模塊三、直流穩(wěn)壓電源;

一、變壓器(也談?wù)勛枞萁祲?

1、變壓器是利用電磁感應(yīng)原理來改變交流電壓的裝置，只要構(gòu)件是初級線圈和次級線圈。

2、還有鐵芯(磁芯)，常用于升降電壓，安全隔離和阻抗匹配。

原理;U1\n1=U2 \n2→U2=U1n2\n1→U2=U1\n(n=n1\n2)

∴當初級匝數(shù)n1〉次級匝數(shù)n2時，起降壓作用，若相反，則起升壓作用。

3、阻容降壓;阻容降壓的電路非常適合于低成本取得非隔離的小電流電源。

它的輸出電壓通常可在幾伏到幾十伏，取決于所使用的穩(wěn)壓管，所能提供的電流大小正比于限流電容容量。電容降壓的工作原理為利用電容在一定交流型號的頻率下產(chǎn)生的容抗來限制最大的工作電流。

例如;在50HZ的頻率條件下，一個1uF的電容所產(chǎn)生的容Xc=1\2πfc=3184Ω。

當220V交流電加在電容器的兩端，則流過的最大電流為70mA。

雖然流過電容的電流有70mA，但在電容上并不產(chǎn)生功耗，根據(jù)這個特點，我們?nèi)绻谝粋€1uF的電容器上串聯(lián)一個阻性元件，則阻性元件兩端所得到的電壓和它所產(chǎn)生的功耗完全取決于這個阻性元件的特性，因此電容降壓是利用容抗限流，而電容器實際上起到一個限制電流和動態(tài)分配電容器，以及負載兩端電壓的角色。

#電路中，C1為降壓電容，R1為電源斷開時C1的泄放電阻，D1半波整流二極管，VZ在市電的負半周為C1提供放電回路，否則電容C1電充滿就不工作了，DZ為穩(wěn)壓二極管，C2為濾波電容，輸出電壓Uo等于DZ的穩(wěn)定電壓值。

#實際應(yīng)用中，可用下圖代替上圖，這里利用了VZ的正向和反向特性，其反向特性就是穩(wěn)定特性來穩(wěn)定電壓，其正向特性來在市電負半周給C1提供放電回路。

在較大電流的應(yīng)用中，可采用全波整流電路(實際使用常用下圖)

#電容降壓電流的計算公式;

∵Xc=1\2πfc(估算)

半波;Ic≈0.45*220*2πfc

(其中C電容量f=50HZ)

全波;Ic≈0.9*220*2πfc

一般直接用Ic=220\Xc

#阻容降壓注意事項;

①根據(jù)負載的電流大小和交流電的工作頻率選取適當?shù)碾娙荨?/p>

②限流電容必須采用無極性電容，絕對不可用電解電容，耐壓大于兩倍電源電壓。

③限流電容必須接于火線，是一種非隔離電源，特別注意隔離，防止觸電。

④當電容確定后，輸出的電流是恒定的，而輸出直流電壓隨負載動態(tài)變化。

⑤阻容降壓不適合動態(tài)負載條件，不適合容性感性負載，且建議不用橋式整流。

#經(jīng)驗;IC≈0.62C1,即確定容量后，即可知道負載提供電流就知道。

C≈14.5IC，知道IC，即可計算得到容量C的大小，C單位uF，I單位為A。

二、整流電路;

分析整流電路，所先應(yīng)弄清楚整流的概念，在弄清楚電路的工作原理。

〈即整流原理〉在此基礎(chǔ)上懂得求主要參數(shù)和確定二極管極限參數(shù)。

1、半波整流;

#Uo=0.45U2

#Io=Uo\RL=0.45U2\RL=Id

#Udmax=1.414U2

#缺點;脈動成分大，

輸出電壓利用率低。

2、橋式〈全波〉整流電路;

#Uo=0.9U2

#Io=Uo\RL=0.9\RL

#Id=1\2*Io=0.45\RL

#Udmax=1.414U2

#特點;脈動成分小，輸出電壓利用率高(變壓器次級電壓利用率高)。

缺點;二極管數(shù)量多，二極管內(nèi)阻的存在，損耗較大。

#橋式整流電路其他幾種常見畫法;

#橋式整流電路實現(xiàn)正負電源;

三、濾波電路;

利用電容的基本特性(充放電)將脈動直流電轉(zhuǎn)變?yōu)槠交闹绷麟姟?/p>

3、電容濾波;

#原理;

①初始時，電容的兩端電壓為0，則在正半周0~B之間，D1,D3導(dǎo)通，電流A→D1→RL,C充電→D3→B。

若理想狀態(tài)下，電容兩端的電壓Uc≈U2,如波形圖中ab段，當U2上升到峰值后，開始下降，電容通過負載電阻RL放電，其電壓Uc也開始下降，走勢與U2基本相同。如波形圖bc段，由于電容按指數(shù)規(guī)律放電，所以當U2下降到一定數(shù)值后，Uc的下降速度小于U2的下降速度，使Uc大于U2從而導(dǎo)致D1,D3反向偏置而截止。

此后，電容繼續(xù)通過RL放電，Uc繼續(xù)按指數(shù)規(guī)律下降，見波形圖cd段。

②當U2的負半周幅值變化大于Uc時，D2,D4導(dǎo)通，U2在此對電容C充電，Uc上升到U2的峰值后又開始下降，下降到一定數(shù)值后，D2,D4截止，C對RL放電，Uc按指數(shù)規(guī)律下降，放電到一定數(shù)值后D1,D3變?yōu)閷?dǎo)通，重復(fù)……

#一般情況下，在負載電阻RL≈∞(較大時)，濾波電容足夠大。

則;Uo≈1.2U2(最大可以達1.414U2)(半波;Uo≈0.9U2)

#實際應(yīng)用中;濾波電容應(yīng)滿足;RL*C=(3-5)T\2→(全波)

電容耐壓;〉(1.1~1.2)1.414U2 RL*C=(3~5)T(半波)

其中T半周取0.02S，全波取0.01S。

③整流二極管的導(dǎo)通角。

從濾波電路的工作原理分析可知，在未加濾波電容之前，二極管整個正半周或整個負半周都有二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，所以二極管的導(dǎo)通角θ=π，加上電容濾波后，只有與電容充電時二極管才導(dǎo)通，導(dǎo)通角都小于π，且RL，C的值愈大，濾波效果越好，導(dǎo)通角θ越小。

4、電感濾波;

#原理;當整個電路輸出脈動直流電時，負載電流將隨著脈電流增加或減小。

#當負載電流增大時，電感線圈中將產(chǎn)生與電流相反的感應(yīng)電動勢，力圖阻止電流的增加;而當負載電流減少時，電感線圈中將產(chǎn)生與電流相同的感應(yīng)電動勢;力圖阻止電流的減少。由于電感具有阻礙電流變化的作用，使負載電流的脈動程度減小了，達到濾波效果。電容濾波適用于要求負載電流較大且經(jīng)常變化場合，但電感量要求又較大，體積也很大。所以大功率整流電路中才采用。

5、復(fù)式濾波;

問一問;#在橋式整流電容濾波電路中，若有一只二極管斷路，輸出電壓平均值是否正常時的一半，為什么?

四、倍壓整流電路;

利用濾波電容的存儲作用，由多個電容和二極管可以獲得幾倍于變壓器次級輸出電壓。

#原理;

①當U2為正半周時，A⊕BΘ，使得二極管D1導(dǎo)通，D2截止，C1充電，充電電流如實線所示，C1充電電壓的極性為右⊕左Θ，最大值1.414U2。

②當U2為負半周時，AΘB⊕,C1上電壓與變壓器次級電壓相疊加，使得D2導(dǎo)通，D1截止，C2充電，充電電流如圖虛線所示。C2充電電壓的極性為下⊕上Θ，最大值可達2.828U2。

③可見利用C1對電能的存儲作用，是輸出電壓(C2上的電壓)為變壓器次級峰值電壓的2倍，起到倍壓的效果。

④多倍壓整流電流。

五、穩(wěn)壓電路;

#整流濾波后的電壓已是較為平滑的直流電壓，但是輸出的電壓容易受電網(wǎng)電壓變化的影響。同時也會受負載大小變化的影響，為了獲得穩(wěn)定性好的直流電壓，必須采取穩(wěn)壓措施。

1、硅穩(wěn)壓二極管，并聯(lián)型穩(wěn)壓電路。

①電網(wǎng)電壓↑→UI↑→Uo(Uz) ↑→ID↑→IR↑→UR↑→Uo↓

②RL減小(IL↑)→Uo(Uz) ↓→ID↓→IR↓→Uo↓

#限流電阻R在此電路中起到重要的作用，一般取值為;

Rmin=(UImax-Uz)/(I2+ILmin)

(ILmin=Uz\RLmax)

Rmax=(UImin-Uz)/(I2+Ilmax)

(ILmax=Uz\RLmin)

#缺點;輸出可供電流小，輸出電壓不可調(diào)。

2、串聯(lián)型穩(wěn)壓電源;

┏輸出電流小 ┓

解決輸出電流小的問題，電流放大1+β倍。

┗輸出電壓不可調(diào) ┛

即;ILmax=(1+β)(ILmax-ILmin) Uo=Uz-UBE(0.7V)

①原理;

(穩(wěn)壓)設(shè)電網(wǎng)電壓↓

→UI↓→Uo↓→UD2↓→UC2↑→UBi↑→Uo↑

②輸出電壓調(diào)節(jié)范圍;

∵UB2=UBE2+Uz≈(R'P+R2)\(R1+RP+R2)*Uo

∴Uo=(R1+RP+R2)\(R'P+R2)*(UBE2+Uz)

┏Uomax=(R1+RP+R2)\R2*(UBE2+Uz)

┗Uomin=(R1+RP+R2)\(RP+R2)*(UBE2+Uz)

③單元電路名稱;V1調(diào)整管，V2比較放大管，Dz基準電壓電路，RP,R1,R2采樣電路。

Uomax=(R1+RP+R2)\R2*Uz

Uomin=(R1+RP+R2)\(RP+R2)*Uz

比較放大管用運放代替的串穩(wěn)。

3、直流穩(wěn)壓電源保護電路;

#原理;V1調(diào)整管U2，Ro構(gòu)成限流型過流保護電路，Ro為采樣電阻，正常工作時，T2b~e間電壓，UBE2=Io*Ro < Uon(開啟電壓)，因而Vz處于截止狀態(tài)，與輸出電流大到一定數(shù)值時，UBE2=Io≥Uon時，使V2導(dǎo)通。

4、穩(wěn)壓集成電路，

①78，79系列穩(wěn)壓集成電路(固定)

78××;05，06，09，12，15，18，24V(+) ┓七種穩(wěn)壓值

79××;05，06，09，12，15，18，24V (-) ┛

#Uo=Uo'(1+R2\R1)+Iw*R2

Uo'*(R1+R2+RP)\(RP+R2) ≤Uo≤(R1+RP+R2)\R1*Uo'

Uo'電壓等于三端穩(wěn)壓器標稱穩(wěn)壓值。

②LM317，337系列集成穩(wěn)壓電路(可調(diào))1.25~37V

#Uo=(1+R2\R1)*1.25(一般R1取值120~240Ω之間)

#D1,D2為保護電路二極管。

③TL431三端可調(diào)分流基準電路。TL431是三端可調(diào)分流基準電源外型結(jié)構(gòu)如90××系列三極管，它的輸出電壓用2個電阻就可以任意的設(shè)置，從Vref(2.5V)-30V范圍內(nèi)可調(diào);

參數(shù);輸入電壓最大37V，最大工作電流150mA，基準電壓Uref=2.5V

輸出電壓調(diào)節(jié)范圍2.5~30V

∵Uref=2.5V

又∵I2=I3+IF

IF≈0

∴Uo=I3*R3+I2*R 2=2.5+I2*R2

④穩(wěn)壓集成典型應(yīng)用電路;

78，79系列固定穩(wěn)壓集成串接應(yīng)用電路

注;電路中的濾波電容取值不是關(guān)鍵，值均可上下浮動，但一定注意(UI>Uo)>3V

對于關(guān)鍵位置可以加電阻和發(fā)光二極管極性指示。

注;Uo+=1.25*(1+RP1\R4)

Uo-=-1.25*(1+RP2\R5)

所以可根據(jù)輸入電壓的大小，適當改變RP1，RP2的標稱電阻值。

5、直流穩(wěn)壓電源的主要技術(shù)指標與測量;

①特性指標;表明穩(wěn)壓電源工作特征的參數(shù)，主要有輸入電壓，輸出電壓，輸出電流，輸出電壓調(diào)節(jié)。

②質(zhì)量指標(性能指標);衡量穩(wěn)壓電源穩(wěn)定性能狀況的參數(shù)。

#穩(wěn)壓系數(shù)Sr=(ΔUo\Uo\ΔUI\UI)\RL=常數(shù)(不變)系數(shù)越小越好，

Sr≤1(Sr=UI\Uo*ΔUo\ΔUI)

它是表明穩(wěn)壓電源克服電網(wǎng)電壓變化的能力，

工程上通常把輸入電壓波動±10%做為極限條件。

測量方法;將整流濾波后的直流電壓(輸入電壓)變化±10%。

(例如;20V±10%=18~22V),在用萬用表測量穩(wěn)壓輸出后的變化范圍并記錄;

(例如;12V，11~12.1V變化)→Sr=ΔUo\Uo\ΔUI\UI=(0.2\12V)\(4\20V)=0.0833

#輸出電阻ro;指UI與環(huán)境溫度不變時，RL負載發(fā)生變化時，輸出電壓變化量與輸出電流變化量之比ro=ΔUo\ΔIo\UI 常數(shù)越小，帶載能力越強，它是表明穩(wěn)壓電源克服負載變化的能力。

測量方法;將輸出電壓在空載狀態(tài)下調(diào)整至最大(例如Uomax=12V)然后接上負載，負載RL=12Ω變?yōu)镽L100Ω分別測量RL=12Ω時和RL=100Ω兩種狀態(tài)下的輸出電壓和輸出電流并記錄;

(例如;ΔUo=11.5V~11.9V，ΔIo=0.95~0.119A)→ro=ΔUo\ΔIo=0.4V\0.831A=0.481Ω.

#電源效率;輸出中功率與輸入總功率之比稱為電源效率，

η=Po\PI=(Uo*Io\UI*Ii)*100%

RL=常數(shù)，UI是指整流，濾波后的直流電壓。

希望值越大越好，效率更高。