Alimentatore lineare a doppia uscita regolabile: 10 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:01

Caratteristiche:

• Conversione AC – DC Doppie tensioni di uscita (Positivo – Terra – Negativo)
• Guide positive e negative regolabili
• Solo un trasformatore CA a uscita singola
• Rumore in uscita (20 MHz-BWL, senza carico): circa 1,12 mVpp
• Uscite stabili e a basso rumore (ideale per alimentare amplificatori operazionali e preamplificatori)
• Tensione di uscita: da +/-1,25V a +/-25V Corrente di uscita massima: da 300mA a 500mA
• Economico e facile da saldare (tutti i pacchetti di componenti sono DIP)

Un alimentatore a doppia uscita a basso rumore è uno strumento essenziale per qualsiasi appassionato di elettronica. Ci sono molte circostanze in cui è necessario un alimentatore a doppia uscita come la progettazione di preamplificatori e l'alimentazione di OPAMP. In questo articolo, costruiremo un alimentatore lineare che un utente può regolare i suoi binari positivi e negativi in modo indipendente. Inoltre, all'ingresso viene utilizzato solo un normale trasformatore CA a uscita singola.

[1] Analisi del circuito

La figura 1 mostra il diagramma schematico del dispositivo. D1 e D2 sono diodi raddrizzatori. C1 e C2 costruiscono il primo stadio del filtro di riduzione del rumore.

Passaggio 1: Figura 1, diagramma schematico dell'alimentatore a basso rumore

R1, R2, C1, C2, C3, C4, C5 e C6 costruiscono un filtro RC passa basso che riduce il rumore dai binari sia positivi che negativi. Il comportamento di questo filtro può essere esaminato sia in teoria che in pratica. Un oscilloscopio con una funzione di diagramma di bode può eseguire queste misurazioni, come un Siglent SDS1104X-E. IC1 [1] e IC2 [2] sono i principali componenti di regolazione di questo circuito.

Secondo la scheda tecnica IC1 (LM317): “Il dispositivo LM317 è un regolatore di tensione positiva a tre terminali regolabile in grado di fornire più di 1,5 A su un intervallo di tensione di uscita da 1,25 V a 37 V. Richiede solo due resistori esterni per impostare la tensione di uscita. Il dispositivo presenta una regolazione tipica della linea dello 0,01% e una regolazione tipica del carico dello 0,1%. Include la limitazione della corrente, la protezione da sovraccarico termico e la protezione dell'area operativa sicura. La protezione da sovraccarico rimane funzionante anche se il terminale ADJUST è scollegato”.

Come è chiaro, questo regolatore introduce buoni valori di regolazione della linea e del carico, quindi possiamo aspettarci di ottenere una linea di uscita stabile. Questo è identico all'IC2 (LM337). L'unica differenza è che questo chip viene utilizzato per regolare le tensioni negative. D3 e D4 sono usati per la protezione.

I diodi forniscono un percorso di scarica a bassa impedenza per evitare che i condensatori (C9 e C10) si scarichino nell'uscita dei regolatori. R4 e R5 vengono utilizzati per regolare le tensioni di uscita. C7, C8, C9 e C10 vengono utilizzati per filtrare i rumori di uscita rimasti.

[2] Layout PCB

La Figura 2 mostra il layout PCB del circuito. È progettato su una scheda PCB a strato singolo e tutti i pacchetti di componenti sono DIP. È abbastanza facile per tutti saldare il componente e iniziare a utilizzare il dispositivo.

Passaggio 2: Figura 2, layout PCB dell'alimentatore

Ho usato le librerie dei componenti SamacSys per IC1 [3] e IC2 [4]. Queste librerie sono gratuite e, cosa più importante, seguono gli standard di impronta industriale IPC. Uso Altium, quindi ho installato direttamente le librerie utilizzando il plugin Altium [5]. La Figura 3 mostra i componenti selezionati. Plugin simili possono essere utilizzati per KiCad e altri software CAD.

Passaggio 3: Figura 3, Librerie di componenti SamacSys (plugin AD) per IC1 (LM137) e IC2 (LM337)

La Figura 4 mostra una vista 3D della scheda PCB.

Passaggio 4: Figura 4, una vista 3D della scheda PCB finale

[3] Assemblaggio e test La Figura 5 mostra la scheda assemblata. Ho deciso di utilizzare un trasformatore da 220 V a 12 V per ottenere un massimo di +/- 12 V in uscita. La Figura 6 mostra il cablaggio richiesto.

Passaggio 5: Figura 5, Circuito assemblato

Passaggio 6: Figura 6, trasformatore e diagramma di cablaggio del circuito

Ruotando i potenziometri multigiro R4 e R5, è possibile regolare le tensioni sui binari positivo e negativo in modo indipendente. La Figura 7 mostra un esempio, in cui ho regolato l'uscita a +/-9V.

Passaggio 7: Figura 7, binari +/-9V in uscita

Ora è il momento di misurare il rumore in uscita. Ho usato l'oscilloscopio Siglent SDS1104X-E che introduce una sensibilità di 500 uV/div all'ingresso che lo rende ideale per tali misurazioni. Ho messo il canale uno su 1X, accoppiamento AC, limite di larghezza di banda 20MHz, quindi ho impostato la modalità di acquisizione su peak-detect.

Quindi ho rimosso il cavo di massa e ho usato una sonda a molla. Si noti che questa misurazione non è soggetta a carico di uscita. La Figura 8 mostra lo schermo dell'oscilloscopio e il risultato del test. La cifra Vpp del rumore è di circa 1,12 mV. Si noti che l'aumento della corrente di uscita aumenterà il livello di rumore/ripple. Questa è una storia vera per tutti gli alimentatori.

Passaggio 8: Figura 8, Rumore in uscita dell'alimentatore (in assenza di carico)

La potenza dei resistori R1 e R2 definisce la corrente di uscita. Quindi ho selezionato resistori da 3W. Inoltre, se si intende prelevare correnti elevate o la differenza di tensione tra ingresso e uscita del regolatore è elevata, non dimenticare di installare idonei dissipatori su IC1 e IC2. Puoi aspettarti di ottenere 500 mA (max) utilizzando resistori da 3 W. Se usi resistori da 2 W, questo valore diminuisce naturalmente fino a circa 300 mA (max).

[4] Materiali

La figura 9 mostra la distinta base.

Passaggio 9: Figura 9, Distinta materiali

Passaggio 10: riferimenti

Fonte:

[1] Scheda tecnica LM317:

[2] Scheda tecnica LM337:

[3]: Simbolo schematico e impronta PCB per LM317:

[4]: Simbolo schematico e impronta PCB per LM337:

[5]: Plugin Altium: