В автоматизации современной промышленности есть несколько стандартов передачи аналогового сигнала, например, токовая петля 4-20 мА. Еще один стандарт, получивший широкое распространение : -10В / +10В. Но при его использовании возникает проблема - где взять отрицательное напряжение, ведь, как правило, системы автоматики питаются однополярным напряжением 24 В постоянного тока. И здесь может пригодиться небольшое устройство - преобразователь однополярного напряжения в двухполярное.
Преобразователь напряжения
Данное устройство фактически делит входное напряжение на два, одно из которых имеет положительный знак, а второе отрицательный (например из 24В мы получим -12В и +12В). На приборе имеются клеммы для подключения входного напряжения (два входа "плюс" и "минус") и три выхода ("плюс", "минус" и "земля"). Также есть подстроечный резистор для выравнивания выходных напряжений и светодиод индикации наличия питания.
Данный прибор работает с входным напряжением до 32 вольт и током до 1 ампера. Хотя вы можете повысить рабочие параметры, заменив операционный усилитель, транзисторы и конденсаторы на другие.
ЭЛЕКТРОСХЕМА
За основу устройства взята схема с форума radiokot.ru. В нее добавлен индикатор питания, а также заменены операционный усилитель и транзисторы на имевшиеся в наличии.
Опишем принцип действия устройства. Входное напряжение подается на резистивный делитель (R2-R3) - он делит напряжение на два. Так как используемые в делителе резисторы имеют погрешность 5 процентов, то в него добавлен многооборотный подстроечный резистор (POTI), которым вы можете регулировать напряжения в плечах схемы. С делителя напряжение входит на неинвертирующий вход операционного усилителя LM358, который подключен в режиме повторителя напряжения. ОУ сравнивает это "образцовое" напряжение с напряжением, поступающим на инвертирующий вход с выхода эмиттерного повторителя, состоящего из комплиментарной пары транзисторов BD437 и BD438. Соответственно, корректируется выходной сигнал с ОУ, регулирующий отпирание/запирание этих транзисторов. В схему для фильтрации добавлены два конденсатора.
Электросхема преобразователя
Рассмотрим назначение элементов схемы подробней.
- Напряжение от источника питания подается на клеммы Uin(+) и Uin(-).
- Выходное напряжение снимется с клемм Uout(+) и Uout(-) относительно клеммы GND.
- Если схема собрана правильно, выходные напряжения должны быть по модулю в два раза меньше входного. Разница между Uout(+) и Uout(-) компенсируется подстроечным резистором POTI.
- Конденсаторы С1 и С2 электролитические, соблюдайте полярность. Их емкость 100 мкФ, напряжение 35 вольт. Если на выходе с устройства вы получите неудовлетворяющую вас пульсацию напряжения (проверяется осциллографом), добавьте параллельно конденсаторам С1 и С2 еще по одному, например керамику на 100 нФ.
- Светодиод о наличии питания рассчитан на 3 вольта (при максимальном входном 32 вольта), поэтому резистор ставьте не менее 2,4К мощностью не менее 1 ватта. В любом случае при испытании на макетной плате проверьте пальцами греется он или нет.
- Как говорилось выше, максимальное входное напряжение устройства ограничено 32 вольтами. Это ограничение накладывает микросхема LM358 (32 вольта), у транзисторов BD437 и BD438 - предел 45 вольт, у конденсаторов 35 вольт. По току лимиты устанавливают транзисторы - 4 А. Если нужно поднять параметры, замените эти элементы на другие, с более высокими характеристиками.
- При замене транзисторов на другие помните, что они должны составлять комплиментарную пару. В качестве замены BD437 и BD438 можно использовать BD435--BD436, КТ818Б/В/Г--КТ819Б/В/Г, КТ814--КТ815, BD135/137/139--BD136/138/140, TIP29A--TIP30A.
СБОРКА ПЛАТЫ
Схема пайки элементов преобразователя представлена на рисунке ниже. За базу взята макетная плата 70х55 мм. Конечно вы можете расположить элементы по другому и более компактно.
Схема пайки преобразователя на макетной плате
Примечания :
- Транзисторы BD437 и BD438 соединяется с радиаторами через термопасту. ВНИМАНИЕ!!! Если вы будете ставить оба транзистора на один радиатор, заизолируйте их от него, иначе получите короткое замыкание.
- Данная схема носит "силовой" характер. Если вы будете ее использовать, как сигнальную (например для питания операционного усилителя), то можно отказаться от радиаторов и взять менее мощные транзисторы. Тем самым уменьшив габариты устройства.
- Микросхема LM358 монтируется в панельку DIP8.
- Подсоединения входа и выхода устройства выполнены в трех вариантах : клеммница, штыревой соединитель "папа" и "мама" для проводов Dupont.
- Конденсаторы C1 и С2 электролитические.
- Мощность резисторов не менее 0,5 Ватт, а R4 для светодиода не менее 1 ватта.
- Подстроечный резистор также должен иметь мощность не менее 0,5 Вт.
- Светодиод 5 мм зеленый, соблюдайте полярность.
Проверка и калибровка преобразователя
ЧТО НУЖНО ДЛЯ ПРОЕКТА
- макетная плата под пайку 70х55 мм - 1 шт
- клеммница двойная для входного напряжения - 1 шт
- клеммница тройная для выходного напряжения - 1 шт
- микросхема LM358 - 1 шт
- радиатор 9 см2 - 2 шт
- резистор подстроечный многооборотный типа 3296 на 1К - 1 шт
- резистор 200 Ом (0,5 Вт) - 1 шт
- резистор 510 Ом (0,5 Вт) - 2 шт
- резистор 2,4К (1 Вт) - 1 шт
- резистор 10К (0,5 Вт) - 1 шт
- конденсатор электролитический 100 мкФ (35 вольт) - 2 шт
- биполярный NPN-транзистор BD437 в корпусе TO-126 - 1 шт
- биполярный PNP-транзистор BD438 в корпусе TO-126 - 1 шт
- провод типа AWG - 10 см
- штыревой соединитель - 10 шт
- разъем PBS - 10 шт
- термопаста