ток можно регулировать от 0 до 3А. Цепочка R10 и VD4 используется как индикатор перегрузки по току и КЗ.
Принципиальная схема блока питания показана на рис.1.
Налаживание блока питания начинают с подачи напряжения +37…38 В. На конденсатор С1. С помощью резистора R2 выставляют на коллекторе VT1 напряжение +6,5В. Микросхему DA1 в панельку не вставляют. После того, как выходное напряжение на ножке 8 панельки DA1 установлено +6,5В, выключают питание и вставляют в панельку микросхему. После включают питание и, если напряжение на ножке 8 DA1 отличается от +6,5В, производят его подстройку. Резистор R14 должен быть выведен на 0, т.е. в нижнее по схеме положение. После того, как напряжение питания микросхемы установлено, устанавливают опорное напряжение +2,5В на верхнем выводе переменного резистора R14. Если оно отличается от указанного в схеме, подбирают резистор R9. После этого резистор R14 переводят в верхнее положение и подстроечным резистором R11 устанавливают верхний предел выходного напряжения +30В. Выходное нижнее напряжение без резистора R16 равно 3,3 мВ, что не сказывается на показании цифрового индикатора и показания равны 0в. Если между ножками 1 и 2 микросхемы DA1.1 включить резистор 1,3МОм., то нижний предел выходного напряжения уменьшится до 0,3 мВ. Контактные площадки для резистора R16 в печатной плате предусмотрены. Затем подключают реостатное сопротивление в нагрузку и проверяют параметры узла защиты. При необходимости подбирают резисторы R6 и R8.
В данной конструкции можно использовать следующие компоненты.
VD2, VD3 — KPU2EH19, вместо транзистора VT2 TIP147 можно использовать отечественный транзистор КТ825, VT3 – BD139, BD140, VT1 – любой кремневый малой или средней мощности транзистор с напряжением Uк не менее 50в. Подстроечные резисторы R2 и R11 из серии СП5. Силовой трансформатор можно применить на мощность 100 … 160Вт. Резистор R16 с характеристикой ТК не хуже 30 ppm/ Со и должен быть, либо проволочного, либо металло-фольгированного типа. Блок питания собран на печатной плате размером 85 x 65 мм.
Узел опорного напряжения на VD3 можно заменить узлом на микросхеме TLE2425 – 2,5v. Входное напряжение данной микросхемы может варьироваться от 4 до 40в. Выходное напряжение стабильно – 2.5в.
Во время настройки вместо микросхемы TLC2272 экспериментально была применена микросхема TLC2262. Все параметры остались равными заданным, отклонений режимов не наблюдалось.
При испытаниях данной конструкции на питание микросхемы подавалось не 6,5 В, а 5 В. При этом резистор R9 = 1,6к. Узел питания микросхемы был заменен узлом, показанным на рис.5.
Если микросхема TLC2272 не в корпусе DIP-8, а SOIC-8, то можно поступить следующим образом, не переделывая печатной платы. Из изолированного материала готовится подложка — прямоугольник, размером 20 х 5 мм. На данный прямоугольник, клеем «МОМЕНТ», приклеивается «лапками к верху», т.е. вверх ногами, микросхема. Расположение микросхемы на подложке показано на рис.6.
После чего, получившийся «бутерброд» приклеивают, все тем же клеем, на обратной стороне печатной платы, предварительно удалив панельку DIP-8 (если она впаивалась). Подложку с микросхемой приклеивают, располагая равномерно между контактными площадками микросхемы на печатной плате. Ножка 1 микросхемы должна быть напротив контактной площадки, принадлежащей ножке 1 микросхемы DA1, или сдвинута чуть ниже. После этой операции, с помощью гибких проводников и паяльника соединяем ножки микросхемы и контактные площадки на печатной плате.
Радиолюбителями было собрано несколько экземпляров данных блоков питания. Все они начинали работать сразу и показали заданные результаты.
При разработке конструкции учитывалась не дорогая база деталей, минимум деталей, простота в налаживании и обращении, а так же выходные параметры, наиболее приемлемые среди радиолюбителей.
Позиционные обозначения элементов на схемах
Международный стандарт — IEEE 315.
В данный список ▼ также добавлены обозначения, не отражённые в стандарте, но встречающиеся на практике.
A — Separable assembly or sub-assembly (e.g. printed circuit assembly) — Отдельный модуль или устройство
AE — Aerial — Антенна
ANT — Antenna — Антенна
AR — Amplifier (other than rotating), repeater — Усилитель, повторитель
AT — Attenuator, inductive termination, resistive termination — Аттенюатор, индуктивная оконечная нагрузка, резистивная оконечная нагрузка
B — Bead Ferrite — Ферритовый фильтр
B — Battery — Батарея
B — Motor — Электродвигатель
BR — Bridge rectifier — Диодный мост
BT — Battery — Батарея
BT — Photovoltaic transducer, solar cell — Фотогальванический преобразователь, солнечная батарея
C — Capacitor — Конденсатор
CB — Circuit Board — Монтажная плата
CB — Circuit breaker — Автоматический выключатель
CN — Capacitor network — Конденсаторная сборка
CN — Contact — Контакт
CP — Connector adapter, junction (coaxial or waveguide) — Переходник, cоединение (коаксиала или волновода)
CR — Diode (TVS, thyristor, Zener, asymmetrical varistor, photodiode, stabistor, varactor
overvoltage absorber) — Диод (лавинный диод, тиристор, стабилитрон, варистор с асимметричной ВАХ, фотодиод, стабистор, варактор, поглотитель перенапряжения)
CRT — Cathode ray tube — Электронно-лучевая трубка
D — Diode (LED, TVS, thyristor, Zener, asymmetrical varistor, photodiode, stabistor, varactor
overvoltage absorber) — Диод (светодиод, лавинный диод, тиристор, стабилитрон, варистор с асимметричной ВАХ, фотодиод, стабистор, варактор, поглотитель перенапряжения)
DC — Directional coupler — Направленный соединитель
DL — Delay line — Линия задержки
DS — Display, alphanumeric display device, annunciator, signal lamp — Дисплей, алфавитно-цифровой индикатор, световой индикатор, сигнальная лампа
DSP — Digital signal processor — Цифровой сигнальный процессор
DSW — Dual in-line package switcher — DIP переключатель
E — Electrical contact, antenna, binding post, cable termination, electrical contact brush, electrical shield, ferrite bead rings, hall element, insulator, lightning arrester, magnetic core, permanent magnet, short circuit (termination), telephone protector, vibrating reed, miscellaneous electrical part — Электрический контакт, электрод, антенна, клемма, кабельный наконечник, электрическая щётка, электрический экран, ферритовое кольцо, элемент на эффекте холла, изолятор, искровой разрядник, магнитный сердечник, постоянный магнит, перемычка, громполоса, вибрирующий пружинный контакт, прочие радиодетали
EL — место крепления радиатора пайкой
EP — Earphone — Головные телефоны
EQ — Equalizer — Эквалайзер
EY — место крепления электронного компонента, в том числе за функциональный (токоведущий) вывод
F — Fuse — Предохранитель
FB — Ferrite bead — Ферритовый фильтр
FD — Fiducial — Точка выравнивания
FEB — Ferrite bead — Ферритовый фильтр
FET — Field-effect transistor — Полевой транзистор
FH — Fuse holder — держатель предохранителя
FL — Filter — Фильтр
G — Generator or oscillator, electronic chopper, interrupter vibrator, rotating amplifier, telephone magneto — Электрогенератор или осциллятор, электронный чоппер, вибропреобразователь, электромашинный усилитель, телефонный индуктор
GDT — Gas-discharge lamp — Газоразрядная лампа
GN — General network — Общая сеть
GND — Ground — «Земля», общий провод (обычно, минус питания)
GR — Проходной контакт (пустотелая заклёпка)
GT — Одиночный штыревой контакт
H — Hardware, e.g., screws, nuts, washers — Крепёжные элементы (винты, гайки, шайбы)
HP — Hydraulic part — Деталь гидравлики
HR — Heater, heating lamp, heating resistor, infrared lamp, thermomechanical transducer — Нагревательный элемент, нагревательная лампа, нагревательный резистор, инфракрасная лампа, термомеханический преобразователь
HS — Handset, operator’s set — Телефонная трубка, телефонная гарнитура
HT — Earphone — Головной телефон, наушники
HY — Circulator or directional coupler — Циркулятор или направленный ответвитель
I — Lamp — Лампа накаливания
IC — Integrated Circuit — Микросхема, интегральная схема
J — Jack, Receptacle, Terminal Strip, connector — Гнездо, розетка, патрон, клеммник, коннектор
J — Wire link, jumper — Джампер
J — Jumper chip — Резистор нулевого сопротивления (перемычка или SMD-предохранитель)
JFET — Junction gate field-effect transistor — Однопереходный полевой транзистор
JP — Jumper (Link) — Джампер
K — Relay, contactor — Реле, контактор, электромагнитный пускатель
L — Inductor, choke, electrical solenoid, field winding, generator field, lamp ballast, motor field, reactor — Катушка индуктивности, дроссель, соленоид, обмотка электромагнита, обмотка возбуждения генератора, индуктивный балласт, обмотка возбуждения электродвигателя, реактивная катушка
LA — Lightning arrester — Молниезащита
LCD — Liquid-crystal display — ЖК-дисплей
LDR — Light Dependent Resistor, — Фоторезистор
LED — Light-emitting diode — Светодиод
LS — Loudspeaker or buzzer, audible alarm, electric bell, electric horn, siren, telephone ringer, telephone sounder — Громкоговоритель или зуммер, звуковая сигнализация, электрический колокол, ревун, сирена, телефонный звонок, телефонный капсюль
M — Motor — Электродвигатель
M — Meter, electric timer, electrical counter, oscilloscope, position indicator, thermometer — Измеритель (обобщённый), электрический таймер, электрический счётчик, осциллограф, датчик положения, термометр
MCB — Miniature circuit breaker — Миниатюрный автоматический выключатель
MG — Dynamotor, motor-generator — Динамотор, моторгенератор
MIC — Microphone — Микрофон
MK — Microphone — Микрофон
MOSFET — Metal-oxide-semiconductor field-effect transistor — МОП-транзистор
MOV — Metal-oxide varistor — Варистор на базе оксида металла
MP — Mechanical part (including screws and fasteners) — Механическая деталь (в том числе крепёж)
MT — Accelerometer — Акселерометр
MV — Варистор
N — Neon Lamp — Неоновая лампа
NE — Neon Lamp — Неоновая лампа
NT — Терморезистор
NTC — Negative Temperature Coefficient — Терморезистор с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления
OP — Operational amplifier — Операционный усилитель
P — Plug — Штекер, штепсельная вилка, разъём
P — Одиночный штыревой контакт
PC — Photocell — Фотоэлемент
PCB — Printed circuit board — Печатная плата
PH — Earphone — Головные телефоны
PL — Разъём
PLC — Programmable logic controller — Программируемый логический контроллер
PS — Power supply, rectifier (complete power-supply assembly) — Вторичный источник электропитания, выпрямитель тока
PTC и PTH — Positive Temperature Coefficient — Позистор (терморезистор с положительным температурным коэффициентом сопротивления)
PU — Pickup, head — Звукосниматель, передающая телевизионная трубка, магнитная головка
Q — Transistor, semiconductor controlled rectifier, semiconductor controlled switch, phototransistor (3 terminal), thyratron (semiconductor device) — Транзистор, полупроводниковый преобразователь, полупроводниковый ключ, фототранзистор трёхконтактный, тиратрон полупроводниковый
R — Resistor, function potentiometer, instrument shunt, magnetoresistor, potentiometer, relay shunt, rheostat — Резистор, функциональный потенциометр, измерительный шунт, магниторезистор, потенциометр, шунт обмотки реле, реостат
RE — Radio receiver — Радиоприёмное устройство
RFC — Radio frequency choke — Высокочастотный дроссель
RJ — Resistor Joint — Резисторная сборка
RLA — Relay — Реле
RN — Resistor Network — Резисторная сборка
RT — Thermistor, ballast lamp, ballast tube, current-regulating resistor, thermal resistor — Терморезистор, термистор, электровакуумный стабилизатор тока, газоразрядный стабилитрон, токорегулирующий резистор, терморезистор
RV — Varistor, symmetrical varistor, voltage-sensitive resistor — Варистор, варистор с симметричной вах, резистор управляемый напряжением
RY — Relay — Реле
S — Switch, contactor (manually, mechanically or thermally operated), flasher (circuit interrupter), governor (electrical contact type), telegraph key, telephone dial, thermal cutout (circuit interrupter) (not visual), thermostat — Переключатель, выключатель, кнопка, пускатель (ручной, механический, термический), прерыватель цепи, регулятор контактного типа, телеграфный ключ, номеронабиратель, термовыключатель, тепловое реле
S — Разъём
SCR — Silicon controlled rectifier — Однонаправленный управляемый тиристор
SG — Spark gap — Разрядник
SP — Контрольная точка
SPK — Speaker — Громкоговоритель
SQ — Electric squib — Электровоспламенитель
SR — Rotating contact, slip ring — Вращающийся контакт, контактное кольцо
SUS — Silicon unilateral switch — Пороговый тринистор
SW — Switch — Переключатель, выключатель, кнопка
T — Transformer — Трансформатор
TB — Connecting strip, test block — Клеммная колодка, тест-блок
TC — Thermocouple — Термопара
TFT — Thin-film-transistor display — TFT-дисплей
TH — Thermistor — Терморезистор, термистор
TP — Test point — Контрольная (измерительная) точка
TR — Transistor — Транзистор
TR — Radio transmitter — Радиопередатчик
TUN — Tuner — Тюнер
U — Integrated Circuit — Микросхема, интегральная схема
U — Photon-coupled isolator — Оптопара
V — Vacuum tube, valve, ionization chamber, klystron, magnetron, phototube, resonator tube (cavity type), solion, thyratron (electron tube), traveling-wave tube, voltage regulator (electron tube) — Радиолампа, ионизационная камера, клистрон, магнетрон, вакуумный фотоэлемент, полостной вакуумный резонатор, хемотронный датчик, тиратрон (радиолампа), лампа бегущей волны, регулятор напряжения (радиолампа)
VC — Variable capacitor — Переменный конденсатор
VDR — Voltage Dependent Resistor — Варистор; резистор, управляемый напряжением
VFD — Vacuum fluorescent display — Вакуумно-люминесцентный индикатор
VLSI — Very-large-scale integration — СБИС — сверхбольшая интегральная схема
VR — Variable resistor (potentiometer or rheostat) — Переменный резистор (потенциометр или реостат)
VR — Voltage regulator — Регулятор (стабилизатор) напряжения
VT — Voltage transformer — Трансформатор напряжения
W — Wire, bus bar, cable, waveguide — Провод, перемычка, шина, кабель, волновод
WT — Wiring tiepoint — Точка примыкания
X — Solar cell — Солнечный элемент
X — Other converters — Преобразователи, не включаемые в другие категории
X — Ceramic resonator — Керамический резонатор, кварцевый генератор
X_ — Socket connector for another item — Разъём для элементов. Вторая буква соответствует подключаемому элементу
XA — Socket connector for printed circuit assembly connector — Разъём для печатных плат
XDS — Socket connector for light socket — Разъём для патрона
XF — Socket connector for fuse holder — Разъём для предохранителя
XL — Lampholder — Ламповый патрон
XMER — Transformer — Трасформатор
XTAL — Crystal — Кварцевый генератор
XU — Socket connector for integrated circuit connector — Разъём для микросхемы
XV — Socket connector for vacuum tube socket — Разъём для радиолампы
Y — Crystal or oscillator — Кварцевый резонатор или осциллятор
Z — Zener diode — Стабилитрон
Z — Balun, coupled tunable resonator, directional phase shifter (non-reciprocal), gyrator, mode suppressor, multistub tuner, phase shifter, resonator (tuned cavity) — Симметрирующий трансформатор, связанный перестраиваемый резонатор, направленный фазовращатель (не обратный), гиратор, фильтр нежелательных тип, кварцевый пьезофильтр.
ZD — Zener Diode — Стабилитрон
ZSCT — Zero sequence current transformer, also called a window-type current transformer — Трансформатор тока нулевой последовательности, трансформатор тока с проёмом для первичной цепи
Отечественные обозначения радиодеталей
Буквенные обозначения электронных компонентов на отечественных схемах регламентированы ГОСТ 2.710-81 «Обозначения буквенно-цифровые в электрических схемах».
A — Устройства
AA — Регулятор тока
AB — Приводы исполнительных механизмов
AC — Устройство АВР
AF — Регулятор частоты
AK — Устройство (комплект) реле защит
AKB — Устройство блокировки типа КРБ
AKS — Устройство АПВ
AKV — Устройство комплектное продольной дифзащиты ЛЭП
AKZ — Устройство комплектное реле сопротивления
AR — Устройство комплектное реле УРОВ
AV — Устройство регулирования напряжения
AW — Регулятор мощности
B — Преобразователи неэлектрических величин в электрические (кроме генераторов и источников питания) или наоборот аналоговые или многоразрядные преобразователи или датчики для указания или измерения
BA — Громкоговоритель
BB — Магнитострикционный элемент
BC — Сельсин-датчик
BD — Детектор ионизирующих излучений
BE — Сельсин-приемник
BF — Телефон (капсюль)
BK — Тепловой датчик
BL — Фотоэлемент
BM — Микрофон
BP — Датчик давления
BQ — Пьезоэлемент
BR — Датчик частоты вращения (тахогенератор)
BS — Звукосниматель
BT — Датчик температуры
BV — Датчик скорости
BVA — Счетчик вольтамперчасов реактивных
BW — Счетчик ватт-часов активных
C — Конденсаторы
CB — Конденсаторный силовой блок
CG — Конденсаторный зарядный блок
D — Схемы интегральные, микросборки
DA — Схема интегральная аналоговая
DD — Схема интегральная, цифровая, логический элемент
DS — Устройства хранения информации
DT — Устройство задержки
E — Элементы разные
EK — Нагревательный элемент
EL — Лампа осветительная
ET — Пиропатрон
F — Разрядники, предохранители, устройства защитные
FA — Дискретный элемент защиты по току мгновенного действия
FP — Дискретный элемент защиты по току инерционного действия
FU — Предохранитель плавкий
FV — Дискретный элемент защиты по напряжению, разрядник
G — Генераторы, источники питания, кварцевые осцилляторы
GB — Батарея
GC — Синхронный компенсатор
GE — Возбудитель генератора
GEA — Подвозбудитель (вспомогательный возбудитель)
H — Устройства индикационные и сигнальные
HA — Прибор звуковой сигнализации
HG — Индикатор символьный
HL — Прибор световой сигнализации
HLA — Световое табло
HLG — Лампа сигнализации с линзой зеленой
HLR — Лампа сигнализации с линзой красной
HLW — Лампа сигнализации с линзой белой
HY — Индикатор полупроводниковый
K — Реле, контакторы, пускатели
KA — Реле токовое
KA0 — Реле тока нулевой последовательности, токовая защита нулевой последовательности
KAT — Реле тока с насыщающимся трансформатором, токовая защита с выдержкой времени
KAW — Реле тока с торможением
KAZ — Реле тока фильтровое
KB — Реле блокировки
KBS — Реле блокировки от многократных включений
KCC — Реле команды «включить»
KCT — Реле команды «отключить»
KF — Реле частоты
KH — Реле указательное
KHA — Реле импульсной сигнализации
KK — Реле электротепловое
KLP — Реле давления повторительное
KM — Контактор, магнитный пускатель
KQ — Реле фиксации положения выключателя
KQC — Реле положения «Включено»
KQQ — Реле фиксации команды включения
KQS — Реле фиксации положения разъединителя
KQT — Реле положения «Отключено»
KS — Реле контроля
KSG — Реле газовое
KSH — Реле струи (напора)
KSS — Реле контроля синхронизма
KSV — Реле контроля напряжения
KT — Реле времени
KV — Реле напряжения
KVZ — Фильтр – реле напряжения
KW — Реле мощности
KZ — Реле сопротивления
L — Катушки индуктивности, дроссели
LG — Реактор
LL — Дроссель люминесцентного освещения
LR — Обмотка возбуждения генератора
M — Двигатели
P — Приборы, измерительное оборудование
PA — Амперметр
PC — Счетчик импульсов электромеханический
PF — Частотомер
PG — Осциллограф
PHE — Указатель положения
PI — Счетчик активной энергии
PK — Счетчик реактивной энергии
PR — Омметр
PS — Регистрирующий прибор
PT — Часы, измеритель времени действия
PV — Вольтметр
PVA — Варметр
PW — Ваттметр
Q — Выключатели и разъединители в силовых цепях
QF — Выключатель автоматический
QK — Короткозамыкатель
QN — Короткозамыкатель
QR — Отделитель
QS — Разъединитель
QW — Выключатель нагрузки
R — Резисторы
RK — Терморезистор
RP — Потенциометр
RR — Реостат
RS — Шунт измерительный
RU — Варистор
S — Устройства коммутационные в цепях управления, сигнализации и измерительных
SA — Выключатель или переключатель
SAB — Переключатель, ключ в цепях блокировки
SAC — Переключатель режима
SB — Выключатель кнопочный
SC — Коммутатор
SF — Выключатель автоматический
SK — Выключатель, срабатывающий от температуры
SL — Выключатель, срабатывающий от уровня
SN — Переключатель измерений
SP — Выключатель, срабатывающий от давления
SQ — Путевой выключатель конечный
SQ — Выключатель, срабатывающий от положения (путевой)
SQA — Вспомогательный контакт, фиксирующий аварийное отключение выключателя
SQC — Вспомогательный контакт в цепи электромагнита включения
SQK — Вспомогательный контакт, замыкающийся при отключении выключателя
SQM — Вспомогательный контакт, замыкающийся при включении выключателя (пуск двигателя завода пружин ABM)
SQT — Вспомогательный контакт в цепи электромагнита отключения
SQY — Вспомогательный контакт готовности пружин, управляющий электродвигателем завода пружин ABM
SR — Выключатель, срабатывающий от частоты вращения
SS — Переключатель синхронизации
SX — Накладка оперативная
T — Трансформаторы, автотрансформаторы
TA — Трансформатор тока
TAN — Трансформатор тока нулевой последовательности
TAV — Трансреактор
TL — Трансформатор промежуточный
TLV — Трансформатор отбора напряжения
TS — Электромагнитный стабилизатор
TS — Электромагнитный стабилизатор
TUV — Трансформатор регулировочный
TV — Трансформатор напряжения
U — Преобразователи электрических величин в электрические, устройства связи
UA — Преобразователь тока
UB — Модулятор
UF — Преобразователь частоты
UI — Дискриминатор
UR — Демодулятор
UV — Преобразователь напряжения, фазорегулятор
UZ — Преобразователь частотный, инвертор, генератор частоты, выпрямитель
V — Приборы электровакуумные, полупроводниковые
VD — Диод, стабилитрон
VL — Прибор электровакуумный
VS — Тиристор
VT — Транзистор
W — Линии и элементы сверхвысокой частоты, антенны
WA — Антенна
WE — Ответвитель
WK — Короткозамыкатель
WS — Вентиль
WT — Трансформатор, неоднородность, фазовращатель
WU — Аттенюатор
X — Соединения контактные
XA — Токосъемник, контакт скользящий
XB — Перемычка
XG — Испытательный зажим
XN — Соединение неразборное
XP — Штырь
XS — Гнездо
XT — Соединение разборное
XW — Соединитель высокочастотный
Y — Устройства механические с электромагнитным приводом
YA — Электромагнит
YAB — Замок электромагнитной блокировки
YAC — Электромагнит включения в приводе воздушного выключателя (легкий привод), контактор включения
YAT — Электромагнит отключения (соленоид отключения)
YB — Тормоз с электромагнитным приводом
YC — Муфта с электромагнитным приводом
YH — Электромагнитный патрон или плита
YMC — Электромагнит включения в приводе масляного выключателя (тяжелый привод)
Z — Устройства оконечные, фильтры, ограничители
ZA — Фильтр тока
ZF — Фильтр частоты
ZL — Ограничитель
ZQ — Фильтр кварцевый
ZV — Фильтр напряжения
Буквенные коды функционального назначения радиоэлектронного устройства или элемента
A — Вспомогательный
C — Считающий
D — Дифференцирующий
F — Защитный
G — Испытательный
H — Сигнальный
I — Интегрирующий
M — Главный
N — Измерительный
P — Пропорциональный
Q — Состояние (старт, стоп, ограничение)
R — Возврат, сброс
S — Запоминающий, записывающий
т — Синхронизирующий, задерживающий
V — Скорость (ускорение, торможение)
W — Суммирующий
X — Умножение
Y — Аналоговый
Z — Цифровой
Операционные усилители. Часть 4: Активный детектор. Умножение и деление на ОУ. Источники питания. Усилители мощности
В предыдущей публикации цикла мы разобрались, как работают составные части ПИД-регулятора, научились производить операции сложения и вычитания, находить производную и интеграл по времени.
В данной публикации цикла мы научимся с помощью ОУ производить операции деления и умножения, находить модуль, определять знак, сравнивать числа и находить наибольшее из них. Для этого мы разберём работу ряда схем на ОУ с «обвязкой» из транзисторов и диодов.
Публикация содержит большое количество схем, работа большинства которых понятна без подробных объяснений, диаграмм и графиков. Часть решений дана для информации: они служат основой для специализированных микросхем и в «чистом виде» в современной разработке уже не применяются.
Для тех, кто присоединился недавно, сообщаю, что это четвёртая из шести публикаций цикла. Содержание публикаций со ссылками на них находится в конце статьи.
На КДПВ к компании операционных усилителей К140УД708, К140УД1408 и К574УД2Б добавлен малошумящий двухканальный ОУ К157УД2 – советский аналог LM301.
Активный детектор
Детектор (однополупериодный выпрямитель) предназначен для передачи на выход сигналов только одной полярности. При подаче на вход детектора сигнала другой полярности, на выходе детектора устанавливается уровень 0 В.
Классическая схема активного детектора на ОУ приведена на рисунке ниже:
Схема при подаче на выход положительных значений входного сигнала (Uвх > 0) ведёт себя как повторитель. Нелинейность вольтамперной характеристики диода и величина прямого падения напряжения Uпр компенсируются ООС. При Uвх < 0, Uвых = 0 В.
Существенным недостатком схемы является переход DA1 в режим насыщения при подаче на вход отрицательного напряжения: это приводит к искажениям выходного сигнала при переходах нуля входным сигналом.
Усовершенствованная схема активного детектора на ОУ при отрицательных значениях входного сигнала ведёт себя как инвертирующий повторитель. При положительных значениях входного сигнала за счёт обратной связи через диод VD2 на выходе левого по схеме ОУ устанавливается напряжение, равное 2Uпр.
Активный пиковый детектор
Активный пиковый детектор служит для нахождения наибольшего значения входного сигнала:
Когда напряжение на входе схемы больше, чем на конденсаторе C1, диод VD1 открывается, и напряжения на входе детектора и на конденсаторе C1 выравниваются. Сброс хранящегося в C1 значения производится замыканием ключа S1.
Активный ограничитель сигнала
Схема активного ограничителя сигнала на ОУ приведена ниже:
Напряжение Uвых на выходе схемы не может превышать значение Uогр: при значениях Uвх < Uогр входное напряжение Uвх подаётся на неинвертирующий вход повторителя DA2. При Uвх > Uогр напряжение на выходе DA1 открывает диод VD1, DA1 начинает работать как повторитель, напряжение на выходе DA2 Uвых = Uогр.
Нахождение абсолютного значения напряжения сигнала
Абсолютное значение (модуль) напряжения входного сигнала находят с помощью активного двухполупериодного выпрямителя на двух ОУ:
Умножение и деление аналоговых сигналов
Иногда при обработке сигналов их требуется перемножить или поделить. В аналоговых вычислительных устройствах умножение и деление производят с помощью логарифмических преобразователей.
Перед началом логарифмического преобразования нам нужно выделить модуль, допустим, с помощью активного двухполупериодного выпрямителя, и определить знак, например, с помощью компаратора.
Затем всё как на старой доброй логарифмической линейке: произведение абсолютных значений (модулей) аналоговых сигналов равно сумме их логарифмов, а частное – разности, возведение в квадрат тождественно умножению логарифмического значения на два, а взять квадратный корень можно, уменьшив логарифм в два раза.
Сумму и разность логарифмов можно получить с помощью суммирующего и разностного звеньев, описанных в предыдущей публикации. Умножить на коэффициент можно с помощью пропорционального звена (см. первую и вторую части цикла) для K > 1 или делителя напряжения для 1 > K > 0.
Преобразовать линейное значение сигнала в логарифмическое можно с помощью логарифмического преобразователя. Схема логарифмического преобразователя, приведённого ниже, корректно работает с положительными значениями входного сигнала:
В цепи обратной связи можно использовать диод, но применение транзистора вместо диода даёт существенный выигрыш в плане температурной стабильности.
Обратное преобразование, из логарифмического представления в линейное, производит схема экспоненциального преобразователя, приведённая ниже:
По мере развития вычислительной мощности цифровых устройств тема аналогового умножения, деления и вычисления интеграла и производной по времени становится всё менее и менее актуальной. Тем не менее, специализированные микросхемы перемножителей напряжений по-прежнему выпускаются промышленностью.
Хорошо и обстоятельно тема умножения и деления с помощью ОУ разобрана в [3] в разделе «11.8 Аналоговые схемы умножения» на стр. 160 – 167. Математический аппарат подробно разобран в [1] в разделе «4.5 Перемножители напряжений» на стр. 126 – 132. Пример использования логарифмических преобразователей в качестве усилителя, управляемого напряжением, приведен на стр. 182 [4].
Необходимо заострить внимание на том, что передаточная характеристика логарифмических и экспоненциальных преобразователей на ОУ имеет сильную зависимость от температуры. Для поддержания постоянства параметров этих схем требуется температурная компенсация. Образец схемы логарифмического преобразователя с температурной компенсацией приведен на рис. 4.94 п на стр. 271 [2].
Компаратор на ОУ. Триггер Шмитта
Компаратор позволяет сравнить напряжение входного сигнала с опорным напряжением. Схема компаратора представляет собой ОУ без ООС. Опорное напряжение на приведённой ниже схеме подаётся на неинвертирующий вход:
Если напряжение на инвертирующем входе больше опорного, на выходе появляется отрицательное напряжение насыщения. Если меньше, то – положительное.
Недостатком этой схемы является эффект «дробления фронтов»: шум, который появляется в момент переключения.
От «дробления фронтов» избавляются введением в схему компаратора небольшой положительной обратной связи (ПОС). Номинал резистора R1 – порядка 100 кОм. Схема обладает гистерезисом и называется «триггером Шмитта»:
Для формирования сигналов цифровых логических уровней на выход компаратора или триггера Шмитта подключают транзисторный ключ с открытым коллектором (стоком).
Компараторы и триггеры Шмитта, в том числе с однополярным питанием и с преобразованием уровней, выпускаются промышленностью в большом ассортименте. В современной разработке целесообразно применять серийные образцы этих устройств.
Источник опорного напряжения
Операционные усилители в качестве источника опорного напряжения широко применялись до распространения специализированных микросхем линейных стабилизаторов типа LM317 или 78хх (79хх). На рисунке ниже приведена схема стабилизированного источника напряжения на ОУ:
Опорное напряжение Uоп со стабилитрона VD1 подаётся на неинвертирующий вход ОУ. На инвертирующий вход подаётся сигнал с делителя напряжения R2, R3. Если напряжение на инвертирующем входе больше Uоп, транзистор VT1 закрывается отрицательным напряжением на выходе ОУ. Когда напряжение на инвертирующем входе становится меньше Uоп, транзистор VT1 открывается.
В «динамике» схема работает как пропорциональный регулятор с колебательным переходным процессом. В современной разработке целесообразно применять серийные образцы интегральных линейных стабилизаторов.
Источник тока
На схеме ниже изображён стабилизированный источник тока:
Усилитель мощности
Усилители мощности с двухполярным питанием на основе ОУ были чрезвычайно популярны в конце прошлого века. В современной разработке превалируют интегральные усилители мощности на специализированных микросхемах.
На левой части рисунка изображён усилитель мощности на ОУ с непосредственной разгрузкой по току. Выходные транзисторы включены без смещения на базах, т.е. работают в «классе B». Схема охвачена ООС. Характерные для этого режима работы искажения типа «ступенька» дополнительно компенсируются передачей на выход усилителя мощности сигналов непосредственно с выхода ОУ через резистор R3. Это происходит, когда выходные транзисторы ещё не открыты или находятся на нелинейном участке характеристики.
На правой части рисунка изображён усилитель мощности на ОУ с косвенной разгрузкой по току. Выходные транзисторы работают в «классе AB», входным сигналом каскада служит падение напряжения на резисторах в цепях питания ОУ. Нелинейность схемы компенсируется ООС.
▍ От автора
В данной публикации предоставлен большой фактический объём сведений о схемах на ОУ с нелинейными элементами в цепях обратной связи.
Разработка усилителей мощности или источников питания на ОУ в современном мире может и не потребоваться, но знание того, что таится в недрах специализированных микросхем, ещё никому не помешало.
Из следующей публикации цикла мы узнаем, как реализовать на ОУ активный фильтр и генератор.
Данный цикл публикаций состоит из шести частей. Краткое содержание публикаций:
▍ Использованные источники:
1. Гутников. Интегральная электроника в измерительных устройствах. Энергоатомиздат, 1988
2. Хоровиц, Хилл. Искусство схемотехники. 2-изд. Мир, 1993
3. Титце, Шенк. Полупроводниковая схемотехника. 5-изд. Мир, 1982
4. Шкритек. Справочное руководство по звуковой схемотехнике. Мир, 1991
Описание микросхемы DA1
Микросхема LM324 — 4-канальный операционный усилитель широкого применения. LM324 выпускается в двух типах корпусов: DIP и SOIC. В состав LM324 входят четыре независимых операционных усилителя. Диапазон напряжений от 3в до 30в (+15, -15). Микросхема LM324 может работать как при однополярном, так и при двухполярном питании. Диапазон рабочих температур от 0 до +70 градусов по Цельсию.
Аналоги: КР1401УД2А, Б
Расположение контактов микросхемы LM324:
Инвертирующий вход 1
Инвертирующий вход 3
Неинвертирующий вход 1
Неинвертирующий вход 3
Неинвертирующий вход 2
Неинвертирующий вход 4
Инвертирующий вход 2
Инвертирующий вход 4
Основные характеристики
Коэффициент ослабления синфазных помех
Коэффициент ослабления нестабильности питания
Коэффициент усиления по напряжению
Коэффициент гармонических искажений
Описание симистора
Симистор (Тиристор) — полупроводниковый прибор, являющийся разновидностью тиристоров и используемый для коммутации в цепях переменного тока. В электронике часто рассматривается как управляемый выключатель (ключ). В отличие от тиристора, имеющего катод и анод, основные (силовые) выводы симистора называть катодом или анодом некорректно, так как в силу структуры симистора они являются тем и другим одновременно. Однако по способу включения относительно управляющего электрода основные выводы симистора различаются, причём имеет место их аналогия с катодом и анодом тиристора. На приведённом рисунке верхний по схеме вывод симистора называется выводом 1 или условным катодом, нижний — выводом 2 или условным анодом, вывод справа — управляющим электродом.
После подключения устройства к сети на один из электродов симистора подаётся переменное напряжение. На электрод, который является управляющим с диодного моста подаётся отрицательное управляющее напряжение. При превышении порога включения симистор откроется и ток пойдёт в нагрузку. В тот момент, когда напряжение на входе симистора поменяет полярность он закроется. Потом процесс повторяется.
Чем больше уровень управляющего напряжения тем быстрее включится симистор и длительность импульса на нагрузке будет больше. При уменьшении управляющего напряжения длительность импульсов на нагрузке будет меньше. После симистора напряжение имеет пилообразную форму с регулируемой длительностью импульса. В данном случае изменяя управляющее напряжение мы можем регулировать яркость электрической лампочки или температуру жала паяльника.
Симистор управляется как отрицательным так и положительным током. В зависимости от полярности управляющего напряжения рассматривают четыре так называемых сектора или режима работы. Но этот материал достаточно сложен для одной статьи.