日常生活中,電子產(chǎn)品在工作時(shí)都需要直流電源提供激勵(lì)，而電池因使用成本較高，一般只用于低功耗便攜式的儀器設(shè)備中。如下圖 所示, 是直流電源的結(jié)構(gòu)及穩(wěn)壓過程:

1). 電源變壓器先將市電轉(zhuǎn)變?yōu)檩^低的目標(biāo)電壓;

2). 整流電路是將交流電轉(zhuǎn)為具有直流電成分的脈動(dòng)直流電;

3). 濾波電路是將脈動(dòng)直流中的交流成分濾除，減少交流成分，增加直流成分;

4). 穩(wěn)壓電路對(duì)整流后的直流電壓采用負(fù)反饋技術(shù)進(jìn)一步穩(wěn)定直流電壓。

小功率整流濾波電路

單相橋式整流電路:

(1) 工作原理:

當(dāng)正半周時(shí)二極管D1、D3導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的正半周;

當(dāng)負(fù)半周時(shí)二極管D2、D4導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的負(fù)半周.

在負(fù)載電阻上正負(fù)半周經(jīng)過合成，得到的是同一個(gè)方向的單向脈動(dòng)電壓。

(2) 負(fù)載上的直流電壓和直流電流

輸出電壓是單相脈動(dòng)電壓。通常用它的平均值與直流電壓等效。

輸出平均電壓為:

流過負(fù)載的平均電流為:

流過二極管的平均電流為:

二極管所承受的最大反向電壓:

濾波電路

濾波的基本概念:

濾波電路利用電抗性元件對(duì)交、直流阻抗的不同，實(shí)現(xiàn)濾波。電容器C對(duì)直流開路，對(duì)交流阻抗小，所以C應(yīng)該并聯(lián)在負(fù)載兩端。電感器L對(duì)直流阻抗小，對(duì)交流阻抗大，因此L 應(yīng)與負(fù)載 串聯(lián)。經(jīng)過濾波電路后，既可保留直流分量、又可濾掉一部分交流分量，改變了交直流成分的比例，減小了電路的脈動(dòng)系數(shù)，改善了直流電壓的質(zhì)量。

電容濾波電路:

單相橋式電容濾波整流電路。在負(fù)載電阻上并聯(lián)了一個(gè)濾波電容C。

(1)濾波原理:

若電路處于正半周，二極管D1、D3導(dǎo)通，變壓器次端電壓v2給電容器C充電。此時(shí)C相當(dāng)于并聯(lián)在v2上，所以輸出波形同v2，是正弦形。在剛過90°時(shí)，正弦曲線下降的速率很慢。所以剛過90°時(shí)二極管仍然導(dǎo)通。在超過90°后的某個(gè)點(diǎn)，正弦曲線下降的 速率越來越快，二極管關(guān)斷。

所以，在t1到t2時(shí)刻，二極管導(dǎo)電，C充電，vC=vL按正弦規(guī)律變化;t2到t3時(shí)刻二極管關(guān)斷，vC=vL按指數(shù)曲線下降，放電時(shí)間常數(shù)為RLC。

需要指出的是，當(dāng)放電時(shí)間常數(shù)RLC增加時(shí)，t1點(diǎn)要右移， t2點(diǎn)要左移，二極管關(guān)斷時(shí)間加長(zhǎng)，導(dǎo)通角減小，見曲線3;反之，RLC減少時(shí)，導(dǎo)通角增加。顯然，當(dāng)RL很小，即IL很大時(shí)，電容濾波的效果不好，見濾波曲線中的2。反之，當(dāng)RL很大，即IL很小時(shí)，盡管C較小,RLC仍很大,電容濾波的效果也很好,見濾波曲線中的3。所以電容濾波適合輸出電流較小的場(chǎng)合。

電容濾波的效果

(2)電容濾波的計(jì)算:

電容濾波的計(jì)算比較麻煩，因?yàn)闆Q定輸出電壓的因素較多。工程上有詳細(xì)的曲線可供查閱。一般常采用以下近似估算法：

一種是用鋸齒波近似表示，即:

另一種是在RLC=(3~5)T/ 2的條件下，近似認(rèn)為VL=VO=1.2V2。(或者，電容濾波要獲得較好的效果，工程上也通常應(yīng)滿足wRLC≥6~10。)

(3)外特性:

整流濾波電路中，輸出直流電壓VL隨負(fù)載電流 IO的變化關(guān)系曲線。

整流濾波電路的外特性

電感濾波電路:

利用儲(chǔ)能元件電感器L的電流不能突變的性質(zhì)，把電感L與整流電路的負(fù)載RL相串聯(lián)，也可以起到濾波的作用。

電感濾波電路 波形圖

當(dāng)v2正半周時(shí)，D1、D3導(dǎo)電，電感中的電流將滯后v2。當(dāng)負(fù)半周時(shí)，電感中的電流將經(jīng)由D2、D4提供。因橋式電路的對(duì)稱性，和電感中電流的連續(xù)性，四個(gè)二極管D1、D3; D2、D4的導(dǎo)通角都是180°。

穩(wěn)壓電路概述:

引起輸出電壓變化的原因是負(fù)載電流的變化和輸入電壓的變化。負(fù)載電流的變化會(huì)在整流電源的內(nèi)阻上產(chǎn)生電壓降，從而使輸入電壓發(fā)生變化。

穩(wěn)壓電路的技術(shù)指標(biāo)

用穩(wěn)壓電路的技術(shù)指標(biāo)去衡量穩(wěn)壓電路性能的高低。DVI和D IO引起的D VO可用下式表示:

(1)穩(wěn)壓系數(shù)Sr ,定義為 :

有時(shí)穩(wěn)壓系數(shù)也用下式定義 :

(2)電壓調(diào)整率SV 一般特指ΔVi/Vi=±10%時(shí)的Sr

(3)輸出電阻Ro

(4)電流調(diào)整率SI , 當(dāng)輸出電流從零變化到最大額定值時(shí)，輸出電壓的相對(duì)變化值。

(5)紋波抑制比Srip 輸入電壓交流紋波峰峰值與輸出電壓交流紋波峰峰值之比的分貝數(shù)。

(6)輸出電壓的溫度系數(shù)ST

如果考慮溫度對(duì)輸出電壓的影響, 則輸出電壓是輸入電壓、負(fù)載電流和溫度的函數(shù)

硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路的原理

它是利用穩(wěn)壓二極管的反向擊穿特性穩(wěn)壓的，由于反向特性陡直，較大的電流變化，只會(huì)引起較小的電壓變化。

(1)當(dāng)輸入電壓變化時(shí)如何穩(wěn)壓

由圖可知:

輸入電壓VI增加，必然引起VO的增加，即VZ增加，從而使IZ增加，IR增加，使VR增加，從而使輸出電壓VO減小。這一穩(wěn)壓過程概括為：VI↑→VO↑→VZ↑→IZ↑→IR↑→VR↑→VO↓ (2) 當(dāng)負(fù)載電流變化時(shí)如何穩(wěn)壓 負(fù)載電流IL增加，必然引起IR的增加，即VR增加，從而使VZ=VO減小，IZ減小。IZ的減小必然使IR減小，VR減小，從而使輸出電壓VO增加。這一穩(wěn)壓過程概括為：

IL↑→IR↑→VR↑→VZ↓(VO↓)→IZ↓→IR↓→VR↓→VO↑

穩(wěn)壓電阻的計(jì)算穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓性能與穩(wěn)壓二極管擊穿特性的動(dòng)態(tài)電阻有關(guān)，與穩(wěn)壓電阻R的阻值大小有關(guān), 穩(wěn)壓二極管的動(dòng)態(tài)電阻越小，穩(wěn)壓電阻R越大，穩(wěn)壓性能越好,穩(wěn)壓電阻R 的作用 :將穩(wěn)壓二極管電流的變化轉(zhuǎn)換為電壓的變化，從而起到調(diào)節(jié)作用，同時(shí)R也是限流電阻。顯然R 的數(shù)值越大，較小IZ的變化就可引起足夠大的VR變化，就可達(dá)到足夠的穩(wěn)壓效果。但R 的數(shù)值越大，就需要較大的輸入電壓VI值，損耗就要加大。穩(wěn)壓電阻的計(jì)算:當(dāng)輸入電壓最小，負(fù)載電流最大時(shí)，流過穩(wěn)壓二極管的電流最小。此時(shí)IZ不應(yīng)小于IZmin，由此可計(jì)算出穩(wěn)壓電阻的最大值，實(shí)際選用的穩(wěn)壓電阻應(yīng)小于最大值。即

當(dāng)輸入電壓最大，負(fù)載電流最小時(shí)，流過 穩(wěn)壓二極管的電流最大。此時(shí)IZ不應(yīng)超過IZmax，由此可計(jì)算出穩(wěn)壓電阻的最小值。即 :

穩(wěn)壓二極管在使用時(shí)一定要串入限流電阻，不能使它的功耗超過規(guī)定值，否則會(huì)造成損壞!

基準(zhǔn)源

基準(zhǔn)源 : 也稱為參考源, 一般是指擊穿電壓十分穩(wěn)定，電壓溫度系數(shù)經(jīng)過補(bǔ)償了的穩(wěn)壓二極管。這種穩(wěn)壓二極管采用一種埋層工藝，穩(wěn)壓性能優(yōu)良，有的還加有溫度控制電路，使其溫度系數(shù)可小到幾個(gè)10-6/℃。

典型的基準(zhǔn)源 :

串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電源

穩(wěn)壓二極管的缺點(diǎn)是工作電流較小，穩(wěn)定電壓值不能連續(xù)調(diào)節(jié)。線性串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的工作電流較大，輸出電壓一般可連續(xù)調(diào)節(jié)，穩(wěn)壓性能優(yōu)越。目前這種穩(wěn)壓電源已經(jīng)制成單片集成電路，廣泛應(yīng)用在各種電子儀器和電子電路之中。

串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路的工作原理:

1.輸入電壓變化，負(fù)載電流保持不變:

輸入電壓VI增加，必然會(huì)使輸出電壓VO有所增加，輸出電壓經(jīng)過取樣電路取出一部分信號(hào)Vf與基準(zhǔn)源電壓VREF比較，獲得誤差信號(hào)ΔV。誤差信號(hào)經(jīng)放大后，用VO1去控制調(diào)整管的管壓降VCE增加，從而抵消輸入電壓增加的影響。

VI↑→VO↑→Vf↑→VO1↓→VCE↑→VO↓

2.負(fù)載電流變化，輸入電壓保持不變

負(fù)載電流IL增加，必然會(huì)使輸入電壓VI有所減小，輸出電壓VO必然有所下降，經(jīng)過取樣電路取出一部分信號(hào)Vf與基準(zhǔn)源電壓VREF比較，獲得的誤差信號(hào)使VO1增加，從而使調(diào)整管的管壓降VCE下降，從而抵消因IL增加，使輸入電壓減小的影響。

IL↑→VI↓→VO↓→Vf↓→VO1↑→VCE↓→VO↑

3.輸出電壓調(diào)節(jié)范圍的計(jì)算

可知 : Vf≈VREF

顯然，調(diào)節(jié)RW可以改變輸出電壓。

串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路的工作原理:

當(dāng)VI↑時(shí)：→VO↑ →Vf↑→VB、IC↓ →VCE↑→VO↓

穩(wěn)壓電路的保護(hù)環(huán)節(jié)

串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的內(nèi)阻很小，如果輸出端短路，則輸出短路電流很大。同時(shí)輸入電壓將全部降落在調(diào)整管上，使調(diào)整管的功耗大大增加，調(diào)整管將因過損耗發(fā)熱而損壞，為此必須對(duì)穩(wěn)壓電源的短路進(jìn)行保護(hù)。過載也會(huì)造成損壞。

截流型: 當(dāng)發(fā)生短路時(shí)，通過保護(hù)電路使調(diào)整管截止，從而限制了短路電流，使之接近為零。截流特性如下圖所示:

限流型: 是當(dāng)發(fā)生短路時(shí)，通過電路中取樣電阻的反饋?zhàn)饔?，輸出電流得以限制。限流特性見截流特性如下圖所示:

三端集成穩(wěn)壓器

將串聯(lián)穩(wěn)壓電源和保護(hù)電路集成在一起就是集成穩(wěn)壓器。集成穩(wěn)壓器有：輸入端、輸出端和公共端，稱三端集成穩(wěn)壓器。

集成穩(wěn)壓器符號(hào) 外形圖

要特別注意，不同型號(hào)，不同封裝的集成穩(wěn)壓器，它們?nèi)齻€(gè)電極的位置是不同的，要查手冊(cè)確定。

三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器:

三端集成穩(wěn)壓器的分類:

1.三端固定正輸出集成穩(wěn)壓器 國標(biāo)型號(hào):CW78--/CW78M--/CW78L--

2.三端固定負(fù)輸出集成穩(wěn)壓器 國標(biāo)型號(hào):CW79--/CW79M--/CW79L--

3.三端可調(diào)正輸出集成穩(wěn)壓器 國標(biāo)型號(hào):CW117--/CW117M--/CW117L-

CW217--/CW217M--/CW217L--

CW317--/CW317M--/CW317L--

4.三端可調(diào)負(fù)輸出集成穩(wěn)壓器 國標(biāo)型號(hào):CW137--/CW137M--/CW137L-

CW237--/CW237M--CW237L--

CW337--/CW337M--/CW337L--

5.三端低壓差集成穩(wěn)壓器

6.大電流三端集成穩(wěn)壓器

以上1---為軍品級(jí);2---為工業(yè)品級(jí);3---為民品級(jí)。

軍品級(jí)為金屬外殼或陶瓷封裝，工作溫度范圍-55℃～150℃;

工業(yè)品級(jí)為金屬外殼或陶瓷封裝，工作溫度范圍-25℃～150℃;

民品級(jí)多為塑料封裝，工作溫度范圍0℃～125℃。

應(yīng)用電路

三端固定輸出集成穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用電路如圖所示:

三端可調(diào)輸出集成穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用電路如圖所示:

可調(diào)輸出三端集成穩(wěn)壓器的內(nèi)部，在輸出端和公共端之間是1.25 V的參考源，因此輸出電壓可通過電位器調(diào)節(jié):