引起输出电压变化的原因是负载电流的变化和输入电压的变化,参见图10-2.01负载电流的变化会在整流电源的内阻上产生电压降.从而使输入电压发生变化。
电流调整率、注勺定义是当输出电,流从零变化到最大额定值时.输出电压的相对变化值。
如果考虑温度对输出电压的影响,则输出电压是输入电压、负载电流和温度的函数。
硅稳压二极管稳压电路的电路图如图10-2.02所示。它是利用稳压二极管的反向击穿特性稳压的,由于反向特性陡直,较大的电流变化,只会引起较小的电压变化。
这里V。减小应理解为,由于输入电压V]的增加,在稳压二极管的调节下,使VO的增加没那么大而已。V。还是要增加一点的,这是一个有差调节系统。
负载电流I。的增加,必然引起L的增加,即vr增加,从而使V广VO减小,q减小。
Iz的减小必然使L减小,VR减小,从而使输出电压=V。增加。这一稳压过程可概括如下:
稳压二极管稳压电路的稳压性能与稳压二极管击穿特性的动态电阻有关,与稳压电阻日的阻值大小有关。稳压二极管的动态电阻越小,稳压电阻日越大.稳压性能越好。
稳压电阻r的作用是将稳压二极管电流的变化转换为电压的变化,从而起到调节作用,同时R也是限流电阻。显然,R的数值越大,较小Iz的变化就可引起足够大的VR变化,就可达到足够的稳压效果。但R的数值越大,就需要较大的输入电压V]值,损耗就要加大。稳压电阻的计算如下。
(1)当输入电压最小,负载电流最大时,流过稳压二极管的电流最小。此时匕不应小于IZmln.由此计算出来稳压电阻的最大值,实际选用的稳压电阻应小于最大值。即
(2)当输入电压最大,负载电流最小时,流过稳压二极管的电流最大。此时匕不应超过IZmax,由此可计算出来稳压电阻的最小值。即
稳压二极管在使用时,一定要串入限流电阻,不能使它的功耗超过规定值,否则会造成损坏!
基准源一般是指击穿电压十分稳定,电压温度系数经过补偿了的稳压二极管。基准源也称为参考源。这种稳压二极管采用一种埋层工艺,稳压性能优良,有的还加有温度控制电路,使其温度系数可小到几个106/C。典型的基准源见下表。
稳压二极管的缺点是工作电流较小,稳定电压值不能连续调节。线性串联型稳压电源工作电流比较大,输出电压一般可连续调节,稳压性能优越。目前这种稳压电源已经制成单片集成电路,大范围的应用在各种电子仪器和电子电路之中。线性串联型稳压电源的缺点是损耗较大、效率低。
显然,VO=Vz-VR,当Vj增加时,R受控制而增加,使VR增加,从而在某些特定的程度上抵消了V]增加对输出电压的影响。若负载电流L增加,R受控制而减小,使VR减小,从而在某些特定的程度上抵消了因^增加,使V]减小,对输出电压减小的影响。
在实际电路中,可变电阻R是用一个三极管来替代的,控制基极电位,从而就控制了三极管的管压降VCE,VCE相当于VR。要想输出电压稳定,必须按电压负反馈电路的模式来构成串联型稳压电路。典型的串联型稳压电路如图10-2.04所示。它由调整管、放大环节、比较环节、基准电压源几个部分组成。
输入电压Vj的增加,必然会使输出电压V。有所增加,输出电压经过取样电路取出一部分信号VF与基准源电压VREF比较,获得误差信号AV。误差信号经放大后,用VO1去控制调整管的管压降vce增加,从而抵消输入电压增加的影响。
负载电流L的增加,必然会使输入电压V]有所减小,输出电压V。必然会降低,经过取样电路取出一部分信号VF与基准电压源VREF比较,获得的误差信号使VO1增加,从而
串联型稳压电源的内阻很小,如果输出端短路,则输出短路电流很大。同时输入电压将全部降落在调整管上,使调整管的功耗大幅度提升,调整管将因过损耗发热而损坏,为此必须对稳压电源的短路进行保护。过载也会造成损坏。
保护的方法有反馈保护型和温度保护型两种。反馈保护型又分截流型和限流型两种,它们的保护特性如图10-2.05和图10-2.06所示。温度保护型是利用集成电路制造工艺,在调整管旁制作PN结温度传感器,当温度超标时,启动保护电路工作,工作原理与反馈保护型相同。
截流型是当发生短路时.浦过保护电路使调整管截止.从而限制了短路电流.使之接近为零。截流特性如图10-2.05所示。
限流型是当发生短路时,诵过电路中取样电阻的反馈作用.使输出电流得以限制。限流特性如图10-2.06所示。
将线性串联稳压电源和各种保护电路集成在一起就得到了集成稳压器。早期的集成稳压器外引线较多,现在的集成稳压器只有三个外引线:输入端、输出端和公共端。它的电路符号如图10-2.07所示,外形如图10-2.0斩示。要格外的注意,不相同的型号,不同封装的集成稳压器,它们三个电极的位置是不同的,要查手册确定。
三端固定输出集成稳压器的典型应用电路如图10-2.09所示,三端可调输出集成稳压器的典型应用电路如图10-2.10所示。
图10-2.09三端固定输出稳压器应用电路 图10-2.10三端可调输出稳压器应用电路
可调输出三端集成稳压器的内部,在输出端和公共端之间是1.25V的参考源,因此输出电压可通过电位器调节。
三端集成稳压器可做恒流源使用,电路如图10-2.1和图10-2.12所示。
为解决线性稳压电源功耗较大的缺点,研制了开关型稳压电源。开关型稳压电源效率可达90%以上,造价低,体积小。现在开关型稳压电源已经很成熟,大范围的应用于各种电子电路之中。开关型稳压电源的缺点是纹波较大,用于小信号放大电路时,还应采用第二级稳压措施。
开关型稳压电源的原理可用图10-2.13的电路加以说明。它由调整管、滤波电路、比较器、三角波发生器、比较放大器和基准源等部分构成。
三角波发生器通过比较器产生一个方波VB,去控制调整管的通断。当调整管导通时,向电感充电。当调整管截止时,必须给电感中的电流提供一个泄放通路。续流二极管D即可起到这个作用,有利于保护调整管。依据电路图的接线,当三角波的幅度小于比较放大器的输出时,比较器输出高电,平,(输出波形中电位水平高于高电平最小值的部分,对方波而言,相当方波存在的部分)。对应调整管的导通时间为tn;反之为低电平,(输出波形中电位水平低于低电平最大值的部分,对方波而言,相当方波不存在的部分)。对应调整管的截止
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