直流稳压电源电路
2022-05-17

稳压电源一般由变压器、整流器和稳压器三大部分组成,如图5一21所示。变压器把市电交流电压变为所需要的低压交流电。整流器把交流电变为直流电。经滤波后,稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。

一、稳压电源的技术指标及对稳压电源的要求

稳压电源的技术指标可以分为两大类:一类是特性指标,如输出电压、输出电滤及电压调节范围;另一类是质量指标,反映一个稳压电源的优劣,包括稳定度、等效内阻(输出电阻)、纹波电压及温度系数等。对稳压电源的性能,主要有以下四个万面的要求

1.稳定性好

当输入电压Usr (整流、滤波的输出电压)在规定范围内变动时,输出电压Usc 的变化应该很小一般要求 。

由于输入电压变化而引起输出电压变化的程度,称为稳定度指标,常用稳压系数S 来表示:S的大小,反映一个稳压电源克服输入电压变化的能力。在同样的输入电压变化条件下,S越小,输出电压的变化越小,电源的稳定度越高。通常S约为 。

 

 

 

 

 

 

2.输出电阻小

负载变化时(从空载到满载),输出电压Usc ,应基本保持不变。稳压电源这方面的性能可用输出电阻表征。

输出电阻(又叫等效内阻)用rn 表示,它等于输出电压变化量和负载电流变化量之比。

rn 反映负载变动时,输出电压维持恒定的能力,rn 越小,则Ifz变化时输出电压的变化也越小。性能优良的稳压电源,输出电阻可小到1欧,甚至0.01欧。

3.电压温度系数小

当环境温度变化时,会引起输出电压的漂移。良好的稳压电源,应在环境温度变化时,有效地抑制输出电压的漂移,保持输出电压稳定,输出电压的漂移用温度系数KT来表示.

4.输出电压纹波小

所谓纹波电压,是指输出电压中50赫或100赫的交流分量,通常用有效值或峰值表示。经过稳压作用,可以使整流滤波后的纹波电压大大降低,降低的倍数反比于稳压系数S 。

上节介绍的串联型稳压电路,用做一种简单的稳压电源,可以满足一般无线电爱好者的需要。但是,这种电源还有许多“天生的”缺陷,要提高对性能的要求,就必须再做一些改进。从以下四个右面对它的性能加以改善,便可做成一台有实用价值的稳压电源了。这就是:增加放大环节,提高稳定性,使输出电压可调;用复合管做调整管,使输出电流增大;增加保护电路,使电源工作安全可靠。

二、带有放大环节的稳压电源

输出电压的变化量△Usc 是很微弱的,它对调整管的控制作用也很弱,因此稳压效果不够好,带有放大环节的稳压电源,就是在电路中增加一个直流放大器,把微弱的输出电压变化量先加以放大,再去控制调整管,从而提高对调整管的控制作用,使稳压电源的稳定性能得到改善。图5-22 是带有放大环节的稳压电源电路。

图中,BG1 是调整管,BG2 是比较放大管。输出电田变化量△Usc 的一部分与基准电压Uw 比较,并经BG2 放大后进到了BG1 的基极。Rc 是BG2 的集电极电阻,又是BG1 的上偏置电阻。R1、R2是BG2 的上、下偏置电阻,组成分压电路,把ΔUsc 的一部分作为输出电压的取样,送给BG2 的基极,因此又叫

 

 

 

 

 

 

 

取样电路 R2 上的电压Ub2:叫取样电压。DW和R3组,成稳压电路,提供基准电压。

从电路路中可以看出,当输出电压Usc 下降的时候,通过R1 、R2组成的分压电路的作用,BG2 的基极电位Ub2也下降了。由于基准电压UW 使BG2 的发射极电位保持不变,Ubc2 :=Ub2,一UW随之减小。于是BG2 集电极电流Ic:减小,Uc2增高,即BG1 的基极电位Ub1增高,使Icl增加,管压降Uce1减小,从而导致输出电压Usc 保持基本稳定。BG2 的放大倍数越大,调整作用就越强,输出电压就越稳定。

如果输出电压Usc 增高时,同样道理,又会通过反馈作用使Usc 减小,保持输出电压基本不变。

下面谈谈各元件的选取原则。前面已经提到,Rc是放大级的负载电阻,又相当于调整管的偏置电阻。Rc大,放大倍数大,有利于提高稳压器指标,但Rc过大会使BG2 和调整管电流太小,限制了负载电流和调整范围。通常Rc根据下列公式选取:

Usrmin 为整流输出的最小电压。Ic2可取1~3毫安。稳压管DW的稳定电压Uw,选择范围比较宽,只要不使BG2 饱和(即Uw比Usc 低2伏以下)均可。Uw取得大,取样电压可大些,有利于提高稳压性能。限流电阻R3通过的电流I3,应该等于DW的稳定电流,那应满足下述关系:

输入电压Usr 应大于输出电压Usc 3~8伏。Usr 过小,调整管容易饱和而起不到调整作用;Usr 过大,则增加管子耗损,并浪费功率。整流纹波小的,Usr 可取低些;纹波大的,Usr 应取高些。调整管BG1 的β值要尽量大,为此可以使用复仓管。调整管的功耗也要足够大,应满足下式要求:

Usrmax 为电网电压最高时的整流输出电压。放大管BG2 也要选用β值大的管子,以增强对调整管的控制作用,使输出的更稳定。在Usc 较大的稳压电路中,还应注意BG2 所能承受的反向电压,应选取

的晶体管。分压电阻(R1+R2)要适当小些,以提高电路性能。通常取流过分压电阻的电流大于放大管基极电流的5-10倍。分压比决定于输出电压Usc 和参考电压Uw,由下式决定:

一般可先选定R1 或R2,再通过计算调整另外一只电阻器,分压比要选得大些,一般选0.5~0.8。

三、输出电压可调的稳压电源

从上面电路可以看到,输出电压与基准电压之间的关系,是由分压电路来“调配”的。在基准电压一定的情况下,改变分压比,就可以在一定范围里改变输出电压。在

 

 

 

 

 

 

 

 

R1与R2之间加接一个电位器W(见图5- 23),便可以实现输出电压在一定范围内连续可调。

四、用复合管做调整管的稳压电源 在稳压电源中,负载电流Ifz要流过调整管,输出大电流的电源必须使用大功率的调整管,这就要求有足够大的电流供给调整管的基极,而比较放大电路供不出所需要的大电流,另一方面,调整管需要有较高的电流放大倍数,才能有效地提高稳压性能,但是大功率管一般电流放大倍数都不高。解决这些矛盾的办法,是给原有的调整管再配上一个或几个“助手”,组成复合管。用复合管做调整管的稳压电源电路如图5一24所示。

用复合管做调整管时,BG2 的反向电流Iceo2将被放大,尤其是采用大功率锗管时,反向截止电流Icbo比较大,并随温度增高按指数增加,很容易造成高温空载时稳压电源的失控,使输出电压Usc 增大。误差信号ΔUsc 经放大加到BG2 的级基极来减少Ic人,可能迫使BG2 截止。为了使调整管在不同温度下都工作在放大区,常在BG1 的基极加电阻(R7)接到电源的正极(如图5一24)或负极。在温度或负载变化不大或全用硅管时,可不加这个电阻。

R7的数值,可近似由下式决定:

 

 

 

 

 

 

 

 

五、带有保护电路的稳压电源。

在稳压电路中,要采取短路保护措施,才能保证安全可靠地工作。普通保险丝熔断较慢,用加保险丝的办法达不到保护作用,而必须加装保护电路。

保护电路的作用是保护碉整管在电路短路、电流增大时不被烧毁。其基本方法是,当输出电流超过某一致值时,使调整管处于反向偏置状态,从而截止,自动切断电路电流。 保护电路的形式很多。图2-25是二极管保护电路,由二极管D和检图2-25二极管保护电路测电阻R0组成。正常工作时,虽然二极管两端的电压上低下场,但二极管仍处于反向截止状态。负载电流增大到一定数值时,电阻RO上的压陷ROIe加大,使二极管导通。由于UD=Ube1+ROIe,而二极管的导通电压UD是一定的,则Ube1被迫减小,从而使Ie限制到一定值,达到保护调整管的目的。在使用时,二极管要选用UD值大的。

 

 

 

 

 

 

 

图2-26是三极管保护电路。由三极管BG2和分压电阻R4、R5组成。电路正常工作时,通过R4与R5的压作用,使得BG2的基极电位比发射极电位高,发射结承受反向电压。于是BG2处于截止状态(相当于开路),对稳压电路没有影响。当电路短路时,输出电压为零,BG2的发射极相当于接地,则BG2处于饱和导通状态(相当于短路),从而使调整管BG1基极和发射极近于短路,而处于截止状态,切断电路电流,从而达到保护目的。

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