手把手教你構建可調線性AC-DC電源

2020-12-14 電子工程專輯

雙輸出低噪聲電源對於電子發燒友來說是一個必不可少的工具。在許多情況下都需要雙輸出電源，例如設計前置放大器和為功率運算放大器（OPAMP）供電等。在本文中，我們將構建一個可供用戶獨立調節正負軌的線性電源，在其輸入端採用普通的單輸出交流變壓器即可。n9kEETC-電子工程專輯

該線性電源應具備的特性：n9kEETC-電子工程專輯

●AC – DC轉換n9kEETC-電子工程專輯

●雙輸出電壓（正-地-負）n9kEETC-電子工程專輯

●可調正負軌n9kEETC-電子工程專輯

●僅一個單輸出交流變壓器n9kEETC-電子工程專輯

●輸出噪聲（20MHz-BWL，空載）：大約1.12 mVppn9kEETC-電子工程專輯

●低噪聲和穩定輸出（為Opamps供電的理想之選）n9kEETC-電子工程專輯

●輸出電壓：+/- 1.25V 至 +/- 25Vn9kEETC-電子工程專輯

●最大輸出電流：300mA 至 500mAn9kEETC-電子工程專輯

●低成本且易於焊接（所有組件均為DIP封裝）n9kEETC-電子工程專輯

電路分析：

圖1顯示了供電電源的原理圖。其中，D1和D2為整流二極體。C1和C2構成了第一級降噪濾波器。n9kEETC-電子工程專輯

圖1：低噪聲電源原理圖n9kEETC-電子工程專輯

由R1、R2、C1、C2、C3、C4、C5和C6構建了一個低通RC濾波器，降低了來自正負軌的噪聲。該特性從理論上和實踐上都可以進行檢驗，例如可採用具有波德圖功能的示波器Siglent SDS1104X-E來進行測量。n9kEETC-電子工程專輯

IC1 和IC2 是該電路的主要調節器件。根據IC1（LM317）數據表的描述，「LM317是一款可調節三端正電壓穩壓器，能夠在1.25V至37V輸出電壓範圍內提供超過1.5A的電流。它僅需兩個外部電阻即可設置輸出電壓。該器件具有 0.01% 的典型線性調整率和 0.1% 的典型負載調整率。它還包含電流限制、熱過載保護和安全工作區保護功能。即使斷開「ADJUST」端子，過載保護功能仍起作用。」n9kEETC-電子工程專輯

顯而易見，LM317引入了良好的線性和負載調節參數，因此我們可以期望獲得穩定的輸出軌。IC2（LM337）與之相同，唯一的區別是IC2晶片用於調節負電壓。n9kEETC-電子工程專輯

D3和D4用於提供保護功能。這兩個二極體提供了一個低阻抗放電路徑，以防止電容器（C9和C10）放電到穩壓器的輸出中。n9kEETC-電子工程專輯

R4和R5用於調節輸出電壓。C7、C8、C9和C10則用於過濾剩餘的輸出噪聲。n9kEETC-電子工程專輯

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PCB布局

圖2顯示了該電路的PCB布局。它採用單層PCB板設計，所有組件均為DIP封裝，因此易於焊接和使用。n9kEETC-電子工程專輯

圖2：電源的PCB布局n9kEETC-電子工程專輯

對於IC1和IC2，我採用了SamacSys組件庫。SamacSys組件庫不僅是免費的，更重要的是它遵循工業IPC的尺寸規格標準。由於我使用的PCB設計工具是Altium，因此可以直接用Altium插件安裝SamacSys組件庫。圖3顯示了那些被選定的組件。類似的設計工具還有KiCad和其他CAD軟體。n9kEETC-電子工程專輯

圖3：採用SamacSys組件庫（AD Plugin）來表徵IC1（LM137）和IC2（LM337）n9kEETC-電子工程專輯

圖4顯示了PCB板的3D視圖。n9kEETC-電子工程專輯

圖4：PCB板的最終3D視圖n9kEETC-電子工程專輯

組裝和測試

圖5顯示了已組裝好的電路板。本實例中我使用了220V至12V的變壓器，以在輸出端獲得最大+/- 12V的電壓。圖6顯示了相關接線圖。n9kEETC-電子工程專輯

圖5：組裝好的電路板n9kEETC-電子工程專輯

圖6：變壓器和電路接線圖n9kEETC-電子工程專輯

通過轉動R4和R5多圈電位器，可以獨立調節正負電壓軌上的電壓。圖7的示例中，輸出被調節為+/- 9V。n9kEETC-電子工程專輯

圖7：輸出端 +/- 9V電壓軌n9kEETC-電子工程專輯

現在，我們來測量輸出噪聲。我使用的Siglent SDS1104X-E示波器由於在輸入端引入500uV/div的靈敏度，因此非常適合此類測量。將通道1設置為1X，交流耦合，20MHz帶寬限制，並將採集模式設置為峰值檢測。然後取下接地線並使用探頭接地彈簧。請注意，此測量沒有輸出負載。圖8為示波器屏幕顯示和測試結果，噪聲Vpp值約為1.12mV。注意，增加輸出電流會增加噪聲/紋波電平，對所有電源均是如此。n9kEETC-電子工程專輯

圖8：電源的輸出噪聲（空載時）n9kEETC-電子工程專輯

R1和R2電阻的額定功率決定了輸出電流。因此我選擇了3W的電阻。另外，如果要獲取大電流或調節器的輸入與輸出之間的電壓差較大，別忘記在IC1和IC2上安裝合適的散熱器。使用3W電阻器可以獲得500mA（最大值）的電流。若使用2W電阻，則該值自然降低至大概300mA（最大值）。n9kEETC-電子工程專輯

物料

圖9羅列了物料清單(BOM)。n9kEETC-電子工程專輯

圖9：物料清單n9kEETC-電子工程專輯

（參考原文：Adjustable Linear AC-DC Power Supply）n9kEETC-電子工程專輯

責編：Amy Guann9kEETC-電子工程專輯

本文為《電子工程專輯》2020年3月刊雜誌文章，版權所有，禁止轉載。點擊申請免費雜誌訂閱 n9kEETC-電子工程專輯

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