Fonte de alimentação linear de dupla saída ajustável: 10 etapas (com imagens)

2025 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2025-01-13 06:58

Recursos:

• Voltagens de saída dupla de conversão AC - DC (Positivo - Terra - Negativo)
• Trilhos positivos e negativos ajustáveis
• Apenas um transformador CA de saída única
• Ruído de saída (20 MHz-BWL, sem carga): Cerca de 1,12 mVpp
• Baixo ruído e saídas estáveis (ideal para alimentar Opamps e pré-amplificadores)
• Tensão de saída: +/- 1,25 V a +/- 25 V Corrente de saída máxima: 300 mA a 500 mA
• Barato e fácil de soldar (todos os pacotes de componentes são DIP)

Uma fonte de alimentação de baixo ruído e saída dupla é uma ferramenta essencial para qualquer entusiasta da eletrônica. Há muitas circunstâncias em que uma fonte de alimentação de saída dupla é necessária, como projetar pré-amplificadores e alimentar OPAMPs. Neste artigo, iremos construir uma fonte de alimentação linear em que o usuário pode ajustar seus barramentos positivo e negativo de forma independente. Além disso, apenas um transformador CA de saída única comum é usado na entrada.

[1] Análise de Circuito

A Figura 1 mostra o diagrama esquemático do dispositivo. D1 e D2 são diodos retificadores. C1 e C2 constroem o primeiro estágio de filtro de redução de ruído.

Etapa 1: Figura 1, Diagrama esquemático da fonte de alimentação de baixo ruído

R1, R2, C1, C2, C3, C4, C5 e C6 constroem um filtro RC passa-baixo que reduz o ruído dos trilhos positivos e negativos. O comportamento desse filtro pode ser examinado tanto na teoria quanto na prática. Um osciloscópio com recurso de gráfico de bode pode realizar essas medições, como um Siglent SDS1104X-E. IC1 [1] e IC2 [2] são os principais componentes de regulação deste circuito.

De acordo com a folha de dados do IC1 (LM317): “O dispositivo LM317 é um regulador de tensão positiva de três terminais ajustável capaz de fornecer mais de 1,5 A em uma faixa de tensão de saída de 1,25 V a 37 V. Requer apenas dois resistores externos para definir a tensão de saída. O dispositivo apresenta uma regulação de linha típica de 0,01% e uma regulação de carga típica de 0,1%. Inclui limitação de corrente, proteção contra sobrecarga térmica e proteção da área de operação segura. A proteção contra sobrecarga permanece funcional mesmo se o terminal ADJUST for desconectado”.

Como está claro, este regulador apresenta bons valores de regulação de linha e carga, portanto, podemos esperar obter um trilho de saída estável. Este é idêntico ao IC2 (LM337). A única diferença é que este chip é usado para regular as tensões negativas. D3 e D4 são usados para proteção.

Os diodos fornecem um caminho de descarga de baixa impedância para evitar que os capacitores (C9 e C10) descarreguem na saída dos reguladores. R4 e R5 são usados para ajustar as tensões de saída. C7, C8, C9 e C10 são usados para filtrar os ruídos de saída remanescentes.

[2] Layout PCB

A Figura 2 mostra o layout PCB do circuito. Ele é projetado em uma placa PCB de camada única e todos os pacotes de componentes são DIP. Muito fácil para qualquer pessoa soldar o componente e começar a usar o dispositivo.

Etapa 2: Figura 2, Layout da PCB da fonte de alimentação

Usei as bibliotecas de componentes SamacSys para IC1 [3] e IC2 [4]. Essas bibliotecas são gratuitas e, mais importante, seguem os padrões de pegada industrial IPC. Eu uso Altium, então instalei diretamente as bibliotecas usando o plugin Altium [5]. A Figura 3 mostra os componentes selecionados. Plugins semelhantes podem ser usados para KiCad e outros softwares CAD.

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

A Figura 4 mostra uma visão 3D da placa PCB.

Etapa 4: Figura 4, uma visão 3D da placa PCB final

[3] Montagem e Teste A Figura 5 mostra a placa montada. Decidi usar um transformador de 220V para 12V para obter no máximo +/- 12V na saída. A Figura 6 mostra a fiação necessária.

Etapa 5: Figura 5, placa de circuito montada

Etapa 6: Figura 6, Diagrama de fiação do transformador e do circuito

Girando os potenciômetros multivoltas R4 e R5, você pode ajustar as tensões nos trilhos positivo e negativo independentemente. A Figura 7 mostra um exemplo, onde ajustei a saída em +/- 9V.

Etapa 7: Figura 7, +/- Trilhos de 9 V na saída

Agora é hora de medir o ruído de saída. Eu usei o osciloscópio Siglent SDS1104X-E que introduz sensibilidade de 500uV / div na entrada, o que o torna ideal para tais medições. Eu coloquei o canal um em 1X, acoplamento CA, limite de largura de banda de 20 MHz e, em seguida, configurei o modo de aquisição para detecção de pico.

Em seguida, removi o cabo de aterramento e usei uma mola de aterramento da sonda. Observe que esta medição está sem carga de saída. A Figura 8 mostra a tela do osciloscópio e o resultado do teste. O valor Vpp do ruído é de cerca de 1,12 mV. Observe que aumentar a corrente de saída aumentará o nível de oscilação / ruído. Esta é uma história verdadeira para todas as fontes de alimentação.

Etapa 8: Figura 8, ruído de saída da fonte de alimentação (sem carga)

A taxa de potência dos resistores R1 e R2 define a corrente de saída. Então eu selecionei resistores de 3W. Além disso, se você pretende desenhar altas correntes ou a diferença de tensão entre a entrada e a saída do regulador é alta, não se esqueça de instalar dissipadores de calor adequados no IC1 e IC2. Você pode esperar obter 500mA (máx.) Usando resistores de 3W. Se você usar resistores de 2W, este valor diminui naturalmente para algo em torno de 300mA (máx.).

[4] Materiais

A Figura 9 mostra a lista de materiais.

Etapa 9: Figura 9, Lista de Materiais

Etapa 10: Referências

Fonte:

[1] Folha de dados LM317:

[2] Folha de dados LM337:

[3]: Símbolo esquemático e pegada de PCB para LM317:

[4]: Símbolo esquemático e pegada de PCB para LM337:

[5]: Plugin Altium: