模擬電子技術(shù)第二版第7章VIP

,實(shí)訓(xùn)7整流、濾波和穩(wěn)壓電路練習(xí)7.1整流濾波電路7.2硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路7.3串聯(lián)型三極管穩(wěn)壓電路7.4開關(guān)式穩(wěn)壓電路7.5集成穩(wěn)壓器,第7章直流穩(wěn)壓電源,返回主目錄,實(shí)訓(xùn)7整流、濾波和穩(wěn)壓電路練習(xí)(一)實(shí)訓(xùn)目的(1）掌握單相半波整流電路工作原理。(2）熟悉常用整流和濾波電路的特點(diǎn)。(3）了解穩(wěn)壓的工作原理。(二)預(yù)習(xí)要求(1）預(yù)習(xí)整流、濾波和穩(wěn)壓電路工作原理。,(三)實(shí)訓(xùn)電路及原理(1）半波整流、濾波電路。電路如實(shí)圖7.1所示，整流器件是二極管，利用二極管單向?qū)щ娞匦?，即可把交流電變成直流電，?jīng)過半波整流在沒有濾波情況下得到UO=0.45U2。(2）橋式整流、濾波電路。電路如實(shí)圖7.2所示，圖中二極管接成橋式電路。在電容濾波電路中：未閉合開關(guān)S，無濾波情況下，UO=0.9U2；閉合開關(guān)S，有濾波情況下，UO=1.2U2。(3）橋式整流、濾波與穩(wěn)壓電路。電路如實(shí)圖7.3所示，在橋式整流、濾波的基礎(chǔ)上加7809穩(wěn)壓塊。,圖7.1半波整流、濾波電路原理圖,(四)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容1.單相半波整流和濾波電路（1）按實(shí)圖7.1接線，經(jīng)檢查無誤后接通220V交流電，開關(guān)S打開時(shí)，測輸入、輸出電壓并觀察波形。記錄測量結(jié)果。（2）閉合開關(guān)S，測量輸出電壓，并觀察輸出波形。并比較S打開和閉合的輸出電壓數(shù)值和波形。（3）改變?yōu)V波電容（增大或減?。?，重復(fù)上述實(shí)訓(xùn)內(nèi)容。2.橋式整流和濾波電路按實(shí)圖7.2電路接線，測試內(nèi)容與半波整流和濾波電路中的內(nèi)容相同，記錄測試數(shù)據(jù)，并和半波整流、濾波電路的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。,3.整流、濾波和穩(wěn)壓電路按實(shí)圖7.3電路接線，檢查后接通電源，主要測量穩(wěn)壓后的輸出電壓，并觀察波形，記錄數(shù)據(jù)，并和沒有穩(wěn)壓時(shí)進(jìn)行比較。,(五)實(shí)訓(xùn)報(bào)告(1)整理實(shí)訓(xùn)數(shù)據(jù)，畫出三種電路的輸出波形。(2)根據(jù)實(shí)訓(xùn)測試結(jié)果，總結(jié)三種電路特點(diǎn)。(六)思考題(）如何選用整流二極管，二極管的參數(shù)應(yīng)如何計(jì)算？(）選用濾波電容時(shí)，應(yīng)注意哪幾個(gè)方面？,(）當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，負(fù)載兩端的電壓是否變化？流過負(fù)載上的電流是否變化？(）在單相橋式整流電路中，整流二極管的極性接反或虛焊，電路中將會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？,7.1整流濾波電路,7.1.1單相半波整流電路1.工作原理單相半波整流如圖.1.1所示。其中u1、u2分別表示變壓器的原邊和副邊交流電壓，為負(fù)載電阻。,設(shè)u2=U2sintV，其中為變壓器副邊電壓有效值在時(shí)間內(nèi)，即在u2的正半周內(nèi)，變壓器副邊電壓是上端為正、下端為負(fù)，二極管VD承受正向電壓而導(dǎo)通，此時(shí)有電流流過負(fù)載，并且和二極管上電流相等，即iOIV。忽略二極管上壓降，負(fù)載上輸出電壓uO=u2，輸出波形與u2相同。在時(shí)間內(nèi)，即在u2負(fù)半周內(nèi)，變壓器次級繞組的上端為負(fù)，下端為正，二極管V承受反向電壓，此時(shí)二極管截止，負(fù)載上無電流流過，輸出電壓uO=0，此時(shí)u2電壓全部加在二極管V上。其電路波形如圖7.1.2所示。,2.單相半波整流電路的指標(biāo)單相半波整流不斷重復(fù)上述過程，則整流輸出電壓有uO=U2sintV0t0t2從上式得知，此電路只有半個(gè)周期有波形，另外半個(gè)周期無波形，因此稱其為半波整流電路。取uO的平均值流經(jīng)二極管的電流等于負(fù)載電流,單相半波整流電路簡單，使用元件少；不足方面是變壓器利用率和整流效率低，輸出電壓脈動(dòng)大，所以單相半波整流僅用在小電流且對電源要求不高的場合。,7.1.2單相橋式整流電路1.工作原理單相橋式整流電路由變壓器，四個(gè)整流二極管和負(fù)載組成它屬全波整流電路。當(dāng)u2是正半周時(shí)，二極管V和V3導(dǎo)通，而二極管V2和V4截止，負(fù)載上的電流是自上而下流過負(fù)載，負(fù)載上得到了與u2正半周相同的電壓；,在u2的負(fù)半周，u2的實(shí)際極性是下正上負(fù)，二極管V2和V4導(dǎo)通而V和V3截止，負(fù)載上的電流仍是自上而下流過負(fù)載，負(fù)載上得到了與u2正半周相同的電壓，其電路工作波形如圖7.1.4所示，從波形圖上可以看出，單相橋式整流比單相半波整流電路波形增加了1倍。2.單相橋式整流電路的指標(biāo))輸出電壓的平均值O.9U2(7.1.4)IO=0.9,7.1.4單相橋式整流電路波形圖,）整流二極管平均整流電流VDIVD=這個(gè)數(shù)值與單相半波整流相同，雖然是全波整流，但二極管仍是半個(gè)周期導(dǎo)通，半個(gè)周期截止。）整流二極管承受的最大反向電壓整流管承受的最大反向電壓為URM=綜上所述，單相橋式整流電路只是整流二極管的個(gè)數(shù)比單相半波整流增加了，結(jié)果使負(fù)載上的電壓與電流都比單相半波整流提高1倍，其它參數(shù)沒有變化。因此，橋式整流電路得到廣泛應(yīng)用。,例7.1有一單相橋式整流電路要求輸出電壓O，L=80，交流電壓為380V，（1）如何選用二極管?;（2）求整流變壓器變比和(視在)功率容量。由此可選2CZ12C二極管，其最大整流電流1A，最高反向電壓為300V。,（2）求整流變壓器變比和(視在)功率容量?？紤]到變壓器副邊繞組及管子上的壓降，變壓器副邊電壓大約要高出10%，即U2=1221.1=134V,則變壓器變比,再求變壓器容量。變壓器副邊電流I=IO1.1=1.55A乘1.1倍主要考慮變壓器損耗。故整流變壓器(視在)功率容量為S=U2I=1341.55=208VA,7.1.3倍壓整流電路圖7.1.5為倍壓整流電路，利用倍壓整流電路可以得到比輸入交流電壓高很多倍的輸出直流電壓。設(shè)電源變壓器二次側(cè)電壓，電容初始電壓為零。當(dāng)u2為正半周時(shí)，二極管V正向偏置導(dǎo)通，u2通過V向電容器C1充電，在理想情況下，充電至u1U2，極性為右正左負(fù)。當(dāng)u2為負(fù)半周時(shí)，V反偏截止，V2正偏導(dǎo)通，電容C2充電，最高可充到uC2U2，極性為右正左負(fù)。,當(dāng)u2再次為正半周時(shí)，V、V2反偏截止，V3正偏導(dǎo)通，電容C3充電，最高可充到uC3，極性右正左負(fù)。依次類推，若在上述倍壓整流電路中多增加幾級，就可以得到近似幾倍壓的直流電壓。此時(shí)只要將負(fù)載接至有關(guān)電容組的兩端，就可以得到相應(yīng)的多倍壓的輸出直流電壓。在倍壓整流電路中，每個(gè)二極管承受的最高反向電壓為；電容C1的耐壓應(yīng)大于，其余電容的耐壓應(yīng)大于。,7.1.4濾波電路1.電容濾波電路最簡單的電容濾波是在負(fù)載RL兩端并聯(lián)一只較大容量的電容器，如圖7.1.6（a）所示。當(dāng)負(fù)載開路（RL=）時(shí)，設(shè)電容無能量儲(chǔ)存，輸出電壓從0開始增大，電容器開始充電。一般充電速度很快，uO=uC可達(dá)到u2的最大值。,uO=uC=（7.1.8）此后，由于u2下降，二極管處于反向偏置而截止，電容無放電回路，所以uO保持在的數(shù)值上，其波形如圖7.1.6(b)所示。當(dāng)接入負(fù)載后，前半部分和負(fù)載開路時(shí)相同，當(dāng)u2從最大值下降時(shí)，電容通過負(fù)載RL放電，放電的時(shí)間常數(shù)為=RLC（7.1.9）在RL較大時(shí)，的值比充電時(shí)的時(shí)間常數(shù)大。uO按指數(shù)規(guī)律下降，如圖7.1.6（c）所示的AB段。當(dāng)u2的值再增大后，電容再繼續(xù)充電，同時(shí)也向負(fù)載提供電流。電容上的電壓仍會(huì)很快地上升。,這樣不斷地進(jìn)行，在負(fù)載上得到比無濾波整流電路平滑的直流電。在實(shí)際應(yīng)用中，為了保證輸出電壓的平滑，使脈動(dòng)成分減小，電容器C的容量選擇應(yīng)滿足RLC（35），其中T為交流電的周期。在單相橋式整流，電容濾波時(shí)的直流電壓一般為UO1.2U2（7.1.10）電容濾波簡單，缺點(diǎn)是負(fù)載電流不能過大，否則會(huì)影響濾波效果，所以電容濾波適用于負(fù)載變動(dòng)不大、電流較小的場合。另外，由于輸出直流電壓較高，整流二極管截止時(shí)間長，導(dǎo)通角小，故整流二極管沖擊電流較大，所以在選擇管子時(shí)要注意選整流電流IF較大的二極管。,例7.2一單相橋式整流電容濾波電路的輸出電壓UO=30V，負(fù)載電流為250mA，試選擇整流二極管的型號和濾波電容C的大小，并計(jì)算變壓器次級的電流、電壓值。解（1）選擇整流二極管,二極管承受最大反向電壓URM=,又U0=1.2U2,查手冊選2CP21A，參數(shù)IFM=3000mA，URM=50V。（2）選濾波電容。根據(jù),（3）求變壓器次級電壓和電流。變壓器次級電流在充放電過程中已不是正弦電流，一般取I2=（1.13）IL，所以取I2=1.5IL=1.5250=375mA。2.電感濾波電路利用電感的電抗性，同樣可以達(dá)到濾波的目的。在整流電路和負(fù)載RL之間，串聯(lián)一個(gè)電感L就構(gòu)成了一個(gè)簡單的電感濾波電路，如圖7.1.7所示。根據(jù)電感的特點(diǎn)，在整流后電壓的變化引起負(fù)載的電流改變時(shí)，電感L上將感應(yīng)出一個(gè)與整流輸出電壓變化相反的反電動(dòng)勢，兩者的疊加使得負(fù)載上的電壓比較平緩，輸出電流基本保持不變。,電感濾波電路中，RL愈小，則負(fù)載電流愈大，電感濾波效果越好。在電感濾波電路中，一般UO=0.9U2二極管承受的反向峰值電壓仍為。3.LC濾波電路采用單一的電容或電感濾波時(shí)，電路雖然簡單，但濾波效果欠佳，大多數(shù)場合要求濾波更圖7.1.8LC濾波電路好，則把前兩種濾波結(jié)合起來，即LC濾波電路。LC濾波電路最簡單形式如圖7.1.8所示。,與電容濾波電路比較，LC濾波電路的優(yōu)點(diǎn)是：外特性比較好，輸出電壓對負(fù)載影響小，電感元件限制了電流的脈動(dòng)峰值，減小了對整流二極管的沖擊。它主要適用于電流較大，要求電壓脈動(dòng)較小的場合。LC濾波電路的直流輸出電壓和電感濾波電路一樣，UO=0.9U2。4.型濾波器為了進(jìn)一步減小輸出的脈動(dòng)成分，可在LC濾波電路的輸入端再加一只濾波電容就組成了LC-型濾波電路，如圖7.1.9（a）所示，這種-型濾波電路的輸出電流波形更加平滑，適當(dāng)選擇電路參數(shù)，同樣可以達(dá)到UO=1.2U2當(dāng)負(fù)載電阻RL值較大，負(fù)載電流較小時(shí)，可用電阻代替電感，組成RC型濾波電路，如圖7.1.9（b）所示。,7.2硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路整流、濾波后得到的直流輸出電壓往往會(huì)隨時(shí)間而有些變化，造成這種直流輸出電壓不穩(wěn)定的原因有二：其一是當(dāng)負(fù)載改變時(shí)，負(fù)載電流將隨著改變，原因是整流變壓器和整流二極管、濾波電容都有一定的等效電阻，因此當(dāng)負(fù)載電流變化，即使交流電網(wǎng)電壓不變，直流輸出電壓也會(huì)改變；其二是電網(wǎng)電壓常有變化，在正常情況下變化10%是常見的，當(dāng)電網(wǎng)電壓變化時(shí)，即使負(fù)載未變，直流輸出電壓也會(huì)改變。因此在整流濾波電路后面再加一級穩(wěn)壓電路，以獲得穩(wěn)定的直流輸出電壓。,7.2.1硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的工作原理硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路如圖7.2.1所示。圖中穩(wěn)壓管VDZ與負(fù)載電阻RL并聯(lián)，在并聯(lián)后與整流濾波電路連接時(shí)，要串聯(lián)一個(gè)限流電阻R。由于VDZ與RL并聯(lián)，所以也稱并聯(lián)穩(wěn)壓電路。以下討論穩(wěn)壓電路工作原理。(1)如果輸入電壓Ui不變而負(fù)載電阻RL減小，這時(shí)負(fù)載上電流IL要增加，電阻R上的電流IR=IL+IVDZ也有增大的趨勢，則UR=IRR也趨于增大，這將引起輸出電壓UO=UVDZ的下降。穩(wěn)壓管的反向伏安特性已經(jīng)表明，如果UVDZ略有減小，穩(wěn)壓管電流IVDZ將顯著減小，IVDZ的減少量將補(bǔ)償IL所需要的增加量，使得IR基本不變，這樣輸出電壓UO=UiIRR也就基本穩(wěn)定下來。,當(dāng)然，負(fù)載電阻RL增大時(shí)，IL減小，IVDZ增加，保證了IR基本不變，同樣穩(wěn)定了輸出電壓UO。(2）如果負(fù)載電阻RL保持不變，而電網(wǎng)電壓的波動(dòng)引起輸入電壓Ui升高時(shí)，電路的傳輸作用使輸出電壓也就是穩(wěn)壓管兩端電壓也趨于上升。由穩(wěn)壓管反向特性知，IVDZ將顯著增加，于是電流IR=IVDZ+IL加大，所以電壓UR升高，即輸入電壓的增加量基本降落在電阻R上，從而使輸出電壓UO基本上沒有變化，達(dá)到了穩(wěn)定輸出電壓的目的，同理，電壓Ui降低時(shí)，也通過類似過程來穩(wěn)定UO。,7.2.2硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路參數(shù)的選擇1.硅穩(wěn)壓管的選擇可根據(jù)下列條件初選管子：UVDZ=UOIVDZmax(23)ILmax(7.2.1)當(dāng)Ui增加時(shí)，都會(huì)使硅穩(wěn)壓管的IVDZ增加，所以電流選擇應(yīng)適當(dāng)大一些。2.輸入電壓Ui的確定Ui高，R大，穩(wěn)定性能好，但損耗大。一般Ui=(23)UO(7.2.2),3.限流電阻R的選擇選擇R，主要確定阻值和功率。(1)R的阻值。在Ui最小和IL最大時(shí)，流過穩(wěn)壓管的電流最小，此時(shí)電流不能低于穩(wěn)壓管最小穩(wěn)定電流。ILmaxIVDZmin即在Ui最高和IL最小時(shí)，流過穩(wěn)壓管的電流最大，這時(shí)應(yīng)保證IVDZ不大于穩(wěn)壓管最大電流值。,（2）R的功率PR。PR=(23)PR適當(dāng)選擇大一些。例7.2.1選擇圖7.2.1穩(wěn)壓電路元件參數(shù)。要求：UO=10V，IL=010mA，Ui波動(dòng)范圍為10%。解（1）選擇穩(wěn)壓管。,UVDZ=UO=10VIVDZmax=2ILmax=21010-3=20mA選2CW7管。UVDZ=910.5V,IVDZmax=23mA,IVDZmin=5mAPRM=0.25W(2)確定UiUi=(23)UO=2.510=25V(3)選擇RUimax=1.1Ui=27.5VUimin=0.9Ui=22.5V,取R=820。電阻功率,取PR=1W。,7.3串聯(lián)型三極管穩(wěn)壓電路,7.3.1帶有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型三極管穩(wěn)壓電路1.串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作原理用三極管代替圖7.2.1中的限流電阻R，就得到圖7.3.1所示的串聯(lián)型三極管穩(wěn)壓電路。圖中三極管V代替了可變限流電阻R;在基極電路中，接有VDZ,與R組成參數(shù)穩(wěn)壓器。該電路的穩(wěn)壓過程如下：(1）當(dāng)負(fù)載不變，輸入整流電壓Ui增加時(shí)，輸出電壓UO有增高的趨勢，由于三極管V基極電位被穩(wěn)壓管VDZ固定，故UO的增加將使V發(fā)射結(jié)上正向偏壓降低，,基極電流減小，從而使V的集射極間的電阻增大，UCE增加，于是抵消了Ui的增加，使UO基本保持不變。上述過程如下圖所示：UiUOUBEIBICUCEUO(2）當(dāng)輸入電壓Ui不變，而負(fù)載電流變化時(shí)，其穩(wěn)壓過程如下：IOUOUBEIBICUCEUO則輸出電壓UO基本保持不變。,2.帶放大電路的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路上述電路，雖然對輸出電壓有穩(wěn)壓作用，此電路控制靈敏度不高，穩(wěn)壓性能不理想。如果在原電路加一放大環(huán)節(jié)，如圖7.3.2所示，可使輸出電壓更加穩(wěn)定。它是由R1、RP和R2構(gòu)成的采樣環(huán)節(jié),RZ和穩(wěn)壓管VDZ構(gòu)成的基準(zhǔn)電壓，三極管V2和R4構(gòu)成的比較放大環(huán)節(jié)，以及三極管V1構(gòu)成的調(diào)整環(huán)節(jié)等四部分組成。因?yàn)槿龢O管V1與RL串聯(lián)，所以稱之為串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。,當(dāng)Ui或IO的變化引起UO變化時(shí)，采樣環(huán)節(jié)把輸出電壓的一部分送到比較放大環(huán)節(jié)V2的基極，與基準(zhǔn)電壓UVDZ相比較，其差值信號經(jīng)V2放大后，控制調(diào)整管V1的基極電位，從而調(diào)整V1的管壓降UCE1，補(bǔ)償輸出電壓UO的變化，使之保持穩(wěn)定，其調(diào)整過程如下：Ui(或IO)UOUfUBE2UC2UBE1IB1IC1UCE1UO當(dāng)輸出電壓下降時(shí)，調(diào)整過程與上述相反，過程中設(shè)輸出電壓的變化由Ui或IO的變化引起。,7.3.2穩(wěn)壓電源的主要技術(shù)指標(biāo)穩(wěn)壓電源有兩類技術(shù)指標(biāo)：特性指標(biāo)和質(zhì)量指標(biāo)。特性指標(biāo)規(guī)定了該穩(wěn)壓電源的適用范圍，包括允許的輸出電流和輸出電壓。質(zhì)量指標(biāo)用來衡量該穩(wěn)壓電源的性能優(yōu)劣，其包括穩(wěn)壓系數(shù)、輸出電阻、溫度系數(shù)及波紋電壓等。1.穩(wěn)壓系數(shù)穩(wěn)壓系數(shù)是當(dāng)負(fù)載電流IO和環(huán)境溫度保持不變時(shí)，用輸出電壓與輸入電壓的相對變化量之比來表征穩(wěn)壓性能，其定義可寫為=其中Ui為整流濾波電路的輸出電壓，即直流穩(wěn)壓電源輸入直流電壓。越小,輸出電壓穩(wěn)定性越好。穩(wěn)壓系數(shù)與電路形式有關(guān)。,2.輸出電阻輸出電阻rO是指當(dāng)輸入電壓Ui及環(huán)境溫度不變時(shí)，由于負(fù)載電流IO的變化引起的UO變化，即rO越小，輸出電壓的穩(wěn)定性能越好，其值與電路形式和參數(shù)有關(guān)。3.溫度系數(shù)輸出電壓溫度系數(shù)St是指在Ui和IO都不變的情況下，環(huán)境溫度t變化所引起的輸出電壓變化，即,4.動(dòng)態(tài)電阻動(dòng)態(tài)電阻rn在高頻脈沖負(fù)載電流工作時(shí)，其值隨頻率增高而增大，因此用它來表示電源在高頻脈沖負(fù)載電流作用下，所引起的電壓瞬態(tài)變化程度。rn=式中，USC表示瞬態(tài)電壓變化，IfZ表示高頻脈沖負(fù)載電流。5.電源效率輸出總功率與輸入總功率之比稱為電源效率，用表示,7.3.3提高穩(wěn)壓性能的措施和保護(hù)電路1.提高穩(wěn)壓性能為了提高穩(wěn)壓電源的穩(wěn)壓性能，穩(wěn)壓電源的比較放大器可采用其它相應(yīng)的電路，如圖7.3.3所示電路,即具有恒流源負(fù)載的穩(wěn)壓電路。圖中穩(wěn)壓管VDZ2和R5確定V3管的靜態(tài)工作點(diǎn)的偏置電路，因?yàn)閂3的基極電位穩(wěn)定在VDE2上，加上R4的負(fù)反饋?zhàn)饔?，V3的集電極電流IC3恒定不變。另外，V3又是比較放大器V2的負(fù)載，所以稱恒流源負(fù)載，由于調(diào)整管V1和比較放大管V2都是NPN管，為了使恒流源電流方向與V2的負(fù)載電流方向一致，,所以V3必須采用PNP管，因?yàn)楹懔髟淳哂泻芨叩妮敵鲭娮瑁沟帽容^放大器具有很高的電壓放大倍數(shù)，從而可以提高電源的穩(wěn)壓性能。其次，由于IC3恒定不變，輸入電壓Ui的變化不能直接加到調(diào)整管基極，從而大大消弱了Ui的變化對輸出的影響，有利于輸出電壓穩(wěn)定。其它穩(wěn)定措施還有很多，這里就不一一介紹。2.保護(hù)電路對于串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路，由于負(fù)載和調(diào)整管是串聯(lián)的，所以隨著負(fù)載電流的增加，調(diào)整管的電流也要增加，從而使管子的功耗增加；如果在使用中不慎，使輸出短路，則不但電流增加，且管壓降也增加，很可能引起調(diào)整管損壞。,調(diào)整管的損壞可以在非常短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生，用一般保險(xiǎn)絲不能起保護(hù)作用。因此，通常用速度高的過載保護(hù)電路來代替保險(xiǎn)絲。過載保護(hù)電路的形式很多，這里只舉兩個(gè)例子加以介紹。圖7.3.4（a）中晶體管V3和電阻R5、R6組成過載保護(hù)電路。當(dāng)穩(wěn)壓電路正常工作時(shí)，V3發(fā)射極電位比基極電位高，發(fā)射結(jié)受反向電壓作用，使V3處于截止?fàn)顟B(tài)，對穩(wěn)壓電路的工作無影響;當(dāng)負(fù)載短路時(shí)，V3因發(fā)射極電位降低而導(dǎo)通，相當(dāng)于使V1的基、射間被V3短路，從而只有少量電流流過調(diào)整管，達(dá)到了保護(hù)調(diào)整管的目的，而且可以避免整流元件因過電流而損壞。,圖7.3.4(b)是另一種過載保護(hù)電路，由晶體管V3、二極管VD和電阻Rs、Rm所組成。在二極管VD中流過電流，二極管VD的正向電壓UF基本恒定。正常負(fù)載時(shí)，負(fù)載電流流過Rm產(chǎn)生的壓降較小，V3的發(fā)射結(jié)處于反偏而截止，對穩(wěn)壓電路無影響；當(dāng)IL增大到某一值時(shí)，Rm上的壓降增大，V3發(fā)射結(jié)轉(zhuǎn)變?yōu)檎?，V3導(dǎo)通，Rc上的壓降增大，UCE3減小，即調(diào)整管的基極電位降低，調(diào)整管的UCE1增加，輸出電壓UO下降，IL被限制。從圖可以寫出V3導(dǎo)通時(shí)的發(fā)射結(jié)電壓方程為UBE3=ILRm-UF,7.4開關(guān)式穩(wěn)壓電路,7.4.1開關(guān)式穩(wěn)壓電路工作原理1.開關(guān)式穩(wěn)壓電路工作原理開關(guān)式串聯(lián)穩(wěn)壓電路就是把串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的調(diào)整管由線性工作狀態(tài)改為開關(guān)工作狀態(tài)，其工作原理可由圖7.4.1（a）所示電路來說明。圖中S是一個(gè)周期性導(dǎo)通和截止的調(diào)整開關(guān)，則在輸出端可得到一個(gè)矩形脈沖電壓，如圖7.4.1(b)所示。用開關(guān)穩(wěn)壓電路制做的電源稱為開關(guān)穩(wěn)壓電源。調(diào)整開關(guān)以一定的頻率導(dǎo)通和關(guān)斷，則在負(fù)載上得到如圖7.4.1(b)所示的脈沖電壓，其輸出電壓平均值為UO=,式中，T為開關(guān)工作周期，t1為開關(guān)接通的持續(xù)時(shí)間，q為開關(guān)工作的占空比。從式（7.4.1）可知，要想改變輸出電壓，可利用改變脈沖的占空比來實(shí)現(xiàn)。具體實(shí)現(xiàn)還有兩種方式。一種是固定開關(guān)的頻率，改變脈沖的寬度t1，使輸出電壓變化，稱為脈寬調(diào)制型開關(guān)電源，用PWM表示；另一種是固定脈沖寬度而改變周期，使輸出電壓變化，稱為脈沖頻率調(diào)制型開關(guān)電源，用PFM表示。本節(jié)只介紹PWM型開關(guān)穩(wěn)壓電源。開關(guān)電路也是用電路本身形成的反饋回路來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)的。當(dāng)輸入電壓Ui升高而引起輸出電壓升高時(shí)，我們可以將開關(guān)接通時(shí)間減小，使輸出電壓恢復(fù)到額定值。,反之，當(dāng)輸入電壓Ui降低時(shí)，我們將開關(guān)接通的時(shí)間增加。調(diào)整開關(guān)通常采用三極管、可控硅和磁開關(guān)等。2.開關(guān)式穩(wěn)壓電路實(shí)例脈寬調(diào)制型開關(guān)電源電路如圖7.4.2所示。該電路也是用閉合的反饋環(huán)路來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)的。除了有檢測比較放大部分外，還必須把差動(dòng)放大器的輸出電壓量，轉(zhuǎn)換成脈沖寬度的脈寬調(diào)節(jié)器和一個(gè)產(chǎn)生固定頻率的振蕩源，以作為時(shí)間振蕩器裝置。由于輸入電源向負(fù)載提供能量不像串聯(lián)線性穩(wěn)壓電源那樣連續(xù)，而是斷續(xù)的，為使負(fù)載能得到連續(xù)的能量供給，開關(guān)型穩(wěn)壓電源必須要有一套儲(chǔ)能裝置，在開關(guān)接通時(shí)能將能量儲(chǔ)存起來，在開關(guān)斷開時(shí)向負(fù)載釋放能量。,這需要用由電感L、電容C組成的濾波器。二極管VD用以使負(fù)載電流繼續(xù)流通，所以稱為續(xù)流二極管。脈寬調(diào)制器產(chǎn)生一串矩形脈沖，當(dāng)脈沖是低電平時(shí)，V2截止，則V1基極得到全部的IS值而飽和導(dǎo)通，這時(shí)續(xù)流二極管VD因反偏而截止，使A點(diǎn)電壓UA達(dá)到輸入電壓Ui值，于是對電感L和電容C進(jìn)行充電，同時(shí)給負(fù)載提供能量輸出，電感L在V1接通的時(shí)間tON內(nèi)儲(chǔ)存能量，電感中的電流iL在tON時(shí)間內(nèi)是線性增加的。當(dāng)脈沖列使V2飽和導(dǎo)通時(shí)，開關(guān)管V1截止，電感中流過電流通過二極管VD續(xù)流，電感電壓極性倒轉(zhuǎn)；電感中儲(chǔ)存的能量釋放時(shí)，電感中電流iL線性減小。適當(dāng)選擇L和C值，在V1關(guān)斷時(shí)間tOFF內(nèi)保證負(fù)載電流的連續(xù)性。,7.4.2微機(jī)直流穩(wěn)壓電源微機(jī)直流穩(wěn)壓電源種類很多，都屬開關(guān)式穩(wěn)壓電源。從功率變換電路的結(jié)構(gòu)上來分，微機(jī)直流穩(wěn)壓電源可分為兩大類，一類是單管自激式脈寬可調(diào)穩(wěn)壓電源，另一類是雙管半橋式脈寬可調(diào)穩(wěn)壓電源。它們的工作原理有些差別，但它們的電感輸出端完全一樣。圖7.4.3是微機(jī)直流穩(wěn)壓電源原理圖。圖中L1L4，C1C4組成電網(wǎng)濾波器，用于隔離電網(wǎng)與穩(wěn)壓器之間的相互干擾；C5C6、RXRY及橋堆組成高壓整流濾波器；R為限流電阻，減少啟動(dòng)時(shí)的沖擊電流；續(xù)流二極管保護(hù)V1、V2不被擊穿；,高頻變壓器T的四組次級繞組，經(jīng)全波整流及LC濾波，使高頻矩形脈沖變?yōu)榈蛪褐绷?，分別為+12V、+5V、-12V和-5V。其穩(wěn)壓過程是：當(dāng)各種原因造成輸出電壓下降時(shí)，則電壓比較放大器的輸出U2升高，U2升高導(dǎo)致電壓比較器的輸出方波脈沖變寬，使V1、V2導(dǎo)通時(shí)間變長，輸出電壓則升高，從而補(bǔ)償了輸出電壓的降低，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)壓。反之亦然。上述微機(jī)穩(wěn)壓電源的特點(diǎn)是：電路簡單，邏輯關(guān)系清楚易懂，調(diào)整方便，抗干擾能力強(qiáng)，便于維修和故障診斷，比較適用。,使用微機(jī)穩(wěn)壓電源應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：(1)微機(jī)穩(wěn)壓電源都有四路輸出電壓，即+12V、-12V、+5V、-5V。其中+5V是主輸出電源，一般+5V不可空載。(2)雙管半橋式變換電路采用它激振蕩電路，具有良好的保護(hù)性能，當(dāng)各擋空載時(shí)會(huì)自動(dòng)保持截流狀態(tài)，因此空載時(shí)無法測量電壓。(3)微機(jī)穩(wěn)壓電源過壓、過流保護(hù)一般都是截止方式，一旦保護(hù)動(dòng)作，必須重新啟動(dòng)才能恢復(fù)輸出。(4)機(jī)殼內(nèi)裝有一個(gè)電扇，用于管子散熱，風(fēng)扇有兩種供電方式，可以是直流供電，也可以是交流供電，應(yīng)用中不能從電扇的故障判斷電源故障。,7.5集成穩(wěn)壓器,7.5.1單片式多端集成穩(wěn)壓器集成電路穩(wěn)壓器基本上是將比較放大器、參考電壓、調(diào)整管和保護(hù)電器集成在同一基片上的組合。圖7.5.1是723單片穩(wěn)壓器的部分電路和功能塊。Ui至少要比輸出電壓大3V，負(fù)載電流限定不超過150mA；在輸入電壓在9.540V之間時(shí)，可調(diào)輸出在237V；當(dāng)Ui從12V增到40V時(shí)，電壓調(diào)整率的典型值為0.02%。這種單片穩(wěn)壓器有三種外殼形式：雙列直插式、扁平式和圓型式。根據(jù)外殼型式，可有10個(gè)或11個(gè)引出端供外部連線用，10個(gè)引出端比11個(gè)引出端省去了U2和6.2V齊納管。,V1為調(diào)整管，它的集電極和發(fā)射極連在標(biāo)記UC和UO的兩只引出端供外部連接用。UO端可用來驅(qū)動(dòng)外接功率管的基極，于是外接功率管就變成調(diào)整管，負(fù)載電流因而可提高到幾安培。圖7.5.2是723單片穩(wěn)壓器構(gòu)成的帶有100mA限流的12V穩(wěn)壓電源。參考電壓從外部接到同相輸入端，兩引出端之間接平衡電阻R3，R3=R1R2；有時(shí)R3也可以省略。6.5電阻是限流電阻；電容是用來減小紋波和消振的；R1、R2電阻的改變可直接影響輸出電壓。當(dāng)R1=0，R2=時(shí)，輸出7V，如果想再低于7V，則可調(diào)UR值。此電路在5V至40V之間的任何正輸入電壓均可使用。,7.5.2單片式三端集成穩(wěn)壓器單片式三端穩(wěn)壓器有輸入端、輸出端和公共端（接地）三個(gè)接線端子，所需外接元件少，使用方便，工作可靠，所以應(yīng)用較多。按輸出電壓是否可調(diào)，三端集成穩(wěn)壓器可分為固定式和可調(diào)式兩種。1.固定輸出的三端穩(wěn)壓器1）正電壓輸出穩(wěn)壓器常用的三端固定正電壓穩(wěn)壓器有7800系列，型號中的00兩位數(shù)表示輸出電壓的穩(wěn)定值，分別為5、6、9、12、15、18、24V。例如,7812的輸出電壓為12V，7805輸出電壓是5V。,按輸出電流大小不同，又分為:CW7800系列，最大輸出電流11.5A；CW78M00系列，最大輸出電流0.5A;CW78L00系列，最大輸出電流100mA左右。7800系列三端穩(wěn)壓器的外部引腳如圖7.5.3(a)所示，1腳為輸入端，2腳為輸出端，3腳為公共端2）負(fù)電壓輸出穩(wěn)壓器常用的三端固定負(fù)電壓穩(wěn)壓器有7900系列，型號中的00兩位數(shù)表示輸出電壓的穩(wěn)定值，和7800系列相對應(yīng)，分別為-5、-6、-9、-12、-15、-18、-24V。,按輸出電流不同，和7800系列一樣，也分為CW7900系列、CW79M00系列和CW79L00系列。管腳圖如圖7.5.3（b）所示，1腳為公共端，2腳為輸出端，3腳為輸入端。2.三端可調(diào)輸出穩(wěn)壓器前面介紹了78、79系列集成穩(wěn)壓電路，這些都是固定輸出的穩(wěn)壓電源。這些在實(shí)用中不太方便。實(shí)際應(yīng)用中還有可調(diào)的CW117、CW217、CW317、CW337和CW337L系列。圖7.5.4(a)所示為正可調(diào)輸出穩(wěn)壓器，圖7.5.4(b)為負(fù)可調(diào)輸出穩(wěn)壓器。三端可調(diào)集成穩(wěn)壓器的輸出電壓為1.25V37V，輸出電流可達(dá)1.5A。,使用這種穩(wěn)壓器非常方便，只要在輸出端接兩個(gè)電阻，就可得到所要求輸出電壓值，它的應(yīng)用電路如圖7.5.5所示，是可調(diào)輸出穩(wěn)壓源標(biāo)準(zhǔn)電路。在圖7.5.5標(biāo)準(zhǔn)電路中，因CW117/217/317的基準(zhǔn)電壓為1.25V，這個(gè)電壓在輸出端3和調(diào)整端1之間，輸出電壓只能從1.25V上調(diào)。輸出電壓表達(dá)式為UO=1.25(1+上式中的第二項(xiàng)，即5010-6表示從CW117/217/317調(diào)整端流出的經(jīng)過電阻R2的電流為50A。它的變化很小，所以在R2阻值很小時(shí)，可忽略第二項(xiàng)，即為,3.三端集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用1）基本應(yīng)用圖7.5.6是三端固定輸出集成穩(wěn)壓器的基本應(yīng)用電路。圖中輸入端電容Ci用以抵消輸入端較長接線的電感效應(yīng)，防止產(chǎn)生自激振蕩，接線不長時(shí)也可不用。輸出端CO用以改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)，減少高頻噪聲。2）正負(fù)電壓同時(shí)輸出的穩(wěn)壓電路圖7.5.7是正負(fù)同時(shí)輸出的穩(wěn)壓電路。當(dāng)需要正負(fù)兩組電源輸出時(shí)，可以采用7800系列正壓單片穩(wěn)壓器和7900系列負(fù)壓單片穩(wěn)壓器各一塊，按圖7.5.7接線，構(gòu)成正負(fù)兩組電源。,7.5.3新型低壓差集成穩(wěn)壓器低壓差集成穩(wěn)壓器是近年來問世的高效率線性穩(wěn)壓集成電路，可作為高效DC/DC變換器使用。串聯(lián)調(diào)整式三端集成穩(wěn)壓器普遍采用電壓控制型，為了保證穩(wěn)壓效果，輸入、輸出壓差一般取46V，這個(gè)較大的電壓差是造成這種穩(wěn)壓器效率低的主要原因。低壓差穩(wěn)壓器采用電流控制型，且選用低壓降的PNP型晶體管作