整流、濾波、穩壓電路
2013/10/25 23:15:18
一、 整流與濾波電路整流電路的任務是利用二極管的單向導電性，把正、負交變的50Hz電網電壓變成單方向脈動的直流電壓。
整流電路只是將交流電變換為單方向的脈動電壓和電流，由于后者含有較大的交流成分，通常還需在整流電路的輸出端接入濾波電路，以濾除交流分量，從而得到平滑的直流電壓。
由波形可知：
1.開關S打開時，電容兩端電壓為變壓器付邊的最大值
。
2 .開關S閉合，即為電容濾波電阻負載，當變壓器付邊電壓大于電容上電壓時
，電容充電，輸出電壓升高，當
時電容放電，輸出下降。如此充電快，放電慢的不斷反復，在負載上將得到比較平滑的輸出電壓。當負載電阻越大時，放電越慢，紋波電壓越小，負載電阻小時，放電快，紋波大，而且輸出電壓低。
為此有三種情況下的輸出電壓估算值：
1)電容濾波，負載開路時
。
2)無電容濾波，電阻負載時，輸出電壓平均值為：
。
3)電容濾波，電阻負載時通常用下式進行估算
，通常按
估算。
為確保二極管安全工作，要求：不同電子設備要求其電源電壓的平滑程度不同，為此可采用不同的濾波電路。常見的有電容濾波、電感濾波和復式濾波電路(兩個或兩個以上濾波元件組成)。
二、線性串聯型穩壓電路
整流濾波后的電壓是不穩壓的，在電網電壓或負載變化時，該電壓都會產生變化，而且紋波電壓又大。所以，整流濾波后，還須經過穩壓電路，才能使輸出電壓在一定的范圍內穩定不變。
1.穩壓電路(電源)的主要性能指標
輸出的穩定電壓值Vo，最大輸出電流Imax，輸出紋波電壓V～，穩壓系數(電壓調整率)
，
該值越小，穩定性越好
。
輸出電阻(內阻)
，
，內阻越小越好。
2.串聯型穩壓電路的基本結構基本思路：
串聯型：
，
，
。
這種穩壓電路的主回路由調整管T與負載相串聯構成，且T工作在線性狀態，故稱為線性串聯式穩壓電路。
輸出電壓Vo=VI-VCE，其變化量由反饋網絡取樣，并經放大電路(A)放大后去控制調整管T的基極電壓，從而改變調整管T的VCE大小。
當輸入電壓VI增加(或負載電流Io減小)時，導致輸出電壓Vo增加，隨之反饋電壓VF=R2Vo/(R1+R2)=FvVo也增加(Fv為反饋系數)。VF與基準電壓VREF相比較，其差值電壓經比較放大電路放大后使調整管的VB和IC減小，于是調整管T的c-e間電壓VCE增大，使Vo下降，從而維持Vo基本恒定。顯然，這是電壓負反饋電路基本性能。
三、集成線性穩壓電路
1.三端固定式集成穩壓器
如果將前述的串聯型穩壓電源電路全部集成在一塊硅片上，加以封裝后引出三端引腳，就成了三端集成穩壓電源了。
正電壓輸出的78××系列，負電壓輸出的79××系列。其中××表示固定電壓輸出的數值。如：7805、7806、7809、7812、7815、7818、7824等，指輸出電壓是+5V、+6V、+9V、+12V、+15V、+18V、+24V。79××系列也與之對應，只不過是負電壓輸出。這類穩壓器的最大輸出電流為1.5A，塑料封裝(TO-220)最大功耗為10W(加散熱器)；金屬殼封裝(TO-3)外形，最大功耗為20W(加散熱器)。
2. 78系列三端集成穩壓器內部電路框圖
3. 三端集成穩壓器的典型應用
⑴固定輸出連接
在使用時必須注意：(VI)和(Vo)之間的關系，以W7805為例，該三端穩壓器的固定輸出電壓是5V，而輸入電壓至少大于8V，這樣輸入/輸出之間有3V的壓差。使調整管保證工作在放大區。但壓差取得大時，又會增加集成塊的功耗，所以，兩者應兼顧，即既保證在最大負載電流時調整管不進入飽和，又不致于功耗偏大。
⑵固定雙組輸出連接
⑶擴大輸出電流連接
二極管D以低消T管VBE壓降而設置，擴大的輸出電流為：
，原輸出電流是Io，現可以近似擴大β倍。
⑷擴大輸出電壓范圍
，所以 ：
⑸連接成恒流源電路
⑹三端可調式集成穩壓電路
其型號有正輸出三端可調式、負輸出三端可調式兩種。如LM317型是正電壓輸出型，LM337是負電壓輸出可調式。其輸出電壓可在1.25～40V之間調節。
其中，VREF=1.25V，而Iadj很小，通常略去，所以，由公式可得，只要調節R2就能在一定范圍調節輸出電壓的大小。具有正負輸出的實際應用電路如下圖所示。
整流電路只是將交流電變換為單方向的脈動電壓和電流，由于后者含有較大的交流成分，通常還需在整流電路的輸出端接入濾波電路，以濾除交流分量，從而得到平滑的直流電壓。由波形可知： 1.開關S打開時，電容兩端電壓為變壓器付邊的最大值
。2 .開關S閉合，即為電容濾波電阻負載，當變壓器付邊電壓大于電容上電壓時
，電容充電，輸出電壓升高，當時電容放電，輸出下降。如此充電快，放電慢的不斷反復，在負載上將得到比較平滑的輸出電壓。當負載電阻越大時，放電越慢，紋波電壓越小，負載電阻小時，放電快，紋波大，而且輸出電壓低。為此有三種情況下的輸出電壓估算值：
1)電容濾波，負載開路時
。2)無電容濾波，電阻負載時，輸出電壓平均值為：
。3)電容濾波，電阻負載時通常用下式進行估算，通常按估算。為確保二極管安全工作，要求：不同電子設備要求其電源電壓的平滑程度不同，為此可采用不同的濾波電路。常見的有電容濾波、電感濾波和復式濾波電路(兩個或兩個以上濾波元件組成)。
二、線性串聯型穩壓電路整流濾波后的電壓是不穩壓的，在電網電壓或負載變化時，該電壓都會產生變化，而且紋波電壓又大。所以，整流濾波后，還須經過穩壓電路，才能使輸出電壓在一定的范圍內穩定不變。
1.穩壓電路(電源)的主要性能指標
輸出的穩定電壓值Vo，最大輸出電流Imax，輸出紋波電壓V～，穩壓系數(電壓調整率)
，該值越小，穩定性越好。輸出電阻(內阻)
，，內阻越小越好。2.串聯型穩壓電路的基本結構基本思路：
串聯型：
當輸入電壓(VI)改變時，能自動調節(VCE)電壓的大小，使輸出電壓(Vo)保持恒定。例如：VI↑→Vo↑→經取樣和放大電路后→IB↓→VCE↑→Vo↓
串聯型穩壓電路基本結構：
VI是整流濾波后的電壓，T為調整管，A為比較放大電路，VREF為基準電壓，它由穩壓管Dz與限流電阻R構成。R1與R2組成反饋網絡，是用來反映輸出電壓變化的取樣環節。
電路也可以改畫成以下形式，以便看圖方便。
如把串聯穩壓電路看作反饋放大器(輸入為VI，輸出為Vo)，則這種電路屬于電壓串聯負反饋 。
在深度負反饋條件下，，。這種穩壓電路的主回路由調整管T與負載相串聯構成，且T工作在線性狀態，故稱為線性串聯式穩壓電路。
輸出電壓Vo=VI-VCE，其變化量由反饋網絡取樣，并經放大電路(A)放大后去控制調整管T的基極電壓，從而改變調整管T的VCE大小。
當輸入電壓VI增加(或負載電流Io減小)時，導致輸出電壓Vo增加，隨之反饋電壓VF=R2Vo/(R1+R2)=FvVo也增加(Fv為反饋系數)。VF與基準電壓VREF相比較，其差值電壓經比較放大電路放大后使調整管的VB和IC減小，于是調整管T的c-e間電壓VCE增大，使Vo下降，從而維持Vo基本恒定。顯然，這是電壓負反饋電路基本性能。
三、集成線性穩壓電路
1.三端固定式集成穩壓器
如果將前述的串聯型穩壓電源電路全部集成在一塊硅片上，加以封裝后引出三端引腳，就成了三端集成穩壓電源了。
正電壓輸出的78××系列，負電壓輸出的79××系列。其中××表示固定電壓輸出的數值。如：7805、7806、7809、7812、7815、7818、7824等，指輸出電壓是+5V、+6V、+9V、+12V、+15V、+18V、+24V。79××系列也與之對應，只不過是負電壓輸出。這類穩壓器的最大輸出電流為1.5A，塑料封裝(TO-220)最大功耗為10W(加散熱器)；金屬殼封裝(TO-3)外形，最大功耗為20W(加散熱器)。
2. 78系列三端集成穩壓器內部電路框圖
3. 三端集成穩壓器的典型應用 ⑴固定輸出連接
在使用時必須注意：(VI)和(Vo)之間的關系，以W7805為例，該三端穩壓器的固定輸出電壓是5V，而輸入電壓至少大于8V，這樣輸入/輸出之間有3V的壓差。使調整管保證工作在放大區。但壓差取得大時，又會增加集成塊的功耗，所以，兩者應兼顧，即既保證在最大負載電流時調整管不進入飽和，又不致于功耗偏大。⑵固定雙組輸出連接
⑶擴大輸出電流連接二極管D以低消T管VBE壓降而設置，擴大的輸出電流為：，原輸出電流是Io，現可以近似擴大β倍。⑷擴大輸出電壓范圍
，所以 ：⑸連接成恒流源電路
⑹三端可調式集成穩壓電路其型號有正輸出三端可調式、負輸出三端可調式兩種。如LM317型是正電壓輸出型，LM337是負電壓輸出可調式。其輸出電壓可在1.25～40V之間調節。
其中，VREF=1.25V，而Iadj很小，通常略去，所以，由公式可得，只要調節R2就能在一定范圍調節輸出電壓的大小。具有正負輸出的實際應用電路如下圖所示。
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