Masz już nieuregulowane źródło zasilania DC. Jak mówisz, zbudowany z mostka i kilku kondensatorów. Wygląda na to, że masz również centralne dotknięcie pomocniczego transformatora. Więc masz też masę i \ $ \ pm \: 53 \: \ text {V} \ $ zmierzone za pomocą miernika dla dwóch pozostałych szyn. Zakładam, że prawdopodobnie jest rozładowany, więc prawdopodobnie będziesz miał mniej niż to po załadowaniu. O ile mniej można zgadywać, ponieważ zależy to w dużej mierze od obciążenia, konstrukcji toroidu, kondensatorów i innych czynników. Ale na pewno mniej.
Jak rozumiem, próbujesz dowiedzieć się, jak zaprojektować własny \ $ \ pm \: 15 \: \ text {V} \ $ do użytku z opampami. Więc niekoniecznie chcesz tylko kupować niezłe zaopatrzenie (w dzisiejszych czasach są tanie). A ponieważ chodzi o naukę, będzie to projekt liniowy, a nie przełącznik. Więc twój zasilacz będzie generalnie nieefektywny pod względem mocy. Ale nie przeszkadza ci to.
Być może projektuję, ale myślę, że to dobry pomysł na początek. Jest na tyle skromny, że masz wszelkie powody, by odnieść sukces. Ale wystarczy się dowiedzieć, że warto też o to walczyć. Myślę, że moim pierwszym doświadczeniem edukacyjnym, w którym naprawdę dobrze nauczyłem się kilku rzeczy, było zaprojektowanie własnego zasilacza w ten sposób. Wtedy właściwie nie miałem wyboru. Istniejące materiały laboratoryjne były niedostępne dla młodego nastolatka. Nie było też zestawu tanich dostawców eBay dla fantazyjnych przełączników opartych na układach scalonych. Musiałem więc zrobić to sam lub obejść się bez. A w obliczu tego uczy się lub robi bez.
Twoje podejście jest być może trochę za bardzo podobne do sterownika wyjściowego typu sink / source używanego we wszystkim, od wzmacniaczy operacyjnych po wzmacniacze audio. Możesz przyjąć podejście, które wybierasz, ale musisz zrobić dwa z nich - jeden dla \ $ + 15 \: \ text {V} \ $ i jeden dla \ $ - 15 \: \ text {V} \ $ . Są jeszcze mniej wydajne, ponieważ mogą każde źródło z twojej (+) szyny i opadać na twoją (-) szynę, i musisz je uruchomić w klasie AB. Naprawdę potrzebujesz tylko źródła z (+), aby wykonać poręcz \ $ + 15 \: \ text {V} \ $ i zatopić się w (-), aby szyna \ $ - 15 \: \ text {V} \ $ .
Na marginesie, dobrym pomysłem może być dołącz parę rezystorów upustowych do istniejącej baterii kondensatorów na wyjściu mostka. Coś, aby pozbyć się zgromadzonej opłaty, jeśli coś wyłączysz. Niektóre \ $ \ tfrac {1} {2} \: \ text {W} \ $ , \ $ 10 \: \ rezystory tekstowe {k} \ Omega \ $ ? To spowodowałoby tylko obciążenie \ $ 5 \: \ text {mA} \ $ podczas pracy.
Rozważając ten pomysł, rozważ również próbę załadowania istniejących nieuregulowanych zasobów, aby zmierzyć, co robi pod obciążeniem. Spróbowałbym czegoś takiego jak \ $ \ ge 5 \: \ text {W} \ $ , \ $ 1 \: Rezystor \ text {k} \ Omega \ $ , aby uzyskać informacje o obciążeniu \ $ 50 \: \ text {mA} \ $ , mierzącym napięcie z obecnym ładunkiem. Następnie spróbowałbym czegoś takiego jak \ $ \ ge 10 \: \ text {W} \ $ , \ $ 270 \ : Rezystor \ Omega \ $ , aby zobaczyć, co się stanie, gdy zbliżę się do obciążenia \ $ 200 \: \ text {mA} \ $ . To przetestuje cały nieuregulowany system i da ci wyobrażenie o jego ograniczeniach. Te wartości zostały wybrane losowo. Jeśli znasz już ograniczenia swojego toroidu, wypróbuj dwie różne wartości rezystorów, które osiągną maksymalne obciążenie, które spodziewasz się obsługiwać, i inną, która osiągnie być może 30% maksymalnego obciążenia. Zwróć uwagę na zmierzone wartości napięcia. Po pewnym załadowaniu dobrze jest mieć pojęcie o nieuregulowanej szynie.
Zalecam, abyś zaczął skupiać się tylko na jednej stronie, powiedzmy, tworząc \ $ + 15 \: \ text {V} \ $ regulowana szyna zasilająca z nieuregulowanej (+) szyny. Musisz się zastanowić, czy chcesz mieć również aktualne limity. Myślę, że bezpieczniej byłoby je uwzględnić. Ale to twoja decyzja. Jednak nie jest trudno coś do tego dołączyć. Osobiście prawdopodobnie też chciałbym móc przejść do \ $ + 12 \: \ text {V} \ $ . Więc może zmienne zasilanie wyjściowe, które działa w jakimś skromnym zakresie napięć wyjściowych?
Masz dużo miejsca na głowę! Oznacza to, że możesz użyć obserwatora nadajnika NPN, obserwatora Darlingtona lub dowolnej konfiguracji, którą chcesz mieć. Sprawy nie są napięte , więc masz miejsce na struktury kontrolne. Dużo miejsca. Wadą jest oczywiście to, że musisz rozpraszać i że szyny napięciowe wystarczą, abyś musiał sprawdzić arkusze danych, aby zachować bezpieczne parametry pracy urządzeń.
Wreszcie, prawdopodobnie możesz zaakceptować konieczność oddzielnie ustawić dwie wartości napięcia na szynie, niezależnie. Niektóre zasilacze są zaprojektowane tak, aby zapewniały śledzenie , więc jeśli ustawisz regulowany \ $ + \ text {V} \ $ na \ $ + 15 \: \ text {V} \ $ to Twój regulowany \ $ - \ text {V} \ $ span> dostawa będzie to śledzić i zapewni \ $ - 15 \: \ text {V} \ $ . Ale podejrzewam, że na razie możesz żyć bez tego.
Jeśli napiszesz osobne pytanie lub wyjaśnisz to lepiej, mogę zacząć od trzech lub czterech różnych dyskretnych (nie-IC) topologie, które warto przeanalizować samodzielnie i podczas tworzenia. Ale na przykład nie mam pojęcia, jaki rodzaj aktualnej zgodności chcesz mieć. Pomogłoby też wiedzieć, jakie napięcie mierzysz, gdy nieregulowane zasilanie jest obciążane do maksymalnej zgodności prądu, którą chcesz obsługiwać (przy użyciu rezystora o dużej mocy, a następnie zmierzenie napięcia za pomocą woltomierza, zanim stanie się zbyt gorące. A jeszcze bardziej pomogłaby wiedza, czy chcesz mieć zmienne napięcie w pewnym zakresie (jaki dokładnie zakres?), A jeśli chcesz mieć tylko stałe napięcie, ile początkowej dokładności potrzebujesz? I chciałbym wiedzieć, czy dotyczy to wyłącznie zasilacza opamp (sugerującego niższą zgodność prądu), czy też chcesz go użyć do rzeczywistego dostarczania wyższych prądów przy wciąż niższych napięciach, dla niektórych projektów. Na koniec fajnie byłoby wiedzieć, jakie masz BJT lub chcesz dostać.
EDYCJA: Więc.Coś prostego, niezbyt aktualnego zgodności tylko \ $ 5 \: \ text {mA} \ $ .Skoncentrujmy się najpierw na stronie (+) szyny ... może iść albo z NPN lub PNP dla tranzystora przepustowego.To bardziej kwestia tego, jak chcesz to kontrolować.Czy chcesz odprowadzić prąd ze źródła, czy też w razie potrzeby wyciągnąć prąd?Hmm.Spróbujmy tego - nacisk na prostotę.
zasymuluj ten obwód - schemat utworzony za pomocą CircuitLab
Na schemacie zapisałem kilka uwag projektowych.Wartości rezystorów są standardowe, więc rzeczywiste napięcie wyjściowe będzie trochę niższe.Ale powinno być blisko.Oto logika.
Zacząłem od \ $ Q_1 \ $ jako topologii emiterów. To cele emitera \ $ 15 \: \ text {V} \ $ . Więc zapisałem tam "15V @ 5mA". Początkowo oszacowałem przydatny \ $ \ beta_ {Q1} = 50 \ $ i obliczyłem \ $ I_ {B_ {Q1} } = 100 \: \ mu \ text {A} \ $ i oszacowane (tylko z pamięci) \ $ V_ {BE_ {Q1}} = 750 \: \ text {mV} \ $ . Na tej podstawie zdecydowałem, że chcę \ $ 5 \ times \ $ z nieuregulowanej dostawy, więc ustawiłem \ $ R_1 = \ frac {53V-15V-750 \: \ text {mV}} {500 \: \ mu \ text {A}} = 74,5 \: \ text {k} \ Omega \ około 75 \: \ text {k} \ Omega \ $ . Oznacza to, że będę musiał wycofać się między \ $ 400-500 \: \ mu \ text {A} \ $ z \ $ R_1 \ $ do kontrolowania zachowania \ $ Q_1 \ $ na wyjściu. To wystarczająco mały zakres, \ $ 450 \: \ mu \ text {A} \ pm 50 \: \ mu \ text {A} \ $ , że różnice w prosty obwód nie będzie zbyt czuły. Aha, i wybrałem BC546, który ma \ $ V_ {CEO} = 65 \: \ text {V} \ $ . (Można użyć 2N5551 dla \ $ V_ {CEO} = 150 \: \ text {V} \ $ .)
Postanowiłem użyć innego NPN poniżej, z podstawą przybitą do dzielnika rezystora, aby wyciągnąć ten prąd. Kolektor \ $ Q_2 \ $ jest przybity do napięcia, więc nie ma wczesnego efektu. W porządku. Rozproszenie w \ $ Q_2 \ $ jest poniżej \ $ 10 \: \ text {mW} \ $ , więc nie ma problemu. (Wiesz już, że może występować problem w \ $ Q_1 \ $ .) Dioda i kondensator zapewniają półstabilne napięcie odniesienia, ponieważ są zasilane stosunkowo stabilnym \ $ 450 \: \ mu \ text {A} \ pm \: 50 \: \ mu \ text {A} \ $ aktualne. Oszacowałem \ $ \ beta_ {Q2} = 50 \ $ (ponownie) i obliczyłem \ $ I_ {B_ {Q2} } = 10 \: \ mu \ text {A} \ $ i oszacowane (tylko z pamięci) \ $ V_ {BE_ {Q1}} = 650 \: \ text {mV} \ $ . Wiem również, że 1N4148 działa mniej więcej \ $ 550 \: \ text {mV} \ $ przy \ 500 $ \: \ mu \ text {A} \ $ aktualne. To powiedziało mi, że węzeł dzielący powinien zostać odgadnięty w \ $ 1.2 \: \ text {V} \ $ . Też to zapisałem.
Postanowiłem ustawić dzielnik na co najmniej \ $ 10 \ times \ $ maksymalny wymagany prąd podstawowy dla \ $ Q_2 \ $ . Jednym z problemów z tym obwodem będą temperatury otoczenia, ponieważ wpływają one na połączenie baza-emiter w \ $ Q_2 \ $ (i \ $ D_1 \ $ , też) i to wpływa na nasz punkt podziału i prawie wszystko inne. Ale dodanie \ $ D_2 \ $ i \ $ D_3 \ $ do rozdzielacza pomaga tutaj. Zapewnia jeszcze dwa złącza zależne od temperatury, które będą śledzić pozostałe dwa nad temperaturą. Pozostały problem to \ $ R_3 \ $ i różne bieżące gęstości.
\ $ D_2 \ $ i \ $ D_3 \ $ są uruchomione z około \ $ \ tfrac {1} {5} \ $ aktualnej gęstości \ $ D_1 \ $ i \ $ Q_2 \ $ . Tak się składa, że pamiętam, że 1N4148 powoduje zmianę gęstości prądu o około \ $ \ Delta V \ około 100 \: \ text {mV} \ $ na dekadę, więc myślę, że że \ $ \ Delta V = 100 \: \ text {mV} \ cdot \ log_ {10} \ left (\ tfrac {1} {5} \ right) \ około -70 \: \ text {mV} \ $ na diodę dla tych dwóch. Oznacza to, że aby dotrzeć do \ $ 1.2 \: \ text {V} \ $ przy rozdzielaczu, \ $ R_3 = \ frac {1,2 V - 2 \ cdot \ left (550 \: \ text {mV} -70 \: \ text {mV} \ right)} {87 \: \ mu \ text {A}} \ około 2,7 \: \ text {k} \ Omega \ $ (użyłem \ $ 87 \: \ mu \ text {A} \ $ jako bieżącej wartości punktu środkowego. ) Tak więc przypuszczalnie ustawia się \ $ R_3 \ $ .
Dodałem ograniczenie przyspieszenia na rezystorze dzielnika \ $ R_2 \ $ , aby krótkoterminowe zmiany obciążenia mogły od razu napędzać \ $ Q_2 \ $ . (Jeśli \ $ 15 \: \ text {V} \ $ regulowana szyna nagle skacze w górę, to \ $ C_3 \ $ podciągnie się natychmiast na podstawie \ $ Q_2 \ $ , dzięki czemu pobierze więcej prądu z dysku do \ $ Q_1 \ $ , przeciwdziałając wzrostowi. Podobnie, w drugim kierunku.)
Myślę, że powinieneś być w stanie podciągnąć (-) regulowaną szynę. I pamiętaj, że nie chcesz zbyt mocno obciążać to urządzenie! Na pewno sprawisz, że biedny mały TO-92 poważne problemy. Rozprasza się \ $ 5 \: \ text {mA} \ cdot \ left (53 \: \ text {V} -15 \: \ text {V} \ right) \ około 200 \ : \ text {mW} \ $ , a pakiet zawiera \ $ \ tfrac {200 ^ {\ circ} K} {W} \ $ , więc to działa już około \ $ + 40 ^ {\ circ} C \ $ powyżej otoczenia. Możesz zobaczyć, jak szybko ta rzecz się nagrzeje, jeśli przepuścisz przez nią znacznie większy prąd. Być może uda Ci się uciec z \ $ 10 \: \ text {mA} \ $ , ale niewiele więcej.
PRZEGLĄD UWAGA: Teraz że widać proces jednej osoby (inni, bardziej doświadczeni projektanci zastosują jeszcze więcej wiedzy niż ja zastosowałem), poświęćmy chwilę, aby spojrzeć na to z odległej perspektywy.
Obwód sprowadza się do:
- Tranzystor przepustowy ( \ $ Q_1 \ $ ), który powinien wystarczyć na około \ $ 40 \: \tekst {V} \ $ między nieuregulowaną (+) szyną a żądaną szyną \ $ 15 \: \ text {V} \ $ .Ten tranzystor przejściowy będzie potrzebował źródła prądu bazowego, aby mógł być utrzymywany w aktywnym regionie.Jest również ustawiony w konfiguracji emiter-popychacz, tak że przesuwanie jego napięcia bazowego wokół przesuwa jego emiter w przybliżeniu 1: 1 (wzmocnienie napięcia od podstawy do emitera wynosi \ $ \ około 1\ $ .)
- Możemy rozwiązać wszystkie problemy w (1) powyżej, używając prostego rezystora ( \ $ R_1 \ $ ) do nieregulowanej (+) szyny. To nie tylko może zapewnić potrzebny prąd bazowy, ale także bardzo ułatwia kontrolowanie napięcia podstawowego \ $ Q_1 \ $ , po prostu pobierając większy lub mniejszy prąd przez to. Ze względów projektowych nie chcemy, aby zmiany prądu podstawowego \ $ Q_1 \ $ miały poważny wpływ na strumień prądu, którego również używamy do kontrolowania napięcia u podstawy z \ $ Q_1 \ $ . Więc dla porównania musimy uczynić ten strumień prądu dużym. Większy jest lepszy i być może domyślnie możemy wybrać współczynnik \ $ 10 \ times \ $ . Ale ogranicza nas również fakt, że jest to zasilacz \ $ 5 \: \ text {mA} \ $ . Więc możemy chcieć użyć czegoś, co dotyczy \ $ \ tfrac {1} {10} \ $ th of \ $ 5 \: \ text {mA} \ $ , aby był skromny. To oznacza coś od \ $ 10 \ cdot 100 \: \ mu \ text {A} = 1 \: \ text {mA} \ $ po jednej stronie do około \ $ \ tfrac {5mA} {10} = 500 \: \ mu \ text {A} \ $ po drugiej stronie. Zdecydowałem się na mniejszą wartość, ponieważ jest to tylko prosty regulator i mogę zaakceptować nieco mniej sztywne źródło bazowe.
- Coś do kontrolowania prądu przepuszczanego przez \ $ R_1 \ $ , w oparciu o pewnego rodzaju porównanie napięcia. Okazuje się, że BJT jest w porządku do czegoś takiego. (Więcej BJT byłoby lepszych, jak w wzmacniaczu operacyjnym, ale jeden jest tutaj wystarczający). Ma prąd kolektora, który zależy od różnicy napięcia między jego podstawą a emiterem. Więc porównuje swoją bazę i emiter i na tej podstawie dostosowuje prąd! Praktycznie zrobione w niebie, tak? Dlatego przyklejamy teraz nowy BJT ( \ $ Q_2 \ $ ) z jego kolektorem powiązanym z \ $ R_1 \ $ i podstawę \ $ Q_1 \ $ .
- Potrzebujemy napięcia odniesienia. Przydałoby się prawdziwe odniesienie, jak zener lub bardziej wyrafinowane urządzenie IC, ale jest to prosta konstrukcja. Otóż dioda o stałej gęstości prądu jest napięciem odniesienia. (Poza temperaturą.) I wiecie co? Tak się składa, że mamy prąd, którego możemy użyć, który jest stosunkowo stabilny! Bieżący prąd, którego używamy do regulacji podstawowego napięcia \ $ Q_1 \ $ poprzez \ $ R_1 \ $ span >. Więc teraz \ $ R_1 \ $ zapewnia nam trzy usługi - dostarcza prąd podstawowy do \ $ Q_1 \ $ , pozwala nam kontrolować bazę \ $ Q_1 \ $ , dostosowując przepływający przez nią prąd, a teraz ten sam prąd może służyć do stabilizacji napięcia diody napięcia odniesienia . Wszystko, co robimy, to umieszczamy tę diodę w emiterze \ $ Q_2 \ $ . I dodaj do niego mały kondensator, aby zabić tam szumy o wysokiej częstotliwości. Fajnie, gdy coś wykonuje za Ciebie wiele obowiązków.
- Mamy kolektor kontroli prądu, napięcie odniesienia na emiterze, a teraz wszystko, co musimy podać, to napięcie porównawcze, wyprowadzone z napięcia wyjściowego, u podstawy \ $ Q_2 \ $ . Ważne jest, aby jeśli to porównanie wzrosło (napięcie wyjściowe wydaje się wzrosnąć z nieznanego powodu), będziemy pobierać więcej prądu przez \ $ R_1 \ $ , aby zmusić napięcie bazowe \ $ Q_1 \ $ do odrzucenia, aby przeciwstawić się tej zmianie. Okazuje się, że prosty dzielnik napięcia dobrze sobie z tym radzi. Wszystko, co musimy zrobić, to upewnić się, że prąd płynący przez dzielnik napięcia jest dużo większy niż wymagany prąd bazowy \ $ Q_2 \ $ , tak aby \ $ Q_2 \ $ dostosowuje prąd kolektora i potrzebuje więcej (lub mniej) prądu podstawowego, co nie wpływa na napięcie dzielnika (dużo.)
To naprawdę istota tego. Dodałem te dwie diody, aby pomóc ustabilizować sytuację w stosunku do temperatury otoczenia. Ale nie są one bezwzględnie konieczne, jeśli nie przeszkadza ci, że szyny napięciowe przesuwają się trochę bardziej wraz z temperaturą. W obecnej sytuacji mogą nadal dryfować o \ $ \ tfrac {25 \: \ text {mV}} {^ {\ circ} C} \ $ , po prostu robię krótką pętlę zgadywania. Ale jeśli nie przeszkadza ci, że jest dwa razy gorszy, możesz zamiast tego zastąpić rezystor i dwie diody prostym rezystorem:
zasymuluj ten obwód
Rzeczywista wartość \ $ R_3 \ $ może wymagać nieco zmiany w tym miejscu , ponieważ tak naprawdę nie wiemy, ile prądu podstawowego jest potrzebne (prawdopodobnie mniej niż się spodziewałem - dużo mniej). Więc być może bliżej \ $ 12 \: \ text { Wartość k} \ Omega \ $ ? Ale przypuszczam, że możesz tutaj użyć potencjometru, aby to zmienić.