简易电路实现:低成本实用线性稳压电源设计方案

出处:网络整理时间:2025-06-06
电子电路应用中,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,就必须采取降压措施。
常见的做法是使用 LM7805 稳压器,将 24V 电压经过该稳压器后降压输出 5V 为单片机供电。这种方案的优点是电路简单,所需元件较少。然而,LM7805 稳压器价格约为 1 元,相较于三极管、二极管等元件,价格相对较高,导致整体成本增加。
为了寻找更具成本效益的解决方案,我们可以考虑使用稳压二极管。稳压二极管的特性是,当反向电流达到一定值时,其负极相对于正极的电压能稳定在特定值。基于此特性,我们设计了如下电路:

在这个电路中,使用了一个 5.6V 的稳压管,R1 是限流电阻,其作用是为稳压管提供大于 2mA 的电流,以确保稳压管能工作在稳压状态。但当接入 RL 负载后,RL 与稳压管形成并联,会分走一部分电流,导致流过稳压管的电流不足 2mA,使稳压管无法正常工作在稳压状态。
有人可能会提出减小 R1 电阻阻值的方法。然而,这种方法存在弊端。一方面,如果负载固定,稳压管的电流会过大,造成能源浪费;另一方面,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,仅依靠稳压管无法实现提供可变的大电流的需求。
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,电路如下:

这是一个 NPN 三极管。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,且电流会逐渐增大。
随着 E 极电压升高,三极管会进入开通状态,此时 E 极电压为 5V,因为 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,三极管又会导通。如此循环,E 极电压就能稳定在 5V 左右。
为了进一步提高输出电压的质量,我们可以在后面添加电解电容和高频电容进行滤波。经过滤波后,输出电压的纹波会非常小,能满足大多数设备对电源稳定性的要求。
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