Jednoduchý obvod pro získání bipolárního napájení z unipolárního zdroje. Stabilizovaný zdroj proudu s oboustrannou polaritou Napájecí zdroj s oboustrannou polaritou

Zvláštností tohoto obvodu je, že otáčením ovládacího knoflíku lze měnit nejen výstupní napětí, ale i jeho polaritu. Nastavení se provádí v rozsahu od +12V do -12V.

Napájecí obvod s nastavením polarity

V podstatě se jedná o dva samostatné stabilizátory napětí – kladný a záporný se společným regulačním rezistorem R5.
Transformátor pro zdroj je vyžadován i s dvojitým vinutím.
Když je jezdec rezistoru R5 ve střední poloze, oba stabilizátory jsou uzavřeny a výstupní napětí bude nulové. Když se motor pohybuje jedním nebo druhým směrem, otevře se jeden z nastavitelných stabilizátorů - buď „kladný“ nebo „záporný“, a podle toho se změní výstupní napětí.

Kapacity kondenzátorů C1 a C2 by neměly být menší než 1000 µF. Místo tranzistorů KT816 a KT817 můžete použít výkonnější - například KT818 a KT819. Výkon samotného napájecího zdroje přímo závisí na výkonu použitého transformátoru.
Transformátor musí mít dvě výstupní vinutí, každé alespoň 12 V.
Místo sestavy diod KTs405 můžete použít čtyři jednoduché diody zapojené do můstku.

Při návrhu průmyslových zařízení, na která se vztahují zvýšené požadavky na spolehlivost, jsem se nejednou setkal s problémem ochrany zařízení před nesprávnou polaritou napájecího připojení. I zkušeným montérům se občas podaří splést plus s mínusem. Tyto problémy jsou pravděpodobně ještě akutnější během experimentů začínajících elektronických inženýrů. V tomto článku se podíváme na nejjednodušší řešení problému - tradiční i zřídka používané metody ochrany.

Nejjednodušším řešením, které se hned nabízí, je zapojení běžné polovodičové diody do série se zařízením.


Jednoduché, levné a veselé, zdálo by se, že co jiného je potřeba ke štěstí? Tato metoda má však velmi vážnou nevýhodu - velký pokles napětí na otevřené diodě.


Zde je typická I-V charakteristika pro přímé připojení diody. Při proudu 2 ampéry bude pokles napětí přibližně 0,85 voltu. V případě nízkonapěťových obvodů 5 voltů a méně se jedná o velmi výraznou ztrátu. U vyšších napětí takový pokles hraje menší roli, ale je tu ještě jeden nepříjemný faktor. V obvodech s vysokou spotřebou proudu bude dioda rozptylovat velmi významný výkon. Takže pro případ zobrazený na horním obrázku dostáváme:
0,85V x 2A = 1,7W.
Výkon rozptýlený diodou je na takový případ už příliš a bude se znatelně zahřívat!
Pokud jste však připraveni rozloučit se s trochu více penězi, můžete použít Schottkyho diodu, která má nižší poklesové napětí.


Zde je typická I-V charakteristika pro Schottkyho diodu. Vypočítejme ztrátový výkon pro tento případ.
0,55V x 2A = 1,1W
Už o něco lepší. Co ale dělat, když vaše zařízení spotřebovává ještě vážnější proud?
Někdy jsou paralelně se zařízením umístěny diody v obráceném zapojení, které by při záměně napájecího napětí měly spálit a vést ke zkratu. V tomto případě vaše zařízení s největší pravděpodobností utrpí minimální poškození, ale může selhat zdroj, nemluvě o tom, že bude nutné vyměnit samotnou ochrannou diodu a spolu s ní může dojít k poškození drah na desce. Stručně řečeno, tato metoda je pro nadšence extrémních sportů.
Existuje však další o něco dražší, ale velmi jednoduchý a bez výše uvedených nevýhod, způsob ochrany - pomocí tranzistoru s efektem pole. Za posledních 10 let se parametry těchto polovodičových součástek dramaticky zlepšily, ale cena naopak výrazně klesla. Možná skutečnost, že jsou extrémně zřídka používány k ochraně kritických obvodů před nesprávnou polaritou napájecího zdroje, lze do značné míry vysvětlit setrvačností myšlení. Zvažte následující diagram:


Při připojení napájení prochází napětí do zátěže ochrannou diodou. Pokles na něm je poměrně velký – v našem případě asi volt. V důsledku toho se však mezi hradlem a zdrojem tranzistoru vytvoří napětí přesahující mezní napětí a tranzistor se otevře. Odpor zdroje a odvodu prudce klesá a proud začíná protékat nikoli diodou, ale otevřeným tranzistorem.


Pojďme ke specifikům. Například pro tranzistor FQP47З06 bude typický odpor kanálu 0,026 Ohm! Je snadné spočítat, že výkon rozptýlený tranzistorem bude v našem případě pouze 25 miliwattů a pokles napětí se blíží nule!
Při změně polarity napájecího zdroje nebude v obvodu protékat žádný proud. Mezi nedostatky obvodu lze snad poznamenat, že takové tranzistory nemají příliš vysoké průrazné napětí mezi hradlem a zdrojem, ale mírným zkomplikováním obvodu je lze použít k ochraně obvodů s vyšším napětím.


Myslím, že pro čtenáře nebude těžké přijít na to, jak toto schéma funguje.

Po zveřejnění článku vážený uživatel v komentářích uvedl ochranný obvod na bázi tranzistoru s efektem pole, který je použit v iPhone 4. Doufám, že mu nebude vadit, když svůj příspěvek doplním o jeho nález.

Řízený zdroj konstantního stabilizovaného proudu s dobrými dynamickými charakteristikami umožňuje měnit velikost a polaritu výstupního proudu vlivem vstupního řídicího napětí. Zdroj může být součástí různých zařízení a systémů. Přesnost výstupního proudu odpovídající vstupnímu řídicímu napětí umožňuje použití zdroje pro kritické aplikace. Činnost zdroje proudu lze vysvětlit na příkladu ovládání LED indikátoru.

Použití zdroje proudu k ovládání LED

Je pohodlnější měnit jas LED pomocí úpravy proudu protékajícího LED, spíše než napětí aplikovaného na LED. Pomocí řízeného zdroje stabilizovaného proudu můžete měnit a upravovat jas konvenčních nebo laserových LED. Změnou polarity můžete vybrat skupinu pracovních LED diod. Při jedné polaritě proudu se rozsvítí LED H1-H6, při opačné polaritě LED H7-H12. Pokud mají LED různé barvy, například H1-H6 jsou červené a H7-H12 jsou zelené, je možné indikovat normální a kritickou hodnotu regulované hodnoty.

Pro regulaci velikosti konstantního magnetického pole je nutný zdroj konstantního stabilizovaného proudu. Řídicí napětí může pocházet z digitálně-analogového převodníku specializovaného ovladače nebo jiného zařízení.

Aplikace zdroje proudu pro řízení elektromotorů

Pomocí zdroje stejnosměrného proudu, který má schopnost měnit směr proudu, je celkem jednoduché regulovat rychlost otáčení a měnit směr otáčení rotoru elektromotoru. Pro přenos povelu, který nastavuje parametry otáčení, stačí jedna dvouvodičová linka. K rotaci vpřed dojde, když je polarita proudu kladná na kolíku 1 a polarita proudu je záporná na kolíku 2 výstupního konektoru zdroje proudu U1.

K reverzaci motoru dochází při změně polarity řídicího napětí az toho vyplývající změně polarity výstupního proudu. Pomocí jednoho zdroje proudu měnícího směr lze ovládat dva elektromotory. Při kladné polaritě výstupního proudu na pinu 1 teče proud diodou VD2 a elektromotor M2 pracuje, při záporné polaritě proudu na pinu 1 teče proud diodou VD1 a elektromotor M1 pracuje. U tohoto schématu zapojení nedochází k žádné reverzaci motoru.

Při přenosu analogových signálů se používá zdroj proudu řízený napětím. Při tomto způsobu organizace komunikace je aktuální hodnota úměrná analogové hodnotě. Zkreslení signálu přenášeného proudem elektromagnetickým rušením je výrazně menší ve srovnání s konvenčním způsobem přenosu signálu napětím.

Použití proudového signálu vyžaduje instalaci speciálních proudových vysílacích a přijímacích modulů do vysílacího a přijímacího zařízení. V tomto případě lze eliminovat digitální kódování přenášených dat. Pro plynulé ovládání elektromagnetických regulátorů na bázi solenoidů v hydraulických systémech se používá napěťově řízený zdroj proudu. Na základě řízeného zdroje proudu je snadné sestavit univerzální zařízení pro nabíjení baterií různých typů.

Provoz aktuálního zdroje

Proud generovaný ideálním zdrojem je stabilní, když se mění odpor připojené zátěže. Pro udržení konstantní hodnoty proudu se mění hodnota zdroje emf. Změna odporu zátěže způsobí změnu emf zdroje proudu takovým způsobem, že hodnota proudu zůstane nezměněna.

Skutečné zdroje proudu udržují proud na požadované úrovni v omezeném rozsahu napětí generovaného přes měnící se odpor zátěže. Tento rozsah je omezen napájecím výkonem zdroje proudu. Pokud je nutné udržovat proud 1 ampér do zátěže 20 ohmů, znamená to, že zátěž bude mít napětí 20 voltů. Když se odpor zátěže sníží nebo dojde ke zkratu, výstupní napětí se sníží, a když se odpor zátěže zvýší, zdroj musí být schopen pracovat při napětí nad 20 voltů.

Provoz zdroje proudu vyžaduje napájení. Stabilizátor proudu je zapojen do série se zdrojem energie. Výstup takového zařízení je považován za zdroj proudu. Parametry napájení proudového zdroje jsou konečné, to omezuje maximální zátěžový odpor, který lze ke zdroji proudu připojit. Pro zajištění spolehlivého provozu musí mít napájecí zdroj rezervu přetížení. Omezené napájení omezuje maximální proud, který může zdroj proudu dodat do zátěže.

Proudový zdroj může pracovat se zátěžovým odporem blízkým nule. Zkratování výstupu zdroje proudu nevede k poruše zařízení nebo ochraně. Dojde-li ke zkratu na výstupu zdroje proudu způsobeného vysokou vlhkostí nebo neopatrným zacházením se zařízením pracovníky údržby, po odstranění příčin zkratu se zařízení okamžitě vrátí do normálního provozu.

Řízený obvod zdroje proudu

• Napájecí napětí…….100…260 V, 47…440 Hz
• Vstupní napětí………….±10 V
• Výstupní proud ………………….± 100 mA
• Odpor zátěže…..0,1…120 Ohm
• Teplotní rozsah……-50…+75 ±С
• Přesnost převodu……0,5 %

Zjednodušený obvod zdroje proudu

Činnost obvodu je založena na schopnosti operačního zesilovače měnit výstupní napětí operačního zesilovače tak, aby došlo k vyrovnání napětí na vstupech díky zpětnovazebním obvodům. Řídicí napětí přes rezistor R1 je přiváděno na invertující vstup operačního zesilovače a způsobuje změnu napětí na jeho výstupu.

Změna napětí na výstupu zesilovače způsobí, že proud protéká odporem R5 a zátěží. Výstupní napětí je přiváděno přes zpětnovazební obvody na vstupy operačního zesilovače. Odpory rezistorů mají hodnoty, které poskytují požadovanou úměrnost mezi vlivem na řídicí napětí a proudem procházejícím zátěží.

Když je na invertující vstup operačního zesilovače přivedeno kladné řídicí napětí, vzniká na jeho výstupu záporné napětí. Rezistorem a zátěží protéká proud a vytváří napětí na rezistoru R5. Potenciál na přechodu rezistorů R3 a R5 je nižší než na přechodu rezistorů R4, R5 a zátěže.

Vzhledem k tomu, že celkový odpor rezistorů R4 a R5 je roven odporu R3, existuje na výstupu zesilovače potenciál, který prostřednictvím zpětnovazebních odporů kompenzuje řídicí napětí na vstupech operačního zesilovače. Výstupní potenciál zesilovače klesne tolik, kolik je nutné, aby se kompenzoval vliv kladného řídicího napětí na invertující vstup operačního zesilovače.

Kompenzace vlivu řídicího napětí na vstupy operačního zesilovače nastává v závislosti na napětí na rezistoru R5 způsobeném protékajícím proudem. Pokud je řídicí napětí pevné, pak zpětnovazební efekt na vstupech operačního zesilovače závisí na napětí na rezistoru R5.

Změna odporu zátěže způsobí změnu potenciálu na neinvertujícím vstupu operačního zesilovače přes rezistor R4. S klesajícím odporem zátěže klesá potenciál na neinvertujícím vstupu operačního zesilovače a roste napětí mezi vstupy operačního zesilovače, což způsobuje pokles potenciálu na výstupu zesilovače. Současně se snižuje aplikované napětí se sníženým odporem zátěže, což zabraňuje zvýšení proudu.

Úměrnost mezi řídicím napětím a výstupním proudem je dána odpory rezistorů. Odpor rezistoru R5 by měl být malý, protéká jím výstupní proud a způsobuje zahřívání. Snížení odporu R5 rozšiřuje rozsah odporu připojených zátěží. Odpory rezistorů R1 a R2 jsou stejné, jejich hodnoty jsou voleny tak, aby eliminovaly přetížení zdroje řídicího napětí. Odpory rezistorů se počítají pomocí následujících vzorců:

I = (U*R3)/(R1*R5)

• U - řídicí napětí
• I - výstupní proud

Jedním z důležitých parametrů každého zdroje proudu, v našem případě měniče napětí na proud, je odporový rozsah připojených zátěží. Idealizovaný model zařízení poskytuje požadovaný proud v rozsahu zatěžovacího odporu od 0 do nekonečna.

Ve skutečných zařízeních je to nemožné a zbytečné, protože odpor vodičů, kontaktů konektoru a prvků jiných obvodů se přidává k odporu zátěže. Velmi užitečná je vlastnost zdroje proudu zajistit provoz systému bez ohledu na odpor zátěže. Díky této vlastnosti zvyšuje spolehlivost systému, do kterého je proudový zdroj zapojen.

Nevýhodou zdroje proudu je uvolněný výkon na výstupním zesilovači. V každém případě budete muset zvolit kompromis mezi rezervou zátěžového odporu a teplem generovaným na výstupním zesilovači. Pro zajištění širokého rozsahu zatěžovacích odporů je nutné použít napájecí zdroj zařízení s dostatečnou napěťovou rezervou.

Praktické provedení zdroje je znázorněno na schématu elektrického zapojení. Pro přesné přizpůsobení výpočtů obvodu jsou odpory sestaveny z rezistorů zapojených sériově nebo paralelně. Výstupní zesilovač se skládá z tranzistorů VT1 a VT2. Při výstupním proudu sto miliampérů při dvacetiohmové zátěži bude napětí dva volty, na regulačním tranzistoru je úbytek napětí přibližně 0,6 voltu a na rezistoru R5 je úbytek napětí 0,1 voltu. Při napájení 15 voltů bude napětí na jednom ze dvou tranzistorů zesilovače 15V-2,7V=12,3V a ve formě tepla se uvolní výkon cca 12,3V*100mA=1,23W.

Kondenzátor C4 je nutný pro potlačení rušení indukovaného na vedení připojeném k řídicímu vstupu zařízení, kondenzátor C5 zabraňuje buzení obvodu. Kondenzátor C1 snižuje rušení zařízení do napájecího zdroje. Napájení je dodáváno ze sítě 220 voltů, 50 Hz.

Díky pulznímu měniči napětí DA1 nejsou kladeny žádné požadavky na stabilitu napětí pro napájecí zdroj. Jistič Q1 funguje jako vypínač a chrání 220voltovou síť před přetížením v případě poruchy zařízení. H1 – indikátor napájení. Transyl dioda VD1 chrání zdroj před překročením síťového napětí nad kritickou hodnotu. Napěťový měnič dodává obvodu zařízení bipolární výkon, nezbytný pro činnost operačního zesilovače a tvorbu výstupního proudu dvou polarit.

Součásti obvodu

Kondenzátor C1 může být libovolného typu. Důležitým požadavkem pro tuto součást je úroveň provozního napětí alespoň 630 voltů. Kondenzátory C2...C5 lze použít keramické nebo vícevrstvé. Všechny rezistory kromě R3 musí mít nejvyšší možnou přesnost. Je lepší vyrobit rezistor R5 složený ze čtyř rezistorů s odporem 1 ohm.

Dva obvody sestávající ze dvou 1 ohmových rezistorů zapojených do série jsou zapojeny paralelně. Výsledkem je, že celkový odpor je 1 ohm a ztrátový výkon je čtyřnásobný. Drátový odpor R5 nelze použít. Spínací měnič napětí DA1 lze nahradit bipolárním napájecím zdrojem, který poskytuje výstupní proud v každém rameni 500 miliampér a úroveň zvlnění nepřesahující 50 milivoltů.

Pro dosažení vysoké přesnosti převodu řídicího napětí na výstupní proud musí mít operační zesilovač nízké nulové offset napětí. To je důležité zejména pro snížení výstupního proudu na nulu pod vlivem řídicího napětí. Při mírném poklesu přesnosti jsou vhodné jako náhrada za DA1 mikroobvody OP213 nebo OP177. Použití výkonných tranzistorů na výstupu obvodu zvyšuje spolehlivost zařízení. Tranzistory musí být instalovány na radiátorech.

Obvod lze použít pro jiné výstupní proudy a řídicí napětí. Chcete-li to provést, budete muset provést výpočty pomocí vzorců uvedených výše v článku. Při provádění výpočtů byste měli vzít v úvahu možnost použití odporů ze standardního rozsahu odporů.

Při kontrole činnosti obvodu je nutné osciloskopem zkontrolovat v celém rozsahu napětí, proudů a odporu zátěže, že na výstupu obvodu nejsou žádné oscilace. Pokud dochází ke kolísání, zvyšte kapacitu C4 nebo C5.

Platon Konstantinovič Denisov, Simferopol
[e-mail chráněný]

Zvláštností tohoto napájecího zdroje je, že otáčením ovládacího knoflíku můžete nejen měnit výstupní napětí, ale také jeho polaritu. Prakticky nastavitelné od +12V do -12V. Toho je dosaženo díky trochu neobvyklému zařazení stabilizátorů bipolárního zdroje, takže oba stabilizátory jsou regulovány pomocí jednoho proměnného odporu.

Schematický diagram je znázorněn na obrázku. Usměrňovač je bipolární, vyrobený dle standardního zapojení na transformátoru T1 se sekundárním vinutím odbočeným ze středu, diodový můstek VD 1 a kondenzátory C1 a C2. Výsledkem je, že jeho výstup produkuje bipolární napětí +-16.., 20V. Toto napětí je přiváděno do dvou tranzistorových stabilizátorů VT 1 a VT 3 (kladná regulace napětí) a na tranzistorech VT 2 a VT 4 (úprava záporného napětí). Rozdíl od standardního bipolárního obvodu je v tom, že výstupy stabilizátorů jsou spojeny dohromady a že k regulaci napětí je použit jeden společný proměnný rezistor. R5. Pokud je tedy posuvník tohoto odporu instalován přesně uprostřed a napětí na něm vzhledem ke společnému vodiči je nulové, pak jsou oba stabilizátory uzavřeny a napětí na výstupu obvodu je také nulové. Nyní, když se motor začne pohybovat směrem ke kladným napětím (nahoře v obvodu), kladný stabilizátor napětí na tranzistorech se začne otevírat VT 1 a VT 3, a záporný stabilizátor napětí(VT 4 a VT 2) zůstává stále zavřená. VVýsledkem je kladné napětí na výstupu. Nyní, pokud se posuvník posune ve směru záporných napětí (dolů v obvodu), kladné napětí na svorce obvodu se sníží ve střední poloze R 5 napětí bude nulové. Regulátor kladného napětí se uzavře. Pokud se motor pohybuje dále ve stejném směru, zapne se stabilizátor záporného napětí VT 2 a VT 4 (v tomto případě bude kladný stabilizátor napětí uzavřen) a záporné napětí na výstupu se zvýší.

Návrh používá hotový transformátor"Tchaj-wan" s výkonem 10 W, vytvářející na sekundárním vinutí dvě střídavá napětí po 12 V.

Kapacity kondenzátorů C1 a C2 by neměly být menší než 1000 μF, je třeba vzít v úvahu, že na nich závisí úroveň zvlnění na výstupu. Zenerovy diody mohou být libovolné nízkopříkonové napětí 12V. Tranzistor KT817 lze nahradit KT815, KT807, KT819. Tranzistor KT816 - na KT814, KT818. Tranzistory KT502 a KT503 lze nahradit KT361 a KT315. Můžete použít jiný usměrňovací můstek, například KTs402, nebo jej sestavit z diod jako D226 nebo KD105.

Tranzistory VT 1 a VT 2 je třeba umístit na malé chladiče.

Zvláštností tohoto napájecího zdroje je, že otáčením ovládacího knoflíku můžete nejen měnit výstupní napětí, ale také jeho polaritu. V praxi se napětí reguluje od + 12 do 12 V. Toho je dosaženo díky trochu neobvyklému zařazení stabilizátorů bipolárního zdroje, takže oba stabilizátory jsou regulovány pomocí jednoho proměnného odporu. Schematické schéma zdroje je na Obr. 2.25.

Usměrňovač je bipolární, vyrobený podle standardního zapojení na transformátoru T1 se sekundárním vinutím odbočeným ze středu, VDI diodovým můstkem a kondenzátory C1 a C2. Výsledkem je, že jeho výstup vytváří bipolární napětí. Toto napětí je přiváděno do dvou stabilizátorů na tranzistorech VT1 a VT3 (kladná regulace napětí) a na tranzistorech VT2 a VT4 (regulace záporného napětí).

Rozdíl oproti standardnímu bipolárnímu obvodu je v tom, že výstupy stabilizátorů jsou spojeny dohromady a že k regulaci napětí je použit jeden společný proměnný rezistor R5. Pokud je tedy posuvník tohoto odporu instalován přesně uprostřed a napětí na něm vzhledem ke společnému vodiči je nulové, pak jsou oba stabilizátory uzavřeny a napětí na výstupu obvodu je také nulové. Pokud se motor začne pohybovat směrem ke kladným napětím (po obvodu), kladný stabilizátor napětí na tranzistorech VT1 a VT3 se začíná otevírat a záporný stabilizátor napětí VT4 a VT2 stále zůstává uzavřený.

V návrhu je použit již hotový transformátor o výkonu 10 W, který na sekundárním vinutí produkuje dvě střídavé napětí po 12 V. Kapacity kondenzátorů C1 a C2 by neměly být menší než 1000 μF, s tím je třeba počítat. že na nich závisí úroveň zvlnění na výstupu.

Zenerovy diody mohou být libovolné nízkopříkonové s napětím 12 V. Tranzistor KT817 lze nahradit KT815, KT807, KT819. Tranzistor KT816 na KT814. Tranzistory KT502 a KT503 lze nahradit KT361 a KT315. Můžete použít jiný usměrňovací můstek, například KTs402, nebo jej sestavit z diod jako D226 nebo KD105. Tranzistory VT1 a VT2 je potřeba umístit na malé chladiče.