§10.1 支流穩(wěn)壓電源的組成

一 為什么需要直流穩(wěn)壓電源

由于交流電的獲得相比從電池，蓄電池化學(xué)電源得到要廉價(jià)且方便。將電網(wǎng)交流電源經(jīng)變換，整流，濾波，穩(wěn)壓后組成的直流穩(wěn)壓電源，因其經(jīng)濟(jì)容量范圍大，性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，已成為大多數(shù)電子電路的工作電源。本教授只討論單相小功率直流電源。

二 直流穩(wěn)壓電源的組成框圖 見圖10.1

1. 電源變壓器

將220V,50HZ的交流電壓變換成與輸出直流電壓大致相當(dāng)?shù)牡蛪航涣麟妷?/P>

2. 整流電路

利用二極管的單向?qū)щ娦詫⒌蛪航涣麟娮儞Q成單向脈動(dòng)電壓，可由半波，全波整流之分。

3. 濾波電路

利用電感和電容的阻抗特性，將整流后的單向脈動(dòng)電流中的交流分量濾去，是單向脈動(dòng)電流變換成平滑的直流電。

4. 穩(wěn)壓電路

當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)或負(fù)載的變動(dòng)會(huì)導(dǎo)致負(fù)載上得到的直流電不穩(wěn)定，影響電子設(shè)備的性能，用穩(wěn)壓管，即采用一些負(fù)反饋方式的穩(wěn)壓電路，使之自動(dòng)調(diào)節(jié)不穩(wěn)定因素，從而得到穩(wěn)定電壓。

§10.2 整流與濾波

一 整流（單向整流）

1. 工作原理

利用整流二極管的單向?qū)щ娦约耙欢ǖ碾娐愤B接（半波或全波整流），將極性和瞬間值均作周期性變化的交流電，變換成瞬間值，雖隨時(shí)間而變化，但極性不變的單向脈動(dòng)電，兩者最根本的區(qū)別在于交流電在一個(gè)周期中的平均值為零，即不含直流分量，而單向脈動(dòng)電在一個(gè)周期中的平均值即直流分量。

2. 幾種基本單向整流電路的比較，見表10.1

若以上面基本電路中每個(gè)二極管均換向，則上面波形中脈動(dòng)電均為負(fù)向，其直流分量（）均為負(fù)值。

二 濾波電路

利用電抗元件L,C的貯能作用，當(dāng)整流后的單向脈動(dòng)電流電壓，電流增大時(shí)，將部分能量貯存，反之則放出能量，達(dá)到輸出電流，電壓平滑的目的。

1. 兩種基本濾波電路：并聯(lián)電容和串聯(lián)電壓濾波，見圖10.2.1

① 并聯(lián)電容濾波：

（i）>0時(shí)，經(jīng)過2個(gè)整流二極管對(duì)C充電（假設(shè)）電容上電壓為零，此時(shí)會(huì)有一個(gè)浪涌充電電流對(duì)整流二極管充擊較大。選整流二極管時(shí)要考慮增大電流容量。，很快充到，此時(shí)會(huì)使整流管反偏截止。而通過放電，，可見即隨負(fù)載電流增大（即減少）而很快下降（ 放電加快了），所以紋波系數(shù)（或脈動(dòng)系數(shù)）變大，即外特性較差。見圖10.2（b）。顯而易見，電容濾波通常適合于負(fù)載電流變化不大，即

（ii）電容濾波輸出電壓的計(jì)算

當(dāng)滿足時(shí)（半波整流電容濾波） =

當(dāng)滿足時(shí)（全波整流電容濾波） 

當(dāng)時(shí)，（只充電，不放電），S=0

② 串聯(lián)電感濾波：適宜于大電流輸出（或較小）的場(chǎng)合

（i）由于電感的貯能特性，當(dāng)­ 時(shí)，L中產(chǎn)生反電勢(shì)（ ），阻止電流增大，將一部分能量貯存在電感中，而當(dāng)¯ 時(shí)，電感放出能量，阻止電流減少，輸出電流即平滑了。

（ii）輸出電壓及紋波系數(shù)S

輸出直流分量，即(為L(zhǎng)的直流電阻，通常)=0.9

經(jīng)穩(wěn)態(tài)分析，可得，可見L­ ,¯ (負(fù)載電流大)S¯ ，而下降不多，僅損失L直流電阻的壓降。

2. 復(fù)式濾波器 見圖10.2.2

動(dòng)畫演示

① T型采用了串聯(lián)電感與并聯(lián)電容兩種基本濾波的級(jí)聯(lián)，它具有串聯(lián)電感濾波的較穩(wěn)定的特點(diǎn)，與無關(guān)。其=0.9。

② LC型，采用了一級(jí)并聯(lián)電容與一級(jí)T型級(jí)聯(lián)；兼有二者的特點(diǎn)，輸出電壓較T型高，但隨負(fù)載而變動(dòng)。其=1.2（估計(jì)值），適合于小電流工作。

③ RC型，用R代替L，降低成本與體積，但R上損失電流壓降，尤其當(dāng)輸出電流較大時(shí)（ 較小時(shí)），適合于小電流的場(chǎng)合。此時(shí)=1.2（估算）

3. 小結(jié)

① 參照?qǐng)D10.2.2（d），幾種濾波電路可知，并聯(lián)電容，LC 和RC，他們具有并聯(lián)電容的特點(diǎn)，輸出電壓較高，1.2（估算），但穩(wěn)定性不如串聯(lián)電感，T型濾波電路，當(dāng)變大，¯ ，S­ ，性能變差，僅適應(yīng)用小電流，負(fù)載較穩(wěn)定的濾波電路，此外也存在剛開機(jī)或剛充電時(shí)的浪涌電路，選整流二極管時(shí)須注意留意其電流容量

② 串聯(lián)電感和T型濾波，具有電感濾波的特點(diǎn)，即較穩(wěn)定，基本與負(fù)載無關(guān)，=0.9，適合于大電流的場(chǎng)合，當(dāng)然其輸出電壓相對(duì)電容濾波要低一些。

4. 倍壓整流

① 在一些需要高壓小電流的場(chǎng)合，如果用前面的整流，濾波電路實(shí)施時(shí)，必須要增加變壓器副邊繞組的匝數(shù)，以提高，這會(huì)引來許多麻煩，如變壓器制作的難度，整流二極管及濾波電容需要更高的耐壓。倍壓整流僅靠電容對(duì)充電電壓的保持（ 很大時(shí)），即二極管的單向?qū)щ娦裕�可以成倍的增加輸出的直流電壓。圖10.2.3即為最簡(jiǎn)單的二倍壓電路。

原理：當(dāng)>0，D1導(dǎo)通并向C1充電（）；當(dāng)<0時(shí)，與 串聯(lián)使D2導(dǎo)通，并對(duì)C2充電，使C2兩端輸出負(fù)電壓，輸出的幅度為，此時(shí)為空載，即 ，在充電過程中會(huì)伴隨放電過程，¯ ，S­ ，可見，倍壓整流只選用于固定的輕載或小電流的情況下使用。

② 如果要獲得n倍壓整流電路，根據(jù)同相原理，只要把更多的電容串聯(lián)起來并配以相應(yīng)的二極管分別對(duì)它們充電即可。

§10.3 穩(wěn)壓電路

為了消除由于電網(wǎng)電壓的波動(dòng)及負(fù)載的變化所引起的輸出直流電壓的不穩(wěn)定，必須在整流濾波后接穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路可分為兩類：一類自動(dòng)調(diào)節(jié)部分與輸出并聯(lián)

另一類則與輸出串聯(lián)。

一 硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路，見圖10.3.1

1. 工作于反向擊穿狀態(tài)，當(dāng)變化很大時(shí)，幾乎是不變的，即的動(dòng)態(tài)電阻很小，它與并聯(lián)。的作用是限流（使）及調(diào)節(jié)。

2. 工作原理

當(dāng)直流輸入電壓波動(dòng)或負(fù)載改變引起增大，此時(shí)亦增大，劇增，使增大（），使R兩端的電壓降增大，從而抑制了的增大，達(dá)到穩(wěn)定的目的。

3. 穩(wěn)壓電路的主要指標(biāo)

①穩(wěn)定系數(shù) 即 固定時(shí)，輸出電壓的相對(duì)變化量與輸出電壓的相對(duì)變化量之比。

②輸出電阻，即當(dāng) 不變時(shí)，輸出電壓的變化量與輸出電流的變化量之比。我們跟定義可求得：

二 串聯(lián)反饋型穩(wěn)壓電路：調(diào)整管與串聯(lián)而名之。

構(gòu)成框圖及電路如圖10.3.2

1. 電路組成：
⑴ 取樣電路：由電阻，， 組成分壓器，它取出部分輸出電壓 ，接至運(yùn)放A（作為比較放大器）的反相輸入端。

⑵ 基準(zhǔn)電壓：由穩(wěn)壓管提供，接至運(yùn)放A的同相輸入端，為限流電阻。

⑶ 比較放大器：用運(yùn)放或差分放大器組成，它將采樣電壓與基準(zhǔn)電壓 的差值放大，其輸出送至調(diào)整管的基極。

⑷ 調(diào)整管：在比較放大器的輸出電壓的控制下，改變其管降的值，以使 穩(wěn)定，通常由功率管構(gòu)成，必須確保調(diào)整管工作于線性放大區(qū)，滿足。

2. 穩(wěn)壓原理

設(shè)當(dāng)或變化引起增大，取樣電路的也增大，與不變的經(jīng)過運(yùn)放A輸出至調(diào)整管基極，減少，¯ ，¯ ，­ 。使¯ （）

3. 從負(fù)反饋概念來看穩(wěn)壓原理

將圖10.3.2（b）改畫成圖10.3.3，從改畫圖中可將比較放大器，，看作反饋網(wǎng)絡(luò)，基準(zhǔn)電壓 成了運(yùn)放同相端的輸入電壓。這正是一個(gè)同相輸入比例放大器。它顯然屬于電壓串聯(lián)負(fù)反饋反饋組態(tài)，則改電路對(duì)輸出電壓有極好的穩(wěn)定作用。

4. 輸出電壓及調(diào)節(jié)范圍

若固定， 動(dòng)臂調(diào)至最左端，則負(fù)反饋?zhàn)钊酰?IMG border=0 src="/Article/UploadFiles/201604/20160424220718153.gif" width=25 height=21 v:shapes="_x0000_s1029">則最大。

動(dòng)臂調(diào)至最右端，則負(fù)反饋?zhàn)顝?qiáng)，最小

三 集成穩(wěn)壓器

集成穩(wěn)壓器是一種集成化的串聯(lián)型穩(wěn)壓器。目前常用的是能夠輸出正或負(fù)電壓的三端集成穩(wěn)壓器，又分固定輸出和輸出可調(diào)的兩類。常用的是

1. 三端固定輸出正電壓的集成穩(wěn)壓器 w78xx系列

<P style="WIDOWS: 1; TEXT-TRANSFORM: none; BACKGROUND-COLOR: rgb(255,255,240); TEXT-INDENT: 0px; FONT: medium Simsun; WHITE-SPACE>2. 三端固定輸出負(fù)電壓的集成穩(wěn)壓器 w79xx系列

3. 三端電壓可調(diào)正電壓集成穩(wěn)壓器 w317,w117

4. 三端電壓可調(diào)負(fù)電壓集成穩(wěn)壓器 w337,w137

其中w78xx 和w79xx系列型號(hào)中的“xx”是兩個(gè)數(shù)字，表示輸出的固定電壓Uxx，“xx”一般有05（5v）,06(6v),08(8v),12(12v),15(15v),18(18v),24(24v)等幾種，每一種系列的穩(wěn)壓器其輸出電流又有：100mA(78LXX),0.5A(78MXX),及1.5A(78XX)