Собираем 9 простых, малошумящих, линейных стабилизаторов напряжения, используя одну разводку печатной платы
Введение в BBPS-1
Для некоторых приложений подходит источник питания с несколькими выходами, регулируемый по напряжению и по току. Однако бывают случаи, когда вам необходим источник питания только с одним напряжением, и может быть дополнительным преимуществом, если он совместим с беспаечной макетной платой.
Данный проект предоставит всю информацию, необходимую для создания надежного линейного стабилизатора напряжения для любого из 9 напряжений от 2,5 В до 15 В, который обеспечит достаточный ток для большинства небольших схем. Та же недорогая печатная плата может использоваться для напряжения по вашему выбору, а Gerber-файлы приведены в данной статье ниже. В сочетании с легко доступным выпрямителем переменного напряжения в постоянное стабилизатор (называемый BBPS-1) быстро станет фаворитом при создании ваших макетов. Ниже показан BBPS-1 на 3,3 В.
Схема
Схема для BBPS-1 далеко не революционна, но предлагает некоторые функции, недоступные в других макетных стабилизаторах. Схема показана ниже (для увеличения кликните по картинке).
J1 – это разъем питания, к которому подключается внешний выпрямитель переменного напряжения в постоянное; D1 – диод Шоттки, который предотвращает попадание напряжения неправильной полярности на другие элементы. SW1 используется для включения подачи постоянного напряжения, а R2 обеспечивает быстрый разряд конденсатора C1, что позволяет избежать медленного понижения напряжения на выходе. Конденсаторы с C1 по C4 обеспечивают фильтрацию, подавление шума и подавление колебаний для U1, который является микросхемой стабилизатора. Резистор R1 и светодиод LED1 обеспечивают визуальное подтверждение работы U1.
PH3 и PH4 – это штыревые разъемы, которые подключаются к силовым и корпусным линиям беспаечной макетной платы. PH1, PH2, PH5 и PH6 также являются штыревыми разъемами, которые позволяют избирательно отключать линии +V и GND от линий на макетной плате.
Обратите внимание, что приведенная выше схем предназначена для стабилизатора на 5 В. Другие напряжения требуют других U1 и R1; более подробная информация об этом содержится в следующем разделе.
Необходимые компоненты
На приведенной ниже фотографии показана голая печатная плата справа и готовая сборка слева. Как вы видите, элементы поверхностного монтажа здесь не используются. Номера позиций на печатной плате совпадают с номерами на схеме выше и в перечне элементов в таблице 1.
В таблице 1 приведен список компонентов, необходимых для сборки стабилизатора BBPS-1.
| Обозначение | Описание | Количество |
|---|---|---|
| J1 | Разъем, розетка, коаксиальный, 2,1мм | 1 |
| D1 | Диод Шоттки, 40 В, 1 А, 1N5819 | 1 |
| SW1 | Переключатель | 1 |
| C1 | Конденсатор электролитический, 1000 мкФ, 50 В | 1 |
| C2 | Конденсатор керамический, 0,33 мкФ, 50 В | 1 |
| C3 | Конденсатор керамический, 0,1 мкФ, 50 В | 1 |
| C4 | Конденсатор электролитический, 10 мкФ, 50 В | 1 |
| R1 | Резистор, сопротивление зависит от выходного напряжения, 0,25 Вт | 1 |
| R2 | Резистор, 100 Ом, 0,25 Вт | 1 |
| U1 | Стабилизатор напряжения, линейный, корпус TO-200 | 1 |
| LED1 | Светодиод, T1 3/4, зеленый | 1 |
| PH1-PH6 | Разъем, штыревой, прямой, 40-пиновый (режется на отдельные разъемы) | 1 |
| нет | Перемычка на два вывода, 0,1", черная | 2 |
| нет | Перемычка на два вывода, 0,1", красная | 2 |
| нет | Радиатор, TO-220 | 1 |
Таблица 2 используется для выбора двух компонентов (U1 и R1), которые перечислены в таблице 1, но не определены там. Выбор для U1 и R1 обусловлен необходимым выходным напряжением BBPS-1. Например, если вам нужен стабилизатор BBPS-1 с выходным напряжением 5 В, вы должны найти "5" в столбце Vвых и увидеть, что U1 должна быть LM7805CT, а R1 должен быть 560 Ом. Следовательно, вам понадобится по одному экземпляру микросхемы LM7805CT и резистора 560 Ом, 0,25 Вт.
| U1 | Vвых | Iвых (max) | Vвх | R1, Ом | |
| min | max | ||||
| LM2937-2.5 | 2.5 | 500 мА | 4.75 | 26 | 82 |
| LM2937-3.3 | 3.3 | 500 мА | 4.75 | 26 | 220 |
| LM7805CT | 5 | 1 А | 7 | 20 | 560 |
| LM7806CT | 6 | 1 А | 8 | 21 | 750 |
| LM7808CT | 8 | 1 А | 10.5 | 23 | 1.2 к |
| LM7809CT | 9 | 1 А | 11.5 | 24 | 1.3 к |
| LM7810CT | 10 | 1 А | 12.5 | 25 | 1.6 к |
| LM7812CT | 12 | 1 А | 14.5 | 27 | 2 к |
| LM7815CT | 15 | 1 А | 17.5 | 30 | 2.7 к |
Важная техническая информация
Обратите внимание, что таблица 2 также содержит столбец, который указывает максимальный ток, доступный для каждой микросхемы стабилизатора напряжения. Это теоретический максимум в идеальных условиях, и, вероятно, не может быть достигнут с помощью небольшого радиатора, используемого в BBPS-1. К счастью, все перечисленные микросхемы стабилизаторов напряжения имеют функцию автоматического выключения при перегреве; при остывании они снова начнут функционировать. Также имейте в виду, что выбранный преобразователь переменного напряжения в постоянное (AC/DC) должен обеспечивать, по меньшей мере, такой же ток, как указан в столбце Iвых для соответствующей микросхемы стабилизатора; если AC/DC преобразователь может обеспечить больший ток, то это хорошо.
Наконец, обратите внимание, что таблица 2 содержит два столбца, которые указывают на требования к минимальному и максимальному напряжениям на входе для каждой микросхемы стабилизатора напряжения. AC/DC преобразователь, который используется совместно с BBPS-1, должен обеспечивать напряжение не менее минимального и не более максимального. Вы также должны знать, что чем выше входное напряжение, тем больше тепла необходимо будет рассеять на микросхеме стабилизатора напряжения. Таким образом, лучше всего использовать AC/DC преобразователь, который обеспечивает напряжение, максимально близкое к минимальному напряжению.
Печатная плата (PCB)
Печатная плата для BBPS-1 была создана на основе чертежа принципиальной схемы и компоновки печатной платы с помощью программного обеспечения DipTrace. DipTrace был использован для создания набора файлов Gerber, которые были отправлены для прототипирования производителю в Китай, компании под названием Itead. Itead произвели 10 печатных плат и отправили их в США, что в итоге стоило примерно 14 долларов; это заняло примерно три недели с момента заказа до получения плат.
Оригинальные файлы DipTrace для схемы и макета печатной платы доступны для скачивания тем, кто захочет использовать их при создании собственной печатной платы. Кроме того, файлы Gerber также доступны для тех, кто захочет заказать печатные платы у Itead или другого поставщика.
Сборка и работа с BBPS-1
BBPS-1 не использует элементы поверхностного монтажа, а расположения всех компонентов обозначено надписями шелкографии на печатной плате. Компоненты хорошо разнесены, а площадки достаточно прочны для пайки. Таким образом, следуя надписям шелкографии и обращаясь к фотографиям в данной статье, собрать BBPS-1 будет довольно просто.
- Сначала лучше установить на плату более короткие компоненты, а затем более длинные.
- Обратите особое внимание на полярность электролитических конденсаторов, диода, светодиода и микросхемы; надписи шелкографии указывают на правильное положение всех компонентов.
- Используйте очень тонкий слой термопасты между задней частью микросхемы U1 и радиатором; прикрепите U1 к радиатору с помощью винта и гайки.
Работа с BBPS-1 довольно проста.
- Сориентируйте беспаечную макетную плату так, чтобы линии корпуса находилась на самом верхнем крае.
- Вставьте штыревые разъемы в линии питания и корпуса на макетной плате, следя за тем, чтобы выводы "G" вставились в линию корпуса, а выводы "+" вставились в линию питания.
- Обратите внимание, что соединение BBPS-1 с линиями корпуса и питания может быть отключено индивидуально, путем удаления соответствующих перемычех со штыревых наконечников.
- Подключите AC/DC преобразователь к BBPS-1, вставив разъем питания 2,1 мм в розетку J1; "+" напряжения должен быть на центральном выводе, а корпус на экране.
- Включите BBPS-1, перемещая рычаг переключателя в направлении разъема питания; должен загореться зеленый светодиод.
Удачного макетирования!