畢業(yè)論文--簡(jiǎn)單恒壓源的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　簡(jiǎn)單恒壓源的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　摘要：恒壓源是模擬集成電路中廣泛使用的一種單元電路，在實(shí)際中也有著廣泛的應(yīng)用。通過(guò)分析典型的恒壓源的電路結(jié)構(gòu)，研究了影響恒壓源精度的一些關(guān)鍵因素，提出了恒壓源的設(shè)計(jì)方案，給出了具體的電路原理圖。而且還較詳細(xì)的分析了恒壓源的工作原理及其應(yīng)用的特點(diǎn)，并且進(jìn)行了multisim仿真實(shí)驗(yàn)，對(duì)電路進(jìn)行分析，并指出其適用的場(chǎng)合。

2、結(jié)果表明：要得到一個(gè)高質(zhì)量的恒壓源電路，必須選用精度高和穩(wěn)定性好的采樣電阻，增益大，溫漂小，失調(diào)小的運(yùn)放放大器。</p><p>　　關(guān)鍵詞：穩(wěn)壓源；基準(zhǔn)電壓；比較放大電路；保護(hù)電路；采樣電路</p><p>　　Simple Constant Pressure Source Design</p><p>　　Abstract: Constant pressure

3、source is an unit circuit, which is used widely in analog integrated circuit, and it's also widely applied in practical. Through analyzing the circuit structure of typical constant pressure source, this paper not onl

4、y studies the key factors that affect the constant pressure source accuracy, puts forward the design scheme of constant pressure source, but also draws up a specific circuit principle diagram. Furthermore, this paper ana

5、lyzes the working principle of const</p><p>　　Key words: voltage source；benchmark voltage；comparative amplifying circuit；protection circuit；sampling circuit </p><p><b>　　目 錄</b><

6、/p><p>　　引言………………………………………………………………………1</p><p>　　一、恒壓源的分類(lèi)及發(fā)展?fàn)顩r…………………………………………2</p><p>　　二、直流穩(wěn)壓電源概述…………………………………………………3</p><p>　　（一）直流穩(wěn)壓電源的組成……………………………………………3</p>

7、<p>　　（二）直流穩(wěn)壓電源的主要性能指標(biāo) ………………………………5</p><p>　　三、幾種恒壓源的介紹 …………………………………………………6</p><p>　　（一）硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路 ……………………………………………6</p><p>　?。ǘ┐?lián)反饋式穩(wěn)壓電路……………………………………………9</p><p&

8、gt;　　四、設(shè)計(jì)方案……………………………………………………………12</p><p>　?。ㄒ唬┗痉桨附榻B……………………………………………………12</p><p>　　（二）設(shè)計(jì)條件及主要參數(shù)……………………………………………13</p><p>　?。ㄈ╇娐方M成…………………………………………………………14</p><p>　

9、　（四）電路穩(wěn)壓原理分析………………………………………………14</p><p>　　結(jié)束語(yǔ) …………………………………………………………………22</p><p>　　參考文獻(xiàn) ………………………………………………………………23</p><p><b>　　簡(jiǎn)單恒壓源的設(shè)計(jì)</b></p><p><b>

10、　　引言</b></p><p>　　直流穩(wěn)壓電源是應(yīng)用比較廣泛的電源電路，該電路具有輸出電壓調(diào)節(jié)范圍寬、元器件選擇合適、性能指標(biāo)高等優(yōu)點(diǎn)。隨著電子技術(shù)向各個(gè)領(lǐng)域的滲透,許多場(chǎng)合,尤其是高精度測(cè)控系統(tǒng)需要高精度的電壓源與電流源。在許多工程中，為了抗干擾，提高測(cè)量精度或者滿(mǎn)足特定要求，往往需要恒定的直流電壓。直流電源在儀器儀表、電子設(shè)備以及高新科學(xué)技術(shù)中屬于一個(gè)重要的部件，是各種電子設(shè)備的核心，電源系統(tǒng)

11、質(zhì)量的優(yōu)劣和可靠性決定著整個(gè)電子設(shè)備的質(zhì)量。獲得直流電壓的方法較多，如使用干電池、蓄電池、直流發(fā)電機(jī)等。但實(shí)際中一般采用對(duì)交流電源進(jìn)行變換來(lái)得到直流電源。對(duì)各種精密儀器，電源電壓變化會(huì)導(dǎo)致測(cè)量和計(jì)算誤差，引起自動(dòng)控制系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，甚至根本不能工作。因而提高直流電源的穩(wěn)定性就顯得十分必要。恒壓源是能夠向負(fù)載提供恒定電壓的電源,所以恒壓源的應(yīng)用范圍非常廣泛。設(shè)計(jì)一個(gè)穩(wěn)定性好、精確度高的恒壓源是十分關(guān)鍵的。本篇文章提出了恒壓源的設(shè)計(jì)方案，給

12、出了具體的電路原理圖。而且還較詳細(xì)的分析了恒壓源的工作原理及其應(yīng)用的特點(diǎn)，并對(duì)電路進(jìn)行分析。</p><p>　　一、恒壓源的分類(lèi)及發(fā)展?fàn)顩r</p><p>　　穩(wěn)壓電源的分類(lèi)方法繁多，按輸出電源的類(lèi)型分有直流穩(wěn)壓電源和交流穩(wěn)壓電源；按穩(wěn)壓電路與負(fù)載的連接方式分有串聯(lián)穩(wěn)壓電源和并聯(lián)穩(wěn)壓電源；按調(diào)整管的工作狀態(tài)分有線性穩(wěn)壓電源和開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源；按電路類(lèi)型分有簡(jiǎn)單穩(wěn)壓電源和反饋型穩(wěn)壓電源，等等。

13、</p><p>　　既然我們談的是穩(wěn)壓電源的分類(lèi)，那么首先就應(yīng)該清楚電源的輸出是什么，是輸出直流電還是輸出交流電。其實(shí)了解一下我們身邊的電子設(shè)備會(huì)發(fā)現(xiàn)實(shí)際應(yīng)用中穩(wěn)壓電源有兩個(gè)區(qū)別很大的種類(lèi)，一種是各種比較簡(jiǎn)單的電子設(shè)備中廣泛使用的線性穩(wěn)壓電源，比如收音機(jī)、小型音響等；一種是各種復(fù)雜電子設(shè)備中廣泛使用的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源，比如大屏幕彩電、微型計(jì)算機(jī)等。這樣看來(lái)第二個(gè)層次的分類(lèi)我們可以根據(jù)調(diào)整管的工作狀態(tài)來(lái)分類(lèi)。接下來(lái)的

14、第三個(gè)層次的分類(lèi)就是根據(jù)穩(wěn)壓電路與負(fù)載的連接方式來(lái)分類(lèi)。再往下面細(xì)分，由于各種不同的電路特性相差太大，就不好一概而論，應(yīng)該根據(jù)每一個(gè)具體類(lèi)別的特性進(jìn)行分類(lèi)區(qū)分了。當(dāng)然這里所談的分類(lèi)只是根據(jù)直流穩(wěn)壓電源的特點(diǎn)給出一個(gè)大致的分類(lèi)思路。恒壓源在電子設(shè)備以及高新科學(xué)技術(shù)中屬于一個(gè)重要的部件。恒壓源是能夠向負(fù)載提供恒定電壓的電源,其輸出電壓受輸入電壓的影響幾乎可以忽略了，所以恒壓源的應(yīng)用范圍非常廣泛。</p><p>　　

15、各種恒壓源的出現(xiàn)，使恒壓源成為人們生活中不可缺少的一部分。伴隨著電力技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展，恒壓源的許多新的控制技術(shù)也隨之發(fā)展和完善。當(dāng)然，在當(dāng)今社會(huì)產(chǎn)品價(jià)格、各種性能指標(biāo)以及使用壽命一直是廣大用戶(hù)最關(guān)心的問(wèn)題。國(guó)內(nèi)知名電源廠商以及世界頂級(jí)電源供應(yīng)商同樣都面對(duì)這樣的壓力，由于恒壓源能夠提供恒定的電壓，因此恒壓源這種高效的產(chǎn)品就成為廣大廠商追求的目標(biāo)。電子電路中，一般需要直流電源供電。這些電源雖然可以考慮直接使用電池，但考慮到經(jīng)濟(jì)實(shí)用的問(wèn)題

16、，還是選擇采用電網(wǎng)提供的交流電經(jīng)過(guò)變換而得到直流電的方法。因此，設(shè)計(jì)一個(gè)穩(wěn)定性好、精確度高的恒壓源是十分必要的。</p><p>　　二、直流穩(wěn)壓電源概述</p><p>　?。ㄒ唬┲绷鞣€(wěn)壓電源的組成</p><p>　　電子系統(tǒng)(如電視接收機(jī)、VCD機(jī)、組合音響等)都要求用穩(wěn)定的直流電源，而日常生活中使用的都是220V交流電源。因此，需要將交流電變換成直流電。將交

17、流電壓變換成直流電壓并使之穩(wěn)定的設(shè)備就是直流穩(wěn)壓電源。直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路等四部分組成的，其組成框圖如圖2.1.1所示。工作過(guò)程是：先由電源變壓器將電網(wǎng)電源提供的220V交流電壓變換為所需要的電壓值，然后通過(guò)整流電路將交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)閱畏较蛎}動(dòng)的直流電壓，單方向脈動(dòng)的直流電壓中含有較大的紋波，需要經(jīng)過(guò)濾波電路加以濾除，才能得到比較平滑的直流電壓。但該直流電壓還會(huì)隨著電網(wǎng)電壓波動(dòng)（一般為±10

18、％左右的波動(dòng)）、負(fù)載和溫度的變化而變化，為此還應(yīng)加有穩(wěn)壓電路來(lái)維持輸出直流電壓恒定。</p><p><b>　　1.電源變壓器</b></p><p>　　直流電源的輸入一般為220V的電網(wǎng)電壓（即市電），因而各種電子設(shè)備所需的直流電壓的數(shù)值與電網(wǎng)電壓的有效值相差較大。電源變壓器的作用就是將電網(wǎng)電壓降壓到適當(dāng)?shù)臄?shù)值從其副邊輸出，變壓器副邊電壓的有效值決定于后面電路的

19、需要。目前降壓也可以不用變壓器而用其他的方法。</p><p><b>　　2.整流電路</b></p><p>　　整流電路利用具有單向?qū)щ娦阅艿恼髟?，將變壓器副邊正弦交流電壓整流成為單一方向的脈動(dòng)電壓。這種單一方向的脈動(dòng)電壓包含有較大的脈動(dòng)成分，距離理想的直流電壓還差得很遠(yuǎn)。</p><p><b>　　3.濾波電路</

20、b></p><p>　　濾波電路由電容、電感等儲(chǔ)能元件組成。其作用是盡可能地將單向脈動(dòng)電壓中的脈動(dòng)成分濾掉，使輸出電壓變成比較平滑的直流電壓。但是，濾波電路輸出的直流電壓會(huì)因電網(wǎng)電壓或負(fù)載電流的變化而變化，對(duì)要求較高的電子設(shè)備，其后需加穩(wěn)壓電路。</p><p><b>　　4.穩(wěn)壓電路</b></p><p>　　穩(wěn)壓電路的作用是采取

21、某些措施，使輸出的直流電壓在電網(wǎng)電壓或負(fù)載電流發(fā)生變化時(shí)保持穩(wěn)定。</p><p>　　此篇文章主要研究穩(wěn)壓電路部分，將濾波電路的輸出電壓作為穩(wěn)壓電路的輸入電壓來(lái)研究。</p><p>　?。ǘ┲绷鞣€(wěn)壓電源的主要性能指標(biāo)</p><p>　　直流穩(wěn)壓電源性能的好壞主要是由它的質(zhì)量指標(biāo)來(lái)衡量的，它的質(zhì)量指標(biāo)主要如下。</p><p><

22、b>　　1.穩(wěn)壓系數(shù)</b></p><p>　　穩(wěn)壓系數(shù)的定義是在負(fù)載固定時(shí)穩(wěn)壓電路的輸出電壓的相對(duì)變化量與輸入電壓相對(duì)變化量之比，即</p><p>　　上式中的穩(wěn)壓電路輸入電壓是指整流濾波電路的輸出直流電壓。穩(wěn)壓系數(shù)反映了電網(wǎng)電壓波動(dòng)對(duì)輸出電壓的影響，由于工程上常常把電網(wǎng)電壓波動(dòng)±10﹪作為極限條件，因此有時(shí)也采用電壓調(diào)整率作為衡量指標(biāo)，電壓調(diào)整率是指在固

23、定負(fù)載下，輸入電壓變化10﹪時(shí)，輸出電壓的相對(duì)變化量。</p><p><b>　　2.輸出電阻</b></p><p>　　輸出電阻是指在保持輸入電壓不變的情況下，穩(wěn)壓電路的輸出電壓變化量與輸出電流變化量之比，即</p><p>　　它表示穩(wěn)壓電路受負(fù)載變化的影響程度，越小，說(shuō)明負(fù)載變化時(shí)對(duì)穩(wěn)壓電路輸出電壓的影響越小。</p>

24、<p><b>　　3.溫度系數(shù)</b></p><p>　　溫度系數(shù)是指在電網(wǎng)電壓和負(fù)載都不變的情況下，輸出電壓的變化量與溫度的變化量之比，即</p><p><b>　　4.輸出紋波電壓</b></p><p>　　輸出紋波電壓是指穩(wěn)壓電路輸出電壓中的交流成分，通常用有效值或峰值表示，一般為毫伏數(shù)量級(jí)，它表示

25、輸出電壓的微小波動(dòng)。</p><p>　　三、幾種恒壓源的介紹</p><p>　　（一）硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路</p><p>　　圖3.1.1 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路</p><p><b>　　1.穩(wěn)壓原理</b></p><p>　?。?）設(shè)輸入電壓不變，負(fù)載電阻減小使增大，此時(shí)增大，使增大，使降

26、低，變小，使減小，故輸出電壓基本不變。上述穩(wěn)壓過(guò)程用循環(huán)調(diào)節(jié)過(guò)程表示，即</p><p>　　（2）設(shè)不變，輸入增大，使增大，則增大，使增大，以此來(lái)抵消的增大，故使輸出不變化。用循環(huán)調(diào)節(jié)過(guò)程表示如下：</p><p>　　以上兩種情況說(shuō)明，不論是變化還是變化，靠穩(wěn)壓管兩端電壓微小變化調(diào)整其電流變化，使其輸出電壓維持穩(wěn)定，這就是硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路穩(wěn)定電壓的原理。</p><

27、p>　　2.估算穩(wěn)壓系數(shù)和輸出電阻</p><p>　　將圖3.1.1電路改畫(huà)成只考慮交流等效電路如圖3.1.2所示，由圖可求出穩(wěn)壓系數(shù)和輸出電阻。</p><p><b>　?。?）穩(wěn)壓系數(shù)</b></p><p><b>　　由定義有</b></p><p>　　由圖3.1.2可求,即&l

28、t;/p><p>　　式中為穩(wěn)壓管內(nèi)阻（很?。?，當(dāng)時(shí)，上式簡(jiǎn)化為</p><p><b>　　故</b></p><p><b>　　(2)輸出電阻</b></p><p><b>　　由定義可得</b></p><p><b>　　3.限流電阻的

29、估算</b></p><p>　　穩(wěn)壓管正常工作時(shí)，其工作點(diǎn)處的應(yīng)滿(mǎn)足：條件，選擇合適的限流電阻可滿(mǎn)足這一條件，分兩種情況估算。</p><p>　　（1）當(dāng)輸入電壓最高和負(fù)載電流最小時(shí)，應(yīng)最大，但，即</p><p><b>　　改寫(xiě)為</b></p><p>　?。?）當(dāng)輸入電壓最低和負(fù)載電流最大時(shí)，應(yīng)最

30、小，但，即</p><p><b>　　改寫(xiě)為</b></p><p><b>　　則</b></p><p>　　按上式選擇限流電阻即可。</p><p>　?。ǘ┐?lián)反饋式穩(wěn)壓電路</p><p>　　1.組成框圖及各部分介紹</p><p>　

31、　下圖是串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路的一般結(jié)構(gòu)圖，它由調(diào)整、比較放大、取樣和基準(zhǔn)電壓四部分組成。圖中是整流濾波電路的輸出電壓，起調(diào)整作用的晶體管與負(fù)載串聯(lián)，故稱(chēng)為串聯(lián)式穩(wěn)壓電路。</p><p><b>　?。?）取樣環(huán)節(jié)</b></p><p>　　取樣環(huán)節(jié)由分壓電阻、組成，它取出輸出電壓的一部分作為取樣電壓，并反饋給比較放大器。為保持分壓比不隨溫度而變化，分壓電阻宜選用溫度

32、系數(shù)小的電阻。</p><p><b>　　(2)基準(zhǔn)環(huán)節(jié)</b></p><p>　　基準(zhǔn)環(huán)節(jié)的作用是提供一個(gè)穩(wěn)定度很高的基準(zhǔn)電壓,它由穩(wěn)壓管與限流電阻串聯(lián)構(gòu)成的簡(jiǎn)單穩(wěn)壓電路獲得。穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值的溫度系數(shù)應(yīng)當(dāng)盡量小。</p><p><b>　　(3)放大環(huán)節(jié)</b></p><p>　　放大環(huán)節(jié)

33、是一個(gè)高增益的直流比較放大器，其輸入信號(hào)為取樣電壓與基準(zhǔn)電壓之差，其輸出作為調(diào)整管的控制信號(hào)。比較放大器的增益越高，為了完成調(diào)整所需要的比較信號(hào)越小。這樣，輸出電壓的微小變化能馬上被檢測(cè)出來(lái)，并使調(diào)整管進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，電路的穩(wěn)壓性能就越好。</p><p><b>　　(4)調(diào)整環(huán)節(jié)</b></p><p>　　調(diào)整環(huán)節(jié)就是調(diào)整管，它與負(fù)載串聯(lián)，調(diào)整管兩端電壓受比較放

34、大器輸出信號(hào)的控制，自動(dòng)的減小或增大，以保證輸出電壓的穩(wěn)定。為了使調(diào)整管能有效地起到調(diào)整作用，必須保證它在任何情況下都工作在放大區(qū)。</p><p><b>　　2.工作原理</b></p><p>　　電路原理圖如下所示。在圖3.2.2中，假設(shè)由于增大或減小而導(dǎo)致輸出電壓增大，則通過(guò)采樣以后反饋到放大電路反向輸入端的電壓也按比例地增大，但其同相輸入端的電壓即基準(zhǔn)電壓

35、保持不變，比較放大器的差模輸入電壓將減小，因此比較放大器的輸出電壓減小，使調(diào)整管的基極輸入電壓減小，調(diào)</p><p>　　圖3.2.2 串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路一般結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　整管的集電極電流隨之減小，同時(shí)集電極電壓增大，結(jié)果使下降，起初增大趨勢(shì)得到抑制，輸出電壓保持基本不變。上述穩(wěn)壓過(guò)程可以描述如下：</p><p>　　由此可以看出，串聯(lián)型直流穩(wěn)壓

36、電路穩(wěn)壓的過(guò)程，實(shí)質(zhì)上是通過(guò)電壓負(fù)反饋使輸出電壓保持基本穩(wěn)定的過(guò)程。調(diào)整管連接成電壓跟隨器，因而可得</p><p><b>　　(1)</b></p><p>　　式中A是比較放大電路的電壓增益,為反饋系數(shù)，即取樣電路分壓比，當(dāng)比較放大電路的電壓增益足夠大時(shí)，電路的輸出電壓</p><p><b>　　(2)</b>&l

37、t;/p><p>　　式（2）表明，輸出電壓與基準(zhǔn)電壓近似成正比，與反饋系數(shù)成反比。當(dāng)一定時(shí)，改變可調(diào)節(jié)輸出電壓；當(dāng)也確定時(shí)，輸出電壓也就確定了。因此式（2）是設(shè)計(jì)穩(wěn)壓電路的基本形式。</p><p>　　3.輸出電壓調(diào)節(jié)范圍</p><p>　　在圖3.2.2電路中，設(shè),則</p><p><b>　　改寫(xiě)為</b><

38、;/p><p>　　當(dāng)調(diào)整阻值時(shí)，可調(diào)整的大小，由上式可知，當(dāng)時(shí)（動(dòng)點(diǎn)上滑至上端），為,故可調(diào)整輸出電壓范圍。</p><p><b>　　四、設(shè)計(jì)方案</b></p><p><b>　?。ㄒ唬┗痉桨附榻B</b></p><p>　　幾乎所有的電子設(shè)備都需要穩(wěn)定的直流電源，因此直流穩(wěn)壓電源的應(yīng)用非常

39、廣泛。直流穩(wěn)壓電源的電路形式有很多種,有串聯(lián)型、開(kāi)關(guān)型、集成電路、穩(wěn)壓管直流穩(wěn)壓電源等等。在電子設(shè)備中，直流穩(wěn)壓電源的故障率是最高的（長(zhǎng)期工作在大電流和大電壓下,電子元器件很容易損壞）。但在直流穩(wěn)壓電源中，通過(guò)整流、濾波電路所獲得的直流電源的電壓往往是不穩(wěn)定的。輸出電壓在電網(wǎng)電壓波動(dòng)或負(fù)載電流變化時(shí)也會(huì)隨之變化。電子設(shè)備電源電壓的不穩(wěn)定,將會(huì)引起很多問(wèn)題。設(shè)計(jì)出質(zhì)量?jī)?yōu)良的直流穩(wěn)壓電源，才能滿(mǎn)足各種電子線路的要求。因此,直流穩(wěn)壓電源的研究

40、就頗為重要。目前設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源的方法大致分為兩種:一種是模擬方法，另一種是數(shù)字方法。本篇文章中運(yùn)用模擬方法設(shè)計(jì)一種串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源。</p><p>　　本設(shè)計(jì)電路分為降壓電路、整流電路、濾波電路和調(diào)壓穩(wěn)壓電路四大部分，穩(wěn)壓電路部分又由基準(zhǔn)電壓源、輸出電壓采樣電路、電壓比較放大電路、過(guò)流保護(hù)電路和輸出電壓調(diào)整電路組成。本篇文章主要設(shè)計(jì)穩(wěn)壓電路部分。串聯(lián)型線性穩(wěn)壓電路的本質(zhì)是一個(gè)具有深度負(fù)反饋的電壓反饋型功率放

41、大器，一般由基準(zhǔn)電壓源、輸出電壓采樣電路、電壓比較放大電路、過(guò)流保護(hù)電路和輸出電壓調(diào)整電路組成。</p><p>　?。ǘ┰O(shè)計(jì)條件及主要參數(shù)</p><p>　　直流穩(wěn)壓電源是常用的電子設(shè)備，它能保證在電網(wǎng)電壓波動(dòng)或負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，輸出穩(wěn)定的電壓。一個(gè)低紋波、高精度的穩(wěn)壓源在儀器儀表、工業(yè)控制及測(cè)量領(lǐng)域中有著重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。本設(shè)計(jì)給出的穩(wěn)壓電源的輸出電壓范圍為6V～12 V，額定工作

42、電流為0.5 A，并且紋波不大于10 mV，穩(wěn)壓系數(shù)不大于0.1，電源內(nèi)阻不大于0.5，具有過(guò)載電流保護(hù)功能，本設(shè)計(jì)使用分立元件設(shè)計(jì)串聯(lián)型穩(wěn)壓電源。</p><p>　　穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)分為兩種：一種是特性指標(biāo)，包括允許的輸入電壓、輸出電壓、輸出電流及輸出電壓調(diào)節(jié)范圍；一種是質(zhì)量指標(biāo)，包括穩(wěn)壓系數(shù)，電源內(nèi)阻及紋波電壓等。</p><p><b>　?。ㄈ╇娐方M成</b&

43、gt;</p><p>　　電路的組成框圖如圖4.1.1所示。</p><p>　　從電路的組成框圖可見(jiàn)，它是在串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的基礎(chǔ)上增加了啟動(dòng)電路和保護(hù)電路，這樣使它的應(yīng)用更加安全可靠。</p><p>　　該電路中有恒流源存在，剛接通電壓時(shí)，它們難以自行導(dǎo)通。啟動(dòng)電路的作用是在剛接通電壓時(shí)能建立起各自的工作電流，使穩(wěn)壓電路能迅速正常工作。穩(wěn)壓電路一旦工作，啟動(dòng)電

44、路就自行斷開(kāi)。保護(hù)電路的作用是當(dāng)輸出過(guò)載或短路時(shí)，能保護(hù)調(diào)整管免受損害。電路各部分的具體功能在分析其原理時(shí)還會(huì)做更加細(xì)致的說(shuō)明。其他各環(huán)節(jié)電路的作用和前述串聯(lián)型穩(wěn)壓電路均相同。</p><p>　?。ㄋ模╇娐贩€(wěn)壓原理分析</p><p><b>　　1.基本原理</b></p><p>　　前面我們已經(jīng)介紹了幾種穩(wěn)壓電路，對(duì)其組成結(jié)構(gòu)和穩(wěn)壓原理

45、已經(jīng)有了初步的了解。下面這個(gè)電路是利用集成運(yùn)算放大器作為放大環(huán)節(jié)而構(gòu)成的穩(wěn)壓電路。由于集成運(yùn)放具有高增益，低溫漂和高共模抑制比等特點(diǎn)，該穩(wěn)壓電源的穩(wěn)定度很高。接下來(lái)我們就一起來(lái)研究一下下面這個(gè)電路是如何達(dá)到穩(wěn)壓效果的。</p><p>　　圖4.1.2 電路原理圖</p><p>　　、、構(gòu)成啟動(dòng)電路。當(dāng)加上輸入電壓時(shí)，被擊穿，左端電壓為，電流經(jīng)流向的基極，從而達(dá)到啟動(dòng)電路的目的，整個(gè)電

46、路開(kāi)始工作。與此同時(shí)，齊納管被擊穿，右端電壓也為，兩端電位相同，截止，啟動(dòng)過(guò)程完成。</p><p>　　、、、、、、、構(gòu)成零溫度系數(shù)基準(zhǔn)電壓源，圖4.1.2與圖4.1.3中的連接方法是等效的。這是一種廣泛應(yīng)用的基準(zhǔn)電壓源。的擊穿電壓為，它具有正溫度系數(shù)， 大小為℃。三極管的溫度系數(shù)約為℃。M點(diǎn)電壓隨溫度升高而升高。而晶體管的和二極管正向壓降隨溫度變化，使的溫度系</p><p>　　數(shù)為

47、℃，同理正向壓降隨溫度變化使的溫度系數(shù)為℃。這樣在A、B之間串聯(lián)電阻中的某一點(diǎn)電壓的溫度系數(shù)應(yīng)為零。找出零溫漂點(diǎn)，作基準(zhǔn)電壓,因不受溫度影響，故相當(dāng)穩(wěn)定。</p><p>　　設(shè)的擊穿電壓為，則由圖可知</p><p><b>　　當(dāng)時(shí)，上式化簡(jiǎn)為</b></p><p><b>　　設(shè)置電阻比值滿(mǎn)足</b></p&

48、gt;<p>　　則的溫度系數(shù)可補(bǔ)償?shù)健妗?lt;/p><p>　　將的溫度系數(shù)帶入上式得到</p><p><b>　　所以</b></p><p>　　調(diào)整管通常采用功率管，可以輸出較大的電流。不過(guò)功率管的放大倍數(shù)一般都不大，如果要獲得較大的輸出電流，就要求有足夠大的基極驅(qū)動(dòng)電流。實(shí)用上為了減小驅(qū)動(dòng)電流，調(diào)整管常采用復(fù)合管結(jié)構(gòu)。原

49、理圖中的和管構(gòu)成復(fù)合調(diào)整管，它的電流放大系數(shù)為，要求的基極驅(qū)動(dòng)電流很小，可以用比較放大器直接進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。</p><p>　　放大電路由集成運(yùn)算放大器構(gòu)成，基準(zhǔn)電壓加在其正輸入端，采樣電壓由其負(fù)輸入端流入，作為反饋電壓，采樣電路由、和組成。集成運(yùn)算放大器將兩個(gè)輸入信號(hào)加以比較，可將電壓的微小變化放大，由輸出端輸出，輸出到由和構(gòu)成的復(fù)合調(diào)整管。假設(shè)由于輸入電壓增大或負(fù)載電流減?。簇?fù)載增大）而導(dǎo)致輸出電壓增大，則通過(guò)

50、采樣以后反饋到放大電路反向輸入端的反饋電壓也按比例地增大，但其同相輸入端的電壓即基準(zhǔn)電壓保持不變，比較放大器的差模輸入電壓將減小，因此比較放大器的輸出電壓減小，使調(diào)整管的基極輸入電壓減小，調(diào)整管的集電極電流隨之減小，同時(shí)集電極電壓增大，結(jié)果使輸出電壓下降，起初增大趨勢(shì)得到抑制，輸出電壓保持基本不變。</p><p>　　該電路就是根據(jù)（電位器觸頭將電位器全阻值分為兩部分，上部分電阻值為，下部分電阻值為）來(lái)設(shè)計(jì)的。

51、由上式可以看出，恒定，穩(wěn)定。實(shí)際上該電路能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)壓是負(fù)反饋調(diào)整的結(jié)果，分析如下：</p><p>　　設(shè),升高，升高，則增大，與比較，使集成運(yùn)算放大器輸出誤差電壓減小，故減小，增大，以抵消的升高，使不變?？捎醚h(huán)調(diào)節(jié)過(guò)程表示，一目了然。</p><p>　　設(shè)增大，使減小，則減小，與比較，使集成運(yùn)算放大器輸出誤差電壓增大，故增大，增大，減小，在不變時(shí)，增大，故經(jīng)過(guò)負(fù)反饋調(diào)節(jié)，使恒定，調(diào)節(jié)

52、過(guò)程如下所示。</p><p>　　通過(guò)分析，串聯(lián)調(diào)整穩(wěn)壓器能夠穩(wěn)壓是由閉環(huán)誤差自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，調(diào)整管的調(diào)整作用是由誤差信號(hào)來(lái)控制，與有差則調(diào)整，使輸出電壓維持基本不變。</p><p>　　因調(diào)整管與負(fù)載串聯(lián)連接，當(dāng)負(fù)載電流過(guò)大，特別是在輸出短路情況下，輸入的直流電壓幾乎全部降落在它的兩端。這種過(guò)載現(xiàn)象即使時(shí)間很短，也會(huì)損壞調(diào)整管，必須采用快速動(dòng)作的電子電路自行進(jìn)行保護(hù)。和組成過(guò)流

53、保護(hù)電路，保證復(fù)合調(diào)整管的安全。當(dāng)負(fù)載電流處于正常工作范圍之內(nèi)時(shí)截止，保護(hù)電路不起作用。而當(dāng)負(fù)載電流過(guò)大，超過(guò)穩(wěn)壓電路所能容許的最大輸出電流時(shí)，導(dǎo)通，其集電極電位減小，復(fù)合調(diào)整管的驅(qū)動(dòng)電流減小，使輸出電壓下降，輸出電流受到限制，從而保護(hù)調(diào)整管。</p><p><b>　　2.參數(shù)分析</b></p><p>　?。?）輸出電壓調(diào)節(jié)范圍</p><

54、p>　　該電路的輸出電壓可調(diào)，通過(guò)調(diào)節(jié)電位器的觸頭可改變輸出電壓的大小。</p><p>　　故 </p><p>　　當(dāng)觸頭位于電位器的最上端時(shí)，輸出電壓有最小值，</p><p>　　當(dāng)觸頭位于電位器的最下端時(shí)，輸出電壓有最大值，</p><p>　　輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍為</p>

55、<p><b>　　即</b></p><p>　　由于本設(shè)計(jì)給出的穩(wěn)壓電源的輸出電壓范圍為6V～12 V，所以</p><p><b>　　兩式相比，得</b></p><p>　　所以，要想達(dá)到設(shè)計(jì)要求在6V～12 V之間，只要即可。</p><p>　?。?）輸入電壓調(diào)節(jié)范圍<

56、;/p><p>　　為了保證調(diào)整管工作在放大狀態(tài)，通常使,由于,所以</p><p><b>　　即</b></p><p><b>　　（3）穩(wěn)壓系數(shù)</b></p><p>　　用Multisim2001模擬仿真電子線路，使分別為和，則輸出電壓分別為和。 </p><p>&

57、lt;b>　　由此得出：</b></p><p><b>　?。?）輸出電阻</b></p><p>　　用Multisim2001模擬仿真測(cè)量的數(shù)據(jù)：當(dāng)時(shí)，;當(dāng)時(shí)，,計(jì)算得出：</p><p><b>　　（5）調(diào)整管參數(shù)</b></p><p>　　調(diào)整管最大允許電流必須大于負(fù)

58、載最大電流。調(diào)整管最大允許功耗必須大于調(diào)整管的實(shí)際最大功率。當(dāng)輸入電壓最大，而輸出電壓最小、負(fù)載電流最大時(shí)，調(diào)整管的實(shí)際功率是最大的。調(diào)整管必須工作在線性放大區(qū)，其管壓降一般不能小于3～4V。</p><p><b>　　結(jié)束語(yǔ)</b></p><p>　　直流穩(wěn)壓電源廣泛應(yīng)用于國(guó)防、科研、大專(zhuān)院校、實(shí)驗(yàn)室、工礦企業(yè)、電解、電鍍、直流電機(jī)、充電設(shè)備等。設(shè)計(jì)一個(gè)穩(wěn)定性好

59、、準(zhǔn)確度高的恒壓源是十分關(guān)鍵的，因此本文分析了幾種恒壓源的工作原理，并在基本電路原理的基礎(chǔ)之上設(shè)計(jì)了合適的簡(jiǎn)單恒壓源的電路，該電路主要由基準(zhǔn)電壓電路、集成運(yùn)放放大電路、采樣電路、復(fù)合調(diào)整管及保護(hù)電路組成。通過(guò)分析可知這種恒壓源電路穩(wěn)壓性能良好，具有一定的優(yōu)越性。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1].清華大學(xué)電子學(xué)教研組.《模擬電子

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