线性稳压电源的组成
线性稳压电源一般由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分组成,其结构如图1-1-1所示。
图1-1-1线性稳压电源的组成框图
电源变压器将来自电网的交流输入电压(例如220V,50Hz)变换为较低的交流电压(例如9V、12V、15V等)。电源变压器通常有两个或两个以上的绕组,其中接交流电源的绕组叫初级绕组,其余的绕组叫次级绕组。初级绕组和次级绕组在电气上是绝缘的,因此,电源变压器在电压幅度变换的同时,实现了与电网电气隔离的作用。电源变压器也称为工频变压器,其工作频率为50Hz或60Hz,体积较大,比较笨重。
整流电路是通过具有单向导电性能的半导体二极管,将正负交替的正弦交流电压变换为单向的脉动直流电压。整流电路通常选用由4只二极管组成的桥式整流器件,简称整流桥。整流电路输出的脉动直流电压含有很大的交流成分,不能直接供电子电路使用。需要在整流电路之后连接滤波电路。
在中小功率线性电源中通常采用电容滤波电路,将滤波电容直接并联在整流电路的输出端即可组成电容滤波电路。滤波电路能够滤除脉动直流电压中大部分的交流成分,使其变成比较平滑的直流电压。虽然滤波后的直流电压比较平滑,但还是有一定的纹波电压。并且,当电网的交流电压或者电源的负载电流变化时,滤波后的直流电压也将发生变化。要想得到恒定的输出电压,还需要加入稳压电路。
稳压电路能够在电网电压、负载电流、环境温度等发生变化时,自动调节电路参数,使电源的输出电压保持恒定。并且可以将输出电压的纹波降低到很小的数值。
小贴示
稳压电路才是稳压电源的核心部分。
线性稳压电源的工作原理
线性稳压电源的稳压电路结构与等效电路如图1-1-2所示,其中图(a)为结构框图,图(b)为等效电路。图中,VT被称为调整管,其作用可等效为可变电阻R。VD Z 为稳压二极管,用于产生基准电压(也称参考电压)U REF 。R 2 和R 3 被称为取样电阻,它们用来检测输出电压U O ,并分压产生反馈电压U F 。EA为误差放大器,它可将反馈电压U F 与基准电压U REF 进行比较放大,从而控制调整管的导通情况。R L 为负载电阻。
图1-1-2
当某种原因(例如负载电流增加)造成输出电压U O 降低时,反馈电压U F 也随之降低。误差放大器EA将反馈电压U F 与基准电压U REF 进行比较放大,其输出电压U C 将升高,这将使调整管VT的基极电流增大,等效电阻R减小,引起输出电压U O 回升,最终使输出电压U O 保持稳定值。
通过图(b)的等效电路,也可以换一种方法来解释稳压原理。例如某种原因造成输入电压U I 升高时,由于R与R L 串联,如果R为固定电阻,必然使输出电压U O 也跟着升高。但是,这里的R是由调整管VT等效的可变电阻,当电路检测到U O 升高时,会自动控制调整管VT的导通情况,使等效的电阻R变大,从而使输出电压U O 保持不变。
小贴示
由于调整管VT串联在输入电压U I 与输出电压U O 之间,因此这种稳压电源也称为串联稳压电源。
线性稳压电源的输出电压U O 低于输入电压U I ,属于降压式稳压电源。线性稳压电源具有响应速度快、输出纹波小、噪声低的特点,广泛应用于各种电子线路中。但是,由于线性电源的体积较大,效率较低,不利于节能环保,在众多应用领域正在被开关电源取代。
责任编辑:lq6
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