Нужна помощь с использованием LM358, микроконтроллера и /- блока питания

Нужна помощь с использованием LM358, микроконтроллера и +/- блока питания

У меня есть сигнал в диапазоне 0-5В, и я хотел бы усилить его до 0-10В. Для этого я использую LM358, но у меня есть некоторые проблемы с этим. Я наивно спроектировал схему так:

Я пытался снабдить этот усилитель батареей 9 В и источником +/- 12 В (не стабилизированным), но ни один из них не работал. Кроме того, я не уверен, когда вы используете какое заземление — где должен быть «заземлен» выход? Для операционного усилителя или оригинальной земли? А резистор на инвертирующем входе?

Другой вопрос касается питания всей цепи от источника питания +/- 12 В. Вот вся схема:

Я бы хотел включить все это только от одного источника, но в конце есть странный шум (без операционного усилителя), возможно, из-за отсутствия заземления (?). Есть ли способ, как это исправить, или я должен использовать симметричное питание с землей?

Большое спасибо! Я немного отчаялся.

Bitrex

Олин Латроп

mrkva

markrages

Рассел МакМахон

Этот вопрос, по-видимому, содержит большую (большую часть :-)) информацию, необходимую для его решения, в четком и понятном формате. Это очень приветствуется и очень необычно.

Система представляет собой «секвенсор», который последовательно подключает ряд настроек потенциометра к выходу с использованием выходных вентилей CD4066. ( Спецификация CD4066 здесь )

У этого есть много незначительных, но фатальных недостатков, которые должны быть легко исправлены. Знание того, для чего оно будет использоваться, какова скорость шага и всегда ли включен хотя бы один выход, поможет качеству решения.

Обобщенное решение — следующее может иметь значение:

«D1-D8» — это пик, удерживающий выходной сигнал.
LED1-LE8 фиксируют сигналы привода CD4066.
Фактические сигналы питания и привода необходимо проверить на относительную правильность.

Удалить выходные диоды

Маленькая заглушка для заземления от контакта 3 IC3A

Arduino Vcc = CD4066 Vdd.

Если Vcc = Vdd = 3V3, то Vpot_all <= 4V.

Если Vcc = Vdd = 5V, то Vpot_all <= 5V в порядке.

Снимите LED1-LED8 или добавьте резисторы серии 10K.

Управляйте IC3 от + 12V / 0V источников.

Рассмотрим ограничение Vpotmax, чтобы сказать 4V, чтобы дать IC3 запас.

Более подробно, еще резюме .

Снять D1-D11 с выходов вентилей CD4066 (заменить на короткое замыкание).

Поместите маленький конденсатор и / или большой резистор на вывод 3 IC3A = вход для усилителя. Это обеспечивает выборку и удерживающий конденсатор и отрицательную ссылку соответственно. Размер крышки зависит от скорости мультиплексирования. Может быть около 1 нФ, если скорость замедлена. Резистор 1 МОм или выше.

Если LED1 — LED8 не имеют последовательных резисторов, предоставьте их или удалите светодиоды, пока проверяете это решение. Резисторы должны быть достаточно большими, чтобы светодиоды лишь слегка загружали выходы Arduino D0-D7. Они ДОЛЖНЫ подняться как минимум до 3,5 В в течение всего времени CD4066.

CD4066 Vdd не указан. Пожалуйста уточни. Должен быть таким же как Arduino Vcc и не больше.

Arduino Vcc и CD4066 Vdd должны быть одинаковыми.
Потоковые входные напряжения не должны быть> CD4066 Vdd.

ПОДРОБНОСТИ:

Рассмотрим IC1a BCD IC2A BCD для формирования мультиплексора с 8 входами и одним выходом. Назовите этот мультиплексор или раздельные вентили передачи затворов 1-8 = TG1-TG8.

Светодиоды 1 2 3 4 5 6 7 8 показаны с приводным резистором серии NO, и они зажимают линии привода к вентилям 4066. 4066 нуждается в высоком разрешающем сигнале не менее 70% своего VCC.

D1 2 3? ? ? ? 11 вдоль дна (4066 выходов) не должны быть необходимыми и вызывают проблемы. Диоды с 4 по 7 имеют многозначный символ, назначенный и набранный на диаграмме. Если это на печатной плате, которая была сделана, могут быть проблемы с соединением, но это, вероятно, просто опечатки

Я буду называть выходные диоды D1-8 в общем.
Закороти D1-8 .
Они действуют как цепь удержания пика на выводе 3 IC3A без нагрузки, поэтому наибольшее значение сохраняется в паразитной емкости, и на выводе 3 нет изменений. На их выходах может быть размещена нагрузка (вывод 3 IC3a на землю), НО как вентили передачи изолируют сосуды, за исключением случаев, когда подключенные диоды просто добавляют плохо определенное падение диода без видимого использования. Удаление вроде нормально.

Arduino имеет «VCC» и 5 В и 3 В, показанные на краевом разъеме. Процессор ДОЛЖЕН работать от 5 В Vcc, чтобы эта схема работала, как показано на рисунке, поскольку сигналы привода CD4066 должны быть не менее 3,5 В, если он имеет 5 В Vcc, а для переключения сигналов 5 В ему необходимо 5 В Vcc. Если Vcc = 3,3 В, скажем, горшки не должны быть установленным выше, скажем, 4V. (К счастью, CD4066 будет работать от Vdd = 3 В). Если Arduino работает от Vcc = 3,3 В, вы должны использовать CD4066 и 3 V 3.

Горшки, питающие передающие вентили (назовите их VR1-Vr8), больше, чем желательно, но теперь это невозможно изменить. Это потому, что мультиплексор сэмплирует их и соединяет их с образцом и удерживает их. Было бы хорошо, если бы они предоставили жесткий источник питания для мукса. На выходе мультиплексора будет некоторая паразитная емкость, и это ограничит минимальное время, необходимое для принятия нового значения мультиплексора. Например, если вы говорите, что паразитная емкость 100 пФ на выходе мультиплексора, то при входе источника 50 кОм у вас есть постоянная времени t = RC = 50 кОм 100E-12 = 5 мкс. Это может быть хорошо, если время переключения мультиплексора (не указано). Как вы упомянули «странный шум», он предположительно предназначен для работы в звуковом диапазоне. так скорость мультиплексирования = диапазон кГц? Если скорость мультиплексирования слишком низкая, ввод IC3 МОЖЕТ выпасть между выборками мультиплексирования, но только если он был отключен какое-либо время (режим работы не указан). Добавление конденсатора к земле на выходе мультиплексора служит в качестве выборки и удержания, но с повышенным влиянием на нагрузку во время выборки.

В идеале, поты VR1-8 должны быть, скажем, 10 тыс., Но это зависит от других факторов, таких как скорость мультиплексирования, и от того, является ли саженец немедленным или есть периоды отключения.

Более того, в идеале [tm] все банки буферизируются буфером операционного усилителя каждый (не требуется никаких частей, кроме операционного усилителя — вход неинвертирующий, выход подключен к инвертирующему входу). При таком расположении выход мультиплексора выводится на выбранный вход с помощью операционного усилителя в выходную емкость — очень быстро. Зависит от скорости мультиплексирования. вероятно, хорошо для этого приложения.

Переделка компьютерного блока питания в лабораторный на ШИМ UC3843

Продолжая серию статей о самодельных лабораторных блоках питания, нельзя пройти мимо компьютерных блоков в основе которых лежит ШИМ контроллер серии UC38хх. В большинстве современных фирменных блоков ПК используется именно эта микросхема, что в перспективе позволяет своими руками создавать надежные и мощные источники питания. Сегодня у нас переделка компьютерного блока питания в лабораторный на ШИМ UC3843, подопытным блоком станет INWIN POWER MAN IP-S350Q2-0.

Переделка компьютерного блока питания в лабораторный на ШИМ UC3843

Основные элементы блока питания INWIN POWER MAN IP-S350Q2-0:

• ШИМ — UC3843;
• Держурка — DM311;
• Супервизор — WT7525 N140.

Ниже представлена принципиальная схема блока питания INWIN POWER MAN IP-S350Q2-0, с которой нам предстоит работать.

Переделка такого компьютерного блока питания в лабораторный будет происходить в несколько этапов:

1. Отключение супервизора WT7525 N140.
2. Небольшие изменения в дежурке для питания вентилятора.
3. Удаление лишних компонентов.
4. Изготовление нового модуля управления блоком.
5. Установка новых компонентов на плату и подключение модуля.
6. Тесты.

Отключение супервизора WT7525 N140

Супервизор WT7525 N140 производит мониторинг напряжения на шинах блока, отслеживает перегрузку, отвечает за пуск и аварийную остановку. Для его отключения необходимо произвести два простых действия.

1. Удаляем супервизор с платы и ставим перемычку от второго к третьему посадочному выводу микросхемы.
2. Удаляем конденсатор дежурки С32. Если этого не сделать, будут наблюдаться проблемы со стартом блока. Если все прошло успешно — блок будет запускаться автоматически при включении в сеть. Стоит также отметить, если С32 неисправен, блок будет стартовать с ним, но, его присутствие дает помехи, добиться нормальной работы блока невозможно.

Модификация дежурки для питания вентилятора 12 В

Выходное напряжение в блоке будет меняться в широком диапазоне, а питание 12 В штатного вентилятора должно быть неизменным. В INWIN POWER MAN IP-S350Q2-0, да и в большинстве блоков на ШИМ UC38хх присутствует лишь одна ветка дежурки 5 В. Существует несколько вариантов решения данной проблемы:

1. Внесение изменений в схему дежурки.
2. Установка дополнительного ac-dc преобразователя 220-12 В.
3. Установка дополнительного dc-dc повышающего преобразователя 5-12 В.

Последние два варианта не нуждаются в описании из-за своей простоты включения. Мы же рассмотрим более интересный вариант.

Добавляя диод 1N4007 мы создаем отрицательную ветку дежурки, амплитуда импульсов проходящих через новый диод составит около 12 В, но при подключении вентилятора проседает до 10 В. При 10 В вентилятор способен работать, но поток воздуха немного слабоват, при желании можно оставить и так.

Чтобы добиться оптимальной работы вентилятора, необходимо немного поднять напряжение дежурки. Для этого удаляем R46 и изменяем (уменьшаем) R73 с 2 кОм до 1,5 кОм. Таким образом, напряжение на выходе дежурки будет 6 В (выше 8 В поднять не получится), а напряжения для питания вентилятора будет находится в пределах 12-13 В.

Удаление лишних компонентов

Для дальнейшей переделки нам необходимо избавиться от ненужных шин, обвязки супервизора и др. компонентов, которые не будут задействованы в блоке.

После удаления деталей, нужно изменить:

1. Нагрузочный резистор R8. Ставим новый на 390 Ом мощностью 5 Вт. Он легко встанет на место выходного электролита по шине 12 В.
2. Выходной конденсатор С7, устанавливаем емкостью 2200 мкФ х 35 В.
3. Перематываем дроссель групповой стабилизации, оставляем лишь одну обмотку. Для расчета параметров дросселя можно использовать программу DrosselRing (детально ознакомиться с ней можно тут). Эта программка насчитала нам 20 витков провода с сечением 1 мм на родном дросселе.

Как раз на данном этапе в самый раз задуматься о стойках для размещения платы нового модуля управления блоком.

Модуль управления блоком на ШИМ UC3843

Переделка компьютерного блока питания в лабораторный на ШИМ UC3843 невозможна без изготовления небольшой платы, которая будет контролировать работу UC3843.

За основу взята микросхема LM358, в своем корпусе она имеет два независимых операционных усилителя. Один будет отвечать за стабилизацию напряжения, второй за стабилизацию тока. В качестве датчика тока используется шунт R0 из константана, сопротивлением 0,01 Ом. Обратная связь с ШИМ выполнена через штатную оптопару PC817, которая переместилась на модуль. Источником опорного напряжения служит TL431.

На новой плате присутствуют два светодиода, которые будут сигнализировать о режиме работы блока. Свечение led1 будет свидетельствовать о том, что блок работает в режиме стабилизации напряжения, led2 загорится при переходе в режим ограничения тока. Сам модуль управления не содержит дефицитных компонентов и не требует дополнительной наладки после изготовления. Расчеты обвязки LM358 произведены для выходных параметров 0-25 В и 0-10А.

Вот так выглядит плата модуля для нашего самодельного лабораторного блока питания.

Печатку для ее изготовления в формате lay можно будет скачать в конце статьи.

Также желательно оставить небольшой запас текстолита для крепления модуля к стойкам. На схеме и плате для удобства расставлены буквенные обозначения точек подключения.

Подключение модуля к блоку

Используя нижеприведенную схему, подключаем все точки модуля управления к основной плате блока.

Назначения точек подключения:

• А и В — выходы оптопары для управления ШИМ;
• C — питание модуля 6 В;
• D — плюс выхода блока;
• E — общий минус;
• F — минус выхода блока.

Настройка блока и тесты

После подключения платы можно проводить первое пробное включение в сеть. Достаточно проверить работоспособность регулировки напряжения и тока. Нагружать блок на этом этапе по полной не стоит, достаточно убедиться в стабильности его работы.

В работе блока могут присутствовать небольшие писки, похожие на тонкий свист. Для их устранения необходимо внести небольшие корректировки в обвязку ШИМ:

1. Увеличение емкости конденсатора С26 с 2,2 нФ до 220 нФ.
2. Корректировка резистора R15. R15 желательно подбирать экспериментальным путем на максимальном токе. С уменьшением R15 писк будет постепенно стихать, но, в один момент UC3843 сама начнет ограничивать ток, проходящий через ключ Q8. Экспериментально значение R15 удалось получить в районе 2,2 кОм, при этом UC3843 еще не ограничивает ток, а писка практически не слышно.

Все манипуляции с обвязкой ШИМ необходимо проводить максимально осторожно. Некоторые элементы находятся под опасным для жизни напряжением. У нас не получилось с первого раза побороть все посторонние звуки в блоке, некоторые эксперименты закончились частичным, а потом и полным выходом из строя блока, пришлось найти второй такой-же и продолжить переделку.

И так, финишные тесты после всех корректировок. В процессе сборки произошла небольшая заминка с цветом светодиодов, красный сигнализирует о работе в режиме стабилизации напряжения, а зеленый — режим ограничения тока. В дальнейшем исправим, сделаем все как у людей:

1. Напряжение: 0 — 25 В.
2. Ток: 0 — 10 А.

После всех манипуляций переделка компьютерного блока питания в лабораторный на ШИМ UC3843 окончена! Последним этапом станет оформления корпуса и установка резисторов точной настройки тока и напряжения (подключаем последовательно с основным регулятором, номинал 10% т.е. 1 кОм). Также, корпус блока желательно отключить от общего минуса, чтобы избежать случайного КЗ в обход датчика тока (для этого достаточно убрать перемычку).

Приносим благодарность Виталию Ликину за изготовление прототипов наших идей и предоставленные фотоматериалы. Мы еще добавим финишный вариант оформления блока и его краш-тесты. Как и обещали, ссылка платы модуля управления в формате lay.

Операционный усилитель в блоке питания

Продолжаем разговор о блоке питания с регулируемым током защиты, начало тут.

• кратко о принципах работы операционного усилителя
• включение операционного усилителя с отрицательной обратной связью

Мы подошли к операционному усилителю (ОУ), выполненному на микросхеме LM358. В своём составе она имеет два независимых ОУ, оба они задействованы в нашем блока питания.

Давайте обратимся вот к этому участку схемы:

Участок схемы с операционным усилителем

Эталонное напряжение, снятое с R2, попадает на прямой вход усилителя. А мы знаем, что коэффициент усиления подобных ОУ очень высок (сотни тысяч, а то и миллионы). Если ничего не предпринять, ОУ усилит это входное напряжение до максимума, то есть до напряжения питания.

В таком варианте от ОУ было бы мало толку, он совершенно не реагировал бы на поворот ручки R2. Поэтому, чтобы обуздать усилитель, в схему добавлена отрицательная обратная связь, ООС.

Включение ОУ с отрицательной обратной связью

Что такое обратная связь? Это когда сигнал с выхода поступает на вход, позволяя скорректировать режим работы усилителя. Почему она отрицательная? Потому что сигнал с выхода попадает на инвертирующий вход, то есть вычитается из входного сигнала.

В данной схеме ООС реализована через резисторы R11 и R7. На них собран делитель напряжения, так что на инвертирующий вход попадает только часть выходного напряжения. Это стандартная схема подключения ОУ, которая встречается повсеместно. В ней ОУ установит такое напряжение на выходе, чтобы напряжение на входах сравнялось.

Давайте посчитаем в цифрах. Напряжение мы снимаем с R7, значит, оно будет равно R7/(R7+R11)*Uвых, что даёт 0,38*Uвых при указанных номиналах. Другими словами, ООС позволила нам задать нужный нам коэффициент усиления (он равен 1/0,38 = 2.63) и «растянуть» диапазон входного напряжения. В предыдущей статье мы выяснили, что с R2 мы снимаем от 0.3 до 7.5 В. Нетрудно посчитать, что на выходе они превратятся в 0.8 .. 19.7 В.

Ещё может возникнуть вопрос, почему напряжение обратной связи снимается с положительного выхода блока питания, а не, скажем, с вывода 1 микросхемы… Потому что, нас интересует напряжение на выходе, именно оно является главным «продуктом» блока питания. А уж ОУ автоматически войдёт в такой режим, чтобы транзистор VT1 был открыт ровно на столько, чтобы на выходе получить нужное напряжение. Увеличится ток через нагрузку — ОУ побольше приоткроет выходной транзистор, чтобы удержать заданное напряжение. Уменьшится ток — ОУ тут же уменьшит смещение на базе, опять же удерживая выходное напряжение постоянным. Это и есть стабилизатор напряжения. ООС здесь охватывает и выходной транзистор и сам операционный усилитель.

:: УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ДЛЯ ЛЮБОГО БЛОКА ПИТАНИЯ ::

Это небольшой блок универсальной защиты от короткого замыкания, что предназначен для использования в сетевых источниках питания. Она специально разработана так, чтобы вписаться в большинство блоков питания без переделки их схемы. Схема, несмотря на наличие микросхемы, очень проста для понимания. Сохраните её на компьютер, чтоб увидеть в лучшем размере.

Схема блока защиты БП

Чтобы спаять схему вам понадобится:

1. 1 — TL082 сдвоенный ОУ
2. 2 — 1n4148 диод
3. 1 — tip122 транзистор NPN
4. 1 — BC558 PNP транзистор BC557, BC556
5. 1 — резистор 2700 ом
6. 1 — резистор 1000 ом
7. 1 — резистор 10 ком
8. 1 — резистор 22 ком
9. 1 — потенциометр 10 ком
10. 1 — конденсатор 470 мкф
11. 1 — конденсатор 1 мкф
12. 1 — нормально закрытый выключатель
13. 1 — реле модели Т74 "G5LA-14"

Подключение схемы к БП

Здесь резистор с низким значением сопротивления соединен последовательно с выходом источника питания. Как только ток начинает течь через него, появится небольшое падение напряжения и мы будем использовать это падение напряжения, чтобы определить, является ли питание результатом перегрузки или короткого замыкания. В основе этой схемы операционный усилитель (ОУ) включенный в качестве компаратора.

• Если напряжение на неинвертирующем выходе выше, чем на инвертирующем, то на выходе устанавливается "высокий" уровень.
• Если напряжение на неинвертирующем выход ниже, чем на инвертирующем, то на выходе устанавливается "низкий" уровень.

Правда это не имеет ничего общего с логическим 5 вольтовым уровнем обычных микросхем. Когда ОУ находится в "высоком уровне", его выход будет очень близким к положительному потенциалу напряжения питания, поэтому, если питание +12 В, "высокий уровень" будет приближаться к +12 В. Когда ОУ находится в "низком уровне", его выход будет почти на минусе напряжения питания, поэтому, близко к 0 В.

При использовании ОУ в качестве компараторов, мы обычно имеем входной сигнал и опорное напряжение для сравнения этого входного сигнала. Итак, у нас есть резистор с переменным напряжением, которое определяется в соответствии с током, который течет через него и опорным напряжением. Этот резистор является наиболее важной частью схемы. Он подключен последовательно с питанием выходного. Вам необходимо выбрать резистор, падение напряжения на котором составляет примерно 0.5

0.7 вольт при перегрузке тока, проходящего через него. Ток перегрузки появляется в тот момент, когда схема защиты срабатывает и закрывает выход питания для предотвращения повреждений на нем.

Вы можете выбрать резистор, используя закон Ома. Первое, что нужно определить, является перегрузка током блока питания. Для этого надо знать максимальный допустимый ток блока питания.

Допустим, ваш блок питания может выдать 3 ампера (при этом напряжение блока питания не имеет значения). Итак, мы получили Р= 0,6 В / 3 А. Р = 0.2 Ом. Следующее, что вы должны сделать, это рассчитать рассеиваемую мощность на этом резисторе по формуле: Р=V*I. Если мы используем наш последний пример, то получим: Р=0.6 В * 3 А. Р = 1,8 Вт — 3 или 5 Вт резистора будет более чем достаточно.

Чтобы заставить работать схему, вы должны будете подать на неё напряжение, которое может быть от 9 до 15 В. Для калибровки подайте напряжение на инвертирующий вход ОУ и поверните потенциометр. Это напряжение будет увеличиваться или уменьшаться в зависимости от стороны, куда вы поворачиваете его. Значение необходимо скорректировать согласно коэффициента усиления входного каскада 0.6 Вольт (что-то около 2.2 до 3 вольт если ваш усилительного каскада похож на мой). Эта процедура занимает некоторое время, и лучший способ для калибровки это метод научного тыка. Вам может потребоваться настроить более высокое напряжение на потенциометре, так чтоб защита не срабатывала на пиках нагрузки. Скачать файл проекта.

Поделитесь полезными схемами

Как сделать паяльник для маленьких деталей на основе резистора. Как известно, пайку миниатюрных радиодеталей удобнее осуществлять малогабаритным, — размером с авторучку, паяльником. Он должен быть низковольтным и гальванически изолирован от сети.

Использование солнечных водонагревателей. Возможности использования экологически чистой повсеместно доступной возобновляемой энергии солнечного излучения привлекают все большее внимание. В среднем по году, в зависимости от климатических условий и широты местности, поток солнечного излучения на земную поверхность составляет от 100 до 250 Вт/м2, достигая пиковых значений в полдень при ясном небе, практически в любом независимо от широты месте, около 1 000 Вт/м2.

Простой модуль управления вентиляторами охлаждения компьютера в зависимости от температуры — схема на основе микросхемы LM317 и терморезистора.

Нарисуем резистор на бумаге — оригинальный метод изготовления маломощных резисторов высокого сопротивления.

Этот полезный индикатор пульсаций стабилизатора напряжения также может служить индикатором предаварийной работы ИП.