Três voltagens de uma coroa. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica

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O uso de amplificadores operacionais (op-amps) em equipamentos portáteis coloca imediatamente o problema de como alimentá-los com uma tensão bipolar de +15 V. Uma questão semelhante surge porque nos materiais de referência os parâmetros da maioria dos op-amps são fornecidos com precisão para essas tensões de alimentação, e muitos radioamadores têm a impressão de que os amplificadores operacionais podem funcionar bem apenas nesse modo. Na maioria dos dispositivos de rádio amador, uma tensão bipolar de ±15 V também é fornecida ao amplificador operacional. Mas se você estudar cuidadosamente os dados técnicos do amplificador operacional, descobrirá que o limite inferior das tensões operacionais para a maioria amperes é de ± 5 V. Portanto, para os microcircuitos K6UD140 e K6UD140 amplamente usados, a tensão de alimentação mínima é de ± 7 V e, para um amplificador operacional de baixa potência K5UD140, esse limite é de ± 12 V (consulte Kudryashov B.P. Circuitos integrados analógicos : Manual A. - M.: Rádio e comunicação, 1,5).

Com a diminuição do nível de tensão de alimentação, a corrente consumida pelo amplificador operacional diminui - isso também simplifica o problema de uma fonte de alimentação para equipamentos portáteis. Para a maioria dos amplificadores operacionais, quando alimentado com uma tensão de ±5 V, o consumo de corrente diminui cerca de 3 vezes em comparação com uma tensão de alimentação de ±15 V. Obviamente, uma diminuição na tensão de alimentação leva a uma alteração em outros parâmetros do amplificador operacional, mas esses desvios geralmente não afetam a operação do circuito. Como fonte de energia para dispositivos portáteis, é conveniente usar uma bateria Krona-VTs ou Korund com tensão de 9 V e obter uma alimentação bipolar de +5,5 e -4,8 V usando o dispositivo descrito abaixo. A tensão de +5,5 V é estabilizada, destina-se não apenas a alimentar o amplificador operacional, mas também pode ser usada para microcircuitos digitais das séries K134, K176, K561. O nó de energia também produz uma tensão de -10 V, que, se necessário, é usada para controlar chaves eletrônicas baseadas em transistores de efeito de campo das séries K168 e K190.

A assimetria das tensões de alimentação do amplificador operacional praticamente não afeta o funcionamento do microcircuito, pois o coeficiente de influência da instabilidade das fontes de alimentação do amplificador operacional não ultrapassa -60 dB. O nó de energia se distingue pela presença de uma tensão estabilizada e baixo consumo de corrente sem carga. A eficiência depende da tensão de entrada e é de 0,4 ... 0,5.

O diagrama da unidade de potência é mostrado na fig. 1. Consiste em um estabilizador de tensão de polaridade positiva e um conversor de pulso.

Fig.1 (clique para ampliar)

O estabilizador de tensão positiva contém um amplificador CC de dois estágios (transistores VT2 e VT3), no qual o diodo zener de referência é conectado ao circuito básico do transistor VT3. Alimentar o elemento de referência com uma tensão de saída estabilizada permite obter um fator de estabilização de alta tensão (mais de 500) com uma baixa resistência de saída (não mais que 0,2 Ohm). O elemento regulador do estabilizador é o transistor p-n-p VT1, portanto, o modo de estabilização em correntes de carga de até 20 mA ocorre quando a tensão na entrada do estabilizador é apenas 0,05 ... 0,1 V a mais que a saída. Quando a energia é ligada, o estabilizador entra no modo de operação devido à cadeia dos elementos C1, R1, VD2, R3. Nesse caso, a corrente de carga do capacitor C1 passa pelo circuito de partida: VD2, R3, a transição base-emissor do transistor VT2 e traz os transistores VT1 e VT3 para o modo de operação. O estabilizador tem proteção contra curto-circuito.

O conversor de pulso contém um gerador, um estágio de transistor de saída e um multiplicador de tensão capacitivo. Por razões de economia, o gerador é montado em um chip DD1 do tipo CMOS. A tensão de saída do gerador é uma onda quadrada de pulso com uma frequência de cerca de 10 kHz. Ele é alimentado nas bases dos transistores VT4 e VT5 do estágio de saída e os alterna alternadamente para o estado aberto. Quando o transistor VT4 está aberto, o capacitor C6 é carregado através deste transistor e do diodo VD6. No próximo meio ciclo da tensão pulsada do gerador, o transistor VT5 abre e o capacitor C6, descarregando através dele e do diodo VD7, transfere energia para o capacitor C7. Como resultado, o capacitor C7 é carregado aproximadamente com a tensão de saída do estabilizador. Quando o VT4 está aberto, o capacitor C8 é carregado ao longo do circuito: + Ustab, VT4, C8, VD8, C7, barramento comum. Existem duas fontes de tensão conectadas em série neste circuito: Ustab.

Consequentemente, o capacitor C8 será carregado com aproximadamente a tensão Uc8 = Ustab + Uc7 = 10V. Essa tensão, quando o transistor VT5 é aberto, é transmitida através do diodo VD9 para o capacitor de saída C9. A cada ciclo de recarga dos capacitores do multiplicador de tensão, há uma perda de tensão nos diodos e abre os transistores VT4 e VT5, portanto a tensão de saída diminui com o aumento da corrente de carga. Esta dependência para uma tensão negativa de -4,5 V é mostrada na fig. 2.

Figura.2

No modo inativo, quando a corrente de carga é zero, a tensão de polaridade negativa para as duas saídas é -5,3 e -10,2 V. Neste modo, o conversor consome uma corrente igual a 0,3...0,4 mA. Devido ao fato de o conversor ser alimentado por uma tensão estabilizada, a tensão em suas saídas depende apenas da resistência da carga, ou seja, em carga constante, a tensão negativa de saída permanecerá inalterada. A eficiência do conversor de pulso descrito em uma corrente de carga In igual a 3 mA atinge um valor de 0,7, mas com um desvio desse valor em ±2 mA diminui para 0,6. A amplitude da ondulação da tensão de saída sob carga não excede 10 mV.

Estruturalmente, o nó de energia é melhor executado na placa de circuito impresso do circuito que ele alimenta, portanto, a fiação da placa de circuito impresso do nó de energia não é fornecida. A área ocupada pelos elementos do circuito não ultrapassa 12 cm2. Ele usa resistores MLT-0,125 e pequenos capacitores C1, C8, C9 - K53-1; C3 - C5 - KM; C2, C6, C7 - K52-1B.

A unidade de potência descrita é simples, o que elimina qualquer trabalho de ajuste após a instalação. Se a tensão positiva estabilizada de saída diferir do valor nominal em mais de 5%, ela é definida selecionando o diodo Zener VD3. Os critérios para a saúde da unidade de energia são a presença de tensões de saída e corrente sem carga não superior a 2,5 mA.

Literatura:

1. Kudryashov B.P. et al. Circuitos integrados analógicos: A Handbook.-M.: Radio and communication, 1981.
2. Khodakovsky E. Conversor de polaridade de tensão.- Rádio, 1984, nº 7, p. 48-49.

Autores: V.Efremov, V.Fedko

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