【文章內(nèi)容簡介】 流電路，根據(jù)其優(yōu)缺點的判斷，所以在我的設(shè)計中采用了橋式整流電路。一方面，能使電能得到充分利用，另一方面，由于有現(xiàn)成的整流橋集成元件，設(shè)計起來也比較方便。 濾波電路交流電經(jīng)整流電路后可變?yōu)槊}動直流電流，其中含有較大的交流分量，為了使設(shè)備能用上純凈的直流電，還必須用濾波電路濾除脈動電壓中的交流成份。濾波電路一般由電抗元件組成，如在負載電阻兩端并聯(lián)上電容器 C，或在負載中串聯(lián)上電感器 L，或由電容，電感組合而成的各中復(fù)式濾波電路。 電容濾波電路 電容濾波就是在整流電路后面,用大量的電解電容與負載并聯(lián)例如以橋式電路為例,整流濾波電路如圖 25 所示 :并聯(lián)在負載兩端的電容器 C 即起濾波作用。下面以有負載 RL 和無負載 RL 兩種情況來分析濾波電路的工作原理。無負載，即 RL 開路時，電路接通瞬間設(shè)電容 C 上起始電壓為零。電源接通后，通過整流管及變壓器次級給 C 充電，因?qū)ǖ亩O管及變壓器次級電源內(nèi)阻很小，所以充電時間常數(shù)很小，充電電流很大。只要合理選擇元件參數(shù)，便不會發(fā)生過熱或燒壞晶體管的現(xiàn)象。當(dāng) V2 達到最大值時，Vc 也基本上達到最大值。此后，V2 開始減小，導(dǎo)通的二極管由于 V2 的絕對值小于 Vc，處于反偏截至狀態(tài)。此后，輸出電壓保持為 Vc 而不變， 。當(dāng) V2 的負半周2Vc?到來時，因 Vc 不變，晶體管也不在導(dǎo)電。 圖 25 電容濾波電路 當(dāng)有負載 RL 時，設(shè) RL 為定值，當(dāng)電源接通且 C 上還有近似峰值電壓時，電壓波形如圖所示。在 t1~t4 間隔內(nèi)，輸入電壓 V2Vc，VD1,VD2 導(dǎo)電，電容 C 充電，Vc 隨充電過程而上升，到 t2 以后， V2 按正弦規(guī)律下降，當(dāng) VcV2 時，整流管VD1,VD2 處于反向偏置，停止導(dǎo)通；已充電的電容開始對負載電阻 RL 放電，即暫時代替電源向負載供電。電容 C 的放電電壓按指數(shù)曲線下降。在 t3 瞬間，V 2 上升到Vc；t 3 以后，－ V2Vc，電容由放電轉(zhuǎn)換為充電，VD3,VD4 導(dǎo)通，構(gòu)成電源向負載及電容供電的通路。t 4 以后，－V 2Vc，VD3,VD4 截至，電容又處于放電狀態(tài)，其過程和 t2～t 3 間隔內(nèi)相同，以后情況如此反復(fù)。當(dāng)電源切斷后，需帶電容放電完畢，輸出電壓才能為零。 電容濾波器的特點如下： 1 加了濾波電容以后，輸出電壓的直流成分提高，脈動成分減小。這是利用電容的儲能作用來實現(xiàn)的。當(dāng)二極管導(dǎo)通時，電容充電將能量儲存起來；二極管截至?xí)r，再把儲存的能量釋放給負載，一方面使輸出電壓波形比較平滑，同時也增加了輸出電壓的平均值。2 電容濾波放電的時間常數(shù)（ ）愈大，放電過程愈緩慢，輸出電壓愈CRLτ ＝高，同時脈動成分愈小，濾波效果愈好。當(dāng) ∞時， （如負載開路） ，電容沒有?放電通路，故 VL＝ V2。當(dāng)不加電容濾波時，橋式整流后負載上輸出電壓的平均2值為 VL＝。3 電容濾波電路的輸出電壓隨輸出電流的增大而減小。這是由于濾波電路的負載電阻 RL 減小時，電容的放電過程加快，輸出電流的平均值 Io 增大，而輸出電壓的平均值 VL 卻減小了。通常把輸出電壓 VL 和輸出電流 Io 之間的關(guān)系曲線稱為電源的外特性。電路輸出電壓隨電流的增大而下降的很快，這種外特性稱之為軟特性。所以電容濾波電路適合用于負載電流變化不大的場合。4 電容濾波電路中，整流二極管的導(dǎo)通角小于 180 度，而且電容放電時間常熟越大，導(dǎo)通角越小。二極管在短暫的導(dǎo)電時間內(nèi)，有很大的浪涌電流流過，這對管子的壽命不利。所以選用二極管時，應(yīng)考慮它能承受最大沖擊電流的情況。一般選管子時，要求它承受的正向電流的能力應(yīng)大于平均輸出電流的 2~3 倍。電容濾波電路簡單，制作方便。但是它的輸出電流不宜太大，而且要求輸出電壓的脈動成分較小時，必須增加電容器的容量，因此電路的體積大也不經(jīng)濟。為此，RCπ 型濾波電路在實際電路中經(jīng)常使用。RCπ 型濾波電路如圖 26 所示：它實際上就是在電容濾波的基礎(chǔ)上再加上 1 級 RC 濾波電路構(gòu)成的。采用這種濾波電路可以進一步降低輸出電壓的脈動系數(shù)。但是，這種濾波電路的缺點是在 R 上有直流壓降，因而必須提高變壓器次級電壓；因而整流管的沖擊電流仍然比較大；同時，由于 R 產(chǎn)生壓降，外特性比電容濾波更軟。所以這種電路只適用于小電流的場合。圖 26 RCπ 型濾波電路 電感濾波器 利用電感具有阻止電流變化的特點，在整流電路的負載回路中串聯(lián)電感 L，如圖27 所示，即構(gòu)成電感濾波電路。 圖 27 電感濾波電路當(dāng)整流后的脈動電流增大時，電感 L 將產(chǎn)生反電勢－L(di/dt)，阻止電流增大；相反，當(dāng)電流減小時，電感 L 將阻止電流減小，從而使負載電流脈動成分大大降低，達到濾波的目的。 由于電感交流電阻很大，而直流電阻很小，輸出直流分量在電感上損失很小，所以它適用于負載電流比較大的場合，而且外特性較好，即負載電流變化時，輸出直流電壓變化較小，另外，電感濾波的二極管導(dǎo)通角不會減小，避免了浪涌電流的產(chǎn)生。為了進一步改善濾波效果，可以采用 LC 濾波電路，它是在電感濾波電路的基礎(chǔ)上，再在負載電阻 RL 上并聯(lián)電容器 C，如圖 28 所示 圖 28 LC 型濾波電路不難看出，當(dāng) L 值很小，或 RL 很大時，該電路和電容濾波電路很類似，呈現(xiàn)電容濾波的特點，為了保證整流二極管的導(dǎo)電角仍為 180 度，一般要求 L 值很大，對基波信號而言應(yīng)滿足 RL3Ω。 LC 濾波電路中輸出電壓中的基波分量應(yīng)由 jωL 和 RL//(1/ωC)分壓得到，所以輸出電壓的脈動成分比僅用電感濾波時更小；而負載電流變化時均能有良好的濾波效果，所以說他對負載的適應(yīng)性比較強。 在大功率輸出的電源穩(wěn)壓電路中，由于輸出電流較大，為了減少功率損耗，一般不用電阻做濾波器件，經(jīng)常使用的是 LC 元件構(gòu)成的 π 型濾波電路。為了增大電感量，一般來說，L 選用鐵心電感，C 選用電解電容，如圖 所示： 圖 210 π 型 LC 濾波電路 穩(wěn)壓電路 經(jīng)過整流和濾波后的直流電壓，會由于交流電網(wǎng)電壓的波動以及負載電阻的變動而發(fā)生變化。在絕大多數(shù)情況下，這種輸出電壓的變化波動顯得太大，仍需要進一步對其穩(wěn)定，這就需要采用穩(wěn)壓電路。通常，完整的穩(wěn)壓電源電路包括有整流、濾波、和穩(wěn)壓電路。下面就穩(wěn)壓電路作一下介紹。 穩(wěn)壓電路的指標 衡量穩(wěn)壓器的性能有許多指標，例如額定輸出電壓、電流和電壓調(diào)節(jié)范圍等，這屬于特性指標；穩(wěn)壓系數(shù)、等效內(nèi)阻、紋波電壓（即交流電壓分量）等屬于質(zhì)量指標。自動化程度，用來說明維護人員離開時，例如，是否具有自動開機、停機性能，故障檢測等。經(jīng)濟指標，主要有效率和功率因數(shù)等。下面簡單介紹下質(zhì)量指標。1 穩(wěn)壓系數(shù)當(dāng)負載電流一定時，輸出電壓的相對變化量與輸入電壓的相對變化量之比稱為穩(wěn)壓系數(shù)，即：( =額定值 ) （25 ）IiOU/???L 上式中，γ 為穩(wěn)壓系數(shù)； 為穩(wěn)壓器的額定輸出電壓； 為穩(wěn)壓器額定輸入iU電壓； 為輸出電壓的變化量； 為輸入電壓的變化量； 為負載電流。OU?i LI 另外還有以 γ 的倒數(shù) S 為標準，稱 S＝1/ γ 為穩(wěn)定系數(shù)的。2 等效電阻 又稱為動態(tài)電阻，是包括整流、濾波和穩(wěn)壓在內(nèi)的等效電阻。當(dāng) 保持不OR i變時，輸出電壓增量 與輸出電流增量 之比稱為等效內(nèi)阻：OOI?（ ＝額定值） （26）IU??i 上式中， 為正值，由于電流增加（增量為正）時其兩端電壓受內(nèi)阻影響要下OR降（增量為負） ，故上式中加了個“－”號，使得 為正值。通常穩(wěn)壓器在額定范OR圍內(nèi)使用時， 約在 以下。3 紋波電壓 紋波電壓就是疊加在輸出直流電壓上的交流電壓分量，通常經(jīng)濾波及穩(wěn)壓后，它的數(shù)值在幾毫伏以內(nèi)，以不影響電子設(shè)備工作為準?？捎靡粋€容量較大的電容器與交流毫伏表串聯(lián)進行測量，此電容是隔直流用的 ]。 穩(wěn)壓管基本應(yīng)用電路硅穩(wěn)壓管也稱為齊納二極管，其伏安特性如圖所示。從伏安特性可以看到，當(dāng)流過穩(wěn)壓管的電流在一個較大范圍內(nèi)變化時，穩(wěn)壓管兩端的電壓幾乎不變。穩(wěn)壓管的這一特性將穩(wěn)壓管和負載并聯(lián)，若能保證穩(wěn)壓管中的電流在一定范圍內(nèi)，則負載電壓就能在一定程度上得到穩(wěn)定，因此，穩(wěn)壓電路的關(guān)鍵就是限定穩(wěn)壓管中的電流。因為如果工作電流太小，則電壓隨電流的變化很大，達不到穩(wěn)壓的目的；但工作電流也不能太大，以免超過管子的額定功率，造成損壞。小功率穩(wěn)壓管的工作電流大致幾毫安至幾十毫安，大功率的穩(wěn)壓管可到幾安培到十幾安培。 圖 212 是由穩(wěn)壓管構(gòu)成的基本穩(wěn)壓電路：圖 212 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路電路中，R 決定了向穩(wěn)壓管和負載輸送電流的總量，起著限流和調(diào)壓的作用，穩(wěn)壓管起著調(diào)節(jié)電流的作用。如負載 減小，要求更多的電流流過 時，通過穩(wěn)壓LRLR管的電流 將隨之減小，使 基本不變，以保證輸出電壓 基本不變。如果 不ZII oVL變，但輸入電壓 由于電網(wǎng)電壓或元件參數(shù)改變而增加時，則 將增加，此時 也iVIZI隨之增加，保證 基本不變，即 基本不變。如果 和 都變化，則 將綜合二OoiL者的變化加以調(diào)整，只要 的變化在它的允許的工作范圍之內(nèi)，就能保證起到較好ZI的穩(wěn)壓作用。 其穩(wěn)壓過程簡述如下：若 電壓升高，而負載不變，則 電壓降低，而負載不i iV變，則而負載不變，則穩(wěn)壓過程與上訴相反。 若負載電阻 減?。ㄘ撦d電流 增大） ，而輸入電壓不變，則若負載電阻LROI增大，而數(shù)輸入電壓不變，則穩(wěn)壓過程與上訴相反。L基本穩(wěn)壓電路中限流電阻 R 的選用非常重要，若 R 選的太大，則供應(yīng)電流不足，當(dāng) 較大時，穩(wěn)壓管的電流將減小到臨界值以下，失去穩(wěn)壓作用；若 R 選的太小，OI則當(dāng) 變到很大或開路時， 都流向穩(wěn)壓管，可能超過允許定額而造成損壞。為此，LRI要合理需用 R。 設(shè)穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓為 ，最大工作電流為 ，最小工作電流為 ；市ZVmaxzIminzI電電壓最高時的整流輸出電壓為 ，最低時為 ；負載電流的最小值為 ，axIminViO開路時為 0，最大值為 。要使穩(wěn)壓管能正常工作，必須滿足下列條件。axOI1 當(dāng)市電電壓最高和負載電流為 0，即負載開路時， 應(yīng)不超過允許最大值，ZI既限流電阻 R 的最小值應(yīng)滿足： （27）maxIZOV??2 當(dāng)市電電壓最低和負載電流最大時，應(yīng)不低于允許最小值，即： （28 ）minaxIzOiR??如上兩式不能同時滿足，則說明在給定條件下已超過穩(wěn)壓管的工作范圍，需限制變化范圍或選用較大功率的穩(wěn)壓管。穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路具有線路簡單，調(diào)試方便等優(yōu)點，但輸出電流受穩(wěn)壓管穩(wěn)定電流的限制，而且輸出電壓又不能任意調(diào)節(jié)，穩(wěn)壓性能不高，只適用于輸出電流小，負載變動不到和穩(wěn)定性能要求不高的場合，或作為輔助穩(wěn)壓源。若負載經(jīng)常變動，要求輸出電壓連續(xù)可調(diào)，穩(wěn)定性能好，就要采用晶體管穩(wěn)壓源。 串聯(lián)反饋型晶體管穩(wěn)壓電路串聯(lián)反饋型穩(wěn)壓電路比穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路要復(fù)雜的多，它是一個閉環(huán)反饋系統(tǒng)。所以必須具有執(zhí)行元件和反饋支路。一般情況下，它包括調(diào)整管、取樣電路、基準電壓源及誤差比較放大器等主要部分。調(diào)整管是閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)，其余部分都是反饋控制支路所必需的，原理框圖如圖 213 所示。從框圖上可以看出輸入電壓 經(jīng)過調(diào)整元件調(diào)節(jié)之后，變成穩(wěn)定的輸出電壓 。iUOU 圖 213 串聯(lián)反饋型穩(wěn)壓電路框圖取樣電路和基準電壓相比較，并把比較后的誤差信號送放大器，增強反饋控制效果，因為取樣得來得是電壓信號，所以這種電壓源實際上是一個以電壓為調(diào)節(jié)對象得自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其調(diào)節(jié)模式如圖 所示。圖中， 為調(diào)節(jié)系統(tǒng)開環(huán)時的電OK壓傳遞函數(shù)，也就是系統(tǒng)開環(huán)穩(wěn)壓系數(shù)； 為執(zhí)行機構(gòu)在系統(tǒng)閉環(huán)時的電壓傳遞函T數(shù)，也就是調(diào)整管電路的電壓放大倍數(shù)；K 時誤差放大器開環(huán)電壓放大倍數(shù)；n 為取樣電路的電壓傳遞系數(shù)，也就是取樣分壓器的分壓比。根據(jù)調(diào)節(jié)原理可知，該系統(tǒng)的調(diào)節(jié)函數(shù)為： （29）nKT???1由此可知，無論輸入電壓波動還是負載變化對輸出電壓的影響，反饋系統(tǒng)是開環(huán)系統(tǒng)的 1/（1+ *K*n）倍，更具體點說，就是反饋調(diào)整型穩(wěn)壓電源在電網(wǎng)電壓調(diào)整TK率、負載調(diào)整率等主要技術(shù)性能方面，都是以硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電源為代表的參數(shù)型穩(wěn)壓電源的（1+ *K*n）倍，這就是反饋調(diào)整型穩(wěn)壓電源比參數(shù)型穩(wěn)壓電源應(yīng)TK用得更普遍得主要原因。 圖 214 串聯(lián)反饋型穩(wěn)壓電路調(diào)節(jié)模式串聯(lián)反饋型穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓原理是調(diào)整元件的動態(tài)電阻是隨著輸出電壓的變化而自動改變的。其優(yōu)點是，輸出電壓范圍不受調(diào)整元件本身耐壓的限制而且各項技術(shù)指標可以做的很高。其缺點是線路比較復(fù)雜，過載能力差，順時過載會使調(diào)整元件損壞，需要過載保護。因此，串聯(lián)反饋調(diào)整型穩(wěn)壓電源廣泛用在負載變動較大，穩(wěn)壓性能要求較高，輸出電壓可調(diào)等場合。由以前學(xué)習(xí)的晶體管工作原理時已經(jīng)知道，工作在放大區(qū)的晶體管，它的集—射極之間的電壓 和集電極電流 隨基極電流 的變化而變化。當(dāng)基極電流 增ceUCIbI bI加時， 將減小， 將增大，這相當(dāng)于晶體管集電極與發(fā)射極之間的電阻減?。籧eCI而當(dāng)基極電流 減小時， 將增大， 將減小，這就相當(dāng)于晶體管集電極與發(fā)射bce極之間所呈現(xiàn)的電阻增大。由此可見，在線性放大區(qū)工作的晶體管，在基極電流的控制下，集