现代电源都采用了开关技术,可从主电源获得所需的输出电压。但是,开关电源通常有较高的噪声,不能用于敏感的模拟电路。这些情况下,最佳的选择还是线性电源。
图1给出了一个标准的线性稳压器。其输入端v in接入一个高于所需值的未稳定电压, 而串联导通晶体管q1使输出v out降低到所需电平。误差放大器ic1将v out的一部分与一个基准电压vr做比较,并控制q1,使输出电压与负载电流iout和vin的变动无关。这种电路只适用于小范围的输出电压。
当需要宽输出电压时(如实验室电源) , 电阻r q1的值必须足够小,晶体管q1才能在大输出电压范围下保持足够的基极电流, 但当输出电压降低时,这只电阻和晶体管q3上会消耗很大功率。另外,q3还必须能承受最高vin.
图2 中的电路可以解决这些问题。两个标准变压器t 1和t 2 ( 220 v ac ~6 v ac , 10 w )用于产生一个主电源vm 的隔离副本。这个副本经d1 、d2 、c1和c2的倍压及整流,从220 v ac的v m获得大约560v 的vin.按图1中的连接标准, 一只串联导通晶体管q1( bu508a ) 将非稳压的v in降低到一个固定的v out , ic 1将分压后的v out与vr做比较。电位器r 3用于设定vr, 从而按下式调节v out= vr× [ (rfg+ rf) / rfg ],其中rf=rf1+rf2…rfn.
当十只电阻(每只1mω)串联组成rf,最大基准电压为5v时,输出电压可以设定为0 v~505v.opa364运算放大器可在轨至轨输入情况下正常工作,vr范围从0 v~5v,能够提供高达40ma电流。
为降低因驱动一个串联导通晶体管而产生的功耗, 扩展输出电压范围,晶体管q1的驱动采用了光隔离的非传统方式。两个光电二极管fd1和fd2工作在光伏模式,为晶体管q1的基极提供驱动电流。落在光电二极管上的光线产生进入q1基极的电流。
光伏模式下的单只光电二极管最大电压不足以驱动基极, 因此采用两支光电二极管串联方式。这里使用的是870nm~959 nm红外光电二极管,用两只ir led ld1和ld2作照明。led为标准的5mm塑封型。为改善led电流与光电二极管所产生电流的传输比,要切掉led顶端,再抛光成为一个平面。将光电二极管靠近这个平面。这种自制光耦的传输比大约为0.05(即通过led的20ma电流可在光电二极管中产生1ma电流)。还有一种方法是采用市售的线性光耦,例如il300,它封装了两只光电二极管。不过它的电流传输比只有约0.007,因此应将多只并联使用。
q2和r2组成了限流电路,当输出电流大于q2的导通阈值时,简单地将fd1和fd2光电二极管短接,这种限制与输出电压无关。增加的电容c6用作补偿,而晶体管q1应配备一个至少5 c/w的散热器。运放电源与基准电压都取自两个变压器之间的交流信号,采用了整流桥br1(50v,1a),两只滤波电容c7和c8,以及稳压器ic 2 (lm7805 )。通过简单地短接电容c 5, 使vr等于0 , 就可以将输出电压切断。
110v ac电压地区的人可以采用当地的现成变压器,但应修改电路,再增加一个变压器t3( 与t1 和t2 一样, 均为110 v ac~6 v ac , 10 w )才能获得500v,方法是将低电压绕组并联,而变压器t2和t3的高电压绕组串联。高电压绕组的工作可以用交流电压表做校准;如果电压表读数为零,则必须交换t3的绕圈两端。
另外, 如果有220 v / 6 v 的变压器,可保持t2为220 v / 6 v,而t1用110v/6v.