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記得家里冰箱上的穩(wěn)壓器么?穩(wěn)壓電路以及穩(wěn)壓電路的作用
在日常生活中
市電常常會(huì)在一定范圍內(nèi)產(chǎn)生波動(dòng)
電壓時(shí)低時(shí)高
有些用電器就無(wú)法正常工作
特別是90年代的時(shí)候
用的還是黑白電視機(jī)
以前電壓極不穩(wěn)定
電網(wǎng)電壓波動(dòng)性很大
電視機(jī)常常無(wú)法正常收看
所以很多人家里都會(huì)有這樣的穩(wěn)壓器
穩(wěn)壓電路的作用是穩(wěn)定電源電路的輸出電壓。由于種種原因,交流電網(wǎng)的供電電壓往往是不穩(wěn)定的,因此整流濾波電路輸出的直流電壓也就會(huì)不穩(wěn)定。另一方面,由于整流濾波電路必然存在內(nèi)阻,當(dāng)負(fù)載電流發(fā)生變化時(shí),輸出電壓也會(huì)受到影響而發(fā)生變化。為了得到穩(wěn)定的直流電壓,必須在整流濾波電路之后采用穩(wěn)壓電路。
這樣即使電網(wǎng)電壓波動(dòng)也不影響人們觀看電視
穩(wěn)壓器的作用在于
即使輸入電壓發(fā)生波動(dòng)
輸出電壓也能保持穩(wěn)定
1. 什么是簡(jiǎn)單穩(wěn)壓電路
半導(dǎo)體穩(wěn)壓二極管在反向擊穿狀態(tài)下,具有雖然電流在較大范圍內(nèi)變化,但其兩端電壓卻基本不變的特性。利用穩(wěn)壓二極管的這一特性,可以組成簡(jiǎn)單穩(wěn)壓電路。電路如圖5-84所示,穩(wěn)壓二極管VD與負(fù)載電阻RL并聯(lián),VD上電壓即是輸出電壓U0,R1為限流電阻。穩(wěn)壓二極管工作于反向擊穿狀態(tài),其反向擊穿電壓即是穩(wěn)定電壓U2,如圖5-85伏安特性曲線所示,在UZ處,電流在較大范圍變化時(shí),電壓基本不變。
簡(jiǎn)單穩(wěn)壓電路的特點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單,但輸出電壓不可調(diào)、輸出電流受穩(wěn)壓二極管的限制,僅適用于要求輸出電流較小的場(chǎng)合。
2. 什么是串聯(lián)型的穩(wěn)壓電路
串聯(lián)型穩(wěn)壓電路如圖5-88所示,晶體管VT為自動(dòng)調(diào)整元件,由于調(diào)整元件串聯(lián)在負(fù)載回路中,因此稱為串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。VD為穩(wěn)壓二極管,為調(diào)整管VT提供穩(wěn)定的基極電壓。R1為穩(wěn)壓二極管的限流電阻,RL為負(fù)載電阻。Ui為輸入電壓,U0為輸出電壓,IC為輸出電流。
串聯(lián)型穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓精度較高,可以輸出較大的直流電流,還可以做到輸出直流電壓連續(xù)可調(diào),因而得到廣泛的應(yīng)用。
3.采用集成穩(wěn)壓器的穩(wěn)壓電路采用集成穩(wěn)壓器構(gòu)成的穩(wěn)壓電路 ,具有電路簡(jiǎn)單、穩(wěn)定度高、輸出迪那路大、保護(hù)電路完善的特點(diǎn),因此在實(shí)際電路中得到了非常廣泛的應(yīng)用。
4種穩(wěn)壓電路的解析
交流電網(wǎng)電壓的波動(dòng)和負(fù)載電流的變化都會(huì)使整流電源的輸出電壓和電流隨之變動(dòng),因此要求較高的電子電路必須使用穩(wěn)壓電源。
(1 )穩(wěn)壓管并聯(lián)穩(wěn)壓電路
用一個(gè)穩(wěn)壓管和負(fù)載并聯(lián)的電路是最簡(jiǎn)單的穩(wěn)壓電路,見(jiàn)圖 4 ( a )。圖中 R 是限流電阻。這個(gè)電路的輸出電流很小,它的輸出電壓等于穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓值 V Z 。
(2 )串聯(lián)型穩(wěn)壓電路
有放大和負(fù)反饋?zhàn)饔玫拇?lián)型穩(wěn)壓電路是最常用的穩(wěn)壓電路。它的電路和框圖見(jiàn)圖 4 ( b )、( c )。它是從取樣電路( R3 、 R4 )中檢測(cè)出輸出電壓的變動(dòng),與基準(zhǔn)電壓( V Z )比較并經(jīng)放大器( VT2 )放大后加到調(diào)整管( VT1 )上,使調(diào)整管兩端的電壓隨著變化。如果輸出電壓下降,就使調(diào)整管管壓降也降低,于是輸出電壓被提升;如果輸出電壓上升,就使調(diào)整管管壓降也上升,于是輸出電壓被壓低,結(jié)果就使輸出電壓基本不變。在這個(gè)電路的基礎(chǔ)上發(fā)展成很多變型電路或增加一些輔助電路,如用復(fù)合管作調(diào)整管,輸出電壓可調(diào)的電路,用運(yùn)算放 大器作比較放大的電路,以及增加輔助電源和過(guò)流保護(hù)電路等。
( 3 )開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路
近年來(lái)廣泛應(yīng)用的新型穩(wěn)壓電源是開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電源。它的調(diào)整管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài),本身功耗很小,所以有效率高、體積小等優(yōu)點(diǎn),但電路比較復(fù)雜。
穩(wěn)壓電源分為直流穩(wěn)壓電源 和交流穩(wěn)壓電源
這里要講述的是直流穩(wěn)壓電源
直流穩(wěn)壓電源要經(jīng)過(guò)下圖的幾個(gè)環(huán)節(jié)才能得到穩(wěn)定的直流電
其中穩(wěn)壓電路能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定電壓的作用
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下面我們來(lái)了解穩(wěn)壓電路到底是怎么實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓的 !
穩(wěn)壓二極管是一種特殊的硅二極管
它在電路中與電阻進(jìn)行配合后能起穩(wěn)定電壓的作用
所以穩(wěn)壓二極管又稱為穩(wěn)壓管
在穩(wěn)壓設(shè)備和電子電路中經(jīng)常用到
穩(wěn)壓管正常工作于反向擊穿區(qū)
且在外加反向電壓撤除后
穩(wěn)壓管又恢復(fù)正常
即它的反向擊穿是可逆的
下圖是由一個(gè)穩(wěn)壓二極管組成的穩(wěn)壓電路
當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)或負(fù)載變化時(shí)
使得輸出電壓UO下降
則流過(guò)穩(wěn)壓二極管的反向電流IDZ也減小
導(dǎo)致通過(guò)限流電阻R上的電流也減小
這樣使R上的壓降UR也下降
根據(jù)UO=UI-UR的關(guān)系
使輸出UO的下降受到限制
上述過(guò)程可表示為
UO↓→IDZ↓→IR↓→UR↓→UO↑
上面的穩(wěn)壓電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單
但輸出電壓由穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值決定
不可隨意調(diào)節(jié)
因此輸出電流的變化范圍較小
只適用于小型的電子設(shè)備中
由于簡(jiǎn)易串聯(lián)穩(wěn)壓電路輸出電壓無(wú)法調(diào)節(jié)
當(dāng)需要改變輸出電壓時(shí)必須更換穩(wěn)壓管
造成電路的靈活性較差
同時(shí)由輸出電壓直接控制調(diào)整管的工作
造成電路的穩(wěn)壓效果也不夠理想
所以必須對(duì)簡(jiǎn)易穩(wěn)壓電源進(jìn)行改進(jìn)
增加一級(jí)放大電路
專門(mén)負(fù)責(zé)將輸出電壓的變化量放大后控制調(diào)整管的工作
由于整個(gè)控制過(guò)程是一個(gè)負(fù)反饋過(guò)程
所以這樣的穩(wěn)壓電路叫串聯(lián)負(fù)反饋穩(wěn)壓電路
上圖是串聯(lián)負(fù)反饋穩(wěn)壓電路
調(diào)整過(guò)程可以使用下面的變化關(guān)系圖表示:
UO↓→(UT2)O↓→UD1恒定→(UT2)BE↓→(IT2)B↓→(IT2)E↓→(UT2)CE↑
→(UT2)C↑→(UT1)B↑→(UT1)CE↓→UO↑
當(dāng)輸出電壓升高時(shí)整個(gè)變化過(guò)程與上面完全相反用下圖表示:
UO↑→(UT2)O↑→UD1恒定→(UT2)BE↑→(IT2)B↑→(IT2)E↑→(UT2)CE↓
→(UT2)C↓→(UT1)B↓→(UT1)CE↑→UO↓
與簡(jiǎn)易串聯(lián)穩(wěn)壓電源相似
當(dāng)輸入電壓UI或者負(fù)載等其他情況發(fā)生時(shí)
都會(huì)引起輸出電壓UO的相應(yīng)變化
集成穩(wěn)壓器具有體積小、使用方便
電路簡(jiǎn)單、可靠性高、調(diào)整方便等優(yōu)點(diǎn)
集成穩(wěn)定器的類型很多
按工作方式可為分串聯(lián)型 、并聯(lián)型 和開(kāi)關(guān)型
按電壓類型可為分固定式 和可調(diào)式
集成穩(wěn)壓器一般只有三個(gè)引腳
所以又叫三端集成穩(wěn)壓器
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小功率的集成穩(wěn)壓器使用時(shí)可不用散熱片
大功率時(shí)要在穩(wěn)壓器上安裝足夠大的散熱片
否則穩(wěn)壓管溫度過(guò)高
穩(wěn)壓性能會(huì)變差甚至損壞
三端集成穩(wěn)壓器的電壓輸出可分為固定式的和可調(diào)式
三端固定集成穩(wěn)壓器 有三個(gè)接線端
即輸入端、輸出端、公共端
其輸出電壓可分為正電壓 和負(fù)電壓
例如78XX系列為正電壓,79XX為負(fù)電壓
7805應(yīng)用電路如下圖所示
三端可調(diào)集成穩(wěn)壓器 有三個(gè)接線端
即輸入端、輸出端、調(diào)整端
如LM317就是可調(diào)式集成穩(wěn)壓器
LM317應(yīng)用電路如下圖所示
調(diào)節(jié)R2電阻的大小就可以實(shí)現(xiàn)輸出電壓的調(diào)節(jié)
開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源從原理上分有很多種。它的基本原理框圖見(jiàn)圖 4 ( d )。圖中電感 L 和電容 C 是儲(chǔ)能和濾波元件,二極管 VD 是調(diào)整管在關(guān)斷狀態(tài)時(shí)為 L 、 C 濾波器提供電流通路的續(xù)流二極管。開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的開(kāi)關(guān)頻率都很高,一般為幾~幾十千赫,所以電感器的體積不很大,輸出電壓中的高次諧波也不多。
它的基本工作原理是 : 從取樣電路( R3 、 R4 )中檢測(cè)出取樣電壓經(jīng)比較放大后去控制一個(gè)矩形波發(fā)生器。矩形波發(fā)生器的輸出脈沖是控制調(diào)整管( VT )的導(dǎo)通和截止時(shí)間的。如果輸出電壓 U 0 因?yàn)殡娋W(wǎng)電壓或負(fù)載電流的變動(dòng)而降低,就會(huì)使矩形波發(fā)生器的輸出脈沖變寬,于是調(diào)整管導(dǎo)通時(shí)間增大,使 L 、 C 儲(chǔ)能電路得到更多的能量,結(jié)果是使輸出電壓 U 0 被提升,達(dá)到了穩(wěn)定輸出電壓的目的。
( 4 )集成化穩(wěn)壓電路
近年來(lái)已有大量集成穩(wěn)壓器產(chǎn)品問(wèn)世,品種很多,結(jié)構(gòu)也各不相同。目前用得較多的有三端集成穩(wěn)壓器,有輸出正電壓的 CW7800 系列和輸出負(fù)電壓的 CW7900 系列等產(chǎn)品。輸出電流從 0.1A ~ 3A ,輸出電壓有 5V、 6V 、 9V 、 12V 、 15V 、 18V 、 24V 等多種。
這種集成穩(wěn)壓器只有三個(gè)端子,穩(wěn)壓電路的所有部分包括大功率調(diào)整管以及保護(hù)電路等都已集成在芯片內(nèi)。使用時(shí)只要加上散熱片后接到整流濾波電路后面就行了。外圍元件少,穩(wěn)壓精度高,工作可靠,一般不需調(diào)試。
( e )是一個(gè)三端穩(wěn)壓器電路。圖中 C 是主濾波電容, C1 、 C2 是消除寄生振蕩的電容 ,VD 是為防止輸入短路燒壞集成塊而使用的保護(hù)二極管。
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