可調(diào)線性雙輸出AC DC電源

描述

特征：

交流 - 直流轉(zhuǎn)換

雙輸出電壓（正 - 地 - 負(fù)）

可調(diào)正負(fù)軌

只是一個(gè)單輸出交流變壓器

輸出噪聲（20MHz-BWL，無負(fù)載）：約 1.12mVpp

低噪聲和穩(wěn)定的輸出（非常適合為運(yùn)算放大器供電）

輸出電壓：+/-1.25V 至 +/-25V

最大輸出電流：300mA至500mA

便宜且易于焊接（所有元件封裝均為 DIP）

雙輸出低噪聲電源是任何電子愛好者的必備工具。在許多情況下都需要雙輸出電源，例如設(shè)計(jì)前置放大器和為 OPAMP 供電。在本文中，我們將構(gòu)建一個(gè)線性電源，用戶可以獨(dú)立調(diào)整其正負(fù)軌。而且，輸入端只用了一個(gè)普通的單路輸出交流變壓器。

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[1] 電路分析

圖 1 顯示了該設(shè)備的示意圖。D1、D2為整流二極管。C1 和 C2 構(gòu)成第一級(jí)降噪濾波器。

圖一、低噪聲電源原理圖

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R1、R2、C1、C2、C3、C4、C5 和 C6 構(gòu)成一個(gè)低通 RC 濾波器，可降低來自正軌和負(fù)軌的噪聲。可以在理論和實(shí)踐中檢查此過濾器的行為。具有波特圖功能的示波器可以執(zhí)行這些測(cè)量，例如 Siglent SDS1104X-E。

IC1[1]和IC2[2]是該電路的主要調(diào)節(jié)元件。根據(jù) IC1 (LM317) 數(shù)據(jù)表：“LM317 器件是一款可調(diào)三端正電壓穩(wěn)壓器，能夠在 1.25 V 至 37 V 的輸出電壓范圍內(nèi)提供超過 1.5 A 的電流。它只需要兩個(gè)外部電阻器來設(shè)置輸出電壓。該器件具有 0.01% 的典型線路調(diào)整率和 0.1% 的典型負(fù)載調(diào)整率。它包括電流限制、熱過載保護(hù)和安全工作區(qū)保護(hù)。即使 ADJUST 端子斷開連接，過載保護(hù)仍然有效”。

很明顯，該調(diào)節(jié)器引入了良好的線路和負(fù)載調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)，因此我們可以期望獲得穩(wěn)定的輸出軌。這與 IC2 (LM337) 相同。唯一的區(qū)別是該芯片用于調(diào)節(jié)負(fù)電壓。

D3和D4用于保護(hù)。二極管提供低阻抗放電路徑，以防止電容器（C9 和 C10）放電到穩(wěn)壓器的輸出端。

R4 和 R5 用于調(diào)節(jié)輸出電壓。C7、C8、C9、C10用于濾除剩余的輸出噪聲。

[2] PCB 布局

圖 2 顯示了該電路的 PCB 布局。它設(shè)計(jì)在單層PCB板上，所有元器件封裝均為DIP。每個(gè)人都可以很容易地焊接組件并開始使用該設(shè)備。

圖 2，電源的 PCB 布局

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我為 IC1 [3] 和 IC2 [4] 使用了 SamacSys 組件庫。這些庫是免費(fèi)的，更重要的是遵循工業(yè) IPC 足跡標(biāo)準(zhǔn)。我使用 Altium，所以我直接使用 Altium 插件 [5] 安裝了庫。圖 3 顯示了選定的組件。類似的插件可用于 KiCad 和其他 CAD 軟件。

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圖 3，用于 IC1 (LM137) 和 IC2 (LM337) 的 SamacSys 組件庫（AD 插件）

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圖 4 顯示了 PCB 板的 3D 視圖。

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圖 4，最終 PCB 板的 3D 視圖

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[3] 組裝與測(cè)試

圖 5 顯示了組裝板。我決定使用 220V 至 12V 變壓器在輸出端獲得最大 +/-12V。圖 6 顯示了所需的接線。

圖 5，組裝電路板

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圖6、變壓器及電路接線圖

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通過旋轉(zhuǎn) R4 和 R5 多圈電位器，您可以獨(dú)立調(diào)節(jié)正負(fù)軌上的電壓。圖 7 顯示了一個(gè)示例，其中我將輸出調(diào)整為 +/-9V。

圖 7，輸出端的 +/-9V 軌

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現(xiàn)在是時(shí)候測(cè)量輸出噪聲了。我使用了 Siglent SDS1104X-E 示波器，它在輸入端引入了 500uV/div 靈敏度，非常適合此類測(cè)量。我將第一通道設(shè)置為 1X、AC 耦合、20MHz 帶寬限制，然后將采集模式設(shè)置為峰值檢測(cè)。然后我拆下地線并使用探針接地彈簧。請(qǐng)注意，此測(cè)量是在沒有輸出負(fù)載的情況下進(jìn)行的。圖 8 顯示了示波器屏幕和測(cè)試結(jié)果。噪聲的 Vpp 值約為 1.12mV。請(qǐng)注意，增加輸出電流會(huì)增加噪聲/紋波水平。這是所有電源的真實(shí)故事。

圖 8，電源的輸出噪聲（空載下）

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R1 和 R2 電阻器的功率比決定了輸出電流。所以我選擇了3W的電阻。此外，如果您打算消耗大電流或調(diào)節(jié)器輸入和輸出之間的電壓差很大，請(qǐng)不要忘記在 IC1 和 IC2 上安裝合適的散熱器。您可以通過使用 3W 電阻獲得 500mA（最大值）。如果您使用 2W 電阻器，該值自然會(huì)降低到 300mA（最大值）左右。

[4] 材料

圖 9 顯示了物料清單。

圖 9 物料清單

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