Tā kā ļoti bieži elektronikā tiek izmantoti dažādi moduļi, mikrokontrolleri un citas elektronikas ierīces, kurām nepieciešama 3,3 vai 5 V elektrobarošana, tad šoreiz autors izveidojis elektrisko principiālo shēmu, ar kuras palīdzību ir iespējams nodrošināt 3,3 vai 5 V elektrobarošanu, proti, atkarībā no tā, kādu izejas spriegumu iestata lietotājs, izmantojot spiedpogu "Uout".
Elektriskā principiālā shēma ir veidota tā, lai nodrošinātu aizsardzību pret pārslodzi, proti, ja izejā lietotāja neuzmanības dēļ izveidojas īsslēgums, ja lietotājs pieslēdz pārāk lielu slodzi (pārāk mazu pretestību).
Elektriskās principiālās shēmas darbībai paredzēts izmantot 10-15 V ieejas spriegumu.
1.1.att. 3,3/5 V elektrobarošanas risinājuma elektriskā principiālā shēma
Izejas sprieguma stabilizācijai tiek izmantots LM317 sērijas lineārais sprieguma stabilizators, kur izejas sprieguma vērtība tiek iestatīta, izmantojot R1, R2, R11 un R12 rezistorus.
Izejas spriegumu var aprēķināt, zinot lineārā sprieguma stabilizatora atbalsta sprieguma vērtību, kas konkrētajā gadījumā ir 1,25 V. Iestatīto izejas sprieguma vērtību var aprēķināt, izmantojot šādu formulu: Uizejas = 1,25*(1+(R2||R11 vai R12)/R1).
Kad viens no bipolārajiem tranzistoriem (Q2 vai Q3) atrodas atvērtā stāvoklī, tad R2 rezistoram paralēli tiek pieslēgts vēl viens rezistors (R11 vai R12), kas nozīmē to, ka izejas sprieguma vērtība ir atkarīga no tā, kurš no bipolārajiem tranzistoriem atrodas atvērtā stāvoklī.
Piemēram, kad atvērts ir Q2 bipolārais tranzistors, tad izejas sprieguma vērtība ir 3,29 V (skatīt zemāk).
Uizejas = 1,25*(1+(R2||R11)/R1) = 1,25*(1+((1000*560)/(1000+560))/220) = 1,25*(1+358,97/220) = 1,25*(1+1,63) = 3,29 V.
Lai izejā iestatītu 5 V, nepieciešams atvērt Q3 bipolāro tranzistoru, kas nozīmē, ka D tipa trigera invertētajā izejā nepieciešams augsts signāla līmenis.
Lai izejā iestatītu 3,3 V, nepieciešams atvērt Q2 bipolāro tranzistoru, kas nozīmē, ka D tipa trigera neinvertētajā izejā nepieciešams augsts signāla līmenis.
Tā kā abu tranzistoru vadībai tiek izmantots viens D tipa trigeris (U2:B), kur katrs no tranzistoriem ir pieslēgts pie savas izejas (Q3 bipolārais tranzistors pie invertētās izejas, bet Q2 bipolārais tranzistors pie neinvertētās), tad abi tranzistori nebūs atvērti vienlaicīgi.
R13 un R14 rezistori paredzēti bipolāro tranzistoru bāzes strāvas ierobežošanai.
Lai D tipa trigeris pārslēgtos tikai tad, kad pienāk takts signāls, tad takts signāla ieeju nepieciešams piesaistīt pie zema signāla līmeņa, izmantojot R15 rezistoru.
Takts signāla nodrošināšanai, lai lietotājs varētu iestatīt 3,3 vai 5 V izejas spriegumu, tiek izmantota spiedpoga "Uout", kur paralēli pieslēgtais C7 kondensators tiek izmantots mehāniskās trīces ietekmes mazināšanai.
Tā kā sprieguma stabilizācijai tiek izmantots lineārais sprieguma stabilizators, bet tā maksimālā teorētiski iespējamā izejas strāvas vērtība ir 1,5 A, ja tiek nodrošināta minimāla ieejas un izejas sprieguma starpība, tad elektriskajā principiālajā shēmā tiek izmantots Q4 bipolārais tranzistors, kurš nodrošina lielāku slodzes strāvu. Q4 bipolārais tranzistors tiek atvērts, kad tiek sasniegta pietiekama sprieguma krituma vērtība uz R3 rezistora.
D1 taisngriežu diode paredzēta lineārā sprieguma stabilizatora aizsardzībai.
C1 elektrolītiskais kondensators paredzēts izejas sprieguma pulsāciju gludināšanai, bet C2 keramiskais kondensators mazina parazītiskās induktivitātes ietekmi.
Lai nodrošinātu aizsardzību pret pārslodzi izejā, tiek izmantots U3 operacionālais pastiprinātājs kopā ar R8 šunta rezistoru, kurš paredzēts strāvas caur slodzes pretestību mērīšanai (šunta rezistors tiek slēgts virknē ar slodzes pretestību).
C8 kondensators paredzēts trokšņu ietekmes mazināšanai.
Lietotājs, izmantojot RV1 potenciometru, var iestatīt strāvas vērtību, pie kuras nostrādās aizsardzība pret pārslodzi, mainot sprieguma vērtību operacionālā pastiprinātāja ieejā (no 0 līdz 5,1 V), kurš tiek izmantots kā komparators (U3:A), kas salīdzina nodalīto atbalsta sprieguma vērtību ar slodzes strāvai atbilstošo sprieguma vērtību.
Shēmu ir ieteicams papildināt ar histerēzes cilpu pie komparatora.
D5 Zēnera diode tiek izmantota kā atbalsta sprieguma avots, kuras aizsardzībai un darba punkta iestatīšanai tiek izmantots R7 balasta rezistors.
Konkrētajā gadījumā atbalsta sprieguma vērtība ir 5,1 V, jo tiek izmantota BZT52-B5V1X sērijas Zēnera diode.
Lai aprēķinātu strāvas vērtību, pie kuras nostrādās aizsardzība pret pārslodzi, ir nepieciešams izmantot šādu formulu: Ipārslodzes = Uatbalsta/(R9/R10+1)/R8, kur Uatbalsta - nodalītā atbalsta sprieguma vērtība invertējošajā operacionālā pastiprinātāja ieejā.
Piemēram, kad nodalītā atbalsta sprieguma vērtība ir 2 V (Uatbalsta), tad strāvas vērtība, pie kuras nostrādās aizsardzība pret pārslodzi, ir 416 mA (Ipārslodzes = 2/48/0,1 = 0,416 A).
R9 un R10 rezistori tiek izmantoti U3:B operacionālā pastiprinātāja sprieguma pastiprinājuma koeficienta iestatīšanai, kas šajā gadījumā ir 48 reizes (47000/1000+1).
C6 keramiskais kondensators paredzēts ģenerēšanas efektu novēršanai.
Tā kā pārslodzes gadījumā nepieciešams slodzi atslēgt no elektrobarošanas, tad tiek izmantots D tipa trigeris (U2:A) kopā ar p-kanāla lauktranzistoru (Q1), kurš tiek izmantots kā elektriski vadāms elektrobarošanas slēdzis.
Gadījumā, ja nostrādā aizsardzība pret pārslodzi, tad U3:A komparatora izejā tiek padots augsts signāla līmenis, kurš tiek izmantots kā trigera takts signāls, lai nodrošinātu tā pārslēgšanos.
Kad U2:A trigera neinvertētajā izejā parādās augsts signāla līmenis, tad tiek aizvērts Q1 lauktranzistors, kurš tālāk pārtrauc elektrobarošanas padevi slodzei.
Pārslodzes indikācijai tiek izmantota D3 gaismas diode, bet R5 rezistors ierobežo strāvu caur gaismas diodi.
Normālos darba apstākļos, kad slodzei tiek padota elektrobarošana, spīd D2 gaismas diode, jo U2:A trigera neinvertētajā izejā ir zems signāla līmenis, kas nozīmē, ka invertētajā izejā ir augsts signāla līmenis.
R4 rezistors tiek izmantots strāvas ierobežošanai caur D2 gaismas diodi.
Lai lietotājs varētu atkārtoti slodzi pieslēgt pie elektrobarošanas, proti, pēc tam, kad iepriekš ir nostrādājusi aizsardzība pret pārslodzi, elektriskajā principiālajā shēmā ir paredzēta spiedpoga "OCP".
Protams, izmantojot spiedpogu "OCP", lietotājs arī var atslēgt slodzi no elektrobarošanas.
C5 kondensators tiek izmantots mehāniskās trīces ietekmes mazināšanai.
D4 un D6 taisngriežu diodes tiek izmantotas loģiskā VAI funkcijas nodrošināšanai pie trigera takts signāla ieejas.
R6 un R16 rezistori paredzēti zema signāla līmeņa piesaistei pie takts signāla un datu ieejas.
C3 elektrolītiskais kondensators paredzēts ieejas sprieguma pulsāciju gludināšanai, bet C4 keramiskais kondensators mazina parazītiskās induktivitātes ietekmi.
SW1 slēdzis paredzēts elektriskās principiālās shēmas ieslēgšanai un izslēgšanai.