直流穩(wěn)壓電源及其應(yīng)用

1、本文檔如對你有幫助，請幫忙下載支持!第一章直流穩(wěn)壓電源及其應(yīng)用幾乎所有的電子電路都需要穩(wěn)定的直流電源，在檢定檢修指示儀表時，標(biāo)準(zhǔn)儀器除了要有合適的外，還必須要有合適的直流電源及調(diào)節(jié)裝置。當(dāng)由交流電網(wǎng)供電時，供給的交流電轉(zhuǎn)則需要把電網(wǎng)雖換為穩(wěn)定的直流電。交流電經(jīng)過整流、濾波后變成直流電，流電源使用，但是，由于然能夠作為直電網(wǎng)電壓的波動，會使整流后輸出的直流電壓也隨著波動。同時，使用中負(fù)載電流也是不斷變動的，有的變動幅度很大，當(dāng)它流過整流器的內(nèi)阻時，就會在內(nèi)阻上產(chǎn)生一個波動的電壓降，這樣輸出電壓也會隨著負(fù)載電流的波動而波動。負(fù)載電流小，輸出電壓就高，負(fù)載電流大，輸出電壓就低。直流電源電壓產(chǎn)生波動，

2、會引起電路工作的不穩(wěn)定，對于精密的測量儀器、自動控制或電子計算裝置等，將會造成測量、計算的誤差，甚至根本無法正常工作。因此，通常都需要電壓穩(wěn)定的直流穩(wěn)壓電源供電。晶體管直流穩(wěn)壓電源可以作為各種晶體管儀器、儀表、電子計算機(jī)、自動控制系統(tǒng)與設(shè)備的直流電源。精密穩(wěn)壓、穩(wěn)流電源還可作為檢定某些電工儀表用的穩(wěn)壓、穩(wěn)流電源。因此，晶體管直流穩(wěn)壓電源是科研、生產(chǎn)、教學(xué)和維修等單位常用的必備儀器。一、直流穩(wěn)壓電源的原理（一）方框圖及工作原理晶體管串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源的典型電路方框圖如圖型穩(wěn)壓1-1所示。它由整流濾波電路、串聯(lián)電路、輔助電源和保護(hù)電路等部分組成。圖1-1直流穩(wěn)壓電源電路原理方框圖整流濾波電路包括電

3、源變壓器、整流電路和濾波電路。半導(dǎo)體電路常用的直流電源有6V、12V、18V、24V、30V等額定電壓值，而電網(wǎng)電壓一般為交流220V,要把電網(wǎng)的交流電壓變換成所需要的直流電壓，首先要經(jīng)過電源變壓器降壓，然后通過整流電路將交流電變成脈動的直流電，由于整流后的電壓還有較大的交流成分，必須通過濾波電路加以濾除，從而得到比較平滑的直流電壓。經(jīng)過濾波電路后所得到的直流電壓，雖然脈動小了，但是電壓的數(shù)值仍是不穩(wěn)定的，其主要原因有三個方面：一是交流電網(wǎng)的電壓一般有土10%左右的波動，因而會引起整流濾波輸出的直流電壓也有土10%左右的波動；二是整流濾波電路存在內(nèi)阻，當(dāng)負(fù)載電流變化時，在內(nèi)阻上的電壓降落也會變

4、化，使輸出直流電壓也隨之變化；三是在整流穩(wěn)壓電路中，由于采用的半導(dǎo)體器件特性隨環(huán)境溫度而變化，所以也造成輸出電壓不穩(wěn)定。穩(wěn)壓電路可以保持輸出直流電壓的穩(wěn)定，使之不隨電網(wǎng)電壓、負(fù)載或溫度的變化而變化。串聯(lián)型穩(wěn)壓電路由調(diào)整環(huán)節(jié)、比較放大電路、取樣電路、基準(zhǔn)電壓等部分組成。調(diào)整環(huán)節(jié)中的調(diào)整管是串接在濾波電路和負(fù)載之間，故稱為串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。調(diào)整管相當(dāng)于一個可變電阻，如果輸出電壓升高了，則其電阻值相應(yīng)地增大，使輸出電壓降回來；反之，如果輸出電壓下降了，則其電阻值相應(yīng)地減小，使輸出電壓有所升高。這樣調(diào)整輸出電壓，使其維持不變，就可達(dá)到穩(wěn)壓的目的。取樣電路用電阻分壓的方法，將輸出電壓的變化按一定比例取樣下

5、來，為取樣信號?；鶞?zhǔn)電壓是穩(wěn)定而標(biāo)準(zhǔn)的參考電壓。取樣信號與基準(zhǔn)電壓同時加至比較放大電路進(jìn)行比較，然后將兩者之差進(jìn)行放大，用放大后的電壓去控制調(diào)整管的基極注入電流，從而改變調(diào)整管的直流內(nèi)阻，調(diào)整輸出電壓穩(wěn)定不變。為提高穩(wěn)壓器的性能，比較放大電路常采用兩級差動放大器，放大倍數(shù)較大，控制能力較強(qiáng)，其次比較放大電路還要求零點漂移小，溫度穩(wěn)定性好。上述的整流濾波電路與串聯(lián)型穩(wěn)壓電路合在一起，也稱為主電源。其穩(wěn)壓原理是這樣如果由于電網(wǎng)的：電壓或負(fù)載變化而引起輸出電壓增大時，經(jīng)取樣電路產(chǎn)生的取樣電壓也增大，這時取樣電壓大于基準(zhǔn)電壓，其差值經(jīng)比較放大電路放大后，經(jīng)調(diào)整環(huán)節(jié)使調(diào)整管的發(fā)射結(jié)電壓減小，其基極電流減

6、小，調(diào)整管的直流內(nèi)阻增大，其管壓降就增大，從而使輸出電壓減小，維持了輸出電壓的穩(wěn)定。同理，當(dāng)輸出電壓減小時，通過類似過程，使調(diào)整管的直流內(nèi)阻減小，其管壓降減小，也將使輸出電壓回升，從而基本保持不變。直流穩(wěn)壓電源除了主電源，一般都有兩組輔助電源。第一輔助電源由整流器和穩(wěn)壓器組成，其輸出電壓也相當(dāng)穩(wěn)定；第二輔助電源與主電源電路相似，也由整流濾波電路和串聯(lián)型穩(wěn)壓電路組成，其輸出電壓很穩(wěn)定。第一輔助電源的輸出電壓一方面作為保護(hù)電路的電源電壓，另一方面與主電源的輸出電壓和第二輔助電源的輸出電壓正向串聯(lián)后，作為主電源比較放大電路末級差動放大管的電源電壓，為比較放大電路提供一個具有較高電壓的穩(wěn)壓電源，使其增

7、益較大，這樣，就提高了主電源串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的調(diào)整靈敏度，進(jìn)一步提高了其輸出電壓的穩(wěn)定性。第二輔助電源的輸出電壓一方面作為主電源比較放大電路差動放大管的電源電壓，另一方面通過分壓電路輸出穩(wěn)定的電壓，作為主電源比較放大電路的基準(zhǔn)電壓。在串聯(lián)型穩(wěn)壓電路中，當(dāng)過載時，特別是在輸出端短路的情況下，輸入直流電壓幾乎全部落在調(diào)整管的兩端，這種過載現(xiàn)象即使時間很短，也會使調(diào)整管和整流二極管立即燒毀。因此，必須采用快速動作的過流自動保護(hù)電路。當(dāng)過載或短路時，通過保護(hù)電路使調(diào)整管截止。這時，輸出電壓和電流基本都下降為零，起到保護(hù)作用。這種保護(hù)電路稱為截止式保護(hù)電路。（二）串聯(lián)型穩(wěn)壓電路圖1-2所示是具有放大環(huán)節(jié)的

8、串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路。輸入電壓Vi是由整流濾波電路供給的。電阻Ri、R2組成分壓器，取出一把輸出電壓的變化量部分加到由Ti組成的放大器的輸入端，所以叫作取樣電路。電阻成穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電R3和穩(wěn)壓管Dz組路，用以提供基準(zhǔn)電壓，使T1的發(fā)射極電位固定不變。晶體管Ti組成放大器，起比較和放大信號的作用。R4是T1的集電極電阻，從T1集電極輸出的信號直接加到調(diào)整管T2的基極。圖1-2串聯(lián)型穩(wěn)壓電路如果由于電網(wǎng)電壓降低或負(fù)載電流增大使輸出電壓用，T1的基極電位Vbi下降，由于T1的發(fā)vo降低時，通過Ri、R2的分壓作射極電位比較的結(jié)果，使Ti發(fā)射結(jié)的正向電壓減小，從而使vE1被穩(wěn)壓管Dz穩(wěn)住而基本不變，二者

9、使二2的IB2和IC2增大，VCE2減小，最后使輸出電壓過程可Ti的Ici減小和Vci增高。Vci的升高又以表示為：Vo升高到接近原來的數(shù)值。以上穩(wěn)壓同理，當(dāng)Vo升高時，通過穩(wěn)壓過程也使Vo基本保持不變。比較放大器可以是一個單管放大電路，但為了提高其增益及輸出電壓溫度穩(wěn)定性，也可以采用多級差動放大電路和集成運(yùn)放。調(diào)整管通常是功率管，為增大B值，使比較放大器的小電流能推動功率管，也可以是二個至三個晶體管組成的復(fù)合管，如果調(diào)整管的功率不能滿足要求時，也可以是若干個調(diào)整管并聯(lián)使用，增加支路以便擴(kuò)大輸出電流。由于用途不同，取樣電路的接法也不同：對穩(wěn)壓源，取樣電阻是與負(fù)載并聯(lián)；而對穩(wěn)流源，取樣電阻則是與

10、負(fù)載串聯(lián)。有些電子設(shè)備需要大小相等而極性相反的雙路電源電壓。這樣的電源電壓可以通過對稱的雙路穩(wěn)壓電路來獲得。（三）輔助電源電路1.第一輔助電源電路在圖1-2所示的電路中，放大管Ti的負(fù)載R4直接接在變化較大的輸入電壓Vi±,因此輸入電壓的變化會直接通過R4作用到調(diào)整管T2的基極上，從而使輸出電壓發(fā)生變化，影響其穩(wěn)定性。為了克服這個缺點，可以采用一個獨(dú)立的輔助電源Vz2供電，如圖1-3所示。這個電源也稱為第一輔助電源，是由R和DZ2組成的穩(wěn)壓電路，由同一變壓器的另一次級繞組經(jīng)整流濾波得到電壓Vii,經(jīng)穩(wěn)壓電路得到穩(wěn)定電壓VZ2,該電壓與Vo串聯(lián)后作為Ti的電源。由于VZ2與V。都是相當(dāng)

11、穩(wěn)定的，所以電源電壓的波動對輸出電壓的影響可大大減小。由于VZ2與Vo相加作為比較放大器的電源，所以R4可以選得比原來大，以提高放大倍數(shù)，從而進(jìn)一步地增強(qiáng)了控制能力，提高了輸出電壓的穩(wěn)定性。圖1-3第一輔助電源電路2.第二輔助電源電路在圖1-2所示的電路中，串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的輸出電壓可見，改變?nèi)与娐返姆謮罕?，可以調(diào)節(jié)輸出電Vo可以由下式給出：Ri愈小則輸出電壓的大小?？诙?時，輸出電壓最低，其值為：Vomin=Vz+V壓Vo也愈小。即輸出電壓的最低值仍BE1,工作電壓Vz,輸出電壓不可能調(diào)整到零是這種電路的缺高于穩(wěn)壓管為了擴(kuò)大輸出電壓的調(diào)整范點?？稍黾拥诙o助電源，如圖給，從圖可以直觀看出，如

12、果出圍，電壓接近于零的可能性，可調(diào)1-4所示，這種電路穩(wěn)壓管的電壓是由另一組整流電路的Vi2供的要求。Ri=0時，貝UV=Vbei/TOo可見，第二輔助電源提供了調(diào)節(jié)輸只要改變?nèi)与娐返姆謮罕?，就可實現(xiàn)輸出電壓在大范圍內(nèi)連續(xù)圖1-4第二輔助電源電路（四）串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的保護(hù)電路串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路的保護(hù)電路可分為限流式和截止式兩種。1 .限流式保護(hù)電路限流式保護(hù)電路是當(dāng)輸出電流超過一定數(shù)值時，則保護(hù)電路開始工作，使調(diào)整管處于不完全截止?fàn)顟B(tài)，輸出電流和輸出電壓都相應(yīng)下降，達(dá)到保護(hù)電源的目的。這種保護(hù)電路比較簡單，而且當(dāng)輸出過載或短路被排除后，穩(wěn)壓電路便自動地恢復(fù)工作。圖1-5限流保護(hù)電路圖1-5

13、所示虛線包圍的部分是較常見的限流式保護(hù)電路。T3稱為保護(hù)管。輸出電壓經(jīng)R5和R6分壓，取R6上的電壓給T3基極提供反向偏壓。R7為檢測電阻，其阻值較小。電流在R7輸出上的壓降給T3基極提供正向偏壓。在正常情況下，R6上的反向偏壓超過R7上的正向偏壓，所以T3處于截止?fàn)顟B(tài)，電路工作沒對穩(wěn)壓有影響。當(dāng)過載使輸出電流過大時，則R7正向壓降也增大，使T3進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，于是T3管兩端電壓減小，使調(diào)整管T2發(fā)射結(jié)正向電壓也減小，從而使調(diào)整管電流減小，輸出電流和電壓都減小，對調(diào)整管起到了保護(hù)作用。這種保護(hù)電路維持T3導(dǎo)通的必要條件是輸出電流經(jīng)過R7產(chǎn)生正向偏壓，因此只能把輸出電流減小到一定程度，而不能使調(diào)整

14、管截止。當(dāng)輸出過載原因被排除后，可以自動恢復(fù)到正常狀態(tài)。優(yōu)點是簡單可靠，缺點是過載時調(diào)整管上仍消耗較大的功率。2 .截止式保護(hù)電路截止式保護(hù)電路是當(dāng)負(fù)載過載或短路時，通過保護(hù)電路使調(diào)整管截止，這時輸出電壓和電流基本都下降為零，從而起到保護(hù)作用。截止式保護(hù)電路稍微復(fù)雜。它又可分為兩種情況：一種是可自動恢復(fù)工作；另一種是當(dāng)故障排除后必須依靠復(fù)位按鈕或切斷交流電源重新開機(jī)，穩(wěn)壓電源才能恢復(fù)正常工作。圖1-6截止式保護(hù)電路圖1-6所示虛線包圍的部分為截止式保護(hù)電路。圖中電阻R8>穩(wěn)壓管DZ2及分壓電阻TRi、R5為保護(hù)管T3提供基極電壓，由輸出電壓Vo經(jīng)電阻R6、檢測電阻R7分壓供給3發(fā)射極電壓

15、，RR接在R7和R5之間，輸出電流10流過它產(chǎn)生電壓降，如圖所示，可見加R5、R7和上電壓的極性在保護(hù)管T3的發(fā)射結(jié)電壓為、VBE3=(VR5+VR)-VR7當(dāng)穩(wěn)壓電路正常工作時，I。在額定值內(nèi)，VR=IoR較小，使VR5+Vr<VR7,則VBE3為負(fù)值，T3管發(fā)射結(jié)反向偏置而可靠地截止。保護(hù)電路不起作用，對穩(wěn)壓電路的正常工作沒有影響。當(dāng)輸出電流Io超過額定值時，R上電壓增加使T3導(dǎo)通，其集電極電壓VC3下降，即調(diào)整管T2的VB2下降，致使它趨于截止，VCE2增大，輸出電壓V。隨之減小，結(jié)果R7上的電壓VR7減小，使T3管進(jìn)一步導(dǎo)通，又使V。進(jìn)一步下降，形成正反饋過程，以致調(diào)整管T2迅速

16、截止，輸出電壓和電流均接近于零。此時靠R5上的電壓VR5維持T3導(dǎo)通，T2截止，達(dá)到了保護(hù)的目的。二、直流穩(wěn)壓電源的使用直流穩(wěn)壓電源的使用方法很簡單。使用時，應(yīng)注意所需直流電壓的極性。如果需要輸出正電壓，則應(yīng)將直流穩(wěn)壓電源的輸出端了“-”接用電設(shè)備的“地”端，將端子“+”接所需正電壓端。如果需要輸出負(fù)電壓，則需把上述接線方法反一下即可。通電前，應(yīng)用萬用表測量一下，檢查輸出電壓是否符合使用要求，以免電壓過高損壞用電設(shè)備。為了使用電設(shè)備能正常工作，不致因直流電源性能不佳，而影響用電設(shè)備穩(wěn)定可靠地工作，在作用穩(wěn)壓電源前，最好將它簡單地測試一下。測試的主要內(nèi)容有：范圍、穩(wěn)定程度、紋波電壓輸出電壓的調(diào)節(jié)

17、和過流保護(hù)等。三、直流穩(wěn)壓電源的檢修(一)檢修程序1 .表面初步檢查各種穩(wěn)壓電源一般都裝有過載或短路保護(hù)的熔斷絲以及輸入輸出接線柱，絲有否熔斷或松脫，接線柱有否松脫或?qū)Φ囟搪?，電壓指示表的表針有否卡阻。?yīng)先檢查熔斷殼蓋板，查看電源變壓器有否焦味或發(fā)霉，電阻、電容有否燒焦、霉斷、漏液、炸裂等明顯然后打開機(jī)的損壞現(xiàn)象。2 .測量整流輸出電壓在各種穩(wěn)壓電源中都有一組或一組以上的整流輸出電壓，如果這些整流輸出電壓有一組不正常，則穩(wěn)壓電源將會出現(xiàn)各種故障。因此，檢修時，要首先測量有關(guān)的整流輸出電壓是否正常。3 .測試電子器件如果整流電壓輸出正常，而輸出穩(wěn)壓不正常，則需進(jìn)一步測試調(diào)整管、放大管等的性能是否

18、良好，電容有否擊穿短路或開路，如果發(fā)現(xiàn)有損壞、變值的器件，通常更新后即可使穩(wěn)壓電源恢復(fù)正常。4 .檢查電路的工作點若整流電壓輸出和有關(guān)的電子器件都正常，則應(yīng)進(jìn)一步檢查電路的工作點。對晶體管來說，它的集電極和發(fā)射極之間要有一定的工作電壓，基極與發(fā)射極之間的偏置電壓，其極性應(yīng)符合要求，并保證工作在放大區(qū)。5 .分析電路原理如果發(fā)現(xiàn)某個晶體管的工作點電壓不正常，有兩種可能：一是該晶體管損壞；二是電路中其它元件損壞所致。這時就必須仔細(xì)地根據(jù)電路原理圖來分析發(fā)生問題的原因，進(jìn)一步查明損壞、變值的元器件。（二）穩(wěn)壓電源常見故障檢修實例1 .有調(diào)壓而無穩(wěn)壓作用在使用穩(wěn)壓電源時，通常是先開機(jī)預(yù)熱，然后調(diào)節(jié)輸出電壓“粗調(diào)”電位器，觀察調(diào)壓作用和調(diào)節(jié)范圍是否正常，最后調(diào)節(jié)到所需要的電源電壓值，并接上負(fù)載。如果空載時電壓正常，但接上負(fù)載后，輸出電壓即下降，若排除外電路故障的可能性，此時的故障就是穩(wěn)壓電源無穩(wěn)壓作用。檢修時可用萬用表測定大功率調(diào)整管的集電極與發(fā)射極之間的通斷情況。如發(fā)現(xiàn)不了問題，可進(jìn)一步檢查整流二極管是否損壞，只要有一只整流管損壞，全波整流就變成半波整流?？蛰d時，大容量的濾波電容仍能提供足夠的整流輸出電壓，以保證穩(wěn)壓輸出的調(diào)壓功能，接上負(fù)載以后，整流輸出電壓立即下降，穩(wěn)壓輸出端的電壓也隨之下降，失