稳压电源一般由变压器、整流器和稳压器三大部分组成。 变压器将商用交流电压变为必要的低压交流。 整流器把交流电力变成直流电力。 滤波后,稳压器将不稳定的直流电压改变为稳定的直流电压后输出。
一、稳压电源的技术指标及对稳压电源的要求
稳压电源的技术指标可以分为两类。 一种是特性指标,例如输出电压、输出电滤波器及电压调节范围; 另一个是质量指标,反映了稳定度、等效内阻(输出电阻)、纹波电压和温度系数等稳定电源的优劣。 稳压电源的性能主要有以下四个万面要求
1 .稳定性好
输入电压Usr (整流、滤波后的输出电压)在规定范围内变动时,输出电压Usc的变化一般必须很小。
输入电压变化引起的输出电压变化程度称为稳定度指标,一般用稳定系数s表示。 s的大小反映了一个稳压电源克服输入电压变化的能力。 在同样的输入电压变化条件下,s越小,输出电压的变化越小,电源的稳定度越高。 通常是约。
2 .输出电阻小
负载发生变化时(从无负载到满负载),请使输出电压Usc大致恒定。 稳压电源的性能可以用输出电阻表示。
输出电阻(也称为等效内部电阻)用rn表示,等于输出电压变化量和负载电流变化量之比。
rn是反映负载变动时,维持输出电压一定的能力,rn越小,Ifz变化时的输出电压的变化也越小。 一种性能良好的稳压电源,输出电阻可从1欧元减小到0.01欧元。
3 .电压温度系数小
环境温度发生变化时,会引起输出电压的漂移。 良好的稳压电源应在环境温度变化时,有效抑制输出电压的漂移,保持输出电压稳定。 输出电压的漂移由温度系数KT表示。
4 .输出电压波动小
纹波电压是指输出电压中50赫兹或100赫兹的交流分量,通常用有效值或峰值表示。 通过稳定作用,可以使整流平滑后的脉动电压与稳定系数s成反比地大幅降低。
上一节介绍的串联式稳压电路可以用作简单的稳压电源,满足普通无线爱好者的需要。 但是,这个电源还有很多“天生的”缺陷,要提高对性能的要求,还需要进一步改善。 如果从以下四个右侧面改善其性能,就可以制造出有实用价值的稳压电源。 这是增加放大的一环,提高稳定性,可以调整输出电压; 以复合管为调整管,增大输出电流; 增加保护电路,使电源的动作安全可靠。
二、有放大环节的稳压电源
由于输出电压的变化量Usc微弱,对调整管的控制作用也很弱,所以稳定效果不充分。 具有放大部的稳压电源通过在电路中增加直流放大器,放大微弱的输出电压变化量后控制调整管,从而提高对调整管的控制作用,改善稳压电源的稳定性能。 图5-22是具有放大部的稳定化电源电路。
图中,BG1为调整管,BG2为比较扩大管。 输出功率变化量Usc的一部分与基准电压Uw进行比较,被BG2放大,到达BG1的基极。 Rc是BG2的集电极电阻,也是BG1的上偏压电阻。 R1、R2是BG2的上、下偏置电阻,构成分压电路,将Usc的一部分作为输出电压的采样发送到BG2的基极,所以别名为
采样电路R2上的电压Ub2 :称为采样电压。 DW和R3组为稳定电路,提供基准电压。
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从电路路中可以看出,当输出电压Usc 下降的时候,通过R1 、R2组成的分压电路的作用,BG2 的基极电位Ub2也下降了。由于基准电压UW 使BG2 的发射极电位保持不变,Ubc2 :=Ub2,一UW随之减小。于是BG2 集电极电流Ic:减小,Uc2增高,即BG1 的基极电位Ub1增高,使Icl增加,管压降Uce1减小,从而导致输出电压Usc 保持基本稳定。BG2 的放大倍数越大,调整作用就越强,输出电压就越稳定。
如果输出电压Usc 增高时,同样道理,又会通过反馈作用使Usc 减小,保持输出电压基本不变。
下面谈谈各元件的选取原则。前面已经提到,Rc是放大级的负载电阻,又相当于调整管的偏置电阻。Rc大,放大倍数大,有利于提高稳压器指标,但Rc过大会使BG2 和调整管电流太小,限制了负载电流和调整范围。通常Rc根据下列公式选取:
Usrmin 为整流输出的最小电压。Ic2可取1~3毫安。稳压管DW的稳定电压Uw,选择范围比较宽,只要不使BG2 饱和(即Uw比Usc 低2伏以下)均可。Uw取得大,取样电压可大些,有利于提高稳压性能。限流电阻R3通过的电流I3,应该等于DW的稳定电流,那应满足下述关系:
输入电压Usr 应大于输出电压Usc 3~8伏。Usr 过小,调整管容易饱和而起不到调整作用;Usr 过大,则增加管子耗损,并浪费功率。整流纹波小的,Usr 可取低些;纹波大的,Usr 应取高些。调整管BG1 的β值要尽量大,为此可以使用复仓管。调整管的功耗也要足够大,应满足下式要求:
Usrmax 为电网电压最高时的整流输出电压。放大管BG2 也要选用β值大的管子,以增强对调整管的控制作用,使输出的更稳定。在Usc 较大的稳压电路中,还应注意BG2 所能承受的反向电压,应选取
的晶体管。分压电阻(R1+R2)要适当小些,以提高电路性能。通常取流过分压电阻的电流大于放大管基极电流的5-10倍。分压比决定于输出电压Usc 和参考电压Uw,由下式决定:
一般可先选定R1 或R2,再通过计算调整另外一只电阻器,分压比要选得大些,一般选0.5~0.8。
三、输出电压可调的稳压电源
从上面电路可以看到,输出电压与基准电压之间的关系,是由分压电路来“调配”的。在基准电压一定的情况下,改变分压比,就可以在一定范围里改变输出电压。在
R1与R2之间加接一个电位器W(见图5- 23),便可以实现输出电压在一定范围内连续可调。
四、用复合管做调整管的稳压电源 在稳压电源中,负载电流Ifz要流过调整管,输出大电流的电源必须使用大功率的调整管,这就要求有足够大的电流供给调整管的基极,而比较放大电路供不出所需要的大电流,另一方面,调整管需要有较高的电流放大倍数,才能有效地提高稳压性能,但是大功率管一般电流放大倍数都不高。解决这些矛盾的办法,是给原有的调整管再配上一个或几个“助手”,组成复合管。用复合管做调整管的稳压电源电路如图5一24所示。
用复合管做调整管时,BG2 的反向电流Iceo2将被放大,尤其是采用大功率锗管时,反向截止电流Icbo比较大,并随温度增高按指数增加,很容易造成高温空载时稳压电源的失控,使输出电压Usc 增大。误差信号ΔUsc 经放大加到BG2 的级基极来减少Ic人,可能迫使BG2 截止。为了使调整管在不同温度下都工作在放大区,常在BG1 的基极加电阻(R7)接到电源的正极(如图5一24)或负极。在温度或负载变化不大或全用硅管时,可不加这个电阻。
R7的数值,可近似由下式决定:
五、带有保护电路的稳压电源。
在稳压电路中,要采取短路保护措施,才能保证安全可靠地工作。普通保险丝熔断较慢,用加保险丝的办法达不到保护作用,而必须加装保护电路。
保护电路的作用是保护碉整管在电路短路、电流增大时不被烧毁。其基本方法是,当输出电流超过某一致值时,使调整管处于反向偏置状态,从而截止,自动切断电路电流。 保护电路的形式很多。图2-25是二极管保护电路,由二极管D和检图2-25二极管保护电路测电阻R0组成。正常工作时,虽然二极管两端的电压上低下场,但二极管仍处于反向截止状态。负载电流增大到一定数值时,电阻RO上的压陷ROIe加大,使二极管导通。由于UD=Ube1+ROIe,而二极管的导通电压UD是一定的,则Ube1被迫减小,从而使Ie限制到一定值,达到保护调整管的目的。在使用时,二极管要选用UD值大的。
图2-26是三极管保护电路。由三极管BG2和分压电阻R4、R5组成。电路正常工作时,通过R4与R5的压作用,使得BG2的基极电位比发射极电位高,发射结承受反向电压。于是BG2处于截止状态(相当于开路),对稳压电路没有影响。当电路短路时,输出电压为零,BG2的发射极相当于接地,则BG2处于饱和导通状态(相当于短路),从而使调整管BG1基极和发射极近于短路,而处于截止状态,切断电路电流,从而达到保护目的。