第四章、穩(wěn)壓電源

1、第四章、穩(wěn)壓電源目錄第一節(jié)：穩(wěn)壓電源的作用直流穩(wěn)壓電源的作用就是，將電壓幅度不夠穩(wěn)定的220伏高壓交流電；轉(zhuǎn)變?yōu)樵谝欢ǚ秶鷥?nèi)可以任意調(diào)整的、電壓幅度很穩(wěn)定的低壓直流電。第二節(jié)：穩(wěn)壓電源的系統(tǒng)方框圖直流穩(wěn)壓電源的組成1、變壓部分，由變壓器將220伏50赫茲高壓交流電轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛪航涣麟姡⒏邏汉偷蛪焊綦x開(kāi)來(lái)，以保證使用方面的安全。2、整流部分，由整流二極管將低壓交流電轉(zhuǎn)變?yōu)閱蜗蛎}沖電壓。3、濾波部分，利用大容量電容器儲(chǔ)存電荷的功能，將單向脈沖電壓的劇烈變化幅度大大減小。4、穩(wěn)壓控制部分，用電子線路將雖然經(jīng)過(guò)濾波、但還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求的直流電壓；轉(zhuǎn)變?yōu)榭煽刂频?、幅度和穩(wěn)定的直流電壓。第三節(jié)：穩(wěn)壓電路

2、工作原理的定性分析一、分立元件穩(wěn)壓電源的電路結(jié)構(gòu)1、整流電路整流部分的工作原理圖A 圖B 圖Ca、半波整流電路如圖A所示：當(dāng)交流電壓正半周的時(shí)候，整流二極管正向?qū)?，輸出端得到一個(gè)正半周的脈沖電壓。當(dāng)交流電壓負(fù)半周的時(shí)候，整流二極管反向截止，輸出端的電壓為零。正向脈沖之間的時(shí)間間隔為五十分之一秒（20毫秒）。b、全波整流電路如圖B所示：當(dāng)變壓器輸出繞組A的a端正半周的時(shí)候，整流二極管A正向?qū)?。根?jù)變壓器同名端的性質(zhì)，此時(shí)繞組B的b端為負(fù)半周，整流二極管B反向截止。輸出端得到一個(gè)正半周的脈沖電壓。當(dāng)變壓器輸出繞組A的a端負(fù)半周的時(shí)候，整流二極管A反向截止。根據(jù)變壓器同名端的性質(zhì)，此時(shí)繞組B的b

3、端為正半周，整流二極管B正向?qū)ā］敵龆送瑯拥玫揭粋€(gè)正半周的脈沖電壓。正向脈沖電壓之間的時(shí)間間隔為百分之一秒（10毫秒）。c、橋式整流電路如圖C所示： 當(dāng)變壓器輸出繞組的A端為正、B端為負(fù)的時(shí)候，整流二極管a和b正向?qū)?，c和d反向截止。輸出端得到一個(gè)正半周的脈沖電壓。當(dāng)變壓器輸出繞組的A端為負(fù)、B端為正的時(shí)候，整流二極管c和d正向?qū)?，a和b反向截止。輸出端同樣得到一個(gè)正半周的脈沖電壓。正向脈沖電壓之間的時(shí)間間隔為百分之一秒（10毫秒）。 由此可見(jiàn)，全波整流和橋式整流電路的整流效率，比半波整流高出一倍。2、濾波電路a、濾波電容的作用 當(dāng)整流輸出端的單向脈沖電壓從零開(kāi)始上升的時(shí)候，濾波電容的電

4、壓也因?yàn)楸怀淙腚姾啥S之上升。當(dāng)單向脈沖電壓從最大值開(kāi)始下降的時(shí)候，濾波電容開(kāi)始向電路釋放電荷。b、在電路消耗的電流確定、單向脈沖電壓的時(shí)間間隔確定的情況下，濾波電容的容量越大，電容的電壓下降的速率就越慢，電容的電壓下降到的最低點(diǎn)與電壓最高點(diǎn)的差值就越小，濾波效果就越好。c、在濾波電容的容量確定、單向脈沖電壓的時(shí)間間隔確定的情況下，電路消耗的電流越大，電容的電壓下降的速率就越快，電容的電壓下降到的最低點(diǎn)與電壓最高點(diǎn)的差值就越大，濾波效果就越差。由此可見(jiàn)：濾波電容的濾波效果是可以根據(jù)電路的相關(guān)參數(shù)精確計(jì)算的。d、濾波電容的計(jì)算從原理上講，濾波電容的容量越大，濾波效果就越好。那么，是不是在設(shè)計(jì)穩(wěn)壓

5、電源的時(shí)候，把濾波電容的容量用的越大越好呢？不是！因?yàn)殡娙莸娜萘吭酱蟛粌H價(jià)格越貴，而且體積越大，這是一種無(wú)止境的；也是無(wú)實(shí)際意義的追求。所以，我們只需將濾波電容的容量設(shè)計(jì)為能夠滿足要求的最低容量就可以了。這樣既可以滿足工作需要，又可以最大限度地降低成本和體積。 4、穩(wěn)壓電路 a、穩(wěn)壓二極管的特性如圖所示：當(dāng)二極管反向擊穿以后，擊穿電壓每發(fā)生很小的變化，擊穿電流就會(huì)發(fā)生很大的變化。如果用一個(gè)限流電阻與穩(wěn)壓二極管串連起來(lái)如圖所示：當(dāng)正向電壓為這么大的時(shí)候，穩(wěn)壓二極管A端的電壓為V。當(dāng)正向電壓為這么大的時(shí)候，穩(wěn)壓二極管端口的電壓為V。由此可見(jiàn)：A端口的正向電壓發(fā)生這么大的變化，穩(wěn)壓二極管A端的電壓電

6、壓變化只有V。該電路能夠?qū)?yán)重波動(dòng)的直流電壓產(chǎn)生顯著的穩(wěn)壓作用。b、分立元件穩(wěn)壓放大原理如圖所示：根據(jù)電路的原理，三極管的發(fā)射極因?yàn)榻由弦粋€(gè)穩(wěn)壓二極管，因此具有一個(gè)穩(wěn)定的工作電壓V。當(dāng)輸出電壓UL大于(R1+R2)/R2+0.6V的時(shí)候，三極管基極與發(fā)射極之間的電壓就會(huì)大于0.6V，集電極電流就會(huì)應(yīng)積極電流的增加而增加。集電極電阻上的電壓就會(huì)增加，集電極剩下的電壓就會(huì)下降，復(fù)合管跟隨器的輸出電壓也會(huì)隨之下降。當(dāng)輸出端電壓UL下降到=(R1+R2)/R2+0.6V的時(shí)候就不再下降。當(dāng)輸出電壓UL小于(R1+R2)/R2+0.6V的時(shí)候，三極管基極與發(fā)射極之間的電壓就會(huì)小于0.6V，集電極電流就會(huì)

7、因基極電流的減小而減小到。集電極電阻上的電壓就會(huì)減小，集電極剩下的電壓就會(huì)上升，復(fù)合管跟隨器輸出電壓也會(huì)隨之上升。當(dāng)輸出端電壓UL上升到=(R1+R2)/R2+0.6V的時(shí)候就不再上升。由此可見(jiàn)，穩(wěn)壓電路會(huì)將輸出端電壓自動(dòng)穩(wěn)定在UL=(R1+R2)/R2+0.6V的狀態(tài)。由此可見(jiàn)，調(diào)整電阻R1和R2的比值，就可以調(diào)整輸出電壓。c、運(yùn)算放大器穩(wěn)壓電源的電路結(jié)構(gòu)如圖所示:根據(jù)電路的原理運(yùn)算放大器的同相輸入端因?yàn)榻釉诜€(wěn)壓管的A點(diǎn)上而具有一個(gè)穩(wěn)定的電壓。當(dāng)輸出端電壓UL大于Uw(R1+R2)/R2時(shí)候，運(yùn)算放大器的反相輸入端電壓會(huì)大于同相輸入端電壓，運(yùn)算放大器的輸出端電壓會(huì)因此而下降。復(fù)合管跟隨器輸出

8、端的電壓也會(huì)隨之下降。當(dāng)輸出端電壓下降到等于UL大于Uw(R1+R2)/R2的時(shí)候，運(yùn)算放大器的反相輸入端電壓等于同相輸入端電壓，運(yùn)算放大器的輸出端和復(fù)合管跟隨器的輸出端電壓不再下降。當(dāng)輸出端電壓UL小于Uw(R1+R2)/R2的時(shí)候，運(yùn)算放大器的反相輸入端電壓會(huì)小于同相輸入端電壓，運(yùn)算放大器的輸出端電壓會(huì)因此而上升。復(fù)合管跟隨器輸出端的電壓也會(huì)隨之上升。當(dāng)輸出端電壓上升到等于的時(shí)候，運(yùn)算放大器的反相輸入端電壓等于同相輸入端電壓，運(yùn)算放大器的輸出端和復(fù)合管跟隨器的輸出端電壓不再上升。由此可見(jiàn)，穩(wěn)壓電路會(huì)自動(dòng)將輸出端電壓調(diào)整到Uw(R1+R2)/R2的狀態(tài)。由于運(yùn)算放大器的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)無(wú)窮大，所以，由運(yùn)算放大器組成的穩(wěn)壓電源具有波紋最小的穩(wěn)定電壓。 由此可見(jiàn)，調(diào)整電阻R1和R2的比值，就可以調(diào)整輸出電壓。第四節(jié)：穩(wěn)壓電源的系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1、濾波電容作用的定量分析 2、復(fù)合管特性的定量分析 3、輸出電壓串聯(lián)取樣回路參數(shù)的定量分析設(shè)計(jì)穩(wěn)壓電源需要考慮的問(wèn)題1、最大輸出電壓1、設(shè)計(jì)穩(wěn)壓電源的第一步應(yīng)當(dāng)是設(shè)定最大輸出電壓Um。 2、設(shè)計(jì)穩(wěn)壓電源的第二步應(yīng)當(dāng)是設(shè)定最大輸出電流Im。 3、最大輸出電壓、最大輸出電流、電網(wǎng)電壓最大波動(dòng)范圍Us、功率輸出復(fù)合管材在最大輸出電流下的飽和電壓Uco、濾波電