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直流穩(wěn)壓電源電路

作者: 時(shí)間:2006-12-20 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

  穩(wěn)壓電源一般由變壓器、和穩(wěn)壓器三大部分組成,如圖5一21所示。變壓器把市電交流電壓變?yōu)樗枰牡蛪航涣麟姟?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/整流器">整流器把交流電變?yōu)橹绷麟?。?jīng)后,穩(wěn)壓器再把不穩(wěn)定的直流電壓變?yōu)榉€(wěn)定的直流電壓。

一、穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)及對(duì)穩(wěn)壓電源的要求

  穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)可以分為兩大類(lèi):一類(lèi)是特性指標(biāo),如電壓、電濾及電壓調(diào)節(jié)范圍;另一類(lèi)是質(zhì)量指標(biāo),反映一個(gè)穩(wěn)壓電源的優(yōu)劣,包括穩(wěn)定度、等效內(nèi)阻(輸出電阻)、紋波電壓及溫度系數(shù)等。對(duì)穩(wěn)壓電源的性能,主要有以下四個(gè)萬(wàn)面的要求:

1.穩(wěn)定性好

  當(dāng)輸入電壓Usr(整流、的輸出電壓)在規(guī)定范圍內(nèi)變動(dòng)時(shí),輸出電壓Usc 的變化應(yīng)該很小一般要求 。

  由于輸入電壓變化而引起輸出電壓變化的程度,稱(chēng)為穩(wěn)定度指標(biāo),常用穩(wěn)壓系數(shù)S 來(lái)表示:S的大小,反映一個(gè)穩(wěn)壓電源克服輸入電壓變化的能力。在同樣的輸入電壓變化條件下,S越小,輸出電壓的變化越小,電源的穩(wěn)定度越高。通常S約為

2.輸出電阻小

  負(fù)載變化時(shí)(從空載到滿(mǎn)載),輸出電壓Usc ,應(yīng)基本保持不變。穩(wěn)壓電源這方面的性能可用輸出電阻表征。

  輸出電阻(又叫等效內(nèi)阻)用rn 表示,它等于輸出電壓變化量和負(fù)載電流變化量之比。

  rn 反映負(fù)載變動(dòng)時(shí),輸出電壓維持恒定的能力,rn 越小,則Ifz變化時(shí)輸出電壓的變化也越小。性能優(yōu)良的穩(wěn)壓電源,輸出電阻可小到1歐,甚至0.01歐。

3.電壓溫度系數(shù)小

  當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí),會(huì)引起輸出電壓的漂移。良好的穩(wěn)壓電源,應(yīng)在環(huán)境溫度變化時(shí),有效地抑制輸出電壓的漂移,保持輸出電壓穩(wěn)定,輸出電壓的漂移用溫度系數(shù)KT來(lái)表示.

4.輸出電壓紋波小

  所謂紋波電壓,是指輸出電壓中50赫或100赫的交流分量,通常用有效值或峰值表示。經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓作用,可以使整流后的紋波電壓大大降低,降低的倍數(shù)反比于穩(wěn)壓系數(shù)S 。

  上節(jié)介紹的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路,用做一種簡(jiǎn)單的穩(wěn)壓電源,可以滿(mǎn)足一般無(wú)線電愛(ài)好者的需要。但是,這種電源還有許多“天生的”缺陷,要提高對(duì)性能的要求,就必須再做一些改進(jìn)。從以下四個(gè)右面對(duì)它的性能加以改善,便可做成一臺(tái)有實(shí)用價(jià)值的穩(wěn)壓電源了。這就是:增加放大環(huán)節(jié),提高穩(wěn)定性,使輸出電壓可調(diào);用復(fù)合管做調(diào)整管,使輸出電流增大;增加保護(hù)電路,使電源工作安全可靠。

二、帶有放大環(huán)節(jié)的穩(wěn)壓電源

  輸出電壓的變化量△Usc 是很微弱的,它對(duì)調(diào)整管的控制作用也很弱,因此穩(wěn)壓效果不夠好,帶有放大環(huán)節(jié)的穩(wěn)壓電源,就是在電路中增加一個(gè)直流放大器,把微弱的輸出電壓變化量先加以放大,再去控制調(diào)整管,從而提高對(duì)調(diào)整管的控制作用,使穩(wěn)壓電源的穩(wěn)定性能得到改善。圖5-22 是帶有放大環(huán)節(jié)的穩(wěn)壓電源電路。

  圖中,BG1 是調(diào)整管,BG2 是比較放大管。輸出電田變化量△Usc 的一部分與基準(zhǔn)電壓Uw 比較,并經(jīng)BG2 放大后進(jìn)到了BG1 的基極。Rc 是BG2 的集電極電阻,又是BG1 的上偏置電阻。R1、R2是BG2 的上、下偏置電阻,組成分壓電路,把ΔUsc 的一部分作為輸出電壓的取樣,送給BG2 的基極,因此又叫取樣電路 R2 上的電壓Ub2:叫取樣電壓。DW和R3組,成穩(wěn)壓電路,提供基準(zhǔn)電壓。

  從電路路中可以看出,當(dāng)輸出電壓Usc 下降的時(shí)候,通過(guò)R1 、R2組成的分壓電路的作用,BG2 的基極電位Ub2也下降了。由于基準(zhǔn)電壓UW 使BG2 的發(fā)射極電位保持不變,Ubc2 :=Ub2,一UW隨之減小。于是BG2 集電極電流Ic:減小,Uc2增高,即BG1 的基極電位Ub1增高,使Icl增加,管壓降Uce1減小,從而導(dǎo)致輸出電壓Usc 保持基本穩(wěn)定。BG2 的放大倍數(shù)越大,調(diào)整作用就越強(qiáng),輸出電壓就越穩(wěn)定。

  如果輸出電壓Usc 增高時(shí),同樣道理,又會(huì)通過(guò)反饋?zhàn)饔檬?STRONG>Usc 減小,保持輸出電壓基本不變。

  下面談?wù)劯髟倪x取原則。前面已經(jīng)提到,Rc是放大級(jí)的負(fù)載電阻,又相當(dāng)于調(diào)整管的偏置電阻。Rc大,放大倍數(shù)大,有利于提高穩(wěn)壓器指標(biāo),但Rc過(guò)大會(huì)使BG2 和調(diào)整管電流太小,限制了負(fù)載電流和調(diào)整范圍。通常Rc根據(jù)下列公式選取:

  Usrmin為整流輸出的最小電壓。Ic2可取1~3毫安。穩(wěn)壓管DW的穩(wěn)定電壓Uw,選擇范圍比較寬,只要不使BG2 飽和(即Uw比Usc 低2伏以下)均可。Uw取得大,取樣電壓可大些,有利于提高穩(wěn)壓性能。限流電阻R3通過(guò)的電流I3,應(yīng)該等于DW的穩(wěn)定電流,那應(yīng)滿(mǎn)足下述關(guān)系:

  輸入電壓Usr 應(yīng)大于輸出電壓Usc 38伏。Usr 過(guò)小,調(diào)整管容易飽和而起不到調(diào)整作用;Usr 過(guò)大,則增加管子耗損,并浪費(fèi)功率。整流紋波小的,Usr 可取低些;紋波大的,Usr 應(yīng)取高些。調(diào)整管BG1 的β值要盡量大,為此可以使用復(fù)倉(cāng)管。調(diào)整管的功耗也要足夠大,應(yīng)滿(mǎn)足下式要求:Usrmax 為電網(wǎng)電壓最高時(shí)的整流輸出電壓。

  放大管BG2也要選用β值大的管子,以增強(qiáng)對(duì)調(diào)整管的控制作用,使輸出的更穩(wěn)定。在Usc較大的穩(wěn)壓電路中,還應(yīng)注意BG2所能承受的反向電壓,應(yīng)選取的晶體管。

  分壓電阻(R1R2)要適當(dāng)小些,以提高電路性能。通常取流過(guò)分壓電阻的電流大于放大管基極電流的5-10倍。分壓比決定于輸出電壓Usc 和參考電壓Uw,由下式?jīng)Q定:一般可先選定R1 或R2,再通過(guò)計(jì)算調(diào)整另外一只電阻器,分壓比要選得大些,一般選0.5~0.8。

三、輸出電壓可調(diào)的穩(wěn)壓電源

  從上面電路可以看到,輸出電壓與基準(zhǔn)電壓之間的關(guān)系,是由分壓電路來(lái)“調(diào)配”的。在基準(zhǔn)電壓一定的情況下,改變分壓比,就可以在一定范圍里改變輸出電壓。在R1與R2之間加接一個(gè)電位器W(見(jiàn)圖5-23),便可以實(shí)現(xiàn)輸出電壓在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。

四、用復(fù)合管做調(diào)整管的穩(wěn)壓電源

  在穩(wěn)壓電源中,負(fù)載電流Ifz 要流過(guò)調(diào)整管,輸出大電流的電源必須使用大功率的調(diào)整管,這就要求有足夠大的電流供給調(diào)整管的基極,而比較放大電路供不出所需要的大電流,另一方面,調(diào)整管需要有較高的電流放大倍數(shù),才能有效地提高穩(wěn)壓性能,但是大功率管一般電流放大倍數(shù)都不高。解決這些矛盾的辦法,是給原有的調(diào)整管再配上一個(gè)或幾個(gè)“助手”,組成復(fù)合管。用復(fù)合管做調(diào)整管的穩(wěn)壓電源電路如圖5一24所示。

  用復(fù)合管做調(diào)整管時(shí),BG2的反向電流Iceo2將被放大,尤其是采用大功率鍺管時(shí),反向截止電流Icbo比較大,并隨溫度增高按指數(shù)增加,很容易造成高溫空載時(shí)穩(wěn)壓電源的失控,使輸出電壓Usc增大。誤差信號(hào)ΔUsc 經(jīng)放大加到BG2 的級(jí)基極來(lái)減少I(mǎi)c人,可能迫使BG2 截止。為了使調(diào)整管在不同溫度下都工作在放大區(qū),常在BG1 的基極加電阻(R7)接到電源的正極(如圖5一24)或負(fù)極。在溫度或負(fù)載變化不大或全用硅管時(shí),可不加這個(gè)電阻。

  R7的數(shù)值,可近似由下式?jīng)Q定:

五、帶有保護(hù)電路的穩(wěn)壓電源


  在穩(wěn)壓電路中,要采取短路保護(hù)措施,才能保證安全可靠地工作。普通保險(xiǎn)絲熔斷較慢,用加保險(xiǎn)絲的辦法達(dá)不到保護(hù)作用,而必須加裝保護(hù)電路。

  保護(hù)電路的作用是保護(hù)碉整管在電路短路、電流增大時(shí)不被燒毀。其基本方法是,當(dāng)輸出電流超過(guò)某一致值時(shí),使調(diào)整管處于反向偏置狀態(tài),從而截止,自動(dòng)切斷電路電流。

  保護(hù)電路的形式很多。圖5-25是二極管保護(hù)電路,由二極管D和檢圖5-25 二極管保護(hù)電路測(cè)電阻R0組成。正常工作時(shí),雖然二極管兩端的電壓上低下場(chǎng),但二極管仍處于反向截止?fàn)顟B(tài)。負(fù)載電流增大到一定數(shù)值時(shí),電阻RO上的壓陷ROIe 加大,使二極管導(dǎo)通。由于UD=Ube1+RO Ie,而二極管的導(dǎo)通電壓UD是一定的,則Ube1被迫減小,從而使Ie限制到一定值,達(dá)到保護(hù)調(diào)整管的目的。在使用時(shí),二極管要選用UD 值大的。


圖5-26是三極管保護(hù)電路。由三極管BG2 和分壓電阻R4、R5組成。電路正常工作時(shí),通過(guò)R4與R5的壓作用,使得BG2 的基極電位比發(fā)射極電位高,發(fā)射結(jié)承受反向電壓。于是BG2 處于截止?fàn)顟B(tài)(相當(dāng)于開(kāi)路),對(duì)穩(wěn)壓電路沒(méi)有影響。當(dāng)電路短路時(shí),輸出電壓為零,BG2 的發(fā)射極相當(dāng)于接地,則BG2 處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)(相當(dāng)于短路),從而使調(diào)整管BG1基極和發(fā)射極近于短路,而處于截止?fàn)顟B(tài),切斷電路電流,從而達(dá)到保護(hù)目的。



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