如何使用LM317T創(chuàng)建可變電壓電源

借助在 PSU輸出中添加的少量附加電路，我們可以擁有一個(gè)臺(tái)式電源，能夠承受一系列固定或可變電壓，無(wú)論是正電壓還是負(fù)電壓。事實(shí)上，這比您想象的要簡(jiǎn)單得多，因?yàn)?PSU事先已經(jīng)完成了變壓器、整流和平滑，我們需要做的就是將附加電路連接到 +12 伏黃線輸出。但首先，讓我們考慮固定電壓輸出。

繼續(xù)我們關(guān)于將 ATX PSU 轉(zhuǎn)換為臺(tái)式電源的教程，一個(gè)非常好的補(bǔ)充是 LM317T 正電壓穩(wěn)壓器，我們可以用來(lái)創(chuàng)建可變電壓電源。
LM317T 是一款可調(diào)的 3 端子正電壓穩(wěn)壓器，能夠提供除 +5 或 +12

伏的固定電壓電源以外的不同直流電壓輸出，或作為從幾伏到某個(gè)最大值的可變輸出電壓，電流約為 1.5 安培。
借助在 PSU輸出中添加的少量附加電路，我們可以擁有一個(gè)臺(tái)式電源，能夠承受一系列固定或可變電壓，無(wú)論是正電壓還是負(fù)電壓。事實(shí)上，這比您想象的要簡(jiǎn)單得多，因?yàn)?PSU事先已經(jīng)完成了變壓器、整流和平滑，我們需要做的就是將附加電路連接到 +12 伏黃線輸出。但首先，讓我們考慮固定電壓輸出。
固定 9v 電源
標(biāo)準(zhǔn)TO-3封裝提供多種220端子穩(wěn)壓器，最受歡迎的固定穩(wěn)壓器是78xx系列正穩(wěn)壓器，范圍從非常常見(jiàn)的7805，+5V固定穩(wěn)壓器到7824，+24V固定穩(wěn)壓器。還有一個(gè)79xx 系列固定負(fù)電壓穩(wěn)壓器，可產(chǎn)生 -5 至 -24 伏的互補(bǔ)負(fù)電壓，但在本教程中，我們將僅使用正 78xx 類型。
固定式3端子穩(wěn)壓器在不需要可調(diào)輸出的應(yīng)用中非常有用，使輸出電源簡(jiǎn)單，但非常靈活，因?yàn)樗敵龅碾妷簝H取決于所選的穩(wěn)壓器。它們被稱為 3
端子穩(wěn)壓器，因?yàn)樗鼈冎挥腥齻€(gè)端子可以連接，分別是輸入、公共和輸出。
穩(wěn)壓器的輸入電壓將是來(lái)自PSU（或獨(dú)立變壓器電源）的+12v黃線，連接在輸入端和公共端子之間。穩(wěn)定的 +9 V電壓取自輸出端，如圖所示，為通用電壓。
變壓電源固定穩(wěn)壓電路

因此，假設(shè)我們希望PSU臺(tái)式電源的輸出電壓為+9伏，那么我們所要做的就是將+9V穩(wěn)壓器連接到+12V黃線。由于PSU已經(jīng)對(duì)+12v輸出進(jìn)行了整流和平滑處理，因此只需要一個(gè)電容在輸入端，另一個(gè)電容在輸出端。
這些額外的電容器有助于穩(wěn)壓器的穩(wěn)定性，可以在 100nF 和 330nF 之間的任何位置。額外的 100uF輸出電容有助于平滑固有紋波成分，從而提供良好的瞬態(tài)響應(yīng)。這種放置在電電路輸出端的大值電容器通常稱為“平滑電容器”。
這些 78xx 系列穩(wěn)壓器在 1、5、5、6、8、9、12 和 15V 的固定穩(wěn)定電壓下提供約 18.24安培的最大輸出電流。但是，如果我們想要+9V的輸出電壓，但只有一個(gè)7805、+5V穩(wěn)壓器呢？5的+7805V輸出以“接地、Gnd”或“0v”端子為基準(zhǔn)。
如果我們將引腳 2 端電壓從 0V 增加到 4V，那么如果有足夠的輸入電壓，輸出也會(huì)額外上升 4伏。然后，通過(guò)在穩(wěn)壓器的引腳-4和地之間放置一個(gè)小的4 V（最接近的首選值為3.2V）齊納二極管，我們可以使7805 5V穩(wěn)壓器產(chǎn)生+9
V輸出電壓，如圖所示。
增加輸出電壓

那么它是如何工作的。4.3V 齊納二極管需要一個(gè)大約 5mA 的反向偏置電流來(lái)維持一個(gè)輸出，而穩(wěn)壓器需要大約 0.5mA電流。5.5mA的總電流通過(guò)輸出引腳-1的電阻“R3”提供。
因此，7805 穩(wěn)壓器所需的電阻值為 R = 5V/5.5mA = 910
Ω。反饋二極管D1連接在輸入至輸出端子上，用于保護(hù)，防止穩(wěn)壓器在輸入電源電壓關(guān)閉時(shí)反向偏置，而輸出電源由于電磁閥或電機(jī)等大感性負(fù)載而在短時(shí)間內(nèi)保持導(dǎo)通或活動(dòng)狀態(tài)。
然后，我們可以使用3端穩(wěn)壓器和合適的齊納二極管，從我們以前的臺(tái)式電源產(chǎn)生+5V至+12V的各種固定輸出電壓。但是，我們可以通過(guò)用LM317T等可變電壓穩(wěn)壓器替換固定電壓穩(wěn)壓器來(lái)改進(jìn)這種設(shè)計(jì)。
變壓電源
LM317T 是一款完全可調(diào)的 3 端子正電壓穩(wěn)壓器，能夠提供 1.5 安培的電流，輸出電壓范圍從大約 1.25 伏到略高于 30伏。通過(guò)使用兩個(gè)電阻的比率，一個(gè)是固定值，另一個(gè)是變量（或兩個(gè)是固定的），我們可以將輸出電壓設(shè)置為所需的水平，相應(yīng)的輸入電壓在 3 到 40 伏之間。
LM317T 可變穩(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，是任何低壓或自制臺(tái)式電源的理想選擇。
LM317T 的輸出電壓由兩個(gè)反饋電阻 R1 和 R2 的比值決定，它們?cè)谳敵龆俗由闲纬梢粋€(gè)電位分壓器網(wǎng)絡(luò)，如下所示。
LM317T 可變穩(wěn)壓器

反饋電阻R1兩端的電壓為恒定的1.25V基準(zhǔn)電壓，V裁判在“輸出”和“調(diào)整”端子之間產(chǎn)生。調(diào)節(jié)端電流為100uA的恒流。由于電阻R1兩端的基準(zhǔn)電壓是恒定的，恒定電流i將流過(guò)另一個(gè)電阻R2，導(dǎo)致輸出電壓為：

然后，流過(guò)電阻R1的任何電流也流過(guò)電阻R2（忽略非常小的調(diào)節(jié)端電流），R1和R2兩端的壓降之和等于輸出電壓Vout。顯然，輸入電壓 Vin
必須至少比為穩(wěn)壓器供電所需的輸出電壓高 2.5 伏。
此外，LM317T 具有非常好的負(fù)載調(diào)整率，前提是最小負(fù)載電流大于
10mA。因此，為了保持1.25V的恒定基準(zhǔn)電壓，反饋電阻R1的最小值需要為1.25V/10mA =120歐姆，該值的范圍可以從120歐姆到1，000歐姆，R1的典型值約為220Ω到240Ω，以獲得良好的穩(wěn)定性。
如果我們知道所需輸出電壓的值，Vout和反饋電阻R1是240歐姆，那么我們可以從上式計(jì)算電阻R2的值。例如，我們的原始輸出電壓為9V，R2的電阻值為：
R1.（（Vout/1.25）-1） = 240。（（9/1.25）-1） = 1，488 歐姆
或 1，500 歐姆 （1k5Ω） 到最接近的首選值。
當(dāng)然，在實(shí)踐中，電阻R1和R2通常由電位計(jì)代替，以產(chǎn)生可變電壓電源，如果需要多個(gè)固定輸出電壓，則由幾個(gè)開(kāi)關(guān)預(yù)設(shè)電阻代替。
但是，為了減少每次我們想要特定電壓時(shí)計(jì)算電阻R2值所需的數(shù)學(xué)運(yùn)算，我們可以使用標(biāo)準(zhǔn)電阻表，如下所示，該表使用E1電阻值為我們提供了不同電阻R2和R24比率的調(diào)節(jié)器輸出電壓。
電阻 R1 與 R2 之比

通過(guò)將電阻R2更改為2k歐姆電位計(jì)，我們可以將PSU臺(tái)式電源的輸出電壓范圍從約1.25伏控制到最大輸出電壓10.75伏（12-1.25）伏。然后我們最終修改的可變電源電路如下所示。
變壓電源電路

我們可以通過(guò)將電流表和電壓表連接到輸出端子來(lái)進(jìn)一步改進(jìn)我們的基本穩(wěn)壓器電路。這些儀器將直觀地指示可變穩(wěn)壓器輸出的電流和電壓。如果需要，還可以在設(shè)計(jì)中加入快速熔斷保險(xiǎn)絲，以提供額外的短路保護(hù)，如圖所示。

LM317T 的缺點(diǎn)
使用 LM317T 作為可變電壓電源電路的一部分來(lái)調(diào)節(jié)電壓的主要缺點(diǎn)之一是，多達(dá) 2.5
伏的電壓會(huì)作為熱量在穩(wěn)壓器上丟失或損失。例如，如果所需的輸出電壓為+9伏，那么如果輸出電壓要在最大負(fù)載條件下保持穩(wěn)定，則輸入電壓將需要高達(dá)12伏或更高。穩(wěn)壓器兩端的壓降稱為“壓差”。此外，由于這種壓差，需要某種形式的散熱器來(lái)保持穩(wěn)壓器冷卻。
幸運(yùn)的是，低壓差可變穩(wěn)壓器可用，例如美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體“LM2941T”低壓差可變穩(wěn)壓器，其在最大負(fù)載下僅具有 0.9
伏的低壓差。這種低壓差是有代價(jià)的，因?yàn)樵撈骷荒芴峁?1.0 安培的電流，電壓輸出范圍為 5 至 20
伏。但是，我們可以使用此器件提供約11.1V的輸出電壓，僅略低于輸入電壓。
總而言之，我們用上一教程中的舊PC電源單元制成的臺(tái)式電源可以通過(guò)使用LM317T來(lái)調(diào)節(jié)電壓來(lái)轉(zhuǎn)換為提供可變電壓電源。通過(guò)連接該器件的輸入，通過(guò)PSU的+12V黃色輸出線連接，我們可以同時(shí)具有固定的+5V、+12V和約2至10伏的可變輸出電壓，最大輸出電流為1.5A。

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