可調(diào)電壓電源

三端線性固定電壓穩(wěn)壓器是創(chuàng)建正電壓或負(fù)電壓的熱門選擇。

在我們關(guān)于將ATX電源改裝為臺式電源的教程之后，一個非常好的補(bǔ)充是使用LM317T正電壓穩(wěn)壓器來創(chuàng)建一個可調(diào)電壓電源。

LM317T是一種可調(diào)節(jié)的三端正電壓穩(wěn)壓器，能夠提供不同的直流電壓輸出，而不僅僅是固定的+5V或+12V電源，或者作為從幾伏到某個最大值的可調(diào)輸出電壓，所有輸出電流約為1.5安培。

通過在PSU的輸出端添加一些額外的電路，我們可以擁有一個能夠提供一系列固定或可調(diào)電壓的臺式電源，無論是正電壓還是負(fù)電壓。事實(shí)上，這比你可能想象的要簡單得多，因?yàn)樽儔浩?、整流和濾波已經(jīng)由PSU預(yù)先完成，我們只需要將我們的額外電路連接到+12V黃色電線輸出即可。但首先，讓我們考慮一個固定電壓輸出。

固定9V電源

有許多種類的三端電壓穩(wěn)壓器可用，標(biāo)準(zhǔn)TO-220封裝中最受歡迎的固定電壓穩(wěn)壓器是78xx系列正電壓穩(wěn)壓器，從非常常見的7805（+5V固定電壓穩(wěn)壓器）到7824（+24V固定電壓穩(wěn)壓器）。還有79xx系列的固定負(fù)電壓穩(wěn)壓器，可以產(chǎn)生從-5V到-24V的互補(bǔ)負(fù)電壓，但在本教程中，我們只使用正電壓78xx類型。

固定三端穩(wěn)壓器在不需要可調(diào)輸出的應(yīng)用中非常有用，使得輸出電源簡單但非常靈活，因?yàn)槠漭敵鲭妷簝H取決于所選的穩(wěn)壓器。它們被稱為三端電壓穩(wěn)壓器，因?yàn)樗鼈冎挥腥齻€端子連接，分別是輸入、地和輸出。

穩(wěn)壓器的輸入電壓將來自PSU的+12V黃色電線（或單獨(dú)的變壓器電源），并連接在輸入端和地端之間。穩(wěn)定的+9V電壓在輸出端和地端之間取得，如圖所示。

可調(diào)電壓電源固定穩(wěn)壓器電路

假設(shè)我們想要從我們的PSU臺式電源中獲得+9V的輸出電壓，那么我們只需要將一個+9V電壓穩(wěn)壓器連接到+12V黃色電線。由于PSU已經(jīng)對+12V輸出進(jìn)行了整流和濾波，唯一需要的額外組件是輸入端和輸出端的電容器。

這些額外的電容器有助于穩(wěn)壓器的穩(wěn)定性，可以在100nF到330nF之間。額外的100uF輸出電容器有助于平滑固有的紋波內(nèi)容，提供良好的瞬態(tài)響應(yīng)。這個放置在電源電路輸出端的大值電容器通常稱為“濾波電容器”。

這些78xx系列穩(wěn)壓器在5、6、8、9、12、15、18和24V的固定穩(wěn)定電壓下提供最大約1.5安培的輸出電流。但如果我們想要+9V的輸出電壓，但只有一個7805（+5V穩(wěn)壓器）呢？7805的+5V輸出是相對于“地，Gnd”或“0V”端子的。

如果我們將這個引腳2端子電壓從0V增加到4V，那么輸出也將增加4V，前提是有足夠的輸入電壓。然后通過在穩(wěn)壓器的引腳2和地之間放置一個小的4V（最接近的優(yōu)選值為4.3V）齊納二極管，我們可以使7805 5V穩(wěn)壓器產(chǎn)生+9V的輸出電壓，如圖所示。

增加輸出電壓

那么它是如何工作的呢？4.3V齊納二極管需要大約5mA的反向偏置電流來維持輸出，穩(wěn)壓器消耗約0.5mA。這個總電流5.5mA通過電阻“R1”從輸出引腳3提供。

因此，7805穩(wěn)壓器所需的電阻值為R = 5V/5.5mA = 910歐姆。連接在輸入端和輸出端之間的反饋二極管D1用于保護(hù)，并防止在輸入電源電壓關(guān)閉時穩(wěn)壓器被反向偏置，而由于大感性負(fù)載（如螺線管或電機(jī)），輸出電源在短時間內(nèi)保持開啟或活動狀態(tài)。

然后我們可以使用三端電壓穩(wěn)壓器和合適的齊納二極管從我們之前的臺式電源中產(chǎn)生各種固定輸出電壓，范圍從+5V到+12V。但我們可以通過用可調(diào)電壓穩(wěn)壓器（如LM317T）替換固定電壓穩(wěn)壓器來改進(jìn)這個設(shè)計。

可調(diào)電壓電源

LM317T是一個完全可調(diào)的三端正電壓穩(wěn)壓器，能夠提供1.5安培的輸出電流，輸出電壓范圍從約1.25V到略高于30V。通過使用兩個電阻的比例，一個固定值，另一個可變（或兩者都固定），我們可以將輸出電壓設(shè)置為所需水平，相應(yīng)的輸入電壓可以在3到40V之間。

LM317T可調(diào)電壓穩(wěn)壓器還具有內(nèi)置的電流限制和熱關(guān)斷功能，使其具有短路保護(hù)功能，非常適合任何低壓或自制的臺式電源。

LM317T的輸出電壓由兩個反饋電阻R1和R2的比例決定，這兩個電阻在輸出端形成一個分壓網(wǎng)絡(luò)，如下所示。

LM317T可調(diào)電壓穩(wěn)壓器

反饋電阻R1上的電壓是一個恒定的1.25V參考電壓，Vref，在“輸出”和“調(diào)節(jié)”端子之間產(chǎn)生。調(diào)節(jié)端子電流是一個恒定的100uA電流。由于電阻R1上的參考電壓是恒定的，恒定電流i將流過另一個電阻R2，從而產(chǎn)生輸出電壓：

然后無論流過電阻R1的電流是多少，也會流過電阻R2（忽略非常小的調(diào)節(jié)端子電流），R1和R2上的電壓降之和等于輸出電壓Vout。顯然，輸入電壓Vin必須比所需的輸出電壓至少高2.5V才能為穩(wěn)壓器供電。

此外，LM317T具有非常好的負(fù)載調(diào)節(jié)能力，前提是最小負(fù)載電流大于10mA。因此，為了保持1.25V的恒定參考電壓，反饋電阻R1的最小值需要為1.25V/10mA = 120歐姆，這個值可以在120歐姆到1,000歐姆之間，R1的典型值約為220Ω到240Ω，以獲得良好的穩(wěn)定性。

如果我們知道所需的輸出電壓Vout的值，并且反饋電阻R1為240歐姆，那么我們可以從上述方程計算電阻R2的值。例如，我們原來的輸出電壓9V將給出R2的電阻值：

或最接近的優(yōu)選值1,500歐姆（1k5Ω）。

當(dāng)然，在實(shí)踐中，電阻R1和R2通常會被電位器替換，以產(chǎn)生可調(diào)電壓電源，或者如果需要幾個固定輸出電壓，則可以使用幾個切換的預(yù)設(shè)電阻。

但為了減少每次我們想要特定電壓時計算電阻R2值所需的數(shù)學(xué)運(yùn)算，我們可以使用如下所示的標(biāo)準(zhǔn)電阻表，該表為我們提供了使用E24電阻值的不同電阻R1和R2比例下的穩(wěn)壓器輸出電壓。

電阻R1與R2的比例

通過將電阻R2替換為2k歐姆電位器，我們可以控制PSU臺式電源的輸出電壓范圍從約1.25V到最大輸出電壓10.75（12-1.25）V。然后我們最終的修改后的可調(diào)電源電路如下所示。

可調(diào)電壓電源電路

我們可以通過在輸出端連接一個電流表和一個電壓表來進(jìn)一步改進(jìn)我們的基本電壓穩(wěn)壓器電路。這些儀器將提供穩(wěn)壓器輸出的電流和電壓的視覺指示。如果需要，還可以在設(shè)計中加入快速熔斷器以提供額外的短路保護(hù)，如圖所示。

電壓表和電流表的添加

LM317T的缺點(diǎn)

使用LM317T作為可調(diào)電壓電源電路的一部分來調(diào)節(jié)電壓的主要缺點(diǎn)之一是，多達(dá)2.5V的電壓降或熱量損失在穩(wěn)壓器上。因此，例如，如果所需的輸出電壓為+9V，則輸入電壓將需要高達(dá)12V或更高，以便在最大負(fù)載條件下保持輸出電壓穩(wěn)定。這種穩(wěn)壓器上的電壓降稱為“壓差”。此外，由于這種壓差電壓，需要某種形式的散熱來保持穩(wěn)壓器冷卻。

幸運(yùn)的是，有低壓差可調(diào)電壓穩(wěn)壓器可用，例如國家半導(dǎo)體的“LM2941T”低壓差可調(diào)電壓穩(wěn)壓器，其在最大負(fù)載下的低壓差僅為0.9V。這種低壓差的代價是該設(shè)備只能提供1.0安培的輸出電流，輸出電壓范圍為5到20V。然而，我們可以使用該設(shè)備提供約11.1V的輸出電壓，略低于輸入電壓。

總結(jié)一下，我們在之前的教程中從舊PC電源單元制作的臺式電源可以通過使用LM317T調(diào)節(jié)電壓來轉(zhuǎn)換為可調(diào)電壓電源。通過將該設(shè)備的輸入端連接到PSU的+12V黃色輸出電線，我們可以同時獲得固定的+5V、+12V和從約2V到10V的可調(diào)輸出電壓，最大輸出電流為1.5A。