假設(shè)我們有一個(gè)運(yùn)算放大器電路，需要+/- 12 VDC電壓軌。當(dāng)我們所擁有的只是如圖1所示的可變24 VDC電源時(shí)，我們?nèi)绾翁峁┗パa(bǔ)輸出?

在你說做不到之前，先考慮一下電源是如何構(gòu)造的。臺(tái)式電源，如B&K Precision的1550是專為浮動(dòng)輸出。在理想的情況下，地面和黑色和紅色直流輸出之間沒有電氣連接。這樣的電源就像一個(gè)電池，我們可以自由地以任何我們選擇的方式連接端子。

技術(shù)貼士 :直流電源和電池之間的類比是不完整的。與電池不同，通用型直流電源不會(huì)接受反向充電電流。很多電源都有反向電壓(二極管)保護(hù)。有些電源將輸出電壓箝位到內(nèi)部直流導(dǎo)軌上。在極端情況下，反向電流會(huì)造成不可逆的電源損壞。

圖 1 :帶阻性中心抽頭的單輸出穩(wěn)壓電源圖片，提供正、負(fù)電壓。

由于我們的電源完全能夠提供浮動(dòng)的24 VDC，因此所需的分路+/- 12 VDC是一個(gè)參考問題。我們可以使用電阻來提供虛擬地;同樣，要理解電源輸出是浮動(dòng)的。中心抽頭解決方案如圖2所示，同時(shí)還有一個(gè)稍微不平衡的負(fù)載。輸出相當(dāng)好地平衡，電壓軌相對(duì)于地為12.5和-11.5 VDC。

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圖 2 :顯示24 VDC電源輸出如何中心抽頭以提供+/- 12 VDC的原理圖。

限制

這種技術(shù)有一些嚴(yán)重的局限性。最重要的限制是負(fù)載的正、負(fù)電流需求之間的平衡。這對(duì)電阻的選擇有重要的影響。例如，如果負(fù)載完全平衡，正負(fù)負(fù)載繪制相同的電流，則中心抽頭電阻可能具有高值，例如10 kΩ。另一方面，如果存在很大的失配，則抽頭電阻的值必須很低。事實(shí)上，為了保持電壓平衡，可能需要“燃燒”大量的能量。

示例1

我們的第一個(gè)例子取自圖2。這里恒流源表示的負(fù)載稍微不平衡，負(fù)載從正軌要求2 mA，從負(fù)軌要求3 mA。

我們可以在模擬器中輸入這些值來查看結(jié)果，就像我在這個(gè)MultisimLive示例中所做的那樣。另一種解決方案是重新學(xué)習(xí)電路理論教科書，并使用超節(jié)點(diǎn)方法求解系統(tǒng)。圖2電路的解決方案如圖3所示。在這個(gè)例子中，電路被重新繪制成傳統(tǒng)的教科書配置，浮動(dòng)電源頂部和中心。公共接地節(jié)點(diǎn)被移到原理圖的底部。

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圖 3 :不平衡系統(tǒng)中軌電壓的手繪原理圖和超節(jié)點(diǎn)方程求解。

示例2:

假設(shè)負(fù)載分別改變?yōu)?00mA和200mA。讓我們假設(shè)抽頭電阻必須消耗至少十倍的負(fù)載電流。有了這個(gè)規(guī)定，我們把抽頭電阻設(shè)為50 Ω。我將把它留給你來解決這個(gè)方程，但是你的結(jié)果應(yīng)該顯示在14.5和-9.5 VDC的軌道。

如果這種不平衡是不可接受的，我們可以切換到25 Ω對(duì)。鐵軌現(xiàn)在在13.25和10.75 VDC。我們可以繼續(xù)降低阻力來改善平衡。

但是，這里有一個(gè)問題:

圖1中顯示的那些小的?W電阻必須增加到10w器件-允許2倍的安全裕度。它們一起消耗了電源輸出的很大一部分。在某種程度上，當(dāng)我們考慮合理設(shè)計(jì)的能源預(yù)算時(shí)，我們進(jìn)入了愚蠢的區(qū)域。

結(jié)論

雖然這種方法在緊要關(guān)頭起作用，但我們花更多的精力來平衡軌道，而不是為負(fù)載提供動(dòng)力。因此，該技術(shù)在低功耗電路中的適用性有限。

話雖如此，這是對(duì)電路理論的一次很好的回顧。這擴(kuò)展了我們對(duì)浮動(dòng)電源的理解。這也回答了一個(gè)古老的問題:

我什么時(shí)候需要使用節(jié)點(diǎn)分析?