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低噪聲電源原理圖設(shè)計(jì)

時(shí)間：2024-11-21 09:09:44

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[導(dǎo)讀]雙輸出低噪聲電源是一個(gè)必不可少的工具。在許多情況下都需要雙輸出電源，例如設(shè)計(jì)前置放大器和為功率運(yùn)算放大器(OPAMP)供電等。

雙輸出低噪聲電源對(duì)于電子發(fā)燒友來(lái)說(shuō)是一個(gè)必不可少的工具。在許多情況下都需要雙輸出電源，例如設(shè)計(jì)前置放大器和為功率運(yùn)算放大器(OPAMP)供電等。在本文中，我們將構(gòu)建一個(gè)可供用戶獨(dú)立調(diào)節(jié)正負(fù)軌的線性電源，在其輸入端采用普通的單輸出交流變壓器即可。

該線性電源應(yīng)具備的特性：

●AC – DC轉(zhuǎn)換

●雙輸出電壓(正-地-負(fù))

●可調(diào)正負(fù)軌

●僅一個(gè)單輸出交流變壓器

●輸出噪聲(20MHz-BWL，空載)：大約1.12 mVpp

●低噪聲和穩(wěn)定輸出(為Opamps供電的理想之選)

●輸出電壓：+/- 1.25V 至 +/- 25V

●最大輸出電流：300mA 至 500mA

●低成本且易于焊接(所有組件均為DIP封裝)

電路分析：

圖1顯示了供電電源的原理圖。其中，D1和D2為整流二極管。C1和C2構(gòu)成了第一級(jí)降噪濾波器。

圖1：低噪聲電源原理圖

由R1、R2、C1、C2、C3、C4、C5和C6構(gòu)建了一個(gè)低通RC濾波器，降低了來(lái)自正負(fù)軌的噪聲。該特性從理論上和實(shí)踐上都可以進(jìn)行檢驗(yàn)，例如可采用具有波德圖功能的示波器Siglent SDS1104X-E來(lái)進(jìn)行測(cè)量。

IC1 和IC2 是該電路的主要調(diào)節(jié)器件。根據(jù)IC1(LM317)數(shù)據(jù)表的描述，“LM317是一款可調(diào)節(jié)三端正電壓穩(wěn)壓器，能夠在1.25V至37V輸出電壓范圍內(nèi)提供超過(guò)1.5A的電流。它僅需兩個(gè)外部電阻即可設(shè)置輸出電壓。該器件具有 0.01% 的典型線性調(diào)整率和 0.1% 的典型負(fù)載調(diào)整率。它還包含電流限制、熱過(guò)載保護(hù)和安全工作區(qū)保護(hù)功能。即使斷開(kāi)“ADJUST”端子，過(guò)載保護(hù)功能仍起作用。”

顯而易見(jiàn)，LM317引入了良好的線性和負(fù)載調(diào)節(jié)參數(shù)，因此我們可以期望獲得穩(wěn)定的輸出軌。IC2(LM337)與之相同，唯一的區(qū)別是IC2芯片用于調(diào)節(jié)負(fù)電壓。

D3和D4用于提供保護(hù)功能。這兩個(gè)二極管提供了一個(gè)低阻抗放電路徑，以防止電容器(C9和C10)放電到穩(wěn)壓器的輸出中。

R4和R5用于調(diào)節(jié)輸出電壓。C7、C8、C9和C10則用于過(guò)濾剩余的輸出噪聲。

PCB布局

圖2顯示了該電路的PCB布局。它采用單層PCB板設(shè)計(jì)，所有組件均為DIP封裝，因此易于焊接和使用。

圖2：電源的PCB布局

對(duì)于IC1和IC2，我采用了SamacSys組件庫(kù)。SamacSys組件庫(kù)不僅是免費(fèi)的，更重要的是它遵循工業(yè)IPC的尺寸規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)。由于我使用的PCB設(shè)計(jì)工具是Altium，因此可以直接用Altium插件安裝SamacSys組件庫(kù)。圖3顯示了那些被選定的組件。類似的設(shè)計(jì)工具還有KiCad和其他CAD軟件。

圖3：采用SamacSys組件庫(kù)(AD Plugin)來(lái)表征IC1(LM137)和IC2(LM337)

圖4顯示了PCB板的3D視圖。

圖4：PCB板的最終3D視圖

組裝和測(cè)試

圖5顯示了已組裝好的電路板。本實(shí)例中我使用了220V至12V的變壓器，以在輸出端獲得最大+/- 12V的電壓。圖6顯示了相關(guān)接線圖。

圖5：組裝好的電路板

圖6：變壓器和電路接線圖

通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)R4和R5多圈電位器，可以獨(dú)立調(diào)節(jié)正負(fù)電壓軌上的電壓。圖7的示例中，輸出被調(diào)節(jié)為+/- 9V。

圖7：輸出端 +/- 9V電壓軌

現(xiàn)在，我們來(lái)測(cè)量輸出噪聲。我使用的Siglent SDS1104X-E示波器由于在輸入端引入500uV/div的靈敏度，因此非常適合此類測(cè)量。將通道1設(shè)置為1X，交流耦合，20MHz帶寬限制，并將采集模式設(shè)置為峰值檢測(cè)。然后取下接地線并使用探頭接地彈簧。請(qǐng)注意，此測(cè)量沒(méi)有輸出負(fù)載。圖8為示波器屏幕顯示和測(cè)試結(jié)果，噪聲Vpp值約為1.12mV。注意，增加輸出電流會(huì)增加噪聲/紋波電平，對(duì)所有電源均是如此。