Как сделать из однополярного источника двухполярный. Формирование двухполярного напряжения питания из однополярного

Зачастую, источники двухполярного питания обладают неизменяемым напряжением на выходе. Стремление малыми затратами из нерегулируемого двухполярного источники питания сконструировать регулируемый обычно не к чему хорошему не приводит, так как это ведет к дисбалансу выходных напряжений (по амплитуде) противоположных полярностей. Для осуществления такого варианта приходится значительно «утяжелять» схему.

Существует также вариант, когда к однополярному блоку питания прибавляют электронный узел, который формирует отрицательное напряжение из положительного. Но данный вариант двухполярного источника так же имеет дисбаланс противоположных напряжений и не позволяет использовать в блоках питания с плавной регулировкой выходного напряжения.

В данной статье приводится еще один оригинальный вариант двухполярное питание из однополярного имеющий право на существования. Это приставка – , построенная на операционном усилителе LM358, к обычному однополярному источнику питания, которая позволяет получить полноценное двухполярное напряжение на выходе.

В качестве источника входного напряжения может выступать любой блок питания с напряжением 7…30 вольт, причем на выходе будет получено напряжение 3…14,5 вольт.

В процессе работы, данный делитель не искажает выходные параметры однополярного источника питания. Данная приставка-делитель может выдержать нагрузку до 10 ампер, не искажая напряжение, как по положительному, так и по отрицательному каналу. Например, если в отрицательной цепи двухполярного источника питания подключена нагрузка с током потребления 9 ампер, а в положительной 0,2 ампер, то разница между отрицательным и положительным напряжением будет менее 0,01 вольта.

Следует заметить, что только наличие регулятора в однополярном блоке питания может обеспечить изменение выходного в двухполярном, в противном случае регулировка будет невозможна.

Описание приставки-делителя однополярного напряжения в двухполярное

(DA1) замеряет разность потенциалов между общим проводом и средней точкой делителя напряжения, собранного на сопротивлениях R1, R2, R3. При изменении данной разницы ОУ LM358 приводит к стабилизации выходного напряжения, уменьшая его или увеличивая.

Когда на схему подано входное напряжение, емкости С1 и С2 заряжаются половинным напряжением питания. При сбалансированной нагрузке, данные напряжения и будут выходным напряжением двухполярного источника питания.

Теперь проанализируем ситуацию, когда к выходу двухполярного блока питания подсоединена несбалансированная нагрузка, к примеру, сопротивление нагрузки в положительной цепи значительно ниже сопротивления нагрузки подсоединенной к отрицательной цепи.

Поскольку к емкости С1 параллельно подсоединена нагрузка (диод VD1 и небольшое сопротивление нагрузки), то емкость С2 будет заряжаться как через конденсатор С1 так и через выше обозначенную цепь (диод VD1 и небольшое сопротивление нагрузки).

По этой причине, заряд конденсатор С2 будет происходить большим напряжением чем конденсатор С1, а это приведёт к тому, что отрицательное напряжение будет выше положительного. На общем проводе напряжение увеличится относительно средней точки делителя напряжения R1, R2, R3, где напряжение равно 50% от входного.

Это способствует возникновению отрицательного напряжения на выходе ОУ LM358 относительно общего провода. В итоге открываются транзисторы VT2 и VT4 и аналогично электроцепи «диод VD1, небольшое сопротивление нагрузки» в положительной электроцепи, шунтирует емкость С2 в отрицательной цепи, что приводит к сбалансированности токов обоих цепей (положительной и отрицательной)

Аналогично, транзисторы VT1, VT3 откроются, если произойдет нарушение баланса нагрузки в сторону отрицательного напряжения.

Двухполярное питание необходимо для питания операционных усилителей, усилителей мощности и другой техники. Но зачастую у радиотехников не оказывается под рукой соответсвующего источника двухполюсного питания или трансформатора с симетричными обмотками. И тогда появляется необходимость конвертировать из однополярного напряжения в двухполюсное. Для построения наипростейщшего конвертора из однополярного напряжения в двухполюсное, используется делитель напряжения на резисторах с одинаковым сопротивлением. Два одинаковых резистора подключаются последовательно к источнику однополярного напряжения Х Вольт, и таким образом на положительном полюсе источника питания получаем (+)Х/2 Вольт, на отрицательном (-)Х/2 Вольт, а между резисторами общий провод или землю. Но такая схема имеет существенный недостаток: при работе на неравномерную нагрузку на разных плечах источника двухполюсного напряжения, будет неравномерное напряжение относительно общей точки. Для избежания этого недостатка используют стабилизацию напряжения при помощи транзисторов. На следующих схемах представлен вариант преобразователя однополярного напряжения в двухполюсное на транзисторах.

Так же можете поэкспериментировать со следующими схемами, использующими операционный усилитель для стабилизации потенциала общей точки двухполярного напряжения.

Теги: При конструировании различных усилителей мощности ЗЧ радиолюбители довольно часто сталкиваются с проблемой, когда отсутствует двухполярный источник тока. Схема, изобиженная на рис.1, позволяет получить из обыкновенного питания двуполярное, кроме того, она сама по себе является стабилизатором. На вход можно подавать напряжение как переменное, так и постоянное, в последнем случае диоды VD1-VD4 можно исключить, но при этом при подключении придется соблюдать полярность.

Рассмотрим работу устройства. Если присмотреться - схема состоит из трех простейших стабилизаторов напряжения. При подключении к источнику питания на коллектор VT2 поступает +27 В, с его эмиттера относительно минуса снимается стабилизированное +12 В, следовательно, между коллектором и эмиттером VT2 разница напряжений составляет 15 В Именно это напряжение и использует VТ1, на его эмиттере относительно эмиттера VT2 также стабилизированное +12 В, а относительно минуса напряжение +24 В. Все вроде бы хорошо, в работе разобрались, получили «плюс», «общий» и «минус» и нет необходимости в применении стабилизатора по минусу на VT3 Однако представим себе ситуацию короткое замыкание выхода верхнего по схеме плеча, тогда эмиттер VT2 окажется замкнутым с эмиттером VT1, на общем проводе относительно минуса окажется +24 В, проще говоря, на нижнем по схеме плече относительного «общего» будет -24 В Это может привести к выводу из строя питающей аппаратуры. Чтобы этого не произошло и установлен стабилизатор по минусу, собранный на VT3. Конструкция и детали Все детали стабилизатора, кроме транзисторов, установлены на печатной плате из однослойного фольгированного текстолита размером 35х95 мм. Транзисторы «посажены» на теплоотводы из дюралюминия и соединены с печатной платой отрезками многожильного провода. Номиналы конденсаторов и сопротивления резисторов могут быть изменены на 20-25 %. Печатная плата показана на рис.2. Если все детали исправны, правильно собранная схема в наладке не нуждается и начинает работать сразу.

Представь себе батарейку. Минус батарейки считай нулём (или плюс батарейки считай нулём). Меряй мультиметром относительно нуля другой конец батарейки - получишь +U (или получишь -U). Это однополярное запитывание. Соединяй две батарейки последовательно (плюс одной к минусу другой). Точку их соединения считай нулём. Меряй мультиметром относительно нуля концы батареек - получишь +U и получишь -U. Это двухполюсный ток.

Да, это одно и тоже. Все они соединяются вместе и подключаются к земле (минусу) ист. питания. В этой схеме - однополярное запитывание. А в двухполярном земля - землей, относительно нее есть положительный потенциал и отрицательный. Когда ты мериеш мультиметром его минус всегда на земле а плюс покажет либо +1,5, либо-1,5 смотря куда ткнешь. Нет. Земля - это не минус. Забей вообще на термин "земля". "Ноль" или "общий провод" больше подходят. У тебя в кампуйторе есть блок питания. У него разъём на материнку идёт. На самом БП и на разъёме присутствуют следующие напряжения относительно общего провода БП (обозначен как GND): +5В, +3.3В, +12В, -5В (минус!) и может быть ещё что-то там. При измерении ты подключаешь чёрный общий провод (или GND) мультиметра к общему проводу БП. А красным проводом подключаешся к точке, где хочешь что-то измерить. В компуйторах общий провод БП подключен к металлическому шасси (корпусу) можешь относительно него померять. Вот этот общий провод и обозначают значком "перевернутое T". Однако, если в схеме несколько не связанных между собой источников питания, то у каждого источника - свой общий провод, и обозначаться они должны по разному (тоже близко к "перевернутой Т"). Еще есть вопросы про батарейку? (Кстати, те знаки, про которые ты выше спрашивал, обозначают не одно и то же. На принципиальных схемах, если есть отличие в начертании значков, то эти значки обозначают разные вещи. Иначе зачем рисовать их по-разному?) Потенциал общего провода может быть любым, смотря относительно чего его мерить. Перев. т подключать к - батарейки. Может тебе будет легче понять через переменное напряжение? В розетке есть два провода: земля и фаза. На фозе происходит изменение потенциала относительно земли по синусу. Вспомни SIN-ду. Ось х соответствует 0 потенциалу отн. земли. Все, что выше - "+", ниже - "-". Так и здесь. только у нас три провода вместо 2-х и на двух из них не переменка, а постоянное.

Нет, этот трансформатор не подойдет. Он маленький, а значит, слабый, и обмотка на 17в. у него всего одна, а надо две. И напряжение +-25в. для вашей микросхемы максимальное, не надо упираться в потолок. При работе на динамики 4ом нормальное запитывание в пределах +-16-18в., для 8ом +-22в. Я свою 7265 кормлю от трансформатора 2*16в., после выпрямления с учетом падения напряжения на диодах получается +-20в., если верно помню) . Гоняю на 4ом, ток трансформатора 1,3А, но вообще надо побольше, ближе к 2А. ...на этом трансе таки есть пример обмоток, удобно устроенных для двухпол. питания. Рядом с 17в. три черных провода, так называемая обмотка с отводом от середины, с напряжениями 7-0-7 (между каждым концом и серединой напряг 7в., а от конца до конца 14в). Вот и вам надо 17-0-17. Или две отдельных по 17в., при этом начало одной с концом другой соединить-и там будет ноль, "общий", земля.При +/-35 вольтах Ваша ИМС долго не протянет... Ибо если Вы раскурите даташыт и форумы, то увидите, что при данном напряжении питания режим работы иначе как "тяжелым" не назовешь... Там же (от практиков-радиолюбителей и от меня лично) Вы получите совет, что НАИБОЛЕЕ оптимальным является напряжение питания для данной ИМС в диапазоне от +/-27 до +/-32-33 вольт. Туда же стОит добавить и то, что с напряжением питания производитель рекомендует определиться исходя из нагрузки на выходе УМНЧ. У меня 7294 работает при питании +-38в (таким образом я восстановил трансляционный усилитель 100У-101, поставив вместо того усилителя корорый был две микросхемы. Никаких проблем не замечал, на трансляционную линию (при максимальной нагрузке на нее) работает нормально. А вот как долго протянет, не знаю. Трансляция работает почти непрерывно с уровнями, близкими к максимальным (30 и 120в после трансформатора).

Зачастую для работы многих схем требуется двухполярное напряжение питания - однополярное с средней точкой. Т.е. когда за "Землю" принимается не минусовой вывод источника питания, а ровно половина выходного напряжения. Тогда получается относительно земли два напряжения +U и -U равной, по модулю величины.

Характерной особенностью правильного двухполярного источника питания является равные величины без знака +U и -U ВСЕГДА - если посмотреть двухлучевым осциллографом форму выходных напряжения, то пульсации сетевой частоты, а она всегда есть в реальном источнике питания, симметричны. Под влиянием недостаточной фильтрации пульсаций при увеличении +U, на столько же уменьшается и -U, для выполнения условия модуль(+U) = модуль(-U). После выше изложенного у вас закрался ответ на вопрос, зачем применяют двухполярные источники питания?

Ответ прост - для устранения влияния пульсаций питающего напряжения. Как бы мы не пытались спроектировать хороший фильтр с максимальныи КПД, сглаживающий пульсации после выпрямителя, например увеличением номиналов электролитических конденсаторов, применением активных фильтров на транзисторах, существуют устройства, для которых полученные значения уровня пульсаций все равно не приемлемы. Например приемники прямого преобразования, в состав которого входит усилитель низкой частоты с коэффициентом усиления ~ 100000, т.е. на его вход подается сигнал с уровнем ~ 1..10мкВ.

Типичным потребителем двухполярного напряжения питания являются операционные усилители. Правда их можно включить в схему и из однополярным напряжением питания, но в этом случае теряются приемущества двухполярного. В любом даташите на ОУ можно найти параметр "Supply-voltage rejection ratio", значение которое находится в пределах обычно 80 .. 100 дБ. Выражает соотношение изменение напряжение питания к изменению напряжения на выходе ОУ, выраженное в децибелах. Проще говоря коэффициент подавления пульсаций напряжения питания. Коэффициент подавления пульсаций фильтра однополярного источника питания значительно ниже.

Собственно схема преобразования однополярного напряжения в двухполярное представлена ниже. Это один из возможных вариантов. Популярна так же схема с двумя диодными мостами и одной вторичной обмоткой трансформатора. Но в моем устройстве трансформатор вынесен из корпуса, и на вход подается уже выпрямленное напряжение, так что...

Транзисторы Q1 и Q2 BD139 BD140 следует заменить на другие с достаточным коэффициентом уситения по току h21э. Я применил BDX33 BDX34 дарлингтона с значением 750. Операционный усилитель можно применять практически любой. Например LM358. В данном случае я применил который валялся под рукой - NE5532. Он сдвоенный, как видно из схемы. Триммером RV1, который должен быть многооборотным, выставляем половину напряжения питания.

Не у каждого радиолюбителя есть возможность достать подходящую деталь, потому необходимо знать, чем можно её заменить. На помощь приходит знание электронной схемотехники. Приведена, как пример, простенькая схемка двухполярного блока питания на стабилитронах, которая хорошо иллюстрирует принцип получения двухполярного питания из однополярного.

Простой двухполярный блок питания схема:

Начинающему радиолюбителю бывает сложно найти подходящий трансформатор для блоков питания, схем с усилителями или других схем, где требуется двухполярное питание. Приведён пример, классической схемы получения двухполярного блока питания из однополярного. Сразу следует отметить, что я не пробовал запускать эту схему, а привёл её, потому что используемое решение довольно оригинальное, и простое в реализации (номиналы элементов вам следует выбирать самостоятельно).

Это довольно простая схема, она дает возможность получить положительный и отрицательный полюс питания от трансформатора имеющего только одну вторичную обмотку (один двухполупериодный мостовой выпрямитель, или от однополярного источника питания). Решение довольно простое, два стабилитроны в паре обеспечивают разделение напряжения нужно только заземлить их центральную точку (конденсатор, выступающий в роле фильтра не должен быть заземлен). Схема простая в реализации, дешёвая и доступная хотя и имеет свои недостатки.

В эру портативной электроники все острее встает вопрос о питания переносных девайсов. Особую сложность представляет двухполярное напряжение питания, необходимое например в портативном усилителе для наушников. Сегодняшнее развитие электроники позволяет преодолеть данную проблему. Рассмотрим как сделать двухполярное питание из однополярного на микросхеме TPS65133.

Варианты двухполярного питания для портатива

Конечно для двухполярного питания в портативе можно воспользоваться двумя аккумуляторами. Но это приведет к дополнительным сложностям с их зарядкой, а также к расбалансу плеч по мере старения аккумуляторов.

Более продвинутый вариант сделать двухполярное питание из однополярного — использовать или любой другой. Но и тут есть проблема. при разряде аккумулятора, вслед за положительным напряжением будет падать и отрицательное. Т.е. при заряженном аккумуляторе питание будет ±4.2, а при разряженном ±3 В или еще меньше.

И тут на помощь приходят SEPIC преобразователи. Не будем углубляться в теорию процесса преобразования — это тема отдельной статьи. А пока рассмотрим преобразователь однополярного напряжения в двухполярное на TPS65133.

Двухполярное питание из однополярного на микросхеме TPS65133

Главным достоинство этого преобразователя является то, что выходное напряжение составляет ±5В независимо от входного напряжения, которое может быть от 2.9 до 5 вольт (допустимо подавать до 6 вольт). Т.е. микросхема создана для непосредственного использования с 3.6 вольтовыми аккумуляторами. Но никто не запрещает запитать ее от usb или блока питания.

Частота преобразования тут 1.7МГц. Для аудио устройств это отличный вариант. При этом, для работы не требуется использование трансформаторов, которые нужны в большинстве SEPIC конвертеров. Для преобразования требуется только индуктивность которая, благодаря столь высокой частоте, достаточно мала.

Схема преобразователя однополярного напряжения в двухполярное на TPS65133 выглядит следующим образом:

Конденсаторы желательно устанавливать танталовые. Так же будет не лишним поставить дополнительно конденсаторы по 0.1 мкФ для фильтрации ВЧ-помех.

Что касается такого параметра как выходной ток, то тут все очень хорошо. Выходной ток может достигать 250 мА на плечо. Производитель заявляет, что при выходном токе от 50 до 200 мА КПД преобразователя превышает 90%, что является очень хорошим показателем для применения в портативной технике.

Ложка дегтя в бочку меда

При всех очевидных плюсах, самым большим минусом данной микросхемы является ее корпус. Микросхема выпускается только в корпусе предназначенном для поверхностного монтажа, размерами 3х3 мм. Размеры контактов составляют 0.6х0.2 мм, а расстояние между ними 0.25 мм.

Изготовить плату с такими контактами в домашних условиях — не самое простое занятие. Можно облегчить себе жизнь, если купить готовый модуль со впаянной микросхемой и обвязкой.

Вообще TPS65133 не единственная. В этом же ряду есть микросхемы TPS65130 TPS65131, TPS65132, TPS65135….. Однако либо их характеристики мене интересны, либо корпус еще хуже.

Буду очень признателен всем, кто подскажет микросхемы с аналогичными характеристиками. Жду Вас в комментах

Материал подготовлен исключительно для сайта