有時(shí)需要將單個(gè)電源分成兩個(gè)或多個(gè)不一定相等的部分。來(lái)自干電池或汽車(chē)蓄電池的 6、12、15、24、36 或 48 V 電源就是這種情況。盡管存在精確的專(zhuān)用分壓器 （VS），但它們可能并不容易獲得或?qū)?xiàng)目而言過(guò)于昂貴。有時(shí)，設(shè)計(jì)用作 VS 的 IC 無(wú)法提供來(lái)自 VS 的所需電流或功率。

幸運(yùn)的是，對(duì)于許多需要 VS 的應(yīng)用，我們可以使用低成本的功率音頻放大器 （PAA），例如 LM386、LM380、LM384、TBA820M、TDA2002、TDA2003、TDA2030、TDA2040、TDA2050、LM1875 和許多更多地拆分電源。對(duì)于測(cè)試臺(tái)和實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的 VS 尤其如此。

我們可以圍繞 PAA 構(gòu)建簡(jiǎn)單、低成本和非開(kāi)關(guān) VS，用于電子設(shè)備的電源。上面列出的功率音頻放大器以及更多的功率放大器是為許多項(xiàng)目大量采購(gòu)的。這使得它們的使用和更換價(jià)格低廉且負(fù)擔(dān)得起。

此外，許多制造商多年來(lái)一直在生產(chǎn) PAA。它們是眾所周知的，內(nèi)部電路已發(fā)布，并且可以很容易地進(jìn)行測(cè)試。在損壞的情況下，這些 IC 可以很容易地更換。

本文介紹了幾個(gè)圍繞 PAA 構(gòu)建的分壓器。這不是 PAA 的典型應(yīng)用。它們通常針對(duì)音頻范圍內(nèi)的操作進(jìn)行優(yōu)化，主要針對(duì)電阻或電感負(fù)載。

本文中的每個(gè)電路都是可操作的，但有一些特殊性，因此在決定是否適用于目標(biāo)設(shè)備之前，應(yīng)對(duì)電路進(jìn)行評(píng)估。所提出的電路很簡(jiǎn)單，不需要復(fù)雜的重新設(shè)計(jì)或調(diào)整即可正常工作。

三種類(lèi)型的分壓器

一般來(lái)說(shuō)，有三種類(lèi)型的 VS。這三種類(lèi)型的框圖如圖 1 所示。

圖 1：三種主要 VS 的一般框圖。a） 具有兩個(gè)輸出的分壓器；b） 具有四個(gè)輸出的分壓器；c） 具有三個(gè)虛擬接地的分壓器

圖 1a顯示了最常見(jiàn)的 VS 版本。+Vin和GNDin之間的輸入電壓分為兩部分，不一定相等。這些部件可以在一定程度上固定或調(diào)整。通常，輸入和輸出電壓之間存在一些最小差異，這取決于 VS。

兩個(gè)輸出電壓介于 +V1 和 GNDout 之間以及 -V2 和 GNDout 之間。在這種類(lèi)型的 VS 中，輸入和輸出電壓之間沒(méi)有隔離，并且輸入地 GNDin 和輸出地 GNDout（有時(shí)稱(chēng)為虛擬地）之間沒(méi)有直接連接。

圖 1b顯示了第二種 VS 的框圖。+Vin和GNDin之間的輸入電壓分為四部分，不一定相等。這些部件可以在一定程度上固定或調(diào)整。在這種情況下，輸入地 GNDin 和輸出地 GNDout 之間存在直接連接。該應(yīng)用可稱(chēng)為多輸出線性穩(wěn)壓器。

但是應(yīng)該小心，因?yàn)樵?VS 的情況下，每個(gè)輸出 V1、V2 和 V3 都可以通過(guò)推挽級(jí)而不是由單個(gè)輸出緩沖器驅(qū)動(dòng)。這不是線性穩(wěn)壓器的情況，通常我們?cè)诿總€(gè)輸出端都有一個(gè)晶體管（輸出不是推挽級(jí)）。

圖 1c顯示了 VS 的第三個(gè)版本。+Vin和GNDin之間的輸入電壓分為四部分，不一定相等。事實(shí)上，該應(yīng)用具有三個(gè)分壓器，每個(gè)分壓器將其輸入電壓分成兩部分。每個(gè)輸出地——GND1、GND2 和 GND3——由 VS 用推挽級(jí)驅(qū)動(dòng)。

我們應(yīng)該注意VS的輸出電壓的測(cè)量。在這種情況下，V1 和 -V2 測(cè)量到 GND1，V3 和 -V4 測(cè)量到 GND2，V5 和 -V6 測(cè)量到 GND3。

在這里，我們將主要使用基于圖 1a 中的塊電路的 VS，很少使用基于圖 1b 的 VS。

基于音頻放大器的模擬分壓器的優(yōu)勢(shì)

現(xiàn)代工業(yè)提供了種類(lèi)繁多的開(kāi)關(guān) DC/DC 轉(zhuǎn)換器，它們可以用作一種 VS。但這些設(shè)備可能并不總是長(zhǎng)期可用，可能無(wú)法負(fù)擔(dān)，并且會(huì)產(chǎn)生大量電磁噪聲或具有其他缺點(diǎn)。

使用功率音頻放大器，音頻運(yùn)算放大器（AOA）和類(lèi)似的IC和音頻模塊作為VS有很多優(yōu)點(diǎn)：

許多制造商多年來(lái)一直在生產(chǎn) PAA。

它們可從許多分銷(xiāo)商處獲得。

它們廣為人知且價(jià)格低廉。

PAA 易于測(cè)試，并且在需要時(shí)更換也很容易。

PAA 在音頻范圍內(nèi)和該范圍外具有低噪聲。

它們不會(huì)產(chǎn)生大量輸出噪聲、無(wú)線電波或電磁干擾 （EMI）。

許多 PAA 具有內(nèi)部熱保護(hù)、過(guò)流保護(hù)，有時(shí)還具有無(wú)功負(fù)載保護(hù)和過(guò)壓保護(hù)。

如果需要，許多 PAA 可以很容易地安裝在額外的散熱器上。

僅作為說(shuō)明，在我們考慮基于放大器的 VS 之前，我們將研究幾個(gè)基于二極管和晶體管的有用 VS。

基于二極管和齊納二極管

的分壓器 我們可能需要來(lái)自?xún)蓚€(gè)或多個(gè)低壓電源的幾毫安電流或來(lái)自普通直流電源的參考電壓。此外，電路的電源管理可能不需要非常嚴(yán)格。在其中一些情況下，我們可以使用基于二極管、齊納二極管和并聯(lián)穩(wěn)壓器的 VS。

現(xiàn)代工業(yè)提供多種齊納二極管，其功耗在 0.3 到 1.3 W 之間，參考電壓容差為 ±2% 或更好。這些齊納二極管可用于實(shí)現(xiàn)某種 VS。我們?cè)趫D 2中展示了三個(gè)示例。

圖 2：帶有二極管和齊納二極管的分壓器。a） 帶二極管的分壓器；b） 帶齊納二極管的分壓器；c） 帶有兩個(gè)并聯(lián)穩(wěn)壓器的分壓器 （TL431）。

圖 2a顯示了帶有二極管的簡(jiǎn)單 VS。我們可以串聯(lián)任何適當(dāng)數(shù)量的二極管或發(fā)光二極管 （LED），它們將用作并聯(lián)或并聯(lián)穩(wěn)壓器。在這種情況下，我們有兩個(gè)二極管 D1 和 D2 產(chǎn)生正輸出電壓 +V1，一個(gè)二極管產(chǎn)生負(fù)輸出電壓 -V3。輸出地 GNDout 可以在二極管之間的任何點(diǎn)。

圖 2b顯示了一個(gè)帶有齊納二極管的簡(jiǎn)單 VS。我們可以串聯(lián)任何適當(dāng)數(shù)量的齊納二極管，它們將用作并聯(lián)或并聯(lián)穩(wěn)壓器。在這種情況下，我們有兩個(gè)二極管 D1 和 D2 產(chǎn)生正輸出電壓 +V1 和 +V2，兩個(gè)二極管產(chǎn)生負(fù)輸出電壓 -V3 和 -V4。輸出接地 GNDout 可以位于齊納二極管之間的任何點(diǎn)。在這種情況下，GNDout 介于 D2 和 D3 之間。齊納二極管可以來(lái)自相同或不同類(lèi)型。

我們可以使用并聯(lián)穩(wěn)壓器作為 TL431，而不是二極管和齊納二極管。該解決方案的優(yōu)點(diǎn)是我們可以通過(guò)選擇電阻器或微調(diào)電位器或其他元件來(lái)調(diào)整輸出電壓。

圖 2c顯示了一個(gè)帶有 TL431 可調(diào)并聯(lián)穩(wěn)壓器的簡(jiǎn)單 VS。在這種情況下，我們有兩個(gè) TL431 或 LM341 產(chǎn)生正輸出電壓 +V1 和負(fù)輸出電壓 -V3。電壓V1用微調(diào)電位器P1調(diào)節(jié)，負(fù)輸出電壓-V3用P2調(diào)節(jié)。

我們可以串聯(lián)任意適當(dāng)數(shù)量的并聯(lián)穩(wěn)壓器，如圖 2a 和 2b 所示。事實(shí)上，這些穩(wěn)壓器可以被認(rèn)為是可調(diào)齊納二極管。

基于雙極結(jié)晶體管 （BJT）

的分壓器 圖 2 中的 VS 沒(méi)有推挽輸出級(jí)，并且在無(wú)負(fù)載的情況下會(huì)浪費(fèi)大量功率。我們可以使用基于 BJT 的 VS 來(lái)避免這個(gè)缺點(diǎn)。當(dāng)我們需要高輸出電壓、大電流、大功率，或者我們不需要對(duì)輸出電壓進(jìn)行很好的調(diào)節(jié)時(shí)，它們特別好。

作為示例，我們將在下面簡(jiǎn)要討論幾個(gè)簡(jiǎn)單的應(yīng)用程序。這些電路具有推挽輸出級(jí)和輸出電壓的簡(jiǎn)單調(diào)節(jié)。它們類(lèi)似于用作直流放大器的晶體管音頻放大器的電路。

圖 3顯示了兩個(gè)晶體管周?chē)暮?jiǎn)單 VS 的兩個(gè)示例。

圖 3：帶有晶體管的簡(jiǎn)單分壓器。

圖 3a使用晶體管 T1 和 T2 來(lái)緩沖來(lái)自電阻器 R1 至 R4 和二極管 D1 和 D2 周?chē)姆謮浩鞯碾妷骸６O管D1和D2用于溫度補(bǔ)償；它們不是強(qiáng)制性的。如果使用，D1 應(yīng)與 T1 熱接觸，D2 應(yīng)與 T2 熱接觸。如果不使用 D1 和 D2，則應(yīng)相應(yīng)增加 R2 和 R3。

電阻器 R5、R6 和 R7 提供簡(jiǎn)單的本地反饋，稍微改善和保護(hù)電路。R5 比 R6 和 R7 大得多。電路中元件的值的計(jì)算類(lèi)似于射極跟隨器電路中的元件。

圖 3b使用三個(gè)晶體管和更有效的負(fù)反饋調(diào)節(jié)輸出電壓。電阻器 R1 和微調(diào)電位器 P1 提供穩(wěn)定輸出電壓的負(fù)反饋。輸出電壓 +V1 和 -V2 由 P1、R1 和 R2 設(shè)置。D1 和 D2 用于溫度補(bǔ)償。電阻器 R4 和 R5 提供本地負(fù)反饋和對(duì)輸出晶體管 T2 和 T3 的一些保護(hù)。

有時(shí)我們需要對(duì) VS 產(chǎn)生的輸出電壓進(jìn)行調(diào)整和更有效的調(diào)節(jié)。在這種情況下，我們可以使用帶有晶體管的經(jīng)典差分放大器來(lái)解決這些問(wèn)題。圖 4顯示了一個(gè)圍繞五個(gè)晶體管 T1 到 T5 構(gòu)建的 VS。

圖 4：基于帶晶體管的差分放大器的分壓器。

T1 和 T2 作為差分放大器工作。T3是輸出晶體管T4和T5的放大器和驅(qū)動(dòng)器。電阻器 R6 提供穩(wěn)定輸出電壓的負(fù)反饋。R7* 和 C2* 不是強(qiáng)制性的。C1 是必須的，因?yàn)樗峁┝穗娐返念l率補(bǔ)償。

輸出電壓 +V1 和 -V2 由 R1、R2 和 P1 設(shè)置。二極管 D1、D2 和 D3 用于輸出晶體管的偏置和溫度補(bǔ)償。微調(diào)電位器 P2 用于調(diào)整輸出晶體管的靜態(tài)電流，例如，根據(jù)負(fù)載從 1 到 10 mA。電阻器 R4 和 R5 提供本地負(fù)反饋和對(duì)輸出晶體管 T4 和 T5 的一些保護(hù)。

帶有運(yùn)算放大器和 BJT

的分壓器 如果負(fù)載發(fā)生變化或不對(duì)稱(chēng)，圖 3 和圖 4 中的 VS 可能不會(huì)給出好的結(jié)果。為了解決這個(gè)問(wèn)題，有時(shí)我們可以使用基于單個(gè)運(yùn)算放大器（例如 TL071、OPA134、NE5534/A 或 LM741）的 VS 以及附加的互補(bǔ) BJT，例如 PN2222A+PN2907A、BD135+BD136 等。圖 5 顯示了一個(gè)示例這樣的VS。

圖 5：帶有運(yùn)算放大器和 BJT 的簡(jiǎn)單分壓器。

輸出電壓通過(guò) P1 調(diào)節(jié)。VS 用作直流放大器，增益 Av 等于 Av = 1+ R4/R5。如果不需要，可以省略 R5，增益將是統(tǒng)一的，或者電路將用作跟隨器和電流緩沖器。

VS 的輸出電流限制在 50 到 200n mA，具體取決于晶體管 T1 和 T2 以及 OA 的輸出能力。只有當(dāng)我們需要對(duì) OA 進(jìn)行外部頻率補(bǔ)償時(shí)，才使用電容器 C4*。大多數(shù) PAA 包括圖 5 中的所有內(nèi)容，以構(gòu)建可調(diào)節(jié)和不可調(diào)節(jié)的 VS。