第十章 直流稳压电源

来源:百度文库 编辑:神马文学网 时间:2024/03/29 18:10:34
10.1直流稳压电源的组成
10.1.1直流稳压电源的组成框图
各种电器设备内部均是由不同种类的电子电路组成,电子电路正常工作需要直流电源,为电器设备提供直流电的设备称为直流稳压电源。直流稳压电源可以将200V的交流输入电压转变成稳定不变的直流电压,直流稳压电源的组成框图如图10-1-1所示。

图中变压电路的作用是将220V的交流电变换成电路所需的低压交流电,用普通的电源变压器即可实现变压的目的。
整流电路的作用是将输入的交流电变换成单向脉动的直流电,利用图4-3-1所示的半波整流或图4-3-3所示的桥式整流电路均可以实现整流的目的。
滤波电路的作用是平滑整流输出的单向脉动电压,最简单的滤波电路是电容器,桥式整流电路输出的波形经电容滤波电路处理后的输出电压波形如图10-1-2所示。
稳压电路的作用是稳定电源的输出电压,最简单的稳压电路是如图4-4-3所示的稳压管稳压电路。
图4-4-3所示的稳压管稳压电路,因稳压管与负载相并联,所以又称为并联型稳压电路。稳压管稳压电路虽然结构简单,但稳压电路的输出电流较小,输出电压不可调,在很多场合下不适用,利用三极管输出电压可调的特点也可以实现稳压的目的。
利用三极管输出电压可调的特点所组成的稳压电源,因三极管与负载相串联,所以,又称为串联型稳压电源。串联型稳压电源可实现输出电压可调的目的。
10.1.2串联型稳压电源电路
1.电路的组成
串联型稳压电路的组成框图如图10-1-3所示,最简单的串联型稳压电源电路如图10-1-4所示。

图中的C1是电源滤波电容,设电容C1两端的输出电压为Ui,该电压是稳压电路的输入电压。稳压电源中的稳压电路由四个单元组成。
(1)基准单元:限流电阻R2和稳压管D1组成稳压电路的基准单元,该单元的作用是为稳压电路提供自动调整所需的基准电压UZ。
(2)取样单元:电阻R3、R4和电位器RP组成稳压电路的取样单元,因该单元与负载电阻RL相并联,所以该电路两端电压的变化情况直接反映了输出电压的变化情况。
(3)放大单元:稳压电路中的放大单元由三极管T2、电阻R1和稳压管D1等器件组成,该电路可将取样电路所采到的电压UB2与基准电压UZ进行比较,并产生与输出电压变化情况成正比的控制信号,控制信号经放大后产生控制电压,控制调整管T1的输出电压,以保证稳压电源输出电压的稳定。
(4)调整单元:稳压电路中的调整单元由三极管T1和外接的负载电阻RL等器件组成,调整管T1与负载电阻RL等组成射极输出器。射极输出器是串联电压负反馈电路,因电压反馈可以稳定输出电压,所以,稳压电源的输出电压将很稳定。
2.串联型稳压电源的工作原理
讨论串联型稳压电源的工作原理可分负载电阻不变,输入电压变化和输入电压不变、负载电阻变化这两种情况。
(1)负载电阻不变,输入电压变化时的稳压过程
负载电阻RL保持不变,输入电压Ui上升时,会引起输出电压UO也上升,在这种情况下,稳压电源稳压的流程图是

由稳压的流程图可见,输入电压Ui、输出电压UO和调整管的输出电压UCE1三者之间是串联的关系,所以,该电路称为串联型稳压电源。
(2)输入电压不变,负载电阻变化时的稳压过程
输入电压Ui保持不变,负载电阻RL上升时,会引起输出电压UO也上升,在这种情况下,稳压电源稳压的流程图是

3.稳压电源输出电压UO的计算公式
在图10-1-4所示的电路中,设电位器上段的电阻值为RP1,下段的电阻值为RP2,取样放大管T2基极的电位UB约等于UZ,在IB2很小,且可忽略的前提下,UB为
(10-1-1)
由上式可得输出电压UO为
(10-1-2)
当RP2为最小值零时,输出电压UO为最大值UOmax
(10-1-3)
当RP2为最大值RP时,输出电压UO为最小值UOmin
(10-1-4)
因稳压电源的输出电流等于调整管的集电极电流,当输出电流太大时,可采用复合管作为调整管,以提高电路的输出电流;为了提高稳压的效果,取样放大电路也可以采用运算放大器。采用复合管和运算放大器组成的稳压电源电路如图10-1-5所示。

〖例10-1-1〗如图10-1-5所示的稳压电源电路,设UZ=5V,R3=R4=RP,请确定该稳压电源输出电压的调整范围。
〖解〗根据10-1-3和10-1-4式可得


由此可得该稳压电源输出电压的调整范围为

10.1.4稳压电源的主要指标
稳压电源的主要技术指标除了输出电压UO和输出电流IO外,还有稳压系数S和输出电阻rO两个。
1.稳压系数S
稳压系数S的定义为:当稳压电源的负载RL不变时,输出电压UO的相对变化量与输入电压Ui的相对变化量的比值,即
(10-1-5)
2.输出电阻rO
输出电阻rO的定义为:当输入电压Ui不变时,若负载电流的变化量为ΔIO,输出电压的变化量为ΔUO,则输出电阻rO为
(10-1-6)