假如有圖1所示電路,輸入電壓Uin加在可變電阻R與負載電阻RL串聯(lián)電路的兩端,于是,通過改變R兩端的壓降即可實現(xiàn)穩(wěn)壓。如輸入電壓增加時,可增大可變電阻R的阻值,使輸人電壓的增加量全部降在它的兩端,這樣,輸出電壓即可維持不變;輸入電壓減少時,可減小R的阻值,使它兩端的壓降隨輸入電壓的減少而減少,以維持輸出電壓不變;若輸人電壓不變,而負載電流變化,這時也可通過改變可變電阻R的阻值,使它兩端的壓降不變,即輸出電壓=輸入電壓—可變電阻兩端的壓降。這種以調整元件(可變電阻)與負載串聯(lián)的電源稱為串聯(lián)型穩(wěn)壓電源。
圖1 利用可變電阻穩(wěn)壓
實際電源電路中,通常利用負反饋原理,以輸出電壓的變化量去控制晶體管集電極與發(fā)射極之間的電阻值,原理電路見圖2。圖2示出的是一種最簡單的單管串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電源。調整元件為晶體管VT1。220V交流電壓經變壓器降壓后,再經整流濾波電路轉換成直流Uin,加在調整管與負載兩端。R"1、R"2和R3(R3=R31+R32)組成分壓器,用來測量輸出電壓Uout的變化,VD為硅穩(wěn)壓管,產生基準電壓,R4為其限流電阻。VT2組成的放大器起比較和放大的作用,Rc為其集電極電阻。VT2集電極的輸出直接加到調整管VT1的基極,改變VT1的c、e極之間的電阻。
圖2 串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電源原理電路圖
假如因電網電壓降低或負載電流加大,而使輸出電壓Uout降低,則通過R"1,R"2和R3組成的分壓器使VT2的基極電壓下降。由于VT2的發(fā)射極接在穩(wěn)壓管VD上,此點電位基本不變,所以,VT2的Ube2減小,集電極電流Ic2減小,因而Uc2增加。Uc2增加導致Ib1、Ic1增加,VT1管的c、e之間的電阻減小,從而使輸出電壓恢復到原來的數(shù)值附近。放大倍數(shù)愈大,輸出電壓的變化就愈小。
當輸出電壓升高時,通過負反饋作用,同樣能使它下降,以維持輸出電壓基本不變。
改變取樣電路的分壓比,則可調節(jié)輸出電壓。輸出電壓Uout的近似表達式為
實際的穩(wěn)壓電源中,調整管常由若干個晶體管復合而成,以擴大輸出電流;為了減小放大器的溫度漂移和提高它的放大倍數(shù),常采用兩級差動式放大電路。為了消除輸人電壓不穩(wěn)對放大器和輸出電壓的影響,穩(wěn)壓電源中常增加一組輔助電源,將它與輸出電壓串聯(lián)后,向放大器供電。精密電源中,為了降低漂移和噪聲,在電路設計、元器件選擇和制作工藝上還將采取一系列措施。例如,在電網與電源變壓器之間加低通濾波器;將差分管放在恒溫槽中;取樣電路采取抑噪措施;直流電路對地浮置等。
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