双输出低噪声电源对于电子发烧友来说是一个必不可少的工具。在许多情况下都需要双输出电源,例如设计前置放大器和为功率运算放大器(OPAMP)供电等。在本文中,我们将构建一个可供用户独立调节正负轨的线性电源,在其输入端采用普通的单输出交流变压器即可。

 

该线性电源应具备的特性:

●AC – DC转换

●双输出电压(正-地-负)

●可调正负轨

●仅一个单输出交流变压器

●输出噪声(20MHz-BWL,空载):大约1.12 mVpp

●低噪声和稳定输出(为Opamps供电的理想之选)

●输出电压:+/- 1.25V 至 +/- 25V

●最大输出电流:300mA 至 500mA

●低成本且易于焊接(所有组件均为DIP封装)

 

电路分析:
图1显示了供电电源的原理图。其中,D1和D2为整流二极管。C1和C2构成了第一级降噪滤波器。

 

图1:低噪声电源原理图

 

由R1、R2、C1、C2、C3、C4、C5和C6构建了一个低通RC滤波器,降低了来自正负轨的噪声。该特性从理论上和实践上都可以进行检验,例如可采用具有波德图功能的示波器Siglent SDS1104X-E来进行测量。

 

IC1 和IC2 是该电路的主要调节器件。根据IC1(LM317)数据表的描述,“LM317是一款可调节三端正电压稳压器,能够在1.25V至37V输出电压范围内提供超过1.5A的电流。它仅需两个外部电阻即可设置输出电压。该器件具有 0.01% 的典型线性调整率和 0.1% 的典型负载调整率。它还包含电流限制、热过载保护和安全工作区保护功能。即使断开“ADJUST”端子,过载保护功能仍起作用。”

 

显而易见,LM317引入了良好的线性和负载调节参数,因此我们可以期望获得稳定的输出轨。IC2(LM337)与之相同,唯一的区别是IC2芯片用于调节负电压。

 

D3和D4用于提供保护功能。这两个二极管提供了一个低阻抗放电路径,以防止电容器(C9和C10)放电到稳压器的输出中。

 

R4和R5用于调节输出电压。C7、C8、C9和C10则用于过滤剩余的输出噪声。

 

PCB布局
图2显示了该电路的PCB布局。它采用单层PCB板设计,所有组件均为DIP封装,因此易于焊接和使用。

 

图2:电源的PCB布局

 

对于IC1和IC2,我采用了SamacSys组件库。SamacSys组件库不仅是免费的,更重要的是它遵循工业IPC的尺寸规格标准。由于我使用的PCB设计工具是Altium,因此可以直接用Altium插件安装SamacSys组件库。图3显示了那些被选定的组件。类似的设计工具还有KiCad和其他CAD软件。

 

图3:采用SamacSys组件库(AD Plugin)来表征IC1(LM137)和IC2(LM337)

 

图4显示了PCB板的3D视图。

 

图4:PCB板的最终3D视图

 

组装和测试
图5显示了已组装好的电路板。本实例中我使用了220V至12V的变压器,以在输出端获得最大+/- 12V的电压。图6显示了相关接线图。

 

图5:组装好的电路板

 

图6:变压器和电路接线图

 

通过转动R4和R5多圈电位器,可以独立调节正负电压轨上的电压。图7的示例中,输出被调节为+/- 9V。

 

图7:输出端 +/- 9V电压轨

 

现在,我们来测量输出噪声。我使用的Siglent SDS1104X-E示波器由于在输入端引入500uV/div的灵敏度,因此非常适合此类测量。将通道1设置为1X,交流耦合,20MHz带宽限制,并将采集模式设置为峰值检测。然后取下接地线并使用探头接地弹簧。请注意,此测量没有输出负载。图8为示波器屏幕显示和测试结果,噪声Vpp值约为1.12mV。注意,增加输出电流会增加噪声/纹波电平,对所有电源均是如此。

 

图8:电源的输出噪声(空载时)

 

R1和R2电阻的额定功率决定了输出电流。因此我选择了3W的电阻。另外,如果要获取大电流或调节器的输入与输出之间的电压差较大,别忘记在IC1和IC2上安装合适的散热器。使用3W电阻器可以获得500mA(最大值)的电流。若使用2W电阻,则该值自然降低至大概300mA(最大值)。

 

物料
图9罗列了物料清单(BOM)。

 

图9:物料清单