Drei Spannungen aus einer Krone. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Netzteile

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Der Einsatz von Operationsverstärkern (Op-Amps) in tragbaren Geräten wirft sofort das Problem auf, wie diese mit einer bipolaren Spannung von +15 V versorgt werden können. Eine ähnliche Frage stellt sich, da in den Referenzmaterialien die Parameter der meisten Operationsverstärker genau angegeben sind für diese Versorgungsspannungen, und viele Funkamateure haben den Eindruck, dass Operationsverstärker nur in diesem Modus gut funktionieren können. Bei den meisten Amateurfunkgeräten wird dem Operationsverstärker auch eine bipolare Spannung von ±15 V zugeführt. Wenn Sie jedoch die technischen Daten des Operationsverstärkers genau studieren, werden Sie feststellen, dass die Untergrenze der Betriebsspannungen für die meisten Operationsverstärker Ampere beträgt ± 5 V. Für die weit verbreiteten Mikroschaltungen K6UD140 und K6UD140 beträgt die minimale Versorgungsspannung also ± 7 V, und für einen Operationsverstärker K5UD140 mit geringer Leistung beträgt diese Grenze ± 12 V (siehe Kudryashov B.P. Analoge integrierte Schaltkreise : Ein Handbuch. - M.: Radio und Kommunikation, 1,5).

Mit abnehmender Versorgungsspannung nimmt der vom Operationsverstärker verbrauchte Strom ab – dies vereinfacht auch das Problem einer Stromquelle für tragbare Geräte. Bei den meisten Operationsverstärkern sinkt der Stromverbrauch bei Versorgung mit einer Spannung von ±5 V um etwa das Dreifache im Vergleich zu einer Versorgungsspannung von ±3 V. Natürlich führt eine Verringerung der Versorgungsspannung zu einer Änderung anderer Parameter des Operationsverstärkers, aber diese Abweichungen haben normalerweise keinen Einfluss auf den Betrieb der Schaltung. Es ist praktisch, eine Krona-VTs- oder Korund-Batterie mit einer Spannung von 15 V als Stromquelle für tragbare Geräte zu verwenden und mit dem unten beschriebenen Gerät eine bipolare Versorgung von +9 und -5,5 V zu erhalten. Die +4,8-V-Spannung ist stabilisiert und dient nicht nur der Stromversorgung des Operationsverstärkers, sondern kann auch für digitale Mikroschaltungen der Serien K5,5, K134, K176 verwendet werden. Der Leistungsknoten erzeugt außerdem eine Spannung von -561 V, die bei Bedarf zur Ansteuerung elektronischer Schalter auf Basis von Feldeffekttransistoren der Serien K10 und K168 verwendet wird.

Die Asymmetrie der Versorgungsspannungen für den Operationsverstärker hat praktisch keinen Einfluss auf den Betrieb der Mikroschaltung, da der Einflusskoeffizient der Instabilität der Netzteile für den Operationsverstärker -60 dB nicht überschreitet. Der Leistungsknoten zeichnet sich durch das Vorhandensein einer stabilisierten Spannung und einen geringen Stromverbrauch ohne Last aus. Der Wirkungsgrad ist abhängig von der Eingangsspannung und beträgt 0,4 ... 0,5.

Das Diagramm des Netzteils ist in Abb. dargestellt. 1. Es besteht aus einem Spannungsstabilisator mit positiver Polarität und einem Impulswandler.

Abb.1 (zum Vergrößern anklicken)

Der positive Spannungsstabilisator enthält einen zweistufigen Gleichstromverstärker (Transistoren VT2 und VT3), bei dem die Referenz-Zenerdiode mit der Basisschaltung des Transistors VT3 verbunden ist. Durch die Speisung des Referenzelements mit einer ausgangsstabilisierten Spannung kann ein hoher Spannungsstabilisierungsfaktor (mehr als 500) bei niedrigem Ausgangswiderstand (nicht mehr als 0,2 Ohm) erreicht werden. Das Regelelement des Stabilisators ist der pnp-Transistor VT1, daher tritt der Stabilisierungsmodus bei Lastströmen bis 20 mA auf, wenn die Spannung am Eingang des Stabilisators nur 0,05 ... 0,1 V höher ist als am Ausgang. Beim Einschalten der Stromversorgung geht der Stabilisator aufgrund der Kette der Elemente C1, R1, VD2, R3 in den Betriebsmodus. In diesem Fall fließt der Ladestrom des Kondensators C1 durch die Startschaltung: VD2, R3, den Basis-Emitter-Übergang des Transistors VT2 und bringt die Transistoren VT1 und VT3 in den Betriebsmodus. Der Stabilisator verfügt über einen Kurzschlussschutz.

Der Pulsumrichter enthält einen Generator, eine Ausgangstransistorstufe und einen kapazitiven Spannungsvervielfacher. Aus wirtschaftlichen Gründen ist der Generator auf einem DD1-Chip vom CMOS-Typ aufgebaut. Die Ausgangsspannung des Generators ist eine gepulste Rechteckwelle mit einer Frequenz von etwa 10 kHz. Es wird den Basen der Transistoren VT4 und VT5 der Ausgangsstufe zugeführt und schaltet diese abwechselnd in den offenen Zustand. Wenn der VT4-Transistor geöffnet ist, wird der Kondensator C6 über diesen Transistor und die VD6-Diode geladen. In der nächsten Halbwelle der gepulsten Spannung des Generators öffnet der Transistor VT5 und der Kondensator C6, der sich über ihn und die Diode VD7 entlädt, überträgt Energie an den Kondensator C7. Dadurch wird der Kondensator C7 etwa auf die Ausgangsspannung des Stabilisators aufgeladen. Wenn VT4 offen ist, wird der Kondensator C8 entlang des Stromkreises geladen: + Ustab, VT4, C8, VD8, C7, gemeinsamer Bus. In dieser Schaltung sind zwei Spannungsquellen in Reihe geschaltet: Ustab.

Dadurch wird der Kondensator C8 etwa auf die Spannung Uc8 = Ustab + Uc7 = 10V aufgeladen. Diese Spannung wird beim Öffnen des Transistors VT5 über die Diode VD9 an den Ausgangskondensator C9 übertragen. Bei jedem Ladezyklus der Kondensatoren des Spannungsvervielfachers kommt es zu einem Spannungsverlust an den Dioden und den offenen Transistoren VT4 und VT5, sodass die Ausgangsspannung mit zunehmendem Laststrom abnimmt. Diese Abhängigkeit für eine negative Spannung von -4,5 V ist in Abb. dargestellt. 2.

Ris.2

Im Leerlaufmodus, wenn der Laststrom Null ist, beträgt die Spannung mit negativer Polarität für die beiden Ausgänge -5,3 und -10,2 V. In diesem Modus verbraucht der Wandler einen Strom von 0,3...0,4 mA. Da der Wandler mit einer stabilisierten Spannung betrieben wird, hängt die Spannung an seinen Ausgängen nur vom Lastwiderstand ab, d.h. bei konstanter Last bleibt die negative Ausgangsspannung unverändert. Der Wirkungsgrad des beschriebenen Impulswandlers erreicht bei einem Laststrom In von 3 mA einen Wert von 0,7, sinkt jedoch bei einer Abweichung von diesem Wert um ±2 mA auf 0,6. Die Amplitude der Ausgangsspannungswelligkeit unter Last überschreitet 10 mV nicht.

Strukturell wird der Leistungsknoten am besten auf der Leiterplatte des von ihm gespeisten Stromkreises hergestellt, sodass die Verkabelung der Leiterplatte des Leistungsknotens nicht gegeben ist. Die von den Schaltungselementen eingenommene Fläche beträgt nicht mehr als 12 cm2. Es verwendet MLT-0,125-Widerstände und kleine Kondensatoren C1, C8, C9 – K53-1; C3 – C5 – KM; C2, C6, C7 – K52-1B.

Das beschriebene Aggregat ist einfach aufgebaut, wodurch jegliche Einstellarbeiten nach der Installation entfallen. Wenn die stabilisierte positive Ausgangsspannung um mehr als 5 % vom Nennwert abweicht, wird sie durch Auswahl der Zenerdiode VD3 eingestellt. Kriterien für die Funktionsfähigkeit des Netzteils sind das Vorhandensein von Ausgangsspannungen und ein Leerlaufstrom von nicht mehr als 2,5 mA.

Литература:

1. Kudryashov B. P. et al. Analoge integrierte Schaltkreise: Ein Handbuch.-M.: Radio und Kommunikation, 1981.
2. Khodakovsky E. Spannungspolaritätswandler.- Radio, 1984, Nr. 7, S. 48-49.

Autoren: V.Efremov, V.Fedko

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