第一章绪论。
电路基本知识。
在电子电路中,通常都需要电压稳定的直流稳压电源供电,小功率的稳压电源是由电源变压器,整流电路,滤波电路和稳压电路等四部分组成。
变压器。利用电磁感感应的原理来改变交流电压的装置,主要构件是初级线圈、次级线圈和铁心。在电器设备和无线电路中,常用作升降电压、匹配阻抗等。
各种电子装备常用到变压器,理由是:提供各种电压阶层确保系统正常操作;提供系统中以不同电位操作部份得以电气隔离;对交流电流提供高阻抗,但对直流则提供低的阻抗;在不同的电位下,维持或修饰波形与频率响应。「阻抗」其中之一项重要概念,亦即电子学特性之一,其乃预设一种设备,即当电路组件阻抗系从一阶层改变到另外的一个阶层时,其间即使用到一种设备-变压器。
变压器---利用电磁感应原理,从一个电路向另一个电路传递电能或传输信号的一种电器是电能传递或作为信号传输的重要元件。
电路工作原理。
电源变压器的作用是将交流220v的电压变为所需的电压值,然后同样的电压还随电网电压波动、负载何温度的变化而变化。
桥式整流器。
利用二极管的单向导通性进行整流的最常用的电路,常用来将交流电转变为直流电。桥式整流是对二极管半波整流的一种改进。半波整流利用二极管单向导通特性,在输入为标准正弦波的情况下,输出获得正弦波的正半部分,负半部分则损失掉。
桥式整流器利用四个二极管,两两对接。输入正弦波的正半部分是两只管导通,得到正的输出;输入正弦波的负半部分时,另两只管导通,由于这两只管是反接的,所以输出还是得到正弦波的正半部分。 桥式整流器对输入正弦波的利用效率比半波整流高一倍。
桥式整流是交流电转换成直流电的第一个步骤。
直流稳压电路。
通过整流滤波电路所获得的直流电源电压是比较稳定的,当电网电压波动或负载电流变化时,输出电压会随之改变。电子设备一般都需要稳定的电源电压。如果电源电压不稳定,将会引起直流放大器的零点漂移,交流噪声增大,测量仪表的测量精度降低等。
因此必须进行稳压,目前中小功率设备中广泛采用的稳压电源有并联型稳压电路、串联型稳压电路、集成稳压电路及开关型稳压电路。
电路组成及工作原理
硅稳压管组成的并联型稳压电路如图7.13所示,经整流滤波后得到的直流电压作为稳压电路的输入电压ui,限流电阻r和稳压管v组成稳压电路,输出电压uo=uz。
在这种电路中,不论是电网电压波动还是负载电阻rl的变化,稳压管稳压电路都能起到稳压作用,因为uz基本恒定,而uo=uz。下面从两个方面来分析其稳压原理:
1) 设rl不变,电网电压升高使ui升高,导致uo升高,而uo=uz。根据稳压管的特性,当uz升高一点时,iz将会显著增加,这样必然使电阻r上的压降增大,吸收了ui的增加部分,从而保持uo不变。
反之亦然。
2) 设电网电压不变,当负载电阻rl阻值增大时,il减小,限流电阻r上压降ur将会减小。由于uo=uz=ui-ur,所以导致uo升高,即uz升高,这样必然使iz显著增加。由于流过限流电阻r的电流为ir=iz+il,这样可以使流过r上的电流基本不变,导致压降ur基本不变,则uo也就保持不变。
反之亦然。
在实际使用中,这两个过程是同时存在的,而两种调整也同样存在。因而无论电网电压波动或负载变化,都能起到稳压作用。
第二章元器件介绍。
lm317作为输出电压可变的集成三端稳压块,是一种使用方便、应用广泛的集成稳压块。
稳压电源的输出电压可用下式计算,vo=1.25(1+r2/r1)。仅仅从公式本身看,r1、r2的电阻值可以随意设定。
然而作为稳压电源的输出电压计算公式,r1和r2的阻值是不能随意设定的。首先317稳压块的输出电压变化范围是vo=1.25v—37v(高输出电压的317稳压块如lm317hva、lm317hvk等,其输出电压变化范围是vo=1.
25v—45v),所以r2/r1的比值范围只能是0—28.6。 其次是317稳压块都有一个最小稳定工作电流,有的资料称为最小输出电流,也有的资料称为最小泄放电流。
最小稳定工作电流的值一般为1.5ma。由于317稳压块的生产厂家不同、型号不同,其最小稳定工作电流也不相同,但一般不大于5ma。
当317稳压块的输出电流小于其最小稳定工作电流时,317稳压块就不能正常工作。当317稳压块的输出电流大于其最小稳定工作电流时,317稳压块就可以输出稳定的直流电压。如果用317稳压块制作稳压电源时(如图所示),没有注意317稳压块的最小稳定工作电流,那么你制作的稳压电源可能会出现下述不正常现象:
稳压电源输出的有载电压和空载电压差别较大。
在应用中,为了电路的稳定工作,在一般情况下,还需要接二极管作为保护电路,防止电路中的电容放电时的高压把317烧坏。
lm317是可调节3-端正电压稳压器,在输出电压范围为1.2伏到37伏时能够提供超过1.5安得电流。
此稳压器非常易于使用,只需要两个外部电阻来设置输出电压。此外还使用内部限流、热关断和安全工作区补偿使之基本能防止烧断保险丝。lm317服务于多种应用场合,包括局部稳压、卡上稳压。
该器件还可以用来制作一种可编程的输出稳压器,或者,通过在调整点和输出之间接一个固定电阻,lm317可用作一种精密稳流器。
输出电流超过1.5安。
输出在1.2伏和37伏之间可调节。
内部热过载保护。
不随温度变化的内部短路电流限制。
输出晶体管安全工作区补偿。
对高压应用孚空工作。
表面贴装d2pak形式,和标准3引脚晶体管封装。
避免置备多种固定电压。
基本电路工作。
lm317是三端浮动稳压器。工作时,lm317建立并保持输出与调节端之间1.25v的标称参考电压(vref)这一参考电压由r1(见图)转换成编程电流(iprog),该恒定电流经r2到地。
稳压输出电压由下式给出:
vout=vref(1+r2/r1)+iadjr2
因为调节端的电流(iadj)在式中代表误差项,所以lm317设计成控制iadj小于0.1ma并使之保持恒定。为达到这一点,所有静态工作电流都返回到输出端。
这样就需要最小负载电流。如果负载电流小于最小值,输出电压会上升。
因为lm317是浮动稳压器,所以只有电路两端电压差对性能是重要的,工作在对地呈高电压也就成为可能。
图:基本电路设置。
负载调整率。
lm317能提供极良好的负载调整率,但为实现最优性能需要注意几点。编程电阻(r1)应尽可能连接在与稳压器靠近处,以使与参考电压有效串联的线路压降最小,避免调整率变差。r2 的接地端可以回到靠近负载接地端处,以提供远程接地取样并改进提高负载调整率。
二、集成稳压器选用时的注意事项。
在选择集成稳压器时应该兼顾性能、使用和**几个方面,目前市场上的集成稳压器有三端固定输出电压式、三端可调输出电压式、多端可调输出电压式和开关式4种类型。
在要求输出电压是固定的标准系列值,且技术性能要求不是很高的情况下,可选择三端固定输出电压式集成稳压器。比如选择cw7800系列可获得正输出电压,选择cw7900系列可获得负输出电压。由于三端固定输出电压式集成稳压器使用简单,不需要做任何调整,**较低,应用范围非常广泛。
在要求稳压精度较高且输出电压能在一定范围内调节时,可选用三端可调输出电压式集成稳压器,这种稳压器也有正和负输出电压以及输出电流大小之分,选用时应注意各系列集成稳压器的电参数特性。
多端可调输出电压式集成稳压器,例如五端型可调集成稳压器,因它有特殊的限流功能,可利用它组成具有控制功能的稳压源和稳流源,它是一种性能较高而**又较便宜的集成稳压器。
单片开关式集成稳压器的一个重要优点是具有较高的电源利用率,目前国内生产的cw1524、cw2524、cw3524系列是集成脉宽调制型,用它可以装成开关型稳压电源。
使用集成稳压器的注意事项。
(1)不要接错引脚线,对于多端稳压器,接错引线会造成永久性损坏,对于三端稳压器输入和输出接反,当两端电压差超过7伏时,有可能使稳压器损坏。
(2)输入电压不能过低,输入电压ui不能低于输出电压uo和调整管的最小压差(ui—uo)min以及输入端交流分量峰值电压up三者之和,即ui>uo+(ui-uo)min+up,否则稳压器的性能将降低,纹波增大。
(3)输入电压也不可过高,不要超过uimax,防止集成稳压器损坏。
(4)功耗不要超过额定值,对于多端可调稳压器,若输出电压调到较低电压时,防止调整管上压降过大而超过额定功耗,为此在输出低电压时最好同时降低输入电压。
(5)防止瞬时过电压,对于三端稳压器,如果瞬时过电压超过输入电压的最大值且具有足够的能量时,将会损坏稳压器。当输入端离整流滤波电容较远时,可在输入端与公共端之间加1个电容器(如0.33μf)。
(6)防止输入端短路,如果输出电容co较大,又有一定的输出电压,一旦输入端短路,由于输出端的电容存储电荷较多,将通过调整管泄放,有可能损坏调整管,所以要在输入与输出端之间连接1个保护二极管,正极连输出端,负极连输入端。
(7)防止负载短路,尤其对未加保护措施的稳压器而言更要注意。
(8)大电流稳压器要注意缩短连接线和安装足够的散热。
第三章稳压电源的技术指标及对稳压电源的要求。
稳压电源技术指标大致包括以下几方面,即额定指标、质量指标、自动化程度及经济指标等。
1.额定指标。
额定指标用以说明电源能提供的功率、电压和电流的范围等,此外,还有额定工作条件,包括环境温度、湿度和气压等。
2.质量指标。
(1)稳定度:用来说明在各种不稳定因素变化时,对输出直流电压的影响,用输出电压变化的百分率来表示。
电压稳定度su,又称电压调整率,它表征当输入电压ui,变化时稳压器输出电压uo。的稳定程度,指在负载电阻rl不变的情况下,输入电压的相对变化引起输出电压的相对变化,即在市电电压变动±1o%的情况下测出输出电压的变化量。
负载稳定度si,又称负载调整率,它表征当输入电压不变时,稳压器对由于负载电流(输出电流)变化而引起的输出电压脉动的抑制能力。在规定的负载电流变化值条件下,s,通常以单位输出电压下的输出电压变化值的百分率表示,或以输出电压变化的绝对值表示,即。
电源内阻r。,是指在输入电压不变的情况下,输出电压的变化量δu与负载电流的变化量δi之比,即。
式中,负号表示输出电压的变化和负载电流的变化方向相反,即当io增大时,uo将减小。
由式(1 -3)可知,电源内阻越大,当负载电流增大时,在内阻上的压降增大,输出电压就要明显地下降,这样,电源带负载的能力就越弱。因此,要求电源的内阻越小越好。
纹波电压δuop-p,是指叠加在输出电压%上的交流分量,常采用峰-峰值表示,一般为毫伏级,也可以用有效值表示。
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课程名称 直流电源串联稳压电路。系别班级 xx 学生姓名 xxx 学生学号 xxx 指导老师 xx 设计时间 xx 一 设计任务 设计并制作一个直流稳压电源。二 技术指标及要求 1 输出电压u0在7 9v之间连续可调 2 最大输出电流iom 500ma 3 电压调整率 0.1 输入 220v,变化 ...
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