Fuente de alimentación lineal de doble salida ajustable: 10 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:41

Características:

• Conversión CA - CC Voltajes de salida dobles (Positivo - Tierra - Negativo)
• Rieles positivos y negativos ajustables
• Solo un transformador de CA de salida única
• Ruido de salida (20 MHz-BWL, sin carga): alrededor de 1,12 mVpp
• Salidas estables y de bajo ruido (ideal para alimentar Opamps y preamplificadores)
• Voltaje de salida: +/- 1,25 V a +/- 25 V Corriente de salida máxima: 300 mA a 500 mA
• Barato y fácil de soldar (todos los paquetes de componentes son DIP)

Una fuente de alimentación de bajo ruido de doble salida es una herramienta esencial para cualquier entusiasta de la electrónica. Hay muchas circunstancias en las que se necesita una fuente de alimentación de doble salida, como diseñar preamplificadores y alimentar OPAMP. En este artículo, vamos a construir una fuente de alimentación lineal en la que un usuario puede ajustar sus rieles positivos y negativos de forma independiente. Además, solo se utiliza un transformador de CA ordinario de una sola salida en la entrada.

[1] Análisis de circuitos

La figura 1 muestra el diagrama esquemático del dispositivo. D1 y D2 son diodos rectificadores. C1 y C2 construyen la primera etapa de filtro de reducción de ruido.

Paso 1: Figura 1, diagrama esquemático de la fuente de alimentación de bajo ruido

R1, R2, C1, C2, C3, C4, C5 y C6 construyen un filtro RC de paso bajo que reduce el ruido de los rieles positivos y negativos. El comportamiento de este filtro se puede examinar tanto en la teoría como en la práctica. Un osciloscopio con una función de diagrama de bode puede realizar estas mediciones, como un Siglent SDS1104X-E. IC1 [1] e IC2 [2] son los principales componentes de regulación de este circuito.

Según la hoja de datos de IC1 (LM317): “El dispositivo LM317 es un regulador ajustable de voltaje positivo de tres terminales capaz de suministrar más de 1.5 A en un rango de voltaje de salida de 1.25 V a 37 V. Requiere solo dos resistencias externas para establecer el voltaje de salida. El dispositivo presenta una regulación de línea típica de 0.01% y una regulación de carga típica de 0.1%. Incluye limitación de corriente, protección contra sobrecarga térmica y protección del área de operación segura. La protección de sobrecarga permanece funcional incluso si el terminal ADJUST está desconectado”.

Como está claro, este regulador introduce buenas cifras de regulación de línea y carga, por lo que podemos esperar obtener un carril de salida estable. Es idéntico al IC2 (LM337). La única diferencia es que este chip se usa para regular los voltajes negativos. D3 y D4 se utilizan para protección.

Los diodos proporcionan una ruta de descarga de baja impedancia para evitar que los condensadores (C9 y C10) se descarguen en la salida de los reguladores. R4 y R5 se utilizan para ajustar los voltajes de salida. C7, C8, C9 y C10 se utilizan para filtrar los ruidos de salida restantes.

[2] Diseño de PCB

La Figura 2 muestra el diseño de PCB del circuito. Está diseñado en una placa PCB de una sola capa y todos los paquetes de componentes son DIP. Bastante fácil para todos soldar el componente y comenzar a usar el dispositivo.

Paso 2: Figura 2, Disposición de la PCB de la fuente de alimentación

Usé las bibliotecas de componentes de SamacSys para IC1 [3] e IC2 [4]. Estas bibliotecas son gratuitas y, lo que es más importante, siguen los estándares de huella industrial de IPC. Yo uso Altium, así que instalé directamente las bibliotecas usando el complemento Altium [5]. La Figura 3 muestra los componentes seleccionados. Se pueden usar complementos similares para KiCad y otro software CAD.

Paso 3: Figura 3, Bibliotecas de componentes SamacSys (complemento AD) para IC1 (LM137) e IC2 (LM337)

La Figura 4 muestra una vista 3D de la placa PCB.

Paso 4: Figura 4, una vista 3D de la placa PCB final

[3] Ensamblaje y prueba La Figura 5 muestra la placa ensamblada. Decidí usar un transformador de 220V a 12V para obtener un máximo de +/- 12V en la salida. La figura 6 muestra el cableado necesario.

Paso 5: Figura 5, placa de circuito ensamblada

Paso 6: Figura 6, Diagrama de cableado del transformador y circuito

Al girar los potenciómetros multivuelta R4 y R5, puede ajustar los voltajes en los rieles positivo y negativo de forma independiente. La Figura 7 muestra un ejemplo, donde he ajustado la salida a +/- 9V.

Paso 7: Figura 7, rieles de +/- 9V en la salida

Ahora es el momento de medir el ruido de salida. Usé el osciloscopio Siglent SDS1104X-E que introduce una sensibilidad de 500uV / div en la entrada, lo que lo hace ideal para tales mediciones. Puse el canal uno en 1X, acoplamiento de CA, límite de ancho de banda de 20 MHz, luego configuré el modo de adquisición en detección de picos.

Luego quité el cable de tierra y usé un resorte de tierra de sonda. Tenga en cuenta que esta medición no tiene carga de salida. La Figura 8 muestra la pantalla del osciloscopio y el resultado de la prueba. La cifra de Vpp del ruido es de alrededor de 1,12 mV. Tenga en cuenta que el aumento de la corriente de salida aumentará el nivel de ruido / ondulación. Esta es una historia real para todas las fuentes de alimentación.

Paso 8: Figura 8, Ruido de salida de la fuente de alimentación (sin carga)

La tasa de potencia de las resistencias R1 y R2 define la corriente de salida. Así que seleccioné resistencias de 3W. Además, si tiene la intención de consumir altas corrientes o la diferencia de voltaje entre la entrada y la salida del regulador es alta, no olvide instalar disipadores de calor adecuados en IC1 e IC2. Puede esperar obtener 500 mA (máx.) Utilizando resistencias de 3 W. Si usa resistencias de 2 W, este valor naturalmente disminuye a 300 mA (máx.).

[4] Materiales

La figura 9 muestra la lista de materiales.

Paso 9: Figura 9, Lista de materiales

Paso 10: referencias

Fuente:

[1] Hoja de datos de LM317:

[2] Hoja de datos de LM337:

[3]: Símbolo esquemático y huella de PCB para LM317:

[4]: Símbolo esquemático y huella de PCB para LM337:

[5]: Complemento de Altium: