低成本线性稳压电源设计:简单电路方案解析

出处:网络整理时间:2025-05-27
电子电路设计中,常常需要将一个较高的直流电压降低到合适的数值以供特定设备使用。例如,51 单片机的供电系统通常需要 5V 电压,若提供的是 24V 直流电压,就必须采取措施将 24V 降至 5V。

通常的做法是使用 LM7805 稳压器,将 24V 电压降压后输出 5V 为单片机供电。这种方案的优点是电路简单,使用的元件较少。然而,LM7805 稳压器的价格约为 1 元,相较于三极管、二极管等元件,成本相对较高。
为了设计出更加低成本且经济实用的电路,我们可以考虑使用稳压二极管。稳压二极管具有独特的特性,当反向电流达到一定值时,其负极相对于正极的电压能够稳定在一个特定值。基于此特性,我们设计了以下电路:

在这个电路中,我们使用了一个 5.6V 的稳压管,同时串联了一个限流电阻 R1,其目的是为稳压管提供大于 2mA 的电流,以确保稳压管能够工作在稳压状态。但是,当接入负载 RL 后,RL 与稳压管形成并联关系,会分走一部分电流,导致流过稳压管的电流不足 2mA,从而使稳压管无法正常工作在稳压状态。
有人可能会提出将 R1 电阻阻值减小的方案。然而,这种方法存在问题。一方面,如果负载固定,稳压管的电流将会过大,造成电能浪费;另一方面,在实际应用中,负载通常是变化的,这会导致稳压管的电流不稳定,进而影响整个稳压效果。因此,仅仅依靠稳压管进行稳压,无法满足提供可变化大电流的需求。
由于三极管具有电流放大作用,我们可以将稳压管和三极管结合起来,利用三极管提供电流,利用稳压二极管进行稳压,具体电路如下:

这是一个 NPN 三极管电路。由于 R1 的存在,稳压管始终有足够的电流流过,使其处于稳压状态,即三极管的 B 极电压始终为 5.6V。从电路起始状态开始分析,三极管 C 极电压为 24V,B 极电压为 5.6V,E 极电压为 0V,此时三极管 B - E 间会有电流流过,进而导致三极管 CE 间也有电流通过,并且电流会逐渐增大。
随着 E 极电压的升高,三极管会进入开通状态,此时 E 极电压为 5V,即 BE 之间存在 0.7V 的压降。三极管导通后,24V 电压通过三极管到达 E 极,E 极电压继续升高。当 E 极电压升高到大于 5.6V 时,三极管会完全关闭,E 极电压逐渐减小。当 E 极电压减小到 5V 时,三极管又会重新导通。如此循环,E 极电压就能够稳定在 5V 左右。
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