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第十章 直流穩(wěn)壓電源

10．1直流穩(wěn)壓電源的組成

10．1．1直流穩(wěn)壓電源的組成框圖

各種電器設(shè)備內(nèi)部均是由不同種類的電子電路組成，電子電路正常工作需要直流電源，為電器設(shè)備提供直流電的設(shè)備稱為直流穩(wěn)壓電源。直流穩(wěn)壓電源可以將200V的交流輸入電壓轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定不變的直流電壓，直流穩(wěn)壓電源的組成框圖如圖10-1-1所示。

圖中變壓電路的作用是將220V的交流電變換成電路所需的低壓交流電，用普通的電源變壓器即可實(shí)現(xiàn)變壓的目的。

整流電路的作用是將輸入的交流電變換成單向脈動(dòng)的直流電，利用圖4-3-1所示的半波整流或圖4-3-3所示的橋式整流電路均可以實(shí)現(xiàn)整流的目的。

穩(wěn)壓電路的作用是穩(wěn)定電源的輸出電壓，最簡(jiǎn)單的穩(wěn)壓電路是如圖4-4-3所示的穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路。

圖4-4-3所示的穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路，因穩(wěn)壓管與負(fù)載相并聯(lián)，所以又稱為并聯(lián)型穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但穩(wěn)壓電路的輸出電流較小，輸出電壓不可調(diào)，在很多場(chǎng)合下不適用，利用三極管輸出電壓可調(diào)的特點(diǎn)也可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓的目的。

10．1．2串聯(lián)型穩(wěn)壓電源電路

1．電路的組成

串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的組成框圖如圖10-1-3所示，最簡(jiǎn)單的串聯(lián)型穩(wěn)壓電源電路如圖10-1-4所示。

圖中的C₁是電源濾波電容，設(shè)電容C₁兩端的輸出電壓為U_i，該電壓是穩(wěn)壓電路的輸入電壓。穩(wěn)壓電源中的穩(wěn)壓電路由四個(gè)單元組成。

（1）基準(zhǔn)單元：限流電阻R₂和穩(wěn)壓管D₁組成穩(wěn)壓電路的基準(zhǔn)單元，該單元的作用是為穩(wěn)壓電路提供自動(dòng)調(diào)整所需的基準(zhǔn)電壓U_Z。

（2）取樣單元：電阻R₃、R₄和電位器R_P組成穩(wěn)壓電路的取樣單元，因該單元與負(fù)載電阻R_L相并聯(lián)，所以該電路兩端電壓的變化情況直接反映了輸出電壓的變化情況。

（3）放大單元：穩(wěn)壓電路中的放大單元由三極管T₂、電阻R₁和穩(wěn)壓管D₁等器件組成，該電路可將取樣電路所采到的電壓U_B2與基準(zhǔn)電壓U_Z進(jìn)行比較，并產(chǎn)生與輸出電壓變化情況成正比的控制信號(hào)，控制信號(hào)經(jīng)放大后產(chǎn)生控制電壓，控制調(diào)整管T₁的輸出電壓，以保證穩(wěn)壓電源輸出電壓的穩(wěn)定。

（4）調(diào)整單元：穩(wěn)壓電路中的調(diào)整單元由三極管T₁和外接的負(fù)載電阻R_L等器件組成，調(diào)整管T₁與負(fù)載電阻R_L等組成射極輸出器。射極輸出器是串聯(lián)電壓負(fù)反饋電路，因電壓反饋可以穩(wěn)定輸出電壓，所以，穩(wěn)壓電源的輸出電壓將很穩(wěn)定。

2．串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的工作原理

討論串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的工作原理可分負(fù)載電阻不變，輸入電壓變化和輸入電壓不變、負(fù)載電阻變化這兩種情況。

（1）負(fù)載電阻不變，輸入電壓變化時(shí)的穩(wěn)壓過(guò)程

負(fù)載電阻R_L保持不變，輸入電壓U_i上升時(shí)，會(huì)引起輸出電壓U_O也上升，在這種情況下，穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓的流程圖是

由穩(wěn)壓的流程圖可見(jiàn)，輸入電壓U_i、輸出電壓U_O和調(diào)整管的輸出電壓U_CE1三者之間是串聯(lián)的關(guān)系，所以，該電路稱為串聯(lián)型穩(wěn)壓電源。

（2）輸入電壓不變，負(fù)載電阻變化時(shí)的穩(wěn)壓過(guò)程

輸入電壓U_i保持不變，負(fù)載電阻R_L上升時(shí)，會(huì)引起輸出電壓U_O也上升，在這種情況下，穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓的流程圖是

3．穩(wěn)壓電源輸出電壓U_O的計(jì)算公式

在圖10-1-4所示的電路中，設(shè)電位器上段的電阻值為R_P1，下段的電阻值為R_P2，取樣放大管T₂基極的電位U_B約等于U_Z，在I_B2很小，且可忽略的前提下，U_B為

由上式可得輸出電壓U_O為

當(dāng)R_P2為最小值零時(shí)，輸出電壓U_O為最大值U_Omax

當(dāng)R_P2為最大值R_P時(shí)，輸出電壓U_O為最小值U_Omin

因穩(wěn)壓電源的輸出電流等于調(diào)整管的集電極電流，當(dāng)輸出電流太大時(shí)，可采用復(fù)合管作為調(diào)整管，以提高電路的輸出電流；為了提高穩(wěn)壓的效果，取樣放大電路也可以采用運(yùn)算放大器。采用復(fù)合管和運(yùn)算放大器組成的穩(wěn)壓電源電路如圖10-1-5所示。

10．1．4穩(wěn)壓電源的主要指標(biāo)

穩(wěn)壓電源的主要技術(shù)指標(biāo)除了輸出電壓U_O和輸出電流I_O外，還有穩(wěn)壓系數(shù)S和輸出電阻r_O兩個(gè)。

1．穩(wěn)壓系數(shù)S

穩(wěn)壓系數(shù)S的定義為：當(dāng)穩(wěn)壓電源的負(fù)載R_L不變時(shí)，輸出電壓U_O的相對(duì)變化量與輸入電壓U_i的相對(duì)變化量的比值，即

2．輸出電阻r_O

輸出電阻r_O的定義為：當(dāng)輸入電壓U_i不變時(shí)，若負(fù)載電流的變化量為ΔI_O，輸出電壓的變化量為ΔU_O，則輸出電阻r_O為