上一節我們分析了線性穩壓電源的原理,以及選用線性電源應該注意的一些規則。這一節我們舉幾個例子,來看線性電源在工程中各種功能的應用。
1)線性電源的基本應用電路
如下圖所示,是線性電源LM7805的基本應用電路,可以看到,輸入端加入了正弦波的波動,輸出也能保持電壓穩定:
除電源芯片LM7805外,還增加了輸入電容C1,輸出電容C2、C3,以及反向連接的二極管D1。
C1、C2電容一般較小,使用1uf以下的瓷片電容,用于濾除電路中的惡高頻噪聲干擾,也可以補償電源防止振蕩;
C3一般使用幾十uF至幾百uF的電解電容,用于濾除低頻干擾,也能提高電路的瞬態輸出能力;
反接的二極管D1,可以使用有一定過流能力的整流管;在工作時,如果輸入電源突然撤去,則輸出端會比輸入端高出Vo的電壓,電流倒灌很容易損壞電源芯片;而增加D1后,這時電流會從D1流到輸入端,避免了損壞電源芯片。
2)簡單的220V市電轉5V電路
如下圖所示,是使用交流220V市電,轉換為直流5V的電路:
市電輸入后,經過變壓器,變為低壓的交流電,這里使用的的25:1匝數比的變壓器,輸出的交流電壓有效值為220/25=8.8V;
交流電之后進入D1整流橋,再經過濾波電容C1之后,形成了不太穩定的直流電Vi,見圖中綠色的波形;
最后使用7805線性電源將電壓進一步穩定,輸出5V直流電。
3)可調輸出的電源
如下圖所示,這里使用的是LM317線性電源,電路和1)中的大致一樣,只是增加了R1和R2:
這個電路可以這么分析:
由于線性電源LM317的靜態電流是比較小的,也就是說圖中從它的接地引腳Vg處流出的電流是很小的,可以認為約為0,那么從R2和R1上流過的電流相等,而且都是由輸出電壓產生的;
查閱LM317的數據手冊,可以得知其輸出引腳到接地引腳間的電壓(Vo-Vg)為1.25V,所以R1上的電流為1.25V/1k = 1.25mA,所以R2上的電流也為1.25mA;
調節R1的電阻值,就能改變Vg的電壓值;而Vo=Vg+1.25V,所以,可以實現輸出電壓的調節。
這里一般不使用LM7805,原因是78xx系列的靜態電流比較大,有mA級,按圖中的參數計算有R1上的電流為1.25V/1k = 1.25mA,所以7805的靜態電流是不能忽略不計的。而相對的LM317的靜態電流只有uA級,對于1.25mA的電流比較小,是可以忽略不計的。
4)線性電源構成的恒流源
上面3)中的這個電路稍作變化,就可以形成一個恒流源電路,如下圖所示:
把負載RL接到電路的接地引腳和地之間,就形成了恒流源電路。
由前面的分析,這里RL上的電流等于R1上的電流,而R1上的電流為1.25V/R1,所以,選定合適的R1值,就能使得流過RL的電流恒定。而如果想要調整電流,只要改變R1的電阻值即可。
當然,這個電路使用時也得遵循幾個要求,一是線性電源能正常工作,輸入比輸出電壓高2V,自身功耗合適不會過熱保護,Vg引腳上輸出的電流相對于RL的電流非常小可以忽略不計。
5)線性電源的均流
如下圖所示,當一個線性電源的輸出電流太小時,可以使用以下電路,輸出電流可以達到兩個線性電源之和,而且兩個電源芯片上流過的電流大致相等:
這個電路中使用了兩個小電阻電阻R4和R5用作電流取樣,當I1比I2大時,則運放的正輸入端電壓會比負輸入端低,則運放會輸出一個低電壓,使得線性電源U2的電壓下降,進而使得U2的輸出電流Io1下降,最終使得I1也減小;只有當I1和I2大致相等時,運放的兩個輸入端電壓相等,電路才能達到動態平衡,此時兩個線性電源上流過的電流也大致相等,不會導致某一邊功耗過大而發熱損壞。
圖中仿真也可以看出,Io=Io1+Io2,而且Io1≈Io2。
好了,本節就到這里了,下一節我們開始分析開關電源電路。
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