第15章直流穩(wěn)壓電源

1、在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，主要采用交流電源，但是在某些場(chǎng)合，如電解、電鍍、蓄電池的充電、直流電動(dòng)機(jī)等，都需要用直流電源供電。此外，在電子線路和自動(dòng)控制裝置中還需要用電壓非常穩(wěn)定的直流電源。為了得到直流電源，除了用直流發(fā)電機(jī)外，目前廣泛采用各種半導(dǎo)體直流電源。如圖15.1所示是半導(dǎo)體直流電源的原理方框圖，它表示把交流電變換為直流電的過(guò)程。圖中各個(gè)環(huán)節(jié)的作用如下：第第15章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源圖15.1 半導(dǎo)體直流電源的原理方框圖 （1）整流變壓器：將交流電源電壓變換為符合整流需要的電壓。（2）整流電路：利用具有單向?qū)щ娦阅艿恼髟ǘO管、晶閘管等），將正負(fù)交替變化的正弦交流電壓整流為

2、單方向的脈動(dòng)電壓。（3）濾波器：盡可能地將單方向脈動(dòng)電壓中的脈動(dòng)部分濾掉，減小整流電壓的脈動(dòng)程度，以適合負(fù)載的需要。（4）穩(wěn)壓電路：在交流電源電壓波動(dòng)或負(fù)載變動(dòng)時(shí)，使直流輸出電壓穩(wěn)定。在對(duì)直流電壓的穩(wěn)定程度要求較低的電路中，穩(wěn)壓電路也可以不要。下面將介紹各部分的具體電路構(gòu)成及其工作原理。15.1 整 流 電 路圖15.2 單相半波整流電路整流電路是利用晶體二極管的單向?qū)щ娞匦裕瑢⒔涣麟娮儞Q成方向不變、大小隨時(shí)間變化的脈動(dòng)直流電的電路。根據(jù)所接交流電源的相數(shù)不同，整流電路分為單相整流電路、三相整流電路和多相整流電路。本節(jié)主要討論單相整流電路和三相橋式整流電路。15.1.1 單相半波整流電路如圖1

3、5.2所示，單相半波整流電路由變壓器和晶體二極管組成。圖中為電源變壓器，其任務(wù)是把交流電壓變換成適當(dāng)?shù)慕涣麟妷?；D是整流二極管；為直流負(fù)載。圖15.2 單相半波整流電路1. 工作原理變壓器的副邊電壓為 （15.1.1）式中，為有效值。當(dāng)為正半周時(shí)，變壓器副邊繞組a端為正、b端為負(fù)，二極管兩端因加正向電壓而導(dǎo)通，電流從變壓器繞組a端流出，經(jīng)二極管D、負(fù)載電阻后，回到變壓器副繞組b端。如略去二極管的正向電壓降，加在負(fù)載上的電壓近似等于變壓器副邊電壓，即 。當(dāng)為負(fù)半周時(shí)，副繞組a端為負(fù)，b端為正，二極管D因承受反向電壓截止，電路中可認(rèn)為無(wú)電流流過(guò)，負(fù)載上無(wú)電壓，即 ，全部加在二極管兩端。因此，盡管是

4、交變的，但由于二極管的單向?qū)щ娮饔?，?fù)載的電壓都是單一方向的脈動(dòng)直流電壓，電路中只在電源電壓的半個(gè)周期中才有電流通過(guò)，所以稱為半波整流電路。圖15.3為單相半波整流電路的波形圖。2sinuUtouuo0u 圖15.3 單相半波整流電路的電壓與電流波形 2. 負(fù)載上的直流電流和直流電壓由于輸出電壓是半波脈動(dòng)電壓，因此在整個(gè)周期內(nèi)負(fù)載電壓平均值定義為：從波形圖看，使這半個(gè)正弦波與橫軸所包圍的面積等于一個(gè)矩形的面積，矩形的寬度為一個(gè)周期，矩形的高度為半波的平均值，如圖15.4所示。其大小為o20 .4 5UUU （15.1.2） 在工程上，通常是根據(jù)負(fù)載所要求的直流電壓的大小來(lái)計(jì)算變壓器副邊電壓，即

5、oo2.220.45UUU（15.1.3）由于二極管D與是串聯(lián)的，因此，流過(guò)二極管的電流和負(fù)載是同一電流，其平均值為ooLL0 .4 5UUIRR（15.1.4） 3. 整流二極管的選擇二極管在反向截止時(shí)，所承受的反向電壓為變壓器副邊電壓，因此，的最大值就是二極管截止時(shí)所承受的最大反向電壓。DRMo23.14UUU（15.1.5） 通過(guò)二極管的平均電流等于流過(guò)負(fù)載的電流。FoII（15.1.6）為了保證二極管安全可靠地工作，應(yīng)選用最大整流電流和最高反向工作電壓大于計(jì)算出 的和 的二極管。單相半波整流電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但輸出電壓低、脈動(dòng)程度大、整流效率低。這種電路適用于對(duì)直流輸出電壓平滑程度要求不高

6、的小功率整流。DIDIDRMU【例15.1】 有一直流負(fù)載，其電阻為 ，需用單相半波整流電路輸出的電壓供電，變壓器副邊電壓 ，試求 、 及 ，并選用二極管。解：查附錄1，二極管可選用2AP4（16mA，50V）。為了使用安全，二極管的反向工作峰值電壓要選得比 大一倍左右。20 VU 750 oUoIDRMUo0.450.45 209 VUUooL9 A0.012 A12 mA750UIRDRM222028.2 VUUDRMU15.1.2 單相橋式整流電路從前面的內(nèi)容中，我們知道單相半波整流只利用了電源的半個(gè)周期，同時(shí)整流電壓的脈動(dòng)較大。為了克服這些缺點(diǎn)，常采用全波整流電路，其中最常用的是單相橋

7、式整流電路。它由4個(gè)二極管接成電橋構(gòu)成，如圖15.5（a）所示，圖15.5（b）為其簡(jiǎn)化圖。（a）電路圖 （b）簡(jiǎn)化圖 圖15.5 單相橋式整流電路及其簡(jiǎn)化圖在變壓器副邊電壓u的正半周時(shí)，其極性為上正下負(fù)，即a點(diǎn)的電位高于b點(diǎn)，二極管D1和D3導(dǎo)通，D2和D4截止，電流的通路是aD1RLD3b。這時(shí)，負(fù)載電阻上得到一個(gè)半波電壓，如圖15.6（b）中的段所示。在電壓u的負(fù)半周時(shí)，變壓器副邊的極性為上負(fù)下正，即b點(diǎn)的電位高于a點(diǎn)。因此，D1和D3截止，D2和D4導(dǎo)通，電流的通路是bD2RLD4a。同樣，在負(fù)載電阻上得到一個(gè)半波電壓，如圖15.6（b）圖中的段 所示。顯然，全波整流電路的整流電壓的平

8、均值U0比半波整流時(shí)增加了一倍，即 2o2 0.450.9UUU（15.1.7） 負(fù)載電阻中的直流電流當(dāng)然也增加了一倍，即ooLL0.9UUIRR（15.1.8）每?jī)蓚€(gè)二極管串聯(lián)導(dǎo)電半周，即每個(gè)二極管中流過(guò)的平均電流只有負(fù)載電流的一半，即DoL10.452UIIR（15.1.9） （a） （b） 圖15.6 單相橋式整流電路的電壓與電流波形至于二極管截止時(shí)所承受的最高反向電壓 ，從圖15.5可以看出。當(dāng)D1和D3導(dǎo)通時(shí)，如果忽略二極管的正向壓降，截止管D2和D4的陰極電位就等于a點(diǎn)的電位，陽(yáng)極電位就等于b點(diǎn)的電位。所以截止管所承受的最高反向電壓就是電源電壓的最大值，即DRMUDRM2UU（15

9、.1.10） 這一點(diǎn)與半波整流電路相同。L80 R o110 VU 【例15.2】 已知負(fù)載電阻，負(fù)載電壓?，F(xiàn)采用單相橋式整流電路，交流電源電壓為380V。（1）選擇合適的晶體二極管。（2）求整流變壓器的變比及容量。 ooL1101.4 A80UIRDo10.7 A2IIo110122 V0.90.9UU 122 1.1 134 VDRM2 134189 VU3802.8134K 解：（1）負(fù)載電流每個(gè)二極管通過(guò)的平均電流變壓器副邊電壓的有效值為考慮到變壓器副邊及管子上的壓降，變壓器的副邊電壓大 約 要 高 出 1 0 % ， 即。于是查附錄1，可選用2CZ11C型二極管，其最大整流電流為1A

10、，反向工作峰值電壓為300V。（2）變壓器的變比變壓器副邊電流的有效值o1.41.55 A0.90.9II 134 1.55208 V ASUI300 V A變壓器的容量可選用BK300（），380/134V的變壓器。aubucu15.1.3 三相橋式整流電路 前面分析的是單相整流電路，功率一般為幾瓦到幾百瓦，常用在電子儀器中。然而在一些供電場(chǎng)合要求整流功率高達(dá)幾千瓦以上，這時(shí)就不便于采用單相整流電路了，因?yàn)樗鼤?huì)造成三相電網(wǎng)負(fù)載不平衡，影響供電質(zhì)量。為此，常采用三相橋式整流電路，如圖15.7所示。三相橋式整流電路經(jīng)三相變壓器接交流電源。變壓器的副邊為星形連接，其三相電壓的波形如圖15.8（a）

11、所示。圖15.7 三相橋式整流電路圖15.7中D1,D3,D5 組成一組， 其陰極連接在一起；D2、D4、D6組成另一組，其陽(yáng)極連接在一起。每一組中3管輪流導(dǎo)通，第一組中陽(yáng)極電位最高者導(dǎo)通，第二組中陰極電位最低者導(dǎo)通，同一時(shí)間有且只有兩個(gè)二極管導(dǎo)通。如圖15.8（a）中， 10 t期間，c相電壓為正，b相電壓為負(fù)，a相電壓雖然也為正，但低于c相電壓。因此，在這段時(shí)間內(nèi)，圖15.7電路中的c點(diǎn)電位最高，b點(diǎn)電位最低，于是二極管 D5和D4導(dǎo)通。如果忽略正向管壓降，加在負(fù)載上的電壓就是線電壓。由于 D5導(dǎo)通，D1和D3的陰極電位基本上等于c點(diǎn)的電位，因此兩管截止。而 D4導(dǎo)通，又使D2和D6的陽(yáng)極

12、電位接近b點(diǎn)的電位， 故D2和D6也截止。在這段時(shí)間內(nèi)電流通路為 cD5RLD4b 在12tt期間，從圖15.8（a）可以看出，a點(diǎn)電位最高，b點(diǎn)電位仍然最低。因此從圖15.7可見(jiàn)，電流通路為 aD1RLD4b。即 D1和D4導(dǎo)通，其余4個(gè)二極管都截止。負(fù)載電壓 即為線電壓同理，在 期間，a點(diǎn)電位最高，c點(diǎn)電位最低，電流通路為aD1RLD6c。依次類推，就可以列出圖15.8中所示的二極管的導(dǎo)通次序。共陰極連接的3個(gè)管（ D1,D3,D5）在t1,t3,t5等時(shí)刻輪流導(dǎo)通；共陽(yáng)極連接的3個(gè)管（D2,D4,D6），在t2,t4,t6等時(shí)刻輪流導(dǎo)通。負(fù)載所得整流電壓 u0,的大小等于三相相電壓的上下

13、包絡(luò)線間的垂直距離，即是每個(gè)時(shí)刻最大線電壓的值，如圖15.8（b）所示。它的脈動(dòng)較小，平均值abu23tto2.34UU（15.1.12） 式中，U為變壓器副邊相電壓的有效值。負(fù)載電流的平均值為ooLL2.34UUIRR（15.1.13） 由于在一個(gè)周期中，每個(gè)二極管只有1/3的時(shí)間導(dǎo)通（導(dǎo)通角為120），因此流過(guò)每個(gè)二極管的平均值電流圖15.8 三相橋式整流電壓的波形 DoL10.783UIIR（15.1.14） 每個(gè)二極管所承受的最高反向電壓為變壓器副邊線電壓的幅值，即DRMm3322.45UUUU（15.1.15） 思考與練習(xí)15.1.1 設(shè)某半波整流電路和某橋式整流電路的輸出電壓平均值

14、和所帶負(fù)載大小完全相同，均不加濾波，試問(wèn)兩個(gè)整流電路中整流二極管的電流平均值和最高反向電壓是否相同？15.1.2 在圖15.5（a）所示的橋式整流電路中，已知變壓器副邊電壓 若忽略二極管的正向電壓和反向電流，試求： 100 VU L3 kR （1）RL兩端電壓的平均值 U0（2）流過(guò) RL的電流平均值 I0（3）流過(guò)二極管的平均電流 ID及二極管承受的最高反向電壓 DRMU15.1.2 有一個(gè)電壓為110V，電阻為 的直流負(fù)載，采用單相橋式整流電路（不帶濾波器）供電，試求變壓器二次繞組電壓和電流的有效值，并選用二極管。55 15.2 濾 波 電 路 整流電路得到的單向脈動(dòng)直流電還有一定的交流成

15、分，脈動(dòng)程度較大，不能滿足某些負(fù)載的要求，因此需要在整流電路之后再加上濾波電路，以改善直流電的平直程度。濾波即把直流脈動(dòng)電壓中的交流成分去掉，使波形變得平直。濾波器通常由電容器和電感組成。15.2.1 電容濾波如圖15.9所示電路中與負(fù)載并聯(lián)的電容就是一個(gè)最簡(jiǎn)單的濾波器。電容濾波器是根據(jù)電容的端電壓在電路狀態(tài)改變時(shí)不能躍變的原理制成的。下面分析電容濾波的工作 圖15.9 電容濾波的單相半波整流電路uu如果在單相半波整流電路中不接電容濾波，輸出的電壓波形如圖15.10（a）所示。接上電容濾波器后，從圖15.9中可以看出，在二極管導(dǎo)通時(shí)，一方面供電給負(fù)載，同時(shí)對(duì)電容器 在忽略二極管正向壓降的情況下

16、，充電電壓 與上升的正弦電壓 一致，如圖15.10（b）中 段波形所示。電源電壓 都開(kāi)始下降， 按正弦規(guī)律下降，當(dāng)時(shí)， 二極管因承受反向電壓而截止,電容對(duì)負(fù)載電阻 放電，負(fù)載中仍有電流，而 按放電曲線 下降。在 的下 一個(gè)正半周內(nèi)，當(dāng) 時(shí)，二極管再行導(dǎo)通，電容再被充電，重復(fù)上述過(guò)程。 OmCuumnuCuu圖15.9 電容濾波的單相半波整流電路uCuCuuCLR圖15.10 電容濾波器的作用 電容兩端電壓 即為輸出電壓 ,其波形如圖15.10（b）所示?？梢?jiàn)輸出電壓的脈動(dòng)大為減小，并且電壓較高。在空載 和忽略二極管正向壓降的情況下， ，是圖15.9中變壓器副邊電壓的有效值。但是隨著負(fù)載的增加

17、（ RL減小,I0 增大），放電時(shí)間常數(shù)RLC 減小 、放電加快，U0也就下降。整流電路的輸出電壓波形就變成15.10（b）所示。輸出電壓 U0與輸出電流 I0（即負(fù)載電流）的變化關(guān)系曲線稱為整流電路的外特性曲線，如圖15.11所示。由圖中曲線可見(jiàn)，與無(wú)電容濾波時(shí)比較，輸出電壓負(fù)載電阻的變化有較大的變化，即外特性較差，或者說(shuō)帶負(fù)載能力較差。通常，取CuouL()R o21.4UUUUoo1.2UUUU（半波）（全波）（15.2.1） 圖15.11 電阻負(fù)載盒電容濾波的單行半波整流電路的外特性 采用電容濾波時(shí)，輸出電壓的脈動(dòng)程度與電容的放電時(shí)間常數(shù) RLC有關(guān)系。 RLC大一些，脈沖就小一些。為

18、了得到比較平直的輸出電壓，一般要求 ，即 L1(1 0 1 5)RCL(3 5)2TR C 式中，T是電源交流電壓的周期。 此外，由于二極管的導(dǎo)通時(shí)間短（導(dǎo)通角小于180），但在一個(gè)周期內(nèi)電容的充電電荷等于放電電荷，即通過(guò)電容的電流平均值為零。可見(jiàn)在二極管導(dǎo)通期間其電流平均值 近似等于負(fù)載電流的平均值I0,因此的峰值必然較大，產(chǎn)生電流沖擊，容易使管子損壞，在選擇二極管時(shí)要考慮到這點(diǎn)。對(duì)單相半波帶有電容濾波的整流電路而言，當(dāng)負(fù)載端開(kāi)路時(shí)， （最高）。因?yàn)樵诮涣麟妷旱恼胫軙r(shí)，電容上的電壓充到等于交流電壓的最大值 ，由于開(kāi)路不能放電，這個(gè)電壓維持不變；而在負(fù)半周的最大值時(shí)，截止二極管上所承受的反向

19、電壓為交流電壓的最大值與 電容上的電壓 之和，即等于 。對(duì)單相橋式整流電流而言，有電容濾波后不影響 ，見(jiàn)表15.1。 表15.1 截止二極管上的最高反向電壓電DiDRM2 2UU2U2U2U2 2UDRMUDRMU2U2 2 U2U2U電 路無(wú)電容濾波有電容濾波單相半波整流單相橋式整流 總之，電容濾波電路較為簡(jiǎn)單，輸出電壓 較高，脈動(dòng)也較??；但是外特性較差，且有電流沖擊。因此，電容濾波器一般用于要求輸出電壓較高，負(fù)載電流較小且變化也較小的場(chǎng)合。 濾波電容的數(shù)值一般在幾十微法到幾千微法之間，視負(fù)載電流的大小而定，其耐壓應(yīng)大于輸出電壓的最大值，通常都采用極性電容器。oUL1.2 kR o30 VU

20、 【例15.3】 有一單相橋式電容濾波的整流電路，如圖15.12所示。已知交流電源頻率為50Hz，設(shè)負(fù)載電阻 ，要求直流輸出電壓 ，選擇整流二極管及濾波電容器。 圖15.12 例15.3的圖解：（1）選擇整流二極管流過(guò)二極管的電流，由已知可得 oDoL111300.012 5 A12.5 mA2221 200UIIR根據(jù)式（15.2.1），取 ，所以變壓器副邊電壓的有效值 o1.2UUo3025 V1.21.2UU 二極管所承受的最高反向電壓 DRM222535 VUU查附錄1，可以選用2CP11型二極管，其最大整流電流為100mA，反向工作峰值電壓為50V。（2）選擇濾波電容器，根據(jù)式（15

21、.2.2），取 ，所以 L52TR C L1/5050.05 S2R C 已知 ,所以L200 R 6L0.050.0542 10 F42 F1 200CR所以，選用 ，耐壓為50V的極性電容器。 47 FC 15.2.2 電感濾波器電感濾波電路主要適用于負(fù)載功率較大即負(fù)載電流較大的情況，如圖15.13所示。電感濾波電路是在整流電路的輸出端和負(fù)載電阻之間串接一個(gè)電感量較大的鐵芯線圈來(lái)實(shí)現(xiàn)的。電感中流過(guò)的電流發(fā)生變化時(shí)，線圈中要產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)阻礙電流的變化。當(dāng)電流增加時(shí)，自感電動(dòng)勢(shì)的方向與電流的方向相反，自感電動(dòng)勢(shì)阻礙電流的增加，同時(shí)將能量?jī)?chǔ)存起來(lái)，使電流增加緩慢；當(dāng)電流 減小時(shí)，自感電動(dòng)勢(shì)的方

22、向與電流的方向相同，自感電動(dòng)勢(shì)阻止電流的減小，同時(shí)將能量釋放出來(lái)，使電流減小緩慢，因此使負(fù)載電流和負(fù)載電壓脈動(dòng)大為減小。 電感線圈的濾波功能還可以這樣理解：因?yàn)殡姼芯€圈對(duì)整流電流的交流分量具有阻抗，且諧波頻率愈高、阻抗愈大，所以它可以濾除整流電壓中的交流分量 。WL比RL大得愈多，則濾波效果愈好。電感濾波電路由于自感電動(dòng)勢(shì)的作用使二極管的導(dǎo)通角比電容濾波電路時(shí)增大，流過(guò)二極管的峰值電流減小、外特性較好、帶負(fù)載能力較強(qiáng)。但是電感量較大的線圈，因匝數(shù)較多、體積大，比較笨重，電阻也較大。電感上有一定的直流壓降，造成輸出電壓的下降，電感濾波電路輸出電壓平均值U0的大小一般按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算 o0.9UU

23、（15.2.3） 如果要求輸出電流較大，輸出電壓脈動(dòng)很小時(shí)，可在電感濾波電路之后再加接電容C,組成 LC濾波電路，如圖15.14所示。電感濾波之后，利用電容再一次濾掉交流分量，這樣，便可得到更為平直的直流輸出電壓。帶LC濾波器的整流電路適用于電流較大、要求輸出電壓脈動(dòng)很小的場(chǎng)合，用于高頻時(shí)更為適合。 C， 圖15.13 帶電感濾波器的單相橋式整流電路LC圖15.14 帶濾波器的單相橋式整流電路15.2.3 形濾波電路 為了進(jìn)一步減小輸出電壓的脈動(dòng)，可在上述 LC濾波電路前面并聯(lián)一個(gè)濾波電容C構(gòu)成 形 LC波電路，如圖15.15所示。其濾波效果比 LC濾波電路更好。但是，這樣的電路外特性較差，整

24、流管沖擊電流較大。 形LC濾波電路和電容濾波電路的外特性基本相同。 由于電感線圈的體積大而笨重，成本又高，所以有時(shí)候用電阻代替電感線圈，構(gòu)成 形RC濾波電路，如圖15.16所示。經(jīng)過(guò)電容 C1第一次濾波后，通過(guò) R和C2再一次濾波。電阻對(duì)于交、直流都具有同樣降壓作用，它和電容配合，使脈動(dòng)電壓的交流成分較多地降落在電阻兩端，而較少地降落在負(fù)載上，從而起到濾波作用。在一定的 值之下， R越大、 C2越大 、濾波效果越好，但 R值大，其直流壓降增加， 形RC濾波電路的外特性比電容濾波電路的外特性更差，故只適用于負(fù)載電流小的場(chǎng)合。 圖15.15 形LC濾波電路圖15.16 形RC濾波電路 思考與練習(xí)1

25、5.2.1 電容濾波和電感濾波的特性有什么區(qū)別？各適用于什么場(chǎng)合？15.2.2 單相橋式整流、電容濾波電路，已知交流電源頻率 ，要求輸出直流電壓為 輸出直流電流為 ，試選擇二級(jí)管及濾波電容。 50 Hzf 30 VU o150 mAI 15.2.3 單相橋式整流電容濾波電路中，用交流電壓表測(cè)得變壓器副邊電壓 ，用直流電壓表測(cè)得負(fù)載電壓，若出現(xiàn)下列幾種數(shù)值，試分析哪些情況是正常的，哪些情況表明出了故障，并指出發(fā)生故障的原因。 220 VU o28 VU o18 VU o24 VU o9 VU 15.2.4 如圖15.17所示橋式整流濾波電路，當(dāng)電路分別出現(xiàn)以下故障時(shí)，用萬(wàn)用表直流擋測(cè)量輸出電壓U

26、0 的值。（1）D1被燒斷，開(kāi)路。（2） D2反接。（3） RL開(kāi)路。（4） C開(kāi)路 。 圖15.17 橋式濾波電路整流15.3 直流穩(wěn)壓電路 經(jīng)整流和濾波后的輸出電壓往往會(huì)隨著交流電源電壓的波動(dòng)和負(fù)載的變化而變化。電壓的不穩(wěn)定有時(shí)會(huì)產(chǎn)生測(cè)量和計(jì)算誤差，引起控制裝置工作的不穩(wěn)定，甚至根本無(wú)法正常工作。精密電子測(cè)量?jī)x器、自動(dòng)控制等都要求有穩(wěn)定的直流電源供電。15.3.1 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路最簡(jiǎn)單的直流穩(wěn)壓電源是采用穩(wěn)壓管來(lái)穩(wěn)定電壓的，如圖15.18所示。經(jīng)過(guò)整流濾波后得到的直流電壓U1加到由電阻R和穩(wěn)壓管DZ組成的穩(wěn)壓電路上，負(fù)載電阻RL與穩(wěn)壓管 DZ并聯(lián)，故也稱為并聯(lián)式穩(wěn)壓電路。 R為限流電阻，它

27、是穩(wěn)壓電路必不可少的組成元件。穩(wěn)定輸出電壓是通過(guò)調(diào)節(jié) R上的壓降來(lái)實(shí)現(xiàn)的，下面來(lái)分析電路的穩(wěn)壓過(guò)程。圖15.18 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路如果電源電壓保持不變，而負(fù)載電阻RL減小時(shí)，輸出電流 I0增加，流過(guò)限流電阻 R上的電流 IR增加，其壓降增加，這樣輸出電壓 U0將下降， U0即為穩(wěn)壓管兩端的反向電壓。由穩(wěn)壓管的伏安特性可知，當(dāng)管子兩端的電壓略為下降時(shí)，其電流 IZ將急劇減小，亦即由IZ的減小來(lái)補(bǔ)償 I0的增大，最終使限流電阻 R上的電流 IR基本保持不變，因此負(fù)載電壓 U0維持基本穩(wěn)定。上述過(guò)程可簡(jiǎn)明表示為 LooZoRRRIIUIIU當(dāng)負(fù)載電阻增加時(shí)，穩(wěn)壓過(guò)程則相反。如果負(fù)載電阻RL不變，而電源

28、電壓升高，輸出電壓 U0也隨之升高。此時(shí)穩(wěn)壓管的電流 IZ急劇增加，則電阻 R上的壓降 UR也增加，以抵消電源電壓的增加，從而使負(fù)載電壓U0基本保持不變，上述過(guò)程可簡(jiǎn)明表示為oZoRRUUIIUU當(dāng)電源電壓下降時(shí)，其過(guò)程則相反。由此可知，穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路是依靠穩(wěn)壓管本身電流的改變來(lái)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定電壓的。穩(wěn)壓管端電壓的微小變化，將引起其電流較大的變化，電阻 R起著調(diào)節(jié)電壓的作用，以維持輸出電壓的穩(wěn)定。 選擇穩(wěn)壓管時(shí)，一般取ZoZMomo(1.5 3)(2 3)IUUIIUU穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用元件少、調(diào)試方便，但輸出電壓不能調(diào)節(jié)，輸出電流受穩(wěn)壓管允許電流的限制。故穩(wěn)壓器穩(wěn)壓電路只適用于小負(fù)載電流

29、、負(fù)載變動(dòng)不大、質(zhì)量要求不高的場(chǎng)合?！纠?5.4】 有一穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路，如圖15.18所示。負(fù)載電阻 RL由開(kāi)路變到 3 k，交流電壓經(jīng)整流濾波后得出UI =30V。要求輸出直流電壓U0 =12V，試選擇穩(wěn)壓管 DZ解：根據(jù)輸出電壓為12V的要求，得出負(fù)載電流最大值 omoL312/ A4 mA3 10IUR查附錄1，可選擇2CW19型穩(wěn)壓管，其穩(wěn)定電壓 Z11.514 VU ，穩(wěn)定電流 Z5 mAI ，最大穩(wěn)定電流 ZM18 mAI15.3.2 恒壓源由穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路和運(yùn)算放大器構(gòu)成的恒壓源，有如圖15.19所示的兩種。圖15.19（a）是反相輸入恒壓源，可得出foZ1RUUR （15.3.

30、1） 圖15.19（b）是同相輸入恒壓源，可得出foZ11RUUR（15.3.2）（a）反相輸入 （b）同相輸入圖15.19 恒壓源穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的輸出電壓大小是固定的，基本上由穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓決定，在使用中很方便。而恒壓源的輸出電壓是可調(diào)的，并引入電壓負(fù)反饋使輸出電壓更為穩(wěn)定。 15.3.3 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路 為了擴(kuò)大運(yùn)算放大器的輸出電流的變化范圍，將它的輸出端接到大電流晶體管的基極，從發(fā)射極輸出。這樣，同相輸入恒壓源就改變?yōu)槿鐖D15.20所示的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路，其穩(wěn)壓工作原理如下所述。圖15.20 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路如果由于電源電壓或負(fù)載電阻的變化使輸出電壓U0升高，此時(shí)，由圖15.20可得出 1

31、2fo12RRUUURR（15.3.3） 即Uf增大。根據(jù)運(yùn)算放大器的特性得BoZf()uUAUU（15.3.4） 可見(jiàn)UB隨著減小。于是得出如下穩(wěn)壓過(guò)程ofBCCEoUUUIUUU0保持穩(wěn)定。當(dāng)輸出電壓降低時(shí)，其穩(wěn)壓過(guò)程相反。 可見(jiàn)，輸出電壓的變化量經(jīng)運(yùn)算放大器放大后去調(diào)整晶體管的管壓降UCE ，從而達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。所以通常稱晶體管為調(diào)整管，這個(gè)過(guò)程實(shí)質(zhì)上是一個(gè)反饋過(guò)程。反饋電壓Uf取樣于輸出電壓 U0 ，Uf和基準(zhǔn)電壓 UZ又分別加在運(yùn)算放大器的兩個(gè)輸入端，可見(jiàn)圖15.20所示電路中引入的是串聯(lián)電壓負(fù)反饋，故稱為串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。改變電位器就可調(diào)節(jié)輸出電壓。根據(jù)同相比例運(yùn)算電路可知：1oBZ121RUUURR（15.3.5） 15.3.4 集成穩(wěn)壓電源 隨著集成工藝的發(fā)展，集成穩(wěn)壓組件已逐漸代替分立的穩(wěn)壓器。與其他線性組件一樣