模拟电子技术模电之串联反馈稳压电路讲解
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串联反馈式稳压电路图XX_01图XX_01是串联反馈式稳压电路的一般结构图,图中VI是整流滤波电路的输出电压,T为调整管,A为比较放大电路,VREF 为基准电压,它由稳压管DZ与限流电阻R串联所构成的简单稳压电路获得(见齐纳二极管一节),R1与R2组成反馈网络,是用来反映输出电压变化的取样环节。
这种稳压电路的主回路是起调整作用的BJT T与负载串联,故称为串联式稳压电路。
输出电压的变化量由反馈网络取样经放大电路(A)放大后去控制调整管T的c-e极间的电压降,从而达到稳定输出电压VO的目的。
稳压原理可简述如下:当输入电压VI 增加(或负载电流IO减小)时,导致输出电压VO增加,随之反馈电压VF=R2VO/(R1+R2)=F V V O也增加(F V为反馈系数)。
V F与基准电压V REF相比较,其差值电压经比较放大电路放大后使V B和I C减小,调整管T的c-e极间电压VCE 增大,使VO下降,从而维持VO基本恒定。
同理,当输入电压VI 减小(或负载电流IO增加)时,亦将使输出电压基本保持不变。
从反馈放大电路的角度来看,这种电路属于电压串联负反馈电路。
调整管T连接成电压跟随器。
因而可得或式中A V是比较放大电路的电压增益,是考虑了所带负载的影响,与开环增益AVO不同。
在深度负反馈条件下,时,可得上式表明,输出电压VO 与基准电压VREF近似成正比,与反馈系数F V成反比。
当VREF及F V已定时,VO也就确定了,因此它是设计稳压电路的基本关系式。
值得注意的是,调整管T的调整作用是依靠VF 和VREF之间的偏差来实现的,必须有偏差才能调整。
如果VO绝对不变,调整管的VCE 也绝对不变,那么电路也就不能起调整作用了。
所以VO不可能达到绝对稳定,只能是基本稳定。
因此,图10.2.1所示的系统是一个闭环有差调整系统。
由以上分析可知,当反馈越深时,调整作用越强,输出电压VO 也越稳定,电路的稳压系数g和输出电阻Ro也越小。
简易串联稳压电源1、原理分析图4-1-1是简易串联稳压电源,T1是调整管,D1是基准电压源,R1是限流电阻,R2是负载。
由于T1基极电压被D1固定在UD1,T1发射结电压(UT1)BE在T1正常工作时基本是一个固定值(一般硅管为0.7V,锗管为0.3V),所以输出电压UO=UD1-(UT1)BE。
当输出电压远大于T1发射结电压时,可以忽略(UT1)BE,则UO≈UD1。
下面我们分析一下建议串联稳压电源的稳压工作原理:假设由于某种原因引起输出电压UO降低,即T1的发射极电压(UT1)E降低,由于UD1保持不变,从而造成T1发射结电压(UT1)BE上升,引起T1基极电流(IT1)B上升,从而造成T1发射极电流(IT1)E被放大β倍上升,由晶体管的负载特性可知,这时T1导通更加充分管压降(UT1)CE将迅速减小,输入电压UI更多的加到负载上,UO得到快速回升。
这个调整过程可以使用下面的变化关系图表示:UO↓→(UT1)E↓→UD1恒定→(UT1)BE↑→(IT1)B↑→(IT1)E↑→(UT1)CE↓→UO↑当输出电压上升时,整个分析过程与上面过程的变化相反,这里我们就不再重复,只是简单的用下面的变化关系图表示:UO↑→(UT1)E↑→UD1恒定→(UT1)BE↓→(IT1)B↓→(IT1)E↓→(UT1)CE↑→UO↓这里我们只分析了输出电压UO降低的稳压工作原理,其实输入电压UI降低等其他情况下的稳压工作原理都与此类似,最终都是反应在输出电压UO降低上,因此工作原理大致相同。
从电路的工作原理可以看出,稳压的关键有两点:一是稳压管D1的稳压值UD1 要保持稳定;二是调整管T1要工作在放大区且工作特性要好。
其实还可以用反馈的原理来说明简易串联稳压电源的工作原理。
由于电路是一个射极输出器,属于电压串联负反馈电路,电路的输出电压为UO=(UT1)E≈(UT1)B,由于(UT1)B保持稳定,所以输出电压UO也保持稳定。
知识原理要点直流稳压电源原理框图如图4-1 所示。
四、实验原理图为串联型直流稳压电源。
它除了变压、整流、滤波外,稳压器部分一般有四个环节:调整环节、基准电压、比较放大器和取样电路。
当电网电压或负载变动引起输出电压V o变化时,取样电路将输出电压Vo的一部分馈送回比较放大器与基准电压进行比较,产生的误差电压经放大后去控制调整管的基极电流,自动地改变调整管的集一射极间电压,补偿V o 的变化,从而维持输出电压基本不变。
当输入电压(VI)改变时,能自动调节(VCE)电压的大小,使输出电压(Vo)保持恒定。
例如:VI↑→Vo↑→经取样和放大电路后→IB↓→VCE↑→Vo↓ VI是整流滤波后的电压,T为调整管,A为比较放大电路,VREF为基准电压,它由稳压管Dz与限流电阻R构成。
R1与R2组成反馈网络,是用来反映输出电压变化的取样环节。
工作原理图及功能方框图假设由于某种原因(如电网电压波动或者负载电阻变化等)使输出电压上升,取样电路将这一变化趋势送到比较放大管的基极,与发射极基准电压进行比较,并且将二者的差值进行放大,比较放大管的基电极电位(即调整管的基极电位)降低。
由于调整管采用射极输出形式,所以输出电压必然降低,从而保证Uo基本稳定。
稳压电路由于直接用输出电压的微小变化量去控制调整管。
其控制作用较小,所以,稳压效果不好。
如果在电路中增加一级直流放大电路,把输出电压的微小变化加以放大,再去控制调整管,其稳压性能便可大大提高,这就是带放大环节的串联型稳压电路。
当输入电压Ui增大(或减小)时,串联型稳压电路的稳压原理可用电路来说明。
图中可变电阻R与负载RL相串联。
若RL不变。
增大(或减小)R值使输入电压Ui变化全部降落在电阻R上,从而坚持输出电压UL基本不变。
同理,若Ui不变,当负载电流IL变化时(导致UL变化)也相应地调整R值,以保持R上的压降不变,使输出电压UL也基本不变。
则是用晶体三极管来代替可变电阻R利用负反馈的原理,实际的稳压电路中。