Einstellbares lineares Netzteil mit doppeltem Ausgang - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:17

Merkmale:

• AC – DC-Wandlung Doppelte Ausgangsspannungen (Positiv – Masse – Negativ)
• Einstellbare positive und negative Schienen
• Nur ein AC-Transformator mit einem Ausgang
• Ausgangsrauschen (20MHz-BWL, ohne Last): ca. 1,12mVpp
• Rauscharme und stabile Ausgänge (ideal zur Stromversorgung von Opamps und Vorverstärkern)
• Ausgangsspannung: +/-1,25V bis +/-25V Maximaler Ausgangsstrom: 300mA bis 500mA
• Günstig und einfach zu löten (alle Komponentenpakete sind DIP)

Ein rauscharmes Netzteil mit doppeltem Ausgang ist ein unverzichtbares Werkzeug für jeden Elektronik-Enthusiasten. Es gibt viele Umstände, unter denen eine Stromversorgung mit doppeltem Ausgang erforderlich ist, wie z. B. das Entwerfen von Vorverstärkern und das Versorgen von OPAMPs. In diesem Artikel werden wir ein lineares Netzteil bauen, bei dem ein Benutzer seine positiven und negativen Schienen unabhängig voneinander einstellen kann. Darüber hinaus wird am Eingang nur ein gewöhnlicher Wechselspannungstransformator mit einem Ausgang verwendet.

[1] Schaltungsanalyse

Abbildung 1 zeigt die schematische Darstellung des Geräts. D1 und D2 sind Gleichrichterdioden. C1 und C2 bilden die erste Rauschunterdrückungsfilterstufe.

Schritt 1: Abbildung 1, Schematische Darstellung des rauscharmen Netzteils

R1, R2, C1, C2, C3, C4, C5 und C6 bilden einen Tiefpass-RC-Filter, der das Rauschen von positiven und negativen Schienen reduziert. Das Verhalten dieses Filters kann sowohl in der Theorie als auch in der Praxis untersucht werden. Ein Oszilloskop mit Bode-Plot-Funktion kann diese Messungen durchführen, z. B. ein Siglent SDS1104X-E. IC1 [1] und IC2 [2] sind die Hauptregelkomponenten dieser Schaltung.

Laut Datenblatt IC1 (LM317): „Das LM317-Gerät ist ein einstellbarer positiver Spannungsregler mit drei Anschlüssen, der mehr als 1,5 A über einen Ausgangsspannungsbereich von 1,25 V bis 37 V liefern kann. Er benötigt nur zwei externe Widerstände, um die Ausgangsspannung einstellen. Das Gerät verfügt über eine typische Netzregelung von 0,01 % und eine typische Lastregelung von 0,1 %. Es umfasst Strombegrenzung, thermischen Überlastungsschutz und sicheren Betriebsbereichsschutz. Der Überlastschutz bleibt auch dann funktionsfähig, wenn die ADJUST-Klemme getrennt wird“.

Es ist klar, dass dieser Regler gute Linien- und Lastregelungszahlen einführt, daher können wir eine stabile Ausgangsschiene erwarten. Dies ist identisch mit dem IC2 (LM337). Der einzige Unterschied besteht darin, dass dieser Chip verwendet wird, um die negativen Spannungen zu regulieren. D3 und D4 werden zum Schutz verwendet.

Die Dioden bieten einen Entladungspfad mit niedriger Impedanz, um zu verhindern, dass sich die Kondensatoren (C9 und C10) in den Ausgang der Regler entladen. R4 und R5 werden verwendet, um die Ausgangsspannungen einzustellen. C7, C8, C9 und C10 werden verwendet, um das verbleibende Ausgangsrauschen zu filtern.

[2] PCB-Layout

Abbildung 2 zeigt das PCB-Layout der Schaltung. Es wurde auf einer einlagigen Leiterplatte entwickelt und alle Komponentenpakete sind DIP. Ziemlich einfach für jeden, das Bauteil zu löten und das Gerät zu verwenden.

Schritt 2: Abbildung 2, PCB-Layout des Netzteils

Ich habe die SamacSys-Komponentenbibliotheken für IC1 [3] und IC2 [4] verwendet. Diese Bibliotheken sind kostenlos und folgen vor allem den Standards für den industriellen IPC-Footprint. Ich verwende Altium, also habe ich die Bibliotheken direkt mit dem Altium-Plugin [5] installiert. Abbildung 3 zeigt die ausgewählten Komponenten. Ähnliche Plugins können für KiCad und andere CAD-Software verwendet werden.

Schritt 3: Abbildung 3, SamacSys-Komponentenbibliotheken (AD-Plugin) für IC1 (LM137) und IC2 (LM337)

Abbildung 4 zeigt eine 3D-Ansicht der Leiterplatte.

Schritt 4: Abbildung 4, eine 3D-Ansicht der endgültigen Leiterplatte

[3] Zusammenbau und Test Abbildung 5 zeigt die bestückte Platine. Ich beschloss, einen 220V zu 12V Transformator zu verwenden, um maximal +/-12V am Ausgang zu erhalten. Abbildung 6 zeigt die erforderliche Verdrahtung.

Schritt 5: Abbildung 5, bestückte Leiterplatte

Schritt 6: Abbildung 6, Transformator- und Schaltplan

Durch Drehen der Multiturn-Potentiometer R4 und R5 können Sie die Spannungen an der positiven und negativen Schiene unabhängig voneinander einstellen. Abbildung 7 zeigt ein Beispiel, bei dem ich den Ausgang auf +/-9V eingestellt habe.

Schritt 7: Abbildung 7, +/-9V-Schienen am Ausgang

Jetzt ist es an der Zeit, das Ausgangsrauschen zu messen. Ich habe das Oszilloskop Siglent SDS1104X-E verwendet, das eine Empfindlichkeit von 500 uV/div am Eingang einführt, was es ideal für solche Messungen macht. Ich stelle Kanal eins auf 1X, AC-Kopplung, 20MHz Bandbreitenlimit und setze dann den Erfassungsmodus auf Peak-Detect.

Dann habe ich das Erdungskabel entfernt und eine Sonden-Erdungsfeder verwendet. Beachten Sie, dass diese Messung ohne Ausgangslast erfolgt. Abbildung 8 zeigt den Oszilloskopbildschirm und das Testergebnis. Die Vpp-Zahl des Rauschens beträgt etwa 1,12 mV. Bitte beachten Sie, dass eine Erhöhung des Ausgangsstroms den Rausch-/Welligkeitspegel erhöht. Dies ist eine wahre Geschichte für alle Netzteile.

Schritt 8: Abbildung 8, Ausgangsrauschen des Netzteils (ohne Last)

Die Leistungsrate der Widerstände R1 und R2 definiert den Ausgangsstrom. Also habe ich 3W-Widerstände ausgewählt. Auch wenn Sie beabsichtigen, hohe Ströme zu ziehen oder die Spannungsdifferenz zwischen Eingang und Ausgang des Reglers groß ist, vergessen Sie nicht, geeignete Kühlkörper auf IC1 und IC2 zu installieren. Sie können davon ausgehen, dass Sie 500 mA (max.) erhalten, wenn Sie 3 W-Widerstände verwenden. Wenn Sie 2W-Widerstände verwenden, sinkt dieser Wert natürlich auf 300 mA (max.).

[4] Materialien

Abbildung 9 zeigt die Stückliste.

Schritt 9: Abbildung 9, Stückliste

Schritt 10: Referenzen

Quelle:

[1] LM317-Datenblatt:

[2] LM337-Datenblatt:

[3]: Schaltplansymbol und PCB-Footprint für LM317:

[4]: Schaltplansymbol und PCB-Footprint für LM337:

[5]: Altium-Plugin: