兒童電子學(VI):降低供電電壓

作者 : Giovanni Di Maria,EEWeb特約作者

電路經常要在較低的供電電壓下工作,從而避免燒毀安裝在其上的電子元件。本文將探討一種將供電電壓降低到期望值的簡單技術...

隨著時間的推移,電池和電芯可提供固定的恒定電源。但在某些情況下,電路卻經常要在較低的供電電壓(supply voltage)下工作,從而避免燒毀安裝在其上的電子元件。在本文中,我們將探討一種將供電電壓降低到期望值的簡單技術。

引言

假設我們想為一個5V的電子電路供電,但卻只有一個12V的電壓源。如果將電子電路直接連接到電池,它很可能會由於高供電電壓而燒毀。有幾種技術可以將供電電壓降低到所需要的值。本文中研究的方法無疑是最準確的,並且由於其設計簡單,因此是提供最佳結果的方法。

穩壓器

穩壓器這種電子元件已經上市有一段時間了,它們能夠將所提供的供電電壓降低到某個固定的恒定值。顯然,輸入電壓必須略高於我們想要在輸出端獲得的電壓,因為這些穩壓器只能降低電壓而不能升高電壓。

我們要談論的是78XX系列控制器,由於這種IC只有3個接腳,所以外部非常簡單,但內部卻配備了複雜的電子電路。如上所述,這種IC都配備了三個接腳。第一個是輸入,用來施加降低的電壓。第二個是輸出,用來得到進一步降低的電壓並將其調整到所需的值。第三個是接地,它必須與電路的接地相連。例如,使用程式碼為7805的IC,可以得到正好5V固定的恒定電壓值(參見1中的例子)。我們需要給該IC提供高於5V的電壓,例如12V或17V。

The 7805 regulator lowers the voltage from 12V to 5V.

17805穩壓器將電壓從12V降低到5V

這些3接腳IC的使用方式非常簡單,最大可以承受1.5A的電流。如果連接大燈,則建議安裝金屬散熱片,如2所示,以便在工作過程中冷卻該元件,因為它往往會發熱很多。

Metal heat sink.

2:如果電流消耗很高,則建議使用金屬散熱器。

5V收音機供電

假設我們想為一個工作於5V固定標稱電壓的收音機供電,但是卻只有一個12V電源,例如,來自我們老爸汽車中的電池。那麼,制作3中的電路就足夠了。

從圖中可以看出,電池的正極(實際上承載12V電壓的那個)連接到7805的輸入接腳(位於該IC左側)。7805的接地直接連接到電池的負極,在這種情況下,它構成了電路的公共返回路徑。5V輸出取自右側接腳,也即取自該IC的輸出。儘管主供電電壓為12V,但使用測試儀(萬用表)測得的供電電壓卻完全等於5V,這要歸功於該IC的內部電路以非常高的精度運行。

powering a 5-V radio with a 12-V voltage.

3:用12V電壓為5V收音機供電的正確技術。

該穩壓器可自行完美地工作,而無需任何額外元件。但是為了避免干擾和自振盪,在輸入輸出端和接地之間連接兩個100nF的電容就比較方便,如接線圖所示。下表顯示了市場上可用的不同穩壓器型號。只需閱讀型號最後的兩位數字,就能輕易地知道它們的輸出電壓。

output input voltage table.

輸入輸出電壓差較大時

在電子學中,兩個觸點之間的電壓差越大,所產生的能量就越多。通常,當輸入電壓遠高於所需的輸出電壓時,級聯使用兩個或多個穩壓器就很有用。使用兩個或三個穩壓器有助於在各個穩壓器之間分配功耗和熱量,如4所示。這兩種解決方案都是用來將電壓從20V降低到5V。左側電路僅使用了7805穩壓器,用來負責降低所有電壓,而右側電路則使用了7815、7812和7805級聯(串聯)。

在第一種情況下,必須使用散熱器,電路功耗如下:

7805功耗:7.6W。

在這種情況下,穩壓器會過熱並超過最大允許溫度,從而自行燃燒。

在第二種情況下,不需要使用散熱器,因為功耗分佈在三個器件上。電路具有以下功耗,因此能夠正常運行:

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

cascade.

4:使用三個穩壓器,有助於分配所產生的熱量。

總結

孩子們會發現這種IC的應用非常有用,因為它們非常簡單並且便宜。即使有其他方法,甚至比這更加精確和先進,今天的大多數電路仍然使用這些穩壓器。這些IC具有極高的反極性、過電流和高溫保護,因此受到意外損壞是相當難的。

更多「兒童電子學」系列文章:

兒童電子學(I):LED
兒童電子學(II):電容器
童電子學(III):電氣測量
兒童電子學(IV):連接電路
兒童電子學(V):生產清潔能源
兒童電子學(VII):電位計
兒童電子學(VIII):七段LED顯示器
兒童電子學(IX):簡單的電晶體實驗

編譯:Franklin

(參考原文:Electronics for Kids: Part 6 – Lowering the Supply Voltage,by Giovanni Di Maria)

加入LINE@,最新消息一手掌握!

發表評論