В статье описывается простой блок питания на трех микросхемах — К157ХП2, LM358N, К142ЕН19 и транзисторе КТ827А. Выходное напряжение можно регулировать в пределах от 1,3В до 24В, при этом номинальный ток нагрузки равен 3А. Схема стабилизатора блока питания имеет защиту от превышения тока нагрузки.
Схема блока питания показана на рисунке 1.
В качестве сетевого трансформатора применен трансформатор от старых телевизоров ТС-180.
ТС 180 Datasheet PDF
С трансформатора сматываются все вторичные обмотки, оставляют только первичную. Наматывают новую вторичную обмотку, состоящую из 180 витков обмоточного провода диаметром 1,5мм. По 90 витков на каждой катушке трансформатора. При этом выходное переменное напряжение на выходе трансформатора в режиме ХХ должно быть примерно 22 вольта. Превышать этот уровень не следует, так как после выпрямления диодами VD1 и VD2 и фильтрации конденсатором С3, состоящего из трех конденсаторов по 2200,0×50В, значение этого напряжения будет уже равно его амплитудному значению 32 вольта, а это предел напряжения питания микросхемы DA1 LM358N.
Неинвертирующий усилитель
Графический символ неинвертирующего усилителя
Напряжение, подаваемое на вход We (+) выше, чем подаваемое на We (-), поэтому выходной сигнал большой, потому что он близок к напряжению питания Uпит, за вычетом падения напряжения на усилителе Uwo (We (+) > We (-) => Wy ~ Uпит — Uwo). Часть выходного сигнала возвращается через резистор на вход We (-), таким образом этот сигнал становится больше, чем напряжение на We (+), и напряжение на выходе становится близким к 0 В (We (+) < We (-)) => Wy ~ 0 В). Вследствие падения напряжения на выходе (и отсутствия на нем усиления сигнала на We (-)) напряжение на We (+) снова будет больше We (-).
На практике быстро устанавливается состояние равновесия при котором выходной сигнал будет постоянным. Его размер легко рассчитать по формуле:
Uwy = Uwe (+) x [(R1 + R2) / R1]
Предположим, что на вход We (+) поступает напряжение 0,5 В, а на выходе хотим получить в 5 раз больше, то есть 2,5 В. Подставим данные в формулу:
Uwy = Uwe (+) x [(R1 + R2) / R1]
2,5 В = 0,5 В x [(R1 + R2) / R1]
[(R1 + R2) / R1] = 2,5 В / 0,5 В
[(R1 + R2) / R1] = 5
Отношение суммы сопротивлений резисторов R2 и R1 к R1 должно дать нам 5. Итак, предположим, что сопротивление R2 = 10 кОм и R1 = 2,2 кОм (соотношение их сопротивлений составляет 5,54).
Соберем всё на макетной плате по следующей схеме:
Прежде всего необходимо убедиться, что на вход We (+) подается соответствующее напряжение. Для этого подключите вольтметр между землей и третьей ножкой усилителя, а затем поверните ручку потенциометра до тех пор, пока мультиметр не покажет результат 0,5 В (или как можно более близкий).
Теперь измерьте напряжение на выходе усилителя, то есть между первым контактом и массой. Теоретически должны получить результат близкий к 2,5 В. Между тем, показание вольтметра составляет целых 2,88 В.
Откуда эта разница? Помните, мы не использовали резисторы с коэффициентом 5,54, а не 5. Давайте снова подставим данные (на этот раз реальные) в формулу:
Uwy = Uwe (+) x [(R1 + R2) / R1]
Uwy = 0,51 В x [(2,16 кОм + 10 кОм) / 2,16 кОм
Uwy = 0,51 В x 5,63
Uwy = 2,87 В
Теоретически и практически получили почти такой же результат — 2,87 В.
К157ХП2 Datasheet PDF
На инвертирующий вход DA1.2 подается часть выходного напряжения блока питания через резистивный делитель R10 и R11. От величины резистора R11 зависит максимальное выходное напряжение БП. Если вам нужно другое максимальное напряжение, то его можно вычислить по формуле приведенной ниже. Допустим нам нужно на выходе максимальное напряжение 12 вольт. Переменное сопротивление оставляем с величиной 1,5 кОм. Опорное напряжение у нас 1,3 В. Вычисляем R10.
С выхода усилителя ошибки сигнал поступает через ограничивающий резистор R9 на базу управляющего транзистора VT1. В сбалансированном режиме схемы напряжение на движке переменного резистора R10 всегда будет равно напряжению ИОН. «Шаг влево, шаг вправо» этого напряжения будет вызывать соответствующую реакцию усилителя ошибки. Допустим, по какой-то причине просело напряжение на выходе БП, уменьшилось напряжение и на инвертирующем входе DA1.2 относительно напряжения ИОН 1,3В. Значит, увеличится выходное напряжение ОУ и соответственно на базе транзистора VT1. Транзистор приоткроется до такого состояния, при котором напряжение на движке R10 сравняется с 1,3В. Если напряжение на выводе 2 будет больше 1,3 вольта, то транзистор VT1 будет закрываться. Я это к чему. Что если вообще выключить опорное напряжение на выводе 3, то регулирующий транзистор полностью закроется. А на этом и построена схема защиты от превышения тока нагрузки.
Микросхема DA3 имеет вывод ВклВыкл – 9. Если на его подать напряжение больше 2 вольт, то стабилизатор этой микросхемы начинает работать в штатном режиме, если это напряжение снять, то стабилизатор выключается, что мне очень нравится, полностью, выходное напряжение практически равно нолю. А теперь рассмотрим полный алгоритм работы схемы защиты. Допустим нам надо огранить ток нагрузки на уровне 3А. Протекая через резистор R1, этот ток вызовет на нем падение напряжения U=IxR =3×0,05=0,15B. Это напряжение усилится ОУ DA1.1 до уровня, в нашем случае, равном 5В. Что бы получить такое напряжение, надо, чтобы Кус этого усилителя был равен 5B/0,15И = 33,33 (3). А Кус зависит от соотношения величин резисторов R2 и R4. Кус = R4/R2, 4700/100 = 47. Естественно величину резистора R4 надо уменьшить до 3300Ом. С выхода усилителя напряжения датчика тока сигнал подается на делитель напряжения 1:2 – R5 и R6. В конечном итоге на вход компаратора, роль которого выполняет параллельный стабилизатор напряжения DA2 К142ЕН19 с напряжение ИОН, равному 2,5 вольта, подается сигнал величиной два с половиной вольта. Если ток нагрузки увеличится, то увеличится и напряжение на входе 1 микросхемы DA2 относительно напряжения ИОН, а это приведет к открыванию внутреннего транзистора данной микросхемы, возникнет ток, протекающий от плюсовой шины через резистор R7, светодиод оптрона U1, К-Э внутреннего транзистора DA2, общий провод. Светодиод засветится, тиристор оптрона откроется и зашунтирует вывод 9 DA3 на общий провод. Стабилизатор DA3 выключится, пропадет напряжение на выводе 3 микросхемы DA1.2, и наконец-то закроется транзистор VT1. Напряжение на выходе БП упадет практически до нуля. Для возвращения схемы после устранения перегрузки в рабочее состояние достаточно нажать и отпустить кнопку SB1. Имейте ввиду, что время срабатывания защиты очень маленькое. Поэтому могут быть проблемы с подключением емкостных нагрузок, Если время заряда емкости нагрузки будет больше времени срабатывания защиты, то защита постоянно будет такую нагрузку отключать.
Читать также: Подключение диодной ленты к блоку питания
На этом все. Успехов. К.В.Ю.
Схемы подключения
Ниже приведем несколько простых схем включения lm358 которые могут вам пригодится. Все они являются ознакомительными, так что обязательно проверяйте все перед внедрением в производственной сфере.
Схема в мощном неинвертирующим усилителе.
Преобразователь напряжения — ток.
Схема с дифференциальным усилителем.
Неинвертирующий усилитель средней мощности.
Схема не инвертирующего усилителя
Описание схемы:
- На плюсовой вход подается сигнал.
- К выходу операционного усилителя подключается два постоянных резистора R2 и R1, соединенных последовательно.
- Второй резистор соединен с общим проводом.
- Точка соединения резисторов подключается к минусовому входу.
Чтобы вычислить коэффициент усиления, необходимо воспользоваться простой формулой: k=1+R2/R1.
Если имеются данные о значении сопротивлений, входного напряжения, то нетрудно посчитать выходное: U(out)=U(in)*(1+R2/R1). При использовании микросхемы LM358 и резисторов R1=10 кОм и R2=1 МОм, коэффициент усиления окажется равен 101.
Схема мощного не инвертирующего усилителя
Элементы, который применены в конструкции не инвертирующего усилителя, и их параметры:
- В качестве микросхемы используется LM358.
- Значение сопротивления R1=910 kOm.
- R2=100 kOm.
- R3=91 kOm.
Для усиления сигнала применяется полупроводниковый биполярный транзистор VT1.
По напряжению коэффициент усиления при условии использования таких элементов равен 10. Чтобы посчитать коэффициент усиления в общем случае, необходимо воспользоваться такой формулой: k=1+R1/R2. Для вычисления коэффициента по току всей схемы необходимо знать соответствующий параметр используемого транзистора.
Схема преобразователя напряжение-ток
Схема приведена на рисунке и немного похожа на ту, которая была описана в конструкции не инвертирующего усилителя. Но здесь добавлен биполярный транзистор. На выходе сила тока оказывается прямо пропорциональна напряжению на входе операционного усилителя.
И в то же время сила тока обратно пропорциональна сопротивлению резистора R1. Если описать это формулами, то выглядит следующим образом:
I=U(in)/R.
При величине сопротивления R1=1 Om, на каждый 1V напряжения, прикладываемого ко входу, на выходе будет 1А тока. Схема включения LM358 в режиме преобразователя напряжения в ток используется радиолюбителями для конструирования зарядных устройств.
Схема преобразователя ток-напряжение
При помощи такой простой конструкции на операционном усилителе LM358 можно осуществить преобразование тока с малым значением в высокое напряжение. Описать это можно такой формулой:
U(out)=I*R1.
Если в конструкции применяется резистор сопротивлением 1 МОм, а по цепи протекает ток со значением 1 мкА, то на выходе элемента появится напряжение со значением 1В.
Советуем к прочтению: Виды батареек: подробная классификация элементов питания по размеру, составу и другим параметрам
Схема простого дифференциального усилителя
Данная конструкция получила широкое распространение в устройствах, которые измеряют напряжение у источников, обладающих высоким сопротивлением. Необходимо учитывать особенность – отношения сопротивлений R1/R2 и R4/R3 должны быть равны. Тогда на выходе напряжение окажется со следующим значением:
U(out)=(1+R4/R3)*(Uin1-Uin2).
При этом коэффициент усиления может быть рассчитан по формуле k=(1+R4/R3). В том случае, если сопротивления всех резисторов равны 100 кОм, коэффициент окажется равен 2.
Схема монитора тока
Еще одна схема, которая позволяет проводить измерение значения тока в питающем проводе. Она состоит из шунтирующего сопротивления R1, операционного усилителя LM358, транзистора npn-типа и двух резисторов. Характеристики элементов:
- микросхема DA1 – LM358;
- сопротивление резистора R=0,1 Ом;
- значение сопротивления R2=100 Ом;
- R3=1 кОм.
Напряжение питания ОУ должно быть минимум на 2 В больше, нежели у нагрузки. Это обязательное условие функционирования схемы.
Схема преобразователя напряжения в частоту
Этот прибор потребуется в том случае, когда возникнет необходимость в подсчете периода или частоты какого-либо сигнала.
Схема применяется в качестве аналогово-цифрового конвертера. Параметры элементов, используемых в конструкции:
- DA1 – LM358;
- C1 – 0,047 мкФ;
- R1=R6=100 кОм;
- R2=50 кОм;
- R3=R4=R5=51 кОм;
- R6=100 кОм;
- R7=10 кОм.
Это все конструкции, которые могут быть построены с использованием операционного усилителя. Но область применения LM358 на этом не ограничивается, существует большое количество схем намного сложнее, позволяющих реализовать различные возможности.
Цоколевка оптрона АОУ103
Возникли вопросы по распиновке данного оптрона. Вот два варианта ее из двух разных справочников. Так что лучше проверить цоколевку вашего оптрона тестером.
Говоря операционный усилитель, я зачастую подразумеваю LM358. Так как если нету каких-то особых требований к быстродействию, очень широкому диапазону напряжений или большой рассеиваемой мощности, то LM358 хороший выбор.
Какие же характеристики LM358 принесли ему такую популярность:
- низкая стоимость;
- никаких дополнительных цепей компенсации;
- одно или двуполярное питание;
- широкий диапазон напряжений питания от 3 до 32 В;
- Максимальная скорость нарастания выходного сигнала: 0,6 В/мкс;
- Ток потребления: 0,7 мА;
- Низкое входное напряжение смещения: 0,2 мВ.
Аналоги LM358
Полные аналоги LM358 от разных производителей NE532, OP04, OP221, OP290, OP295, OPA2237, TA75358P, UPC358C. Для LM358D — KIA358F, NE532D, TA75358CF, UPC358G.
Вместе с LM358 выпускается большое количество похожих операционных усилителей. Например LM158, LM258, LM2409 имеют аналогичные характеристики, но разный температурный диапазон работы.
| Тип | Минимальная температура, °C | Максимальная температура, °C | Диапазон питающих напряжений, В |
| LM158 | -55 | 125 | от 3(±1,5) до 32(±16) |
| LM258 | -25 | 85 | от 3(±1,5) до 32(±16) |
| LM358 | 70 | от 3(±1,5) до 32(±16) | |
| LM358 | -40 | 85 | от 3(±1,5) до 26(±13) |
Если диапазона 0..70 градусов не хватает, то стоит применить LM2409, однако следует учитывать что у неё диапазон питания уже:
Кстати если нужен только один операционный усилитель в компактном 5 выводном корпусе SOT23-5 то вполне можно применить LM321, LMV321 (аналоги AD8541, OP191, OPA337). Наоборот, если нужно большое количество рядом расположенных операционных усилителей, то можно применить счетверенные LM324 в 14 выводном корпусе. Можно вполне сэкономить пространство и конденсаторы по цепям питания.
LM358 схема включения: дифференциальный усилитель с регулируемым коэффициентом усиления
Стоит отметить, что предыдущая схема не позволяет подстраивать коэффициент усиления, так как требует одновременного изменения двух резисторов. Если необходимо иметь возможность регулировки коэффициента усиления в дифференциальном усилителе, то можно воспользоваться схемой на трех операционных усилителях. В данной схеме подстройка коэффициента усиления осуществляется за счет регулировки резистора R2. Для этой схемы нужно соблюсти условия равенства значений сопротивлений резисторов: R1 = R3 и R4 = R5 = R6 = R7. Тогда коэффициент усиления будет равен: (1+2*R1/R2). Uвых = (1+2*R1/R2)(Uвх1 – Uвх2).
Читать также: Сталь 65г твердость hrc
Применение
- генератор импульсов и пульсаций (устройства типа «мигающий маяк»);
- блоки питания и зарядные устройства;
- сплит системы внутреннего и наружного применения;
- материнские платы;
- бытовая техника;
- симетричный усилитель;
- мостовой усилитель тока;
- схемы управления двигателем;
- источники бесперебойного питания;
- холодильные установки, посудомоечные и стиральные машины;
- различные виды инверторов;
- контроллеры и другое.
Сферы применения микросхемы производители, как правило, указывают в технических описаниях.
