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儿童电子学(六):降低电源电压

2022-09-15 16:56:10 Giovanni Di Maria 阅读:
随着时间的推移,电池和电芯可提供固定的恒定电源。但在某些情况下,电路却经常要在较低的电源电压下工作,从而避免烧毁安装在其上的电子元器件。在本文中,我们将探讨一种将电源电压降低到所需值的简单技术。

随着时间的推移,电池和电芯可提供固定的恒定电源。但在某些情况下,电路却经常要在较低的电源电压下工作,从而避免烧毁安装在其上的电子元器件。在本文中,我们将探讨一种将电源电压降低到所需值的简单技术。xq2ednc

引言

假设我们想为一个5V的电子电路供电,但却只有一个12V的电压源。如果将电子电路直接连接到电池,它很可能会由于高供电电压而烧毁。有几种技术可以将电源电压降低到所需值。本文中研究的方法无疑是最准确的,并且由于其设计简单,因此是提供最佳结果的方法。xq2ednc

稳压器

稳压器这种电子元器件已经上市有一段时间了,它们能够将所提供的电源电压降低到某个固定的恒定值。显然,输入电压必须略高于我们想要在输出端获得的电压,因为这些稳压器只能降低电压而不能升高电压。我们要谈论的是78XX系列控制器,这种集成电路(IC)因为只有3个引脚,所以外部非常简单,但内部却配备了复杂的电子电路。如上所述,这种IC都配备了三个引脚。第一个是输入,用来施加降低的电压。第二个是输出,用来得到进一步降低的电压并将其调整到所需的值。第三个是地,它必须与电路的地相连。例如,使用代码为7805的集成电路,可以得到正好5V的固定的恒定电压值(参见图1中的例子)。我们需要给该集成电路提供高于5V的电压,例如12V或17V。xq2ednc

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图1:7805稳压器将电压从12V降低到5V。xq2ednc

这些3引脚IC的使用方式非常简单,并最大可以承受1.5A的电流。如果连接大灯,则建议安装金属散热片,如图2所示,以便在工作过程中冷却该器件,因为它往往会发热很多。xq2ednc

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图2:如果电流消耗很高,则建议使用金属散热器。xq2ednc

为5V收音机供电

假设我们想为一个工作在5V固定标称电压的收音机供电,但是却只有一个12V电源,例如,来自我们老爸汽车中的电池。那么,制作图3中的电路就足够了。从图中可以看出,电池的正极(实际上承载12V电压的那个)连接到7805的输入引脚(位于该IC左侧)。7805的地直接连接到电池的负极,在这种情况下,它构成了电路的公共返回路径。5V输出取自右侧引脚,也即取自该IC的输出。尽管主电源电压为12V,但使用测试仪(万用表)测得的电源电压却完全等于5V,这要归功于该IC的内部电路以非常高的精度运行。xq2ednc

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图3:用12V电压为5V收音机供电的正确技术xq2ednc

该稳压器可自行完美地工作,而无需任何额外元器件。但是为了避免干扰和自激振荡,在输入输出端和地之间连接两个100nF的电容就比较方便,如接线图所示。下表显示了市场上可用的不同型号的稳压器。可以很容易地知道它们的输出电压,只需阅读型号最后的两位数字。xq2ednc

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输入输出电压差较大时

在电子学中,两个触点之间的电压差越大,所产生的能量就越多。通常,当输入电压远高于所需的输出电压时,级联使用两个或多个稳压器就很有用。使用两个或三个稳压器有助于在各个稳压器之间分配功耗和热量,如图4所示。这两种解决方案都是用来将电压从20V降低到5V。左侧电路仅使用了7805稳压器,用来负责降低所有电压,而右侧电路则使用了7815、7812和7805级联(串联)。xq2ednc

在第一种情况下,必须使用散热器,电路功耗如下:xq2ednc

  • 7805功耗:7.6W。

在这种情况下,稳压器会过热并超过最大允许温度,从而自行燃烧。xq2ednc

在第二种情况下,不需要使用散热器,因为功耗分布在三个器件上。电路具有以下功耗,因此能够正常运行:xq2ednc

  • 7815耗散:2.6W;
  • 7812耗散:1.6W;
  • 7805耗散:3.5W。

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图4:使用三个稳压器,有助于分配所产生的热量xq2ednc

总结

孩子们会发现这种IC的应用非常有用,因为它们非常简单并且便宜。即使有其他方法,甚至比这更加精确和先进,今天的大多数电路仍然使用这些稳压器。这些IC具有极高的反极性、过电流和高温保护,因此受到意外损坏是相当难的。xq2ednc

另请阅读:

儿童电子学(一):LED xq2ednc

儿童电子学(二):电容器xq2ednc

儿童电子学(三):电气测量xq2ednc

儿童电子学(四):连接电路xq2ednc

儿童电子学(五):生产清洁能源xq2ednc

(原文刊登于EDN姊妹网站EEWeb,参考链接:Electronics for Kids: Part 6 – Lowering the Supply Voltage,由Franklin Zhao编译。)xq2ednc

责编:Franklin
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