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三种首要电压分割器架构及使用电路设计分析

三种主要电压分割器架构及应用电路设计剖析-本文提到的每种电路都可顺利作业,但都有一些特性,因此,在使用某种电路之前应该先进行适当的评估。文中介绍的电路都很简单,不需要复杂的重新设计或调整就能正确作业。

  单一电源有时需求加以切割成两个或多个不必定持平的部份。在运用来自干电池或轿车蓄电池的6V、12V、15V、24V、36V或48V电源时经常会遇到这种状况。尽管商场上有准确的专业电压切割器,但不必定能买到,或许对某些项目来说太过于贵重。并且作为电压切割器运用的IC有时无法供给所需的电流或功率。

  所幸关于许多运用来说,当咱们需求电压切割器时,能够运用低本钱的音频功率放大器(PAA),如LM386、LM380、LM384、TBA820M、TDA2002、TDA2003、TDA2030、TDA2040、TDA2050与LM1875等等切割电源。这种电源切割计划特别合适于测验渠道和试验体系运用。

  咱们能够运用音频功率放大器,为电子设备的电源建立低本钱且非开关型的简略电压切割器。上述的音频功率放大器以及其它许多组件在许多项目中都是许多收购的,这使得它们的运用和替换本钱很低,担负较轻。音频功率放大器是许多制造商出产多年的产品,因而十分遍及,内部电路也是揭露的,测验起来十分便利。即便受损后这些IC也很简略替换。

  本文说到的每种电路都可顺畅作业,但都有一些特性,因而,在运用某种电路之前应该先进行恰当的评价。文中介绍的电路都很简略,不需求杂乱的从头规划或调整就能正确作业。

  电压切割器类型

  一般来说有三种电压切割器。这三种电压切割器的架构图如图1所示。

  

  图1:三种首要类型的电压切割器方块图。a)有两个输出的电压切割器;b)有4个输出的电压切割器;c)有三个虚拟接地的电压切割器。

  图1a显现最常见的电压切割器版别。+Vin和GNDin之间的输入电压被切割成两个不必定持平的部份。这两个部份的电压能够是固定的,也能够在必定规模内调整。一般输入和输出电压之间有少量的不同,这与详细的电压切割器完成有关。

  两个输出电压分别是+V1和GNDout之间以及-V2和GNDout之间的电压。在这种电压切割器中,输入和输出电压之间不存在阻隔,输入接地GNDin和输出接地GNDout(有时称为虚拟接地)之间也不直接衔接。

  图1b显现第二种电压切割器的方块图。+Vin和GNDin之间的输入电压被切割成4个不必定持平的部份。这些部份的电压能够是固定的,也能够在必定规模内调整。在这个事例中输入接地GNDin和输出接地GNDout之间是直接相连的。这种运用被称为多输出线性稳压器。

  但需求留意的是,由于在这种电压切割器中V1、V2和V3这几个输出都能以推挽电路驱动,而不必单路输出缓冲器。这与线性稳压器不同,由于线性稳压器每个输出端(输出不是推挽电路)一般都有一个晶体管。

  图1c显现第三种电压切割器。+Vin和GNDin之间的输入电压被切割成不必定持平的4个部份。事实上这种运用有三个电压切割器,每个切割器将自己的输入电压分红两个部份。每个输出接地(GND1、GND2和GND3)都选用推挽电路驱动。

  值得留意的是电压切割器输出电压的丈量方法。在这个比如中,V1和-V2针对GND1丈量,V3和-V4针对GND2丈量,而V5和-V6则针对GND3进行丈量。

  本文首要运用根据图1a所示方块图电路的电压切割器,很少运用根据图1b的电压切割器。

  根据音频放大器的模仿电压切割器优势

  现代工业有许多种开关型DC/DC转换器,这些转换器能够当作某种电压切割器运用。但这些组件并不必定都能长时间供货,价格或许无法担负,或许或许发生许多电磁噪声,乃至是其它缺陷。

  将音频功率放大器、音频运算放大器(AOA)和相似的%&&&&&%和音频模块用于电压切割器有许多优势:

  1 许多制造商出产音频功率放大器已有多年前史了。它们能够从许多经销商处购买到,因而现已十分遍及,并且价格低廉

  2 音频功率放大器的测验简洁,替换也很简略

  3 音频功率放大器在音频规模表里的噪声都很低,不至于发生许多输出噪声、射频波或电磁搅扰(EMI)

  4 许多音频功率放大器都有内部热维护、过流维护以及电抗性负载维护和过压维护

  5 许多音频功率放大器在需求时能够便利地安装在附加散热器上

  在考虑根据放大器的电压切割器之前,首要了解根据二极管和晶体管的多种有用的电压切割器。

  根据二极管和齐纳二极管的电压切割器

  咱们或许需求从一般直流(DC)电源衍生而来的两个或多个低电压电源或参阅电压获得几毫安的电流,并且这种电路的电源办理并不需求十分严厉。在这些状况下,咱们能够运用根据二极管、齐纳二极管和并联稳压器的电压切割器。

  现代工业供给品种繁复的齐纳二极管,其功耗在0.3W和1.3W之间,参阅电压容差为±2%或更好。这些齐纳二极管可用于完成某些类型的电压切割器。图2显现了三种比如。

  

  图2:选用二极管和齐纳二极管完成的电压切割器。a)运用二极管的电压切割器;b)运用齐纳二极管的电压切割器;c)运用两个并联稳压器(TL431)的电压切割器。

  图2a显现运用二极管的简略电压切割器。串联恣意适宜数量的二极管或发光二极管(LED),使其可用于分路或并联稳压器。在这个比如中,有两个二极管D1和D2发生正输出电压+V1,别的个二极管D3发生负输出电压-V3。输出接地GNDout能够是二极管之间的任何一点。

  图2b显现选用齐纳二极管的简略电压切割器。串联恣意适宜数量的齐纳二极管,使其可作为分路或并联稳压器。在此例中,两个二极管D1和D2发生正输出电压+V1和+V2,别的两个二极管D3和D4发生负输出电压-V3和-V4。输出接地GNDout能够是齐纳二极管之间的恣意一点。在此例中,GNDout坐落D2和D3之间。齐纳二极管能够选用相同或不同的品种。

  咱们能够运用像TL431这样的并联稳压器替代二极管和齐纳二极管。这种处理计划的优势在于经过挑选电阻或微调电位器或其它组件调整输出电压。

  图2c显现选用TL431可调并联稳压器的简略电压切割器。在此例中,能够选用两个TL431或LM341发生正输出电压+V1和负输出电压-V3。电压V1可用微调电位器P1调理,负输出电压-V3能够用P2调理。

  咱们能够串联衔接任何适宜数量的并联稳压器,如图2a和图2b所示。事实上,这些稳压器能够被看作是可调的齐纳二极管。

  根据双极接面晶体管的电压切割器

  图2所示的电压切割器没有推挽输出电路,因而在没有负载的状况下会糟蹋许多功率。咱们能够运用根据双极接面晶体管(BJT)的电压切割器防止这个问题。当咱们需求高输出电压、大电流、大功率或当咱们不需求十分好的输出电压调理功用时,这种电压切割器特别合适。

  这些电路都有推挽输出电路和输出电压的简略调理。它们相似于作为DC放大器作业的晶体管型音频放大器电路。

  

  图3:选用晶体管建立的简略电压切割器。

  图3显现环绕两个晶体管建立的两个简略电压切割器比如。图3a的晶体管T1和T2用于缓冲由电阻R1至R4和二极管D1与D2建立的分压器输出电压。二极管D1和D2具有温度补偿效果,但不是必要的。假如运用这两种二极管,D1应该与T1坚持热触摸,D2应该与T2坚持热触摸。假如不运用D1和D2,那么相应地要添加R2和R3值。

  电阻R5、R6和R7供给简略的部分回馈,具有微幅改进和维护电路的效果。R5要比R6和R7更大得多。电路中组件值的核算相似于射极随耦器电路中的组件值。

  图3b运用3个晶体管和带负反馈的有用输出电压调理电路。电阻R1和微调电位器P1供给的负反馈可安稳输出电压。输出电压+V1和-V2由P1、R1和R2设定。D1和D2用于温度补偿。电阻R4和R5供给部分负反馈,并在必定程度上维护输出晶体管T2和T3。

  有时有必要调整以及更有用地调理电压切割器发生的输出电压。在这种状况下,咱们能够运用以晶体管建立的典型差分放大器来处理这些问题。图4显现根据T1至T5这5个晶体管建立的电压切割器。

  

  图4:在晶体管建立的差分放大器基础上规划电压切割器。

  T1和T2用作差分放大器。T3是输出晶体管T4和T5的放大器和驱动器。电阻R6供给负反馈,用于安稳输出电压。R7和C2并非必要的,但C1是必要的,由于它要供给了电路的频率补偿。

  输出电压+V1和-V2由R1、R2和P1进行设定。二极管D1、D2和D3用于输出晶体管的偏置和温度补偿。微调电位器P2用于调整输出晶体管的静态电流,如从1mA至10mA,详细取决于负载状况。电阻R4和R5供给部分负反馈,并对输出晶体管T4和T5供给必定程度的维护。

  选用OP和BJT的电压切割器

  假如负载继续改变或是不对称,图3和图4所示的电压切割器或许效果并不好。为了处理这个问题,有时选用根据单一OP(如TL071、OPA134、NE5534/A或LM741)和额定弥补的BJT(如PN2222A+PN2907A、BD135+BD136等)规划的电压切割器,如图5所示。

  

  图5:选用OP和BJT规划的简略电压切割器。

  输出电压用P1调理。这种电压切割器效果就像DC放大器相同,增益Av为Av=1+R4/R5。R5假如不需求能够省掉,此刻的增益便是单位1。该电路也能够用于随耦器和电流缓冲器。

  电压切割器的输出电流限制为50mA至2000mA,详细取决于晶体管T1和T2以及OP的输出才能。%&&&&&%C4只用于需求为OP供给外部频率补偿之时。大多数音频功率放大器包括图5所示的一切组件,因而十分合适于建立可调整与不可调的电压切割器。

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