Zasilanie i regulatory
Stabilizator nadążny ±15 V, 1 A z noty katalogowej TI LM79xx: LM7915 dostrojony do dokładnie −15 V i LM7815, którego wyprowadzeniem masy steruje wzmacniacz operacyjny LM307, dzięki czemu szyna dodatnia odwzorowuje ujemną.
Przegląd układu
Kliknij dowolny element na schemacie powyżej, aby zobaczyć jego parametry elektryczne i rolę w układzie.
To rysunek 8 z noty katalogowej Texas Instruments LM79XX (SNOSBQ7C) — zasilacz symetryczny do układów ze wzmacniaczami operacyjnymi i układów audio, które potrzebują jednakowych szyn dodatniej i ujemnej. Szyny wytwarzają dwa stabilizatory stałonapięciowe: LM7915 dla −15 V i LM7815 dla +15 V (TI rysuje go jako LM340T-15, który nota katalogowa LM340 specyfikuje razem z LM7815). Same z siebie obie szyny mogłyby różnić się nawet o 1,2 V, bo każdy stabilizator gwarantuje dokładność tylko 4% (od 14,4 V do 15,6 V). Układ usuwa tę różnicę w dwóch krokach: potencjometr montażowy ustawia wyjście ujemne na dokładnie −15,0 V, a wzmacniacz operacyjny przesuwa wyprowadzenie GND stabilizatora dodatniego, aż dzielnik z rezystorów 1% między szynami wskaże 0 V, co wymusza na szynie dodatniej ten sam moduł. Diody ograniczające nie pozwalają, aby którekolwiek wyjście przeszło w przeciwną polaryzację. Niestabilizowane wejścia ±VIN pochodzą z osobnego prostownika z filtrem (TI mierzył tętnienia z kondensatorami wejściowymi 3000 µF); nie są narysowane.
| Stabilizowane napięcie wyjściowe | +15 V i −15 V z nadążaniem; do 1 A (TI, rysunek 8) |
|---|---|
| Stabilizacja obciążeniowa przy ΔIL = 1 A | 40 mV (−15 V), 2 mV (+15 V) (tabela do rysunku 8 TI) |
| Tętnienia wyjściowe | 100 µVrms przy CIN = 3000 µF, IL = 1 A (tabela do rysunku 8 TI) |
| Szum wyjściowy | 150 µVrms, 10 Hz ≤ f ≤ 10 kHz (tabela do rysunku 8 TI) |
| Stabilność temperaturowa | 50 mV (tabela do rysunku 8 TI) |
| Zakres napięcia wejściowego | +VIN od 17,7 V do 35 V (LM7815, TI SNOSBT0L); −VIN od −17,5 V do −35 V (LM7915, TI SNOSBQ7C) |
| Zakres dostrajania wyjścia | ≈ ±0,7 V (obliczone z R1, R2 i szyn ±15 V) |
| Zgodność szyn | Wyznaczana przez tolerancję R4 i R5 (na schemacie 1%) |
U1 (LM7815) obniża +VIN do +15 V, a U2 (LM7915) stabilizuje −VIN na −15 V. COMMON to punkt 0 V między szynami, wspólny z obciążeniem. Każdy stabilizator utrzymuje wyjście w stałej odległości 15 V od własnego wyprowadzenia GND, a w tym układzie żadne z wyprowadzeń GND nie jest połączone bezpośrednio z COMMON: właśnie to pozwala regulować oba wyjścia.
Wyprowadzenie GND układu U2 jest połączone z COMMON przez R1 (50 Ω). R3 jest włączony między dwa wyjścia, a jego suwak wprowadza prąd przez R2 (1 kΩ) do R1, podnosząc lub obniżając wyprowadzenie GND, a wraz z nim wyjście −15 V. Przy suwaku w skrajnym położeniu przesunięcie wynosi około:
ΔVGND ≈ ± VW (R1) / (R1 + R2) = ± 15 V × (50\,Ω) / (1050\,Ω) ≈ ± 0.71 VWłasny prąd wyprowadzenia GND stabilizatora, typowo 1,5 mA, również płynie przez R1 i dodaje około 75 mV; dostrojenie kompensuje także to. R3 ustawia się tak, aby na wyjściu było dokładnie −15,0 V.
R4 i R5, oba 10 kΩ 1%, tworzą dzielnik między +15 V a −15 V. LM307 porównuje jego punkt środkowy (wyprowadzenie 2) z COMMON (wyprowadzenie 3) i steruje wyprowadzeniem GND układu U1 z wyprowadzenia 6. Jeśli szyna dodatnia jest za wysoka, punkt środkowy wznosi się powyżej 0 V, wyjście wzmacniacza operacyjnego opada i obniża U1 o tę samą wartość. Pętla ustala się, gdy punkt środkowy jest na 0 V:
V+ = -V- × (R4) / (R5)Przy R4 = R5 wyjście dodatnie jest równe modułowi wyjścia ujemnego, więc dostrojenie R3 ustawia obie szyny. TI zaznacza, że tolerancja R4 i R5 decyduje o tym, jak dokładnie wyjścia są równe. Wyjście wzmacniacza przesuwa się tylko o różnicę między własnym napięciem LM7815, od 14,4 V do 15,6 V, a wartością docelową, i musi przyjmować prąd spoczynkowy U1, do 8 mA.
C1 i C2 (po 25 µF) są na wyjściach. TI wymaga kondensatora wyjściowego dla stabilności LM79xx: 1 µF tantalowego stałego lub 25 µF aluminiowego elektrolitycznego. D1 i D2 (1N4001) w normalnej pracy są spolaryzowane zaporowo; TI rysuje je bez opisu ich przeznaczenia. Jeśli jedno z wyjść zostanie pociągnięte za COMMON w stronę przeciwnej polaryzacji, na przykład gdy jeden stabilizator uruchomi się przed drugim przy obciążeniu włączonym między szyny, dioda zaczyna przewodzić i ogranicza napięcie wsteczne na tym stabilizatorze do około jednego spadku na diodzie.
C4 i C5 są potrzebne tylko wtedy, gdy kondensatory filtrujące zasilacza niestabilizowanego są dalej niż 3 cale (około 7,6 cm). LM7815 potrzebuje co najmniej 17,7 V, aby spełnić specyfikację stabilizacji napięciowej, i wytrzymuje najwyżej 35 V; LM7915 jest specyfikowany od −17,5 V do −30 V w testach stabilizacji napięciowej i wytrzymuje −35 V. Każdy stabilizator rozprasza spadek napięcia na nim pomnożony przez prąd obciążenia:
PD = (VIN - VOUT) × IOUT = (20 V - 15 V) × 1 A = 5 WPrzy takiej mocy oba stabilizatory wymagają radiatorów.
Wzmacniacz operacyjny utrzymuje punkt środkowy R4/R5 na 0 V, więc szynę dodatnią wyznaczają szyna ujemna i stosunek rezystorów.
| Oznaczenie | Parametr | Wartość typowa |
|---|---|---|
| R4 | Górny rezystor dzielnika | 10kΩ |
| R5 | Dolny rezystor dzielnika | 10kΩ |
| V − | Wyjście ujemne | -15V |
| V + | Wyjście dodatnie | 15V |
Przesunięcie wyprowadzenia masy U2, a zatem wyjścia −15 V, przy suwaku R3 w dowolnym skrajnym położeniu. Pominięto własny prąd wyprowadzenia masy stabilizatora.
| Oznaczenie | Parametr | Wartość typowa |
|---|---|---|
| VW | Napięcie suwaka w skrajnym położeniu | 15V |
| R1 | Rezystor odniesienia dostrajania | 50Ω |
| R2 | Rezystor zasilający dostrajanie | 1000Ω |
| Δ VGND | Zakres dostrajania (obliczony) | 0.71V |
Ciepło w każdym stabilizatorze; wejście 20 V to wartość przykładowa.
| Oznaczenie | Parametr | Wartość typowa |
|---|---|---|
| VIN | Moduł napięcia wejściowego (przykład) | 20V |
| VOUT | Moduł napięcia wyjściowego | 15V |
| IOUT | Prąd obciążenia | 1A |
| PD | Moc tracona (obliczona) | 5W |
Wszystkie elementy potrzebne do zbudowania tego układu. Wybierz oznaczenie, aby obejrzeć element na schemacie.
| Oznacz. | Komponent | Wartość | Obudowa | Rola w układzie | Dokumentacja |
|---|---|---|---|---|---|
| Stabilizator napięcia dodatniego Na rysunku 8 TI — LM340T-15. Ta sama nota katalogowa TI (SNOSBT0L) co LM7805. | LM7815 | TO-220 | Stabilizator +15 V | — | |
| Stabilizator napięcia ujemnego Na rysunku 8 TI — LM7915CT. | LM7915 | TO-220 | Stabilizator −15 V | — | |
| Wzmacniacz operacyjny | LM307 | DIP-8 | Wzmacniacz nadążny | — | |
| Rezystor | 50Ω | Axial / 0805 | Odniesienie dostrajania | — | |
| Rezystor | 1kΩ | Axial / 0805 | Zasilanie dostrajania | — | |
| Potencjometr montażowy | 5kΩ | Trimmer | Dostrojenie wyjścia do −15,0 V | — | |
| Rezystor precyzyjny | 10kΩ 1% | Axial / 0805 | Dzielnik nadążny | — | |
| Rezystor precyzyjny | 10kΩ 1% | Axial / 0805 | Dzielnik nadążny | — | |
| Aluminiowy kondensator elektrolityczny Najbliższa popularna wartość to 22 µF. Napięcie znamionowe powyżej 15 V. | 25µF | Radial | Wyjście +15 V | — | |
| Aluminiowy kondensator elektrolityczny + do COMMON. Wymagany dla stabilności LM79xx. | 25µF | Radial | Wyjście −15 V | — | |
| Aluminiowy kondensator elektrolityczny Tylko jeśli kondensatory filtrujące są dalej niż 3 cale. Napięcie znamionowe powyżej +VIN. | 25µF | Radial | Odsprzęganie +VIN | — | |
| Aluminiowy kondensator elektrolityczny + do COMMON. Tylko jeśli kondensatory filtrujące są dalej niż 3 cale. | 25µF | Radial | Odsprzęganie −VIN | — | |
| Dioda prostownicza 1N4007 działa tak samo; ma tylko wyższe dopuszczalne napięcie wsteczne. | 1N4001 | DO-41 | Ogranicznik +15 V | Dioda prostownicza: pinout i nota katalogowa | |
| Dioda prostownicza 1N4007 działa tak samo; ma tylko wyższe dopuszczalne napięcie wsteczne. | 1N4001 | DO-41 | Ogranicznik −15 V | Dioda prostownicza: pinout i nota katalogowa |
Pułapki spotykane przy prawdziwym montażu wraz z rozwiązaniem każdej z nich.
Żadna wkładka nie jest na potencjale COMMON. Wkładka LM7915 to jego wejście −VIN, a wkładka LM7815 to jego wyprowadzenie GND, które w tym układzie jest wyjściem wzmacniacza operacyjnego. Przykręcenie obu do jednego metalowego radiatora lub uziemionej obudowy bez izolacji zwiera ze sobą −VIN, wyjście wzmacniacza i COMMON.
Odizoluj każdy stabilizator podkładką mikową lub silikonową i tuleją izolacyjną albo daj każdemu osobny, odizolowany radiator.
W obudowie TO-220 wyprowadzenia LM7815 to INPUT, GND, OUTPUT, ale LM7915 to GND, INPUT, OUTPUT. Skopiowanie mozaiki stabilizatora dodatniego dla ujemnego zamienia jego wejście i masę.
Przed lutowaniem sprawdź każdy element ze schematem połączeń z jego własnej noty katalogowej (TI SNOSBT0L §5, TI SNOSBQ7C, rysunek 1).
Każdy stabilizator rozprasza (VIN − VOUT) · IOUT, czyli około 5 W przy 1 A z 20 V. Bez radiatora stabilizator nagrzewa się, aż zabezpieczenie termiczne ograniczy wyjście.
Utrzymuj mały, ale większy od minimalnego zapas napięcia wejściowego i dobierz radiator do rzeczywistego prądu obciążenia.
Szyna dodatnia kopiuje ujemną przez R4 i R5. Różnica 1% między nimi daje około 1% różnicy modułów szyn.
Stosuj na R4 i R5 rezystory 1% lub dokładniejsze, a gdy szyny muszą być bardzo zgodne — dobrane pary.
Zbudowałeś, zasymulowałeś lub przejrzałeś ten obwód? Potwierdź go albo zgłoś błędną część, wartość lub połączenie.
Otwiera publiczny formularz na GitHubie z już wpisaną tą stroną; potrzebne jest bezpłatne konto GitHub. Jak działają zgłoszenia i potwierdzenia
Zasilacz nominalnie 9 V → 5 V z ST L7805CV, kondensatorami odsprzęgającymi wejście/wyjście, diodą rozładowującą i wskaźnikiem LED. Zawiera parametry z warunkami i obliczenia cieplne.
Wysokowydajny impulsowy regulator obniżający 150 kHz dostarczający stabilizowane napięcie 5V przy obciążeniu ciągłym do 3A z zasilania 7V–40V DC przy minimalnej liczbie komponentów zewnętrznych.
Układ regulacji napięcia stałego z TI LM317KCS i nominalnym wejściem 12V. Obliczone nastawy do 9V zachowują zalecany zapas 3V; dopuszczalny prąd wymaga analizy obciążenia i bilansu cieplnego.