Двухполярные источники питания широко используются в радиотехнике и электронике. Они позволяют точнее и качественнее усиливать аудиосигнал по сравнению с однополярными схемами. Давайте разберемся, что из себя представляет двухполярное питание и почему оно так важно.
Преимущества двухполярного питания
Двухполярное питание имеет ряд преимуществ по сравнению с однополярным:
- Позволяет более точно усиливать звуковой сигнал, так как оперирует как положительными, так и отрицательными напряжениями
- Улучшает качество звучания за счет большей симметрии сигнала
- Дает возможность использовать более сложные и эффективные схемы усилителей
В отличие от однополярного, где есть только "плюс" относительно общей точки, в двухполярном питании присутствуют оба полюса - и положительный ("+"), и отрицательный ("-") потенциал. Это позволяет точнее воспроизводить форму аудиосигнала.
Устройство двухполярного блока питания
Двухполярный блок питания формирует два противоположных по знаку выходных напряжения относительно некоторой общей точки (нулевого потенциала). Как это устроено?
Для построения простейшего конвертора из однополярного напряжения в двухполярное, используется делитель напряжения на резисторах с одинаковым сопротивлением.
То есть берутся два одинаковых резистора, соединенные последовательно. К их середине подключается общий провод ("нуль"), а к крайним выводам - соответственно положительный и отрицательный полюса.
Однако такая простая схема имеет недостаток - при неравномерной нагрузке напряжения на разных плечах ("плюс" и "минус") будут различаться. Чтобы этого избежать, применяют дополнительную схему стабилизации с помощью транзисторов или операционных усилителей.
Применение двухполярного питания
Где же используется двухполярное питание?
- Для питания операционных и мощных усилителей в звуковых трактах
- В различных генераторах сигналов
- Для устранения пульсаций в блоках питания
- В схемах радиоприемников и передатчиков
Особенно актуально применение симметричных источников питания в усилителях мощности, где требуется максимально чистое звучание. Двухполярное питание усилителя позволяет добиться лучших характеристик по сравнению с однополярным.
| Параметр | Однополярное | Двухполярное |
| Сложность схемы | Проще | Сложнее |
| Качество звучания | Хуже | Лучше |
| Стоимость реализации | Дешевле | Дороже |
Выбор компонентов для двухполярного блока питания
При разработке схемы двухполярного блока питания важно правильно подобрать элементную базу. Рассмотрим основные компоненты.
Трансформатор
В основе схемы лежит трансформатор со вторичной обмоткой, имеющей отвод от средней точки. Именно к этому отводу и подключается нулевой потенциал. Выбирая трансформатор, ориентируйтесь на:
- Необходимое выходное напряжение (обычно 15-35 В)
- Максимальный выходной ток (зависит от нагрузки)
- Наличие экрана между первичной и вторичной обмотками
Выпрямительный мост
Для преобразования переменного напряжения трансформатора в постоянное используют выпрямитель на диодах. Выбирайте диоды с запасом по:
- Допустимому обратному напряжению (удвоенное выходное)
- Допустимому прямому току
- Быстродействию (не ниже 50-100 нс)
Конденсаторы фильтрации
После выпрямления требуется сгладить пульсации напряжения с помощью фильтрующих конденсаторов. Основные требования к ним:
- Рабочее напряжение в 1,5-2 раза выше выходного
- Емкость минимум 1000 мкФ на каждый ампер тока нагрузки
- Низкий ESR (эквивалентное последовательное сопротивление)
Защита двухполярного блока питания: Защита от перенапряжения
Чтобы избежать выхода из строя элементов схемы при возникновении перенапряжений, устанавливают защитные стабилитроны, варисторы или разрядники от импульсных помех.
Защита от перегрузки по току
Для защиты от перегрузок и коротких замыканий в цепь включают плавкие предохранители на требуемый максимальный ток или автоматические выключатели-реле.
Защита от переполюсовки
Чтобы избежать выхода из строя блока питания при случайной переполюсовке, ставят диоды, которые пропускают ток только в нужном направлении.
Тепловая защита
При длительных перегрузках элементы схемы могут перегреться. Для контроля температуры используют термодатчики и термореле.
Индикация работы источника питания
Для визуального контроля работы блока питания или возникновения неисправностей в схему встраивают светодиодные индикаторы.
EMI-фильтр
Для подавления электромагнитных помех от работы силового трансформатора на вход блока питания устанавливают фильтр из дросселей и конденсаторов.
Устойчивость к броскам нагрузки
Чтобы блок питания устойчиво работал при резких изменениях нагрузки, применяют схемы компенсации на базе операционных усилителей.
Поиск и устранение неисправностей
При эксплуатации двухполярного блока питания могут возникнуть различные неисправности. Рассмотрим типовые проблемы и способы их решения.
Отсутствует выходное напряжение
Возможные причины:
- Не подано входное напряжение на трансформатор
- Сгорел предохранитель в первичной цепи
- Обрыв во вторичной обмотке трансформатора
Пониженный уровень выходного напряжения
Возможные причины:
- Падение напряжения на диодах из-за большого тока нагрузки
- Низкое входное напряжение трансформатора
- Потеря емкости конденсаторами фильтра
Повышенный уровень выходного напряжения
- Неисправность в цепи обратной связи стабилизатора
- Выход из строя транзистора стабилизатора
- Неправильно подобран Z-диод стабилитрона
