Ya tiene un suministro de CC no regulado. Como dices, construido a partir de un puente y algunos condensadores. Aparentemente, también tiene un toque central en su secundario del transformador. Entonces también tienes un terreno, y±53Vmedido con su medidor para los otros dos rieles. Asumiré que esto probablemente esté descargado, por lo que probablemente tenga menos que eso cuando esté cargado. Cuánto menos se puede suponer, ya que depende mucho de la carga, el diseño de su toroide, los condensadores y otros factores. Pero menos, seguro.
Supongo que estás tratando de aprender cómo diseñar tu propio ±15Vsuministro para uso con opamps. Por lo tanto, no necesariamente desea comprar una buena oferta (son baratas en estos días). Y dado que se trata de aprender, será un diseño lineal y no un conmutador. Por lo tanto, su fuente de alimentación será generalmente ineficiente, en términos de energía. Pero estás bien con eso.
Quizás estoy proyectando, pero creo que es una buena idea para empezar. Es lo suficientemente modesto como para tener todas las razones para tener éxito. Pero hay suficiente para aprender sobre eso por lo que vale la pena luchar también. Creo que mi primera experiencia de aprendizaje, donde realmente aprendí bien algunas cosas, fue tratar de diseñar mi propia fuente de alimentación de esta manera. En ese momento, entonces, prácticamente no tenía otra opción. Los suministros de laboratorio existentes eran imposibles de obtener para un joven adolescente. Y tampoco había un conjunto de proveedores de eBay baratos para conmutadores sofisticados basados en circuitos integrados. Así que tuve que hacerlo yo mismo o irme. Y ante eso, uno aprende o uno prescinde.
Su enfoque es quizás demasiado parecido a un controlador de salida de sumidero / fuente utilizado en todo, desde opamps hasta amplificadores de audio. Podría tomar el enfoque que está tomando, pero tendría que hacer dos de ellos, uno para+15V y uno para −15V. Y son aún menos eficientes, ya que pueden cada fuente desde su riel (+) y hundirse en su riel (-), y debe ejecutarlos en la clase AB. Realmente solo necesita obtener de (+) para hacer el+15V ferrocarril y hundirse a (-) para hacer el −15V carril.
Como nota al margen, puede ser una buena idea incluir un par de resistencias de purga en su banco de condensadores existente en la salida de su puente. Algo para deshacerse de la carga almacenada si apaga las cosas. Algunos12W, 10kΩresistencias? Eso solo presentaría un5mA carga, cuando se ejecuta.
Mientras está considerando esa idea, considere también intentar cargar su suministro no regulado existente para medir lo que hace bajo carga. Intentaría algo como un≥5W, 1kΩ resistencia para tener una idea sobre una 50mAcarga, midiendo el voltaje con esa carga presente. Entonces probaría algo como un≥10W, 270Ω resistencia para ver qué pasa cuando me acerco 200mAcarga. Esto probará todo su sistema no regulado y le dará una idea sobre sus limitaciones. Esos valores fueron seleccionados al azar. Si ya conoce las limitaciones de su toroide, pruebe dos valores de resistencia diferentes que alcancen la carga máxima que espera soportar y otro para alcanzar quizás el 30% de la carga máxima. Y solo tome nota de los valores de voltaje medidos. Es útil tener una idea sobre su riel no regulado cuando se carga un poco.
Le recomiendo que comience centrándose en un solo lado, digamos, creando +15Vriel de suministro regulado desde su riel no regulado (+). También debe considerar si desea o no algún límite actual. Creo que sería más seguro incluirlos. Pero esa es tu decisión. Sin embargo, no es difícil incluir algo para eso. Y, personalmente, probablemente me gustaría poder ir a+12V, también. Entonces, ¿quizás un suministro de salida variable que funcione en un rango modesto de voltajes de salida?
¡Tienes mucho espacio para la cabeza! Esto significa que puede usar un seguidor de emisor NPN, un seguidor Darlington o casi cualquier configuración que desee tener. Las cosas no están apretadas , por lo que tienes espacio para estructuras de control. Mucho espacio. La desventaja es, por supuesto, que tiene que disiparse y que sus rieles de voltaje son suficientes para que tenga que verificar las hojas de datos para mantenerse dentro de los parámetros operativos seguros para los dispositivos.
Finalmente, probablemente pueda aceptar tener que establecer por separado los dos valores de riel de voltaje, independientemente. Algunas fuentes de alimentación están diseñadas para proporcionar seguimiento, de modo que si configura el+V suministrar a +15V entonces tu regulado −V el suministro rastreará eso y proporcionará −15V. Pero puedes vivir sin eso, por ahora, sospecho.
Si escribe una pregunta por separado, o aclara esta mejor, puedo ayudarlo a comenzar con tres o cuatro topologías discretas (no IC) diferentes para considerar analizar por su cuenta y construir. Pero, por ejemplo, no tengo idea de qué tipo de cumplimiento actual desea tener. Y sería útil saber qué voltaje mide cuando su suministro no regulado se carga hasta el cumplimiento de corriente máximo que desea soportar (usando una resistencia de alto voltaje y luego tomando un momento para medir el voltaje con un voltímetro antes de que se caliente demasiado). ) Y sería aún más útil saber si desea un voltaje variable en un rango (¿qué rango, exactamente?) Y, si solo desea un voltaje fijo, ¿cuánta precisión inicial siente que necesita? Y yo' Me gustaría saber si esto es estrictamente para un suministro de amplificador operacional (lo que sugiere un cumplimiento de corriente más bajo) o si desea utilizar esto para suministrar corrientes más altas a voltajes aún más bajos, para algunos proyectos. Finalmente, sería bueno saber qué BJT tiene o está dispuesto a obtener.
EDITAR: Entonces. Algo simple, no mucho cumplimiento actual de solo5mA. Primero centrémonos en el lado del riel (+) ... podría ir con NPN o PNP para el transistor de paso. Es más una cuestión de cómo quieres controlarlo. ¿Desea desviar la corriente de una fuente o extraer la corriente según sea necesario? Hmm Probemos esto: énfasis en lo simple.
simular este circuito : esquema creado con CircuitLab
He escrito algunas notas de diseño en el esquema. Los valores de resistencia son estándares, por lo que el voltaje de salida real estará un poco apagado. Pero debería estar cerca. Aquí está la lógica.
Empecé a usar Q1como topología de emisor seguidor. Son objetivos emisores15V. Entonces escribí "15V @ 5mA" allí. Inicialmente estimé un útilβQ1=50 y calculado IBQ1=100μA y estimado (solo de memoria) VBEQ1=750mV. A partir de esto, decidí que quería5× tanto del suministro no regulado, así que establecí R1=53V−15V−750mV500μA=74.5kΩ≈75kΩ. Esto significa que tendré que alejarme entre400−500μA desde R1 al control Q1El comportamiento de la salida. Eso es un rango lo suficientemente pequeño,450μA±50μA, que las variaciones en un circuito simple no serán demasiado sensibles. Ah, y elegí el BC546, que tiene unVCEO=65V. (Podría usar un 2N5551 paraVCEO=150V.)
Decidí usar otro NPN abajo, con su base clavada en un divisor de resistencia, para extraer esa corriente. Q2El colector está clavado a un voltaje, por lo que no hay efecto temprano. Multa. Disipación enQ2 está debajo 10mW, Asique no hay problema. (Ya sabes que puede haber un problema enQ1.) Un diodo y un condensador proporcionan una referencia de voltaje semi-estable, ya que se alimenta de forma relativamente estable. 450μA±50μAActual. Yo estiméβQ2=50 (nuevamente) y calculado IBQ2=10μA y estimado (solo de memoria) VBEQ1=650mV. También sé que el 1N4148 hace sobre550mV corriendo a 500μAActual. Entonces esto me dijo que el nodo divisor debería adivinarse1.2V. Escribí eso también.
Elegí hacer el divisor actual al menos 10× la corriente base máxima requerida para Q2. Uno de los problemas con este circuito será la temperatura ambiente, ya que afecta la unión base-emisor deQ2 (y D1, también) y esto afecta nuestro punto divisor y casi todo lo demás. Pero agregandoD2 y D3en el divisor ayuda aquí. Proporciona dos uniones más dependientes de la temperatura. El problema restante esR3 y las diferentes densidades de corriente.
D2 y D3 están corriendo con aproximadamente 15 de la densidad actual de D1 y Q2. Recuerdo que un 1N4148 presenta sobreΔV≈100mV por cambio de década en la densidad de corriente, así que supongo que ΔV=log10(100μA500μA)≈−70mVpor diodo para esos dos. Entonces esto significa que para llegar1.2V en el divisor R3=1.2V−2⋅(550mV−70mV)87μA≈2.7kΩ (Solía 87μA como el valor actual de punto medio.) Entonces eso establece R3, en una suposición.
Agregué una tapa de aceleración a través de la resistencia del divisor R2 para que las variaciones de carga a corto plazo puedan conducir más inmediatamente Q2. (Si el15V el riel regulado salta repentinamente hacia arriba, luego C3 se detendrá inmediatamente en la base de Q2 haciendo que se aleje más de la corriente de la unidad que va a Q1, contrarrestando el ascenso. Del mismo modo, en la otra dirección, también.)
Creo que deberías poder subir el (-) riel regulado. ¡Y tenga en cuenta que no desea cargar demasiado esta cosa! Definitivamente le causarás a ese pobre pequeño TO-92 problemas serios. Se esta disipando5mA⋅(53V−15V)≈200mW y el paquete tiene 200∘KW, así que esto funciona sobre +40∘Csobre ambiente, ya. Puede ver qué tan rápido se calentará esta cosa si pasa mucha más corriente a través de ella. Es posible que pueda salirse con la suya10mA, pero no mucho más.
NOTA GENERAL: Ahora que puede ver el proceso de una persona (otros diseñadores más experimentados aplicarán aún más conocimiento del que yo apliqué), tomemos un momento para ver esto desde una perspectiva distante.
El circuito se reduce a:
- Un transistor de paso (Q1) que se supone que se destaca sobre 40V entre el riel no regulado (+) y el deseado 15Vcarril. Este transistor de paso necesitará una fuente de corriente base para que pueda mantenerse en su región activa. También se organiza en una configuración de emisor-seguidor, de modo que al mover su voltaje base se mueve alrededor de su emisor en aproximadamente 1: 1 (la ganancia de voltaje de la base al emisor es≈1.)
- Podemos resolver todas las necesidades en (1) arriba usando una resistencia simple (R1) al riel no regulado (+). Esto no solo puede proporcionar la corriente base necesaria, sino que también hace que sea muy fácil controlar el voltaje base deQ1, simplemente tirando de más o menos corriente a través de él. Para fines de diseño, no queremos variaciones enQ1La corriente de base para impactar seriamente la corriente de corriente que también estamos usando para controlar el voltaje en la base de Q1. Por lo tanto, necesitamos hacer que este flujo de corriente sea grande, en comparación. Más grande es mejor, y quizás por defecto podríamos elegir un factor de10×. Pero también estamos limitados por el hecho de que este es un5mAfuente de alimentación. Por lo tanto, podríamos querer usar algo que se trata de110th de 5mApara mantenerlo modesto. Esto significa algo de10⋅100μA=1mA por un lado a aproximadamente 5mA10=500μAPor otro lado. Decidí usar el valor más pequeño, ya que este es solo un regulador simple y puedo aceptar un poco menos rígido fuente base .
- Algo para controlar la corriente que se atraviesa R1, basado en una comparación de voltaje de algún tipo. Resulta que un BJT está bien para algo como esto. (Más BJT serían mejores, como en un opamp, pero uno es suficiente aquí.) Tiene una corriente de colector que depende de la diferencia de voltaje entre su base y su emisor. ¡Entonces compara su base y emisor y ajusta una corriente sobre esa base! Prácticamente hecho en el cielo para esto, ¿sí? Así que ahora pegamos un nuevo BJT (Q2) con su colector atado a R1 y la base de Q1.
- Necesitamos un voltaje de referencia. Podría usar una referencia real, como un Zener o un dispositivo IC más sofisticado, pero este es un diseño simple. Bueno, un diodo con una densidad de corriente fija es una referencia de voltaje. (Excepto la temperatura.) ¿Y adivina qué? ¡Simplemente tenemos una corriente que podemos usar que es relativamente estable! La misma corriente que estamos usando para ajustarQ1tensión base a través R1. Y ahora,R1proporciona tres servicios para nosotros: proporciona corriente base paraQ1, nos permite controlar Q1's base ajustando la corriente a través de él, y ahora esa misma corriente se puede utilizar para estabilizar el voltaje de un diodo de referencia de voltaje . Todo lo que hacemos es pegar ese diodo en el emisor deQ2. Y agregue un pequeño condensador a través de él o elimine el ruido de alta frecuencia allí. Es agradable cuando las cosas hacen múltiples tareas para ti.
- Tenemos nuestro colector de control de corriente, una referencia de voltaje en el emisor, y ahora todo lo que necesitamos proporcionar es un voltaje de comparación, derivado del voltaje de salida, en la base de Q2. Es importante que si esta comparación aumenta (el voltaje de salida parece aumentar por alguna razón desconocida), atraeremos más corrienteR1 para forzar el voltaje base de Q1negarse a oponerse a este cambio. Resulta que un simple divisor de voltaje hace bien este trabajo. Todo lo que tenemos que hacer es asegurarnos de que la corriente a través del divisor de voltaje sea mucho mayor que la corriente base requerida deQ2para que cuando Q2 ajusta la corriente de su colector y necesita más (o menos) corriente base, esto no afecta el voltaje del divisor (mucho)
Esa es realmente la esencia de esto. Agregué esos dos diodos para ayudar a estabilizar las cosas frente a las temperaturas ambiente. Pero no son estrictamente necesarios si no te importa que tus rieles de voltaje cambien un poco más con la temperatura. Tal como están las cosas, aún pueden moverse25mV∘C, solo haciendo un pequeño bucle de conjeturas. Pero si no le importa que sea el doble de malo, puede reemplazar la resistencia y dos diodos con una resistencia simple, en su lugar:
simular este circuito
El valor real de R3 es posible que deba ajustarse un poco aquí, ya que en realidad no sabemos cuánta corriente base se necesita (probablemente menos de lo que supuse, mucho menos). Entonces, tal vez más cerca del 12 k Ω¿valor? Pero supongo que puede usar un potenciómetro aquí para hacer que esto también sea ajustable.