Применение интегральных схем


НазваниеПрименение интегральных схем
страница3/15
Дата публикации12.04.2013
Размер2.21 Mb.
ТипДокументы
userdocs.ru > Журналистика > Документы
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   15
Глава 2
^ ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Для любого электронного устройства, будь то сложная ЭВМ или простой светосигнализатор, необходим источник электроэнергии. Поэтому каждая схема, описанная в данной книге, имеет определенный источник питания, причем, как правило, источник питания постоянного тока.

Наиболее подходящим источником электроэнергии, осо­бенно для описанных здесь маломощных устройств, являют­ся сухие батареи. В наши дни такие батареи широко изве­стны всем, так что описывать их подробно нет необходимо­сти. Другой подходящий источник — бытовая электросеть, обеспечивающая переменное напряжение 127 или 220 В. К сожалению, весьма мало интегральных схем могут вклю­чаться непосредственно в сеть. Обычно необходимо включе­ние преобразователя между сетью с напряжением 127 или 220 В и низковольтными устройствами, питающимися по­стоянным током. Такой преобразователь называется вторич­ным источником питания.

В данной главе наряду с использованием батарей уде­ляется большое внимание изготовлению источников питания постоянного тока. Как упоминалось выше, источник питания необходим радиолюбителю в любом устройстве. В некоторых случаях удобно использовать батареи, однако бывают ситуа­ции, когда лучше применить какой-либо другой источник пи­тания постоянного тока. И чем больше радиолюбитель будет знать с самого начала об этих источниках питания, тем луч­ше он будет подготовлен к изготовлению, проверке, наладке И применению устройств, описываемых в последующих гла­вах.
^ 2.1. Батареи для электронных устройств
Батареи обычно подразделяются по величине напряжения, вырабатываемого в состоянии полной зарядки. Наиболее ши­роко распространены номинальные напряжения 1,5; 6; 9 и 12 В. Из этой группы в небольших бытовых электронных устройствах чаще используются батареи напряжением 1,5 к 9 В. Батареи напряжением 6 и 12 В обычно применяются в устройствах с высоким потреблением мощности и в данной книге для описанных устройств не используются,

Тем не менее радиолюбитель встретит некоторые устрой­ства, где требуются напряжения 3 и 6 В. В этих случаях мо­гут использоваться две или четыре последовательно вклю­ченные батареи напряжением 1,5 В для получения нужного номинального напряжения. Например, получить напряжение 3 В можно путем подключения клеммы «-(-» батареи напря­жением 1,5 В к клемме « — » другой аналогичной батареи, а к двум другим клеммам этих батарей подсоединить само устройство.

Источник питания напряжением 6 В можно получить ана­логичным образом из четырех батарей напряжением 1,5 В., Для этого батареи соединяются попеременно положитель­ными и отрицательными клеммами, а к свободным положи­тельной и отрицательной клеммам подключается выбранное устройство. Одним из наиболее удобных способов последо­вательного соединения батарей является использование спе­циального держателя батарей, в котором уже имеются внут­ренние соединения.

В настоящее время промышленностью выпускаются 1,5-вольтные батареи нескольких типов, в том числе АА, С и D. Батареи типа АА — самые миниатюрные, типа С — несколько больших размеров и используются часто в портативных элек­тронных устройствах, например магнитофонах и радиоприем­никах. Более крупные батареи обычно применяются в мощ­ных фонарях.

Какими электрическими параметрами отличаются батареи этих типов? Батареи всех трех типов при правильном под­ключении к схеме вырабатывают в полностью заряженном состоянии напряжение 1,5 В. Таким образом, они имеют оди­наковое выходное напряжение, но по-разному его выраба­тывают. Чем больше размеры батареи, тем больше ее ем­кость, а для описанных в книге устройств это означает более длительное время их работы от такой батареи. Следователь­но, батареи типа С обеспечивают более длительную непре­рывную работу устройства, чем батареи типа АА.

Однако это вовсе не означает, что радиолюбителю следует выбирать более крупные батареи. Хотя они и увеличивают длительность непрерывной работы устройства, их размеры слишком велики. Использование же четырех батарей типа D для питания маломощных устройств, расходующих несколько микроватт мощности, непрактично.

Как правило, рекомендуется использовать батареи типа АА, когда это позволяет требуемая мощность, расходуемая выбранными устройствами. Большинство современных интег­ральных схем потребляет весьма малую мощность, поэтому в большинстве случаев выбор таких батарей будет наиболее оптимальным.

Батареи напряжением 9 В выпускаются одного типораз­мера. Более современные образцы батарей этого типа имеют повышенную емкость, но их более высокая стоимость вряд ли оправдывает их использование в описанных в данной кни­ге устройствах,

В отдельных устройствах радиолюбитель встретит вариант использования двух последовательно включенных 9-вольтных батарей, которые образуют источник питания напряжением 18 В. Такое напряжение необходимо лишь для некоторых наиболее сложных интегральных схем, выполненных на МОП-транзисторах. Эти 9-вольтные батареи имеют прямоуголь­ную форму и их наиболее удобно подключать с помощью спе­циальных зажимов.

Итак, практически в большинстве устройств с батарейным питанием, описанных в данной книге, применяются 1,5- или 9-вольтные батареи. При этом не имеет существенного зна­чения, являются ли батареи подзаряжаемыми или нет. Ни в одном из описываемых в книге устройств специально не требуется использования подзаряжаемых батарей (аккуму­ляторов), но при их подключении устройства будут работать так же хорошо, как и с сухими батареями.

Еще одна рекомендация относительно батарей: не следует использовать ртутные батареи. Несомненно, такие батареи обладают рядом достоинств, но имеют и ряд существенных недостатков, в том числе необходимость осторожного обра­щения при подключении к схеме, в которой возможны ко­роткие замыкания (что весьма часто бывает в радиолю­бительской практике).
^ 2.2. Несколько замечаний о разряженных батареях
Конечно, нет ничего предосудительного в использовании батарей для электропитания электронных устройств, однако это не лучший способ питания экспериментальных схем. Ба­тареи разряжаются в процессе работы, вырабатывая со вре­менем все меньшую и меньшую энергию. Теперь допустим, что радиолюбитель только что закончил изготавливать одно из описанных в книге устройств и ждет с нетерпением, ко­гда оно заработает. Он подключает батарею с необходимым напряжением и... ничего не происходит. Радиолюбитель мо­жет затратить массу времени на поиски неисправности, тогда как единственной причиной неработоспособности схемы яв­ляется использование разряженных батарей.

Для исключения таких неприятностей следует использо­вать комплект новых батарей всякий раз, когда радиолюби­тель включает только что собранное устройство. Однако такой подход не всегда является достаточно практичным. Лучшим решением является применение вместо батарей элек­тронного источника питания. Когда радиолюбитель удосто­верится, что устройство находится в исправном состоянии, он может вместо источника питания подключить годные ба­тареи.

Как было указано выше в данной главе, источники пита­ния представляют собой электронную схему, преобразующую переменное напряжение бытовой электросети в более низкое напряжение постоянного тока, необходимое для питания ин­тегральных микросхем. Любой радиолюбитель, задумавший изготовить ряд различных устройств, должен иметь источник питания на соответствующее номинальное напряжение, о чем пойдет речь ниже.
^ 2.3. Стабилизированный источник питания

постоянного тока 1 А напряжением 5 В
Стабилизированный источник питания постоянного тока 1 А напряжением 5 В является одним из самых полезных для радиолюбителя (рис. 2.1). Такой источник питания исполь­зуется для всех интегральных микросхем транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ) и применяется для большин­ства интегральных схем.



Рис. 2.1. Принципиальная схема стабилизированного источника питания постоянного тока 1 А напряжением 5 В.
MB1 — двухполупериодный выпрямитель мостового типа, на напряжение 60 В и ток 6 А; СН1 — стабилизатор напряжения типа 7805 на напряжение 5 В при токе 1 А; C1, С2 — электролитический конденсатор 100 мкФ, 50 В; Tpi — силовой трансформатор с выходным напряжением 12,6 В при токе 1,2 А; Л1неоновая лампочка на на­пряжение 120 В.

Этот источник питания называется стабилизированным в силу того, что его выходное напряжение 5 В остается неиз­менным при любых токах до 1 А. В противоположность это­му в нестабилизированных источниках выходное напряжение питания падает по мере увеличения потребляемого питае­мым устройством тока, что весьма нежелательно в устрой­ствах на интегральных схемах многих типов.

Через сетевую вилку переменное напряжение 120 В по­ступает на первичную обмотку силового трансформатора Три Переключатель Кл1 используется для включения и выключе­ния сети, а сигнальная лампочка Л1 указывает на наличие или отсутствие питания.

Радиолюбителю следует обратить особое внимание на монтаж и проверку этой схемы, поскольку на первичную обмотку силового трансформатора подается сравнительно высокое напряжение 120 В, которое может вызвать травмы и даже смертельный исход, если не относиться к этому как следует. Радиолюбитель, не имеющий опыта сборки подоб­ных схем, должен проверить собранную схему вместе с бо­лее опытным товарищем, прежде чем включить ее в сеть.

Во вторичной обмотке трансформатора напряжение по­нижается до 12 В и в худшем случае (если радиолюбитель в чем-то ошибся) силовой трансформатор перегорает. При нормальной работе схемы стабилизатор немного нагревает­ся, что не должно вызывать у радиолюбителя никакого бес­покойства. Можно несколько охладить стабилизатор путем его монтажа на теплоотводе, который либо покупают, либо изготавливают сами из квадратной алюминиевой пластины. В любом варианте необходимо, чтобы входные и выходные выводы стабилизатора не касались теплоотвода,


    1. ^ Стабилизированный источник питания

постоянного тока 1 А напряжением 12 и 15В
В случае необходимости иметь напряжение питания 12 или 15 В радиолюбитель может изготовить вариант стаби­лизированного источника питания, описанного в разд. 2.3. Для получения напряжения 12 В используется принципиаль­ная схема с соответствующей спецификацией на рис. 2.1, но вместо стабилизатора типа 7805 вводится стабилизатор типа 7812, что довольно просто. Для получения напряжения 115 В используется та же принципиальная схема, но с заме­ной силового трансформатора и стабилизатора напряжения: Тр — силовой трансформатор с выходным напряжением 24 В при токе 1,2 А, стабилизатор напряжения — типа 7815.
^ 2.5. Экономичные нестабилизированные источники питания постоянного тока напряжением 12 В
В некоторых электронных устройствах совсем не требует­ся использования стабилизированного напряжения питания. В таком случае можно изготовить гораздо более простой и дешевый источник питания, чем его стабилизированные ана­логи. Иногда можно также временно использовать нестаби­лизированный источник питания для проверки схемы. В дру­гих случаях радиолюбитель может ввести простой источник питания непосредственно в собранное устройство.

Основная принципиальная схема нестабилизированного .источника питания приведена на рис, 2.2, при этом спецификация дана для маломощного источника питания с выход­ным током 0,25 А. В нестабилизированных источниках пита­ния напряжением 12 В для более конкретных целей необхо­димо произвести замены, о которых речь пойдет ниже.

Принципиальная схема на рис. 2.2 весьма напоминает схему стабилизированного источника питания напряжением 5 В и отличается от нее отсутствием стабилизатора напря­жения. Кроме того, здесь необходим предохранитель, по­скольку при возникновении коротких замыканий схема ав­томатически не выключается, как это обеспечивается в ста­билизаторах напряжения типа 7800.



Рис. 2.2. Экономичный источник питания напряжением 12 В при токе 0,25 А.
МВ1 — двухполупериодный выпрямитель мостового типа на напряжение 50 В и ток 1 А; С, — электролитический конденсатор 100 мкФ, 35 В; Тр, — силовой трансфор­матор с выходным напряжением 12 В при токе 300 мА; Пред1 — предохранитель 0,25 А.
Радиолюбитель должен учитывать, что этот источник яв­ляется нестабилизированным, т. е. при отсутствии нагрузки выходное напряжение в нем может доходить до 18 В. Но­минальное напряжение 12 В вырабатывается источником лишь при номинальном потребляемом токе, а с его увеличе­нием выходное напряжение падает. Ввиду подобных коле­баний выходного напряжения рекомендуется перед включе­нием в сеть с помощью переключателя Кл1 подсоединить к источнику питания нагрузку, т. е. изготовленное устройство. В этом случае на устройство будет подано 12 В вместо на­пряжения 18 В, которое может вывести из строя интеграль­ные схемы на дополняющих или обычных МОП-транзисто­рах.

Для изготовления других вариантов источника питания необходимо внести изменения в спецификацию. 1) Нестабилизированный источник напряжения 12 В при токе 1 А:

Tp1 — силовой трансформатор на напряжение 12,6 В при токе 1,2 А;

MB1 — двухполупериодный выпрямитель мостового типа на напряжение 50 В при токе 6 А;

Пред1 — предохранитель 1 А,

2) Нестабилизированный источник напряжения 12 В при токе 3 А:

Tpi — силовой трансформатор на напряжение 12,6 В при

токе 3 А; MBi — двухполупериодный выпрямитель мостового типа

на напряжение 50 В при токе 6 А; Пред! — предохранитель 3 А.
^ 2.6. Источник питания напряжением 5 и 12 В
Современной электронной промышленностью выпускают­ся интегральные схемы нескольких типов, и при применении в некоторых устройствах разнотипных интегральных схем могут потребоваться разные напряжения питания. В этом случае радиолюбителю необходимо иметь источник питания с несколькими выходными напряжениями.



Рис. 2.3. Источник питания напряжением 5 и 12 В.
МВ1 — двухполупериодный выпрямитель мостового типа на напряжение 50 В и ток 6 A; CHi — стабилизатор напряжения типа 7805; Тр, — силовой трансформатор С выходным напряжением 12,6 В при токе 1,2 A; Ct, С2 — электролитический кон­денсатор 100 мкФ, 35 В.
Наиболее полезным сочетанием являются напряжения 5 и 12 В постоянного тока, одинаковый положительный знак которых позволяет использовать общее заземление. При этом можно изготовить два отдельных источника питания, под­ключить общие соединения и получить таким образом один источник с двумя выходными напряжениями. Это в данном случае неэкономично, так как приходится использовать два дорогостоящих силовых трансформатора.

Существует более рациональный способ изготовления источника питания с одним силовым трансформатором и дву« мя выходными напряжениями, .принципиальная схема кото­рого показана на рис. 2.3. Этот источник выполнен по схеме, обеспечивающей получение стабилизированного напряжения б В при токе 1 А. Нестабилизированное напряжение +12 В снимается непосредственно с выхода выпрямителя мостового типа, т. е. до стабилизатора напряжения, причем в обоих случаях предусмотрена общая шина заземления. Отсутствие стабилизации напряжения 12 В не должно смущать радио­любителя, поскольку интегральные схемы с таким напряже­нием питания обычно рассчитаны на возможные его колеба­ния. Однако в цепи с напряжением 12 В следует поставить предохранитель, поскольку в ней не обеспечивается автома­тическое выключение, которое реализуется в цепи стабили­затора с напряжением 5 В.
^ 2.7. Нестабилизированный источник напряжений + 6 В
В отдельных устройствах радиолюбитель может встре­тить интегральные схемы, требующие двух напряжений пи­тания одинаковой величины, но противоположной полярно­сти. Источник питания, описанный в данном разделе, может пригодиться в устройствах, где требуются напряжения +6 и — 6 В с общим заземлением.



^ Рис. 2.4. Источник питания напряжением ±6 В.

MB1 — двухполупериодный выпрямитель мостового типа на напряжение 50 В при токе 6 A; Tp1 — силовой трансформатор с отводом и с выходным напряжением 12,6 В; C1, С2 — электролитический конденсатор 470 мкФ, 35 В; Предг, Пред2 — предохранитель 0,5 А.
Следует отметить, что этот источник существенно отли­чается от источника с двумя выходными напряжениями, опи­санного в разд. 2.6 (рис. 2.3). В том источнике получаются два различных положительных напряжения, а в этом — по­ложительное и отрицательное напряжения.

При использовании трансформатора, указанного в спе­цификации к рис. 2.4, во внешнюю схему выдается ток 1 А. Поэтому здесь требуется на каждом выходе поставить пре­дохранитель на 0,5 А, в результате отдельно на каждом вы­ходе может быть получен ток 1 А. При необходимости полу­чить на каждом выходе ток 1,5 А следует использовать си­ловой трансформатор с током 3 А и поставить предохрани­тели на 1,5 А.
^ 2.8. Регулируемый стабилизированный источник питания постоянного тока
Из всех лабораторных источников питания наиболее прак­тичным является регулируемый стабилизированный источник с возможным произвольным изменением выходного напряже­ния, которое к тому же будет стабилизированным. Такой источник может заменить несколько источников питания с различным нерегулируемым напряжением. Однако примене­ние регулируемого источника питания в изготовляемых устройствах нецелесообразно, поскольку он слишком громоз­док и дорог. Более всего он пригоден при наладке и про­верке различных новых схем, после чего к отлаженному и проверенному устройству следует подключить небольшой и недорогой источник питания с одним постоянным напряже­нием.


Рис. 2.5. Регулируемый стабилизированный источник питания постоянного тока.
МВ1 — двухполупериодный выпрямитель мостового типа на напряжение 50 В при токе 6 А; СН1 — регулируемый стабилизатор напряжения типа LM317; Tp1 — силовой трансформатор с выходным напряжением 12 В при токе 1,2 А; R1 — потенциометр 5 кОм; R2 — резистор 220 Ом, 0,25 Вт; R3 — резистор 10 кОм, 0,25 Вт; С1конден­сатор 0,1 мкФ; С2 — электролитический конденсатор 470 мкФ, 35 В; Л1 — неоновая лампочка на напряжение 120 В.
При использовании регулируемого источника питания не­обходимо установить на его выходе требуемое напряжение, прежде чем подключать его к собранной схеме. Для этого нужно источник отсоединить от схемы, включить его в сеть, подключить на его выход вольтметр и установить по нему нужное напряжение. Только после этого источник подклю­чается к собранной схеме, причем, поскольку он является стабилизированным, его напряжение при подключении не изменится.

В источнике питания, принципиальная схема которого по-« казана на рис. 2.5, обеспечивается регулирование выходного напряжения в пределах 1,5 — 14 В, что достаточно для про­верки и наладки почти всех устройств, описанных в данной книге.

Другим достоинством регулируемого источника питания является возможность проверки работы схемы при снижении напряжения питания. Например, при сборке и проверке схе­мы с напряжением питания 9 В в источнике питания сначала устанавливается выходное напряжение 9 В. Ьсли схема ра­ботает нормально, можно проверить ее работоспособность при плавном снижении напряжения питания до 7 В, т. е. тем самым имитировать разрядку 9-вольтной батареи в конце срока службы до 7 В.

Как и большинство приборов со стабилизацией напряже­ния, стабилизатор напряжения LM317 в этом регулируемом источнике питания при работе нагревается. При необходи­мости охлаждения стабилизатора напряжения может исполь­зоваться теплоотвод в наборе с корпусом типа ТО-3. Монтаж этого теплоотвода производится в соответствии с прила­гаемой к теплоотводу инструкцией. Для повышения эффек­тивности работы теплоотвода можно использовать теплоотво-дящий компаунд, который наносится тонким слоем между корпусом стабилизатора и изолятором из слюды. Все эти меры обеспечивают снижение температуры стабилизатора до допустимого уровня.
^ 2.9. Развязывающий трансформатор на переменное напряжение 120 В
Кроме описанных выше стабилизированных источников питания в некоторых устройствах, приведенных в данной книге используется непосредственное включение в сеть с на­пряжением 120 В. В описаниях таких устройств приводятся рекомендации по их модификации с целью применения в ка­честве средств управления бытовыми электроприборами, ко­торые также включаются в сеть с напряжением 120 В.



^ Рис. 2.6. Принципиальная схема самодельного развязывающего трансфор­матора на напряжение 120 В.
Л1неоновая сигнальная лампочка; Tp1, Tp2 — силовой трансформатор с выходным напряжением 12,6 В при токе 1,2 А.
Непосредственное использование напряжения 120 В от розетки может быть опасным, и начинающий радиолюбитель должен знать, как обращаться с потенциально опасными источниками питания, прежде чем использовать их в различ­ных экспериментах.

Одним из методов снижения риска получить электриче­ский удар является использование развязывающего транс­форматора. Такой трансформатор включается непосредствен­но в розетку электросети с напряжением 120 В и вырабаты­вает такое же напряжение на выходе. Безопасность работы состоит в том, что выход трансформатора электрически изо­лирован от сети, благодаря чему прикасание к элементам схемы, другому электрооборудованию или к заземленным трубам исключает получение электрического удара.

Единственным недостатком развязывающих трансформа-торов является их высокая стоимость, однако такой транс­форматор можно сделать самому, что обойдется недорого. Как показано на рис. 2.6, схема включает два идентичных силовых трансформатора. Первичная обмотка одного из них включается прямо в сеть через стандартную вилку. Низко­вольтная вторичная обмотка этого трансформатора соеди­няется с низковольтной вторичной обмоткой второго транс­форматора Тр2, который повышает обратно напряжение до 120 В, являющееся уже относительно неопасным.

Таким образом, трансформатор Tp1 понижает напряжение 120 В, а трансформатор Тр2 повышает его обратно до 120 В, при этом выход схемы абсолютно изолирован от сети. Нео­новая сигнальная лампочка и переключатель (Кл1) введены в схему исключительно для удобства пользования развязы­вающим трансформатором. Собранный по предлагаемой схе­ме, он рассчитан на питание устройств и бытовых электро­приборов с расходуемой мощностью ниже 144 Вт. При ее превышении трансформаторы будут греться, а выходное на­пряжение будет ниже 120 В.

1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   15

Похожие:

Применение интегральных схем iconВопросы на экзамен спиэ
Основные этапы технологического процесса изготовления биполярных интегральных схем
Применение интегральных схем icon1 цифровые электронные схемы 2
Логический элемент, или вентиль,— это схема, реализующая одну из основных логических функций. В оставшейся части этой главы мы рассмотрим...
Применение интегральных схем iconИсследование комбинационных схем
Изучение принципов действия типовых комбинационных схем: дешифраторов, шифраторов, мультиплексоров, демультиплексоров
Применение интегральных схем iconВопросы к экзамену по курсу «Операционные системы» для потока ас-09
Эволюция вычислительных систем: третий этап (компьютеры на основе интегральных микросхем)
Применение интегральных схем iconНизкочастотные усилители на интегральных микросхемах
Статья подготовлена по мате­риалам обзора «Линейные интегральные микросхемы», который по заявкам радиолюбителей распространяет Письменная...
Применение интегральных схем iconЛабораторная работа №3(I)
Цель работы: ознакомиться с базовыми логическими элементами, при­меняемыми в цифровой технике, принципами построения на их основе...
Применение интегральных схем iconСектор разработки технических условий и организации схем Службы технологического присоединения

Применение интегральных схем iconРеферат на тему: «графен»
Высокая подвижность носителей заряда (максимальная подвижность электронов среди всех известных материалов) делает его перспективным...
Применение интегральных схем iconПрименение компл мер для увеличения продовол
«Зелёной революцией» в сельском хоз-ве н-ют применение компл мер для увеличения продовол
Применение интегральных схем iconЗадани е
...
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2020
контакты
userdocs.ru
Главная страница