1、Zaiyao: 本直流穩(wěn)壓電源電路具備接于輸入輸出端子間的PNP型輸出晶體管、以輸出端壓的分壓與基準(zhǔn)電壓之差控制輸出晶體管基極驅(qū)動電流的基極驅(qū)動電路和根據(jù)檢測到的輸入輸出端子間的電壓抑制基極驅(qū)動電路的驅(qū)動電流的電路，輸入輸出間電壓越大該抑制電路越使基極驅(qū)動電路流往輸出晶體管的驅(qū)動電流受到抑制,并抑制輸出電流。以此使不在輸出線路上連接電流檢測電阻,具有集成化控制電路的電源的輸出晶體管功率損耗受抑制，防止其傷。024V可調(diào)直流穩(wěn)壓電源電路的設(shè)計方法發(fā)布：20110603 作者: 來源： mahuaxiao | 查看:1637次 用戶關(guān)注:摘要：實現(xiàn)了一種全集成可變帶寬中頻寬帶低通濾波器，討論分析了

2、跨導(dǎo)放大器電容（OTAC)連續(xù)時間型濾波器的結(jié)構(gòu)、設(shè)計和具體實現(xiàn)，使用外部可編程電路對所設(shè)計濾波器帶寬進行控制，并利用ADS軟件進行電路設(shè)計和仿真驗證.仿真結(jié)果表明，該濾波器帶寬的可調(diào)范圍為126 MHz，阻帶抑制率大于35 dB，帶內(nèi)波紋小于05 dB,采用18 V電源,TSMC 018m CMOS工藝庫仿真，功耗小于21 mW,頻響曲線接近理想狀態(tài)。關(guān)鍵詞:Butte1 引 言電子電路要正常工作，電源必不可少,并且電源性能對電路、電子儀器和電子設(shè)備的使用壽命、使用性能等影響很大，尤其在帶有感性負(fù)載的電路和設(shè)備（如電機)中,對電源的性能要求更高。在很多應(yīng)用直流電機的場合中,要求為電機驅(qū)動電路

3、提供1個其輸出能從0 V開始連續(xù)可調(diào)(024 V）的直流電源，并且要求電源有保護功能.實際上就是要求設(shè)計一個具有足夠調(diào)壓范圍和帶負(fù)載能力的直流穩(wěn)壓電源電路。該電路的設(shè)計關(guān)鍵在于穩(wěn)壓電路的設(shè)計,其要求是輸出電壓從0 V開始連續(xù)可調(diào);所選器件和電路必須達到在較寬范圍內(nèi)輸出電壓可調(diào)；輸出電壓應(yīng)能夠適應(yīng)所帶負(fù)載的啟動性能.此外，電路還必須簡單可靠,能夠輸出足夠大的電流。2 電路的設(shè)計符合上述要求的電源電路的設(shè)計方法有很多種，比較簡單的有3種:（1)晶體管串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電路。電路框圖如圖1所示，該電路中,輸出電壓UO經(jīng)取樣電路取樣后得到取樣電壓,取樣電壓與基準(zhǔn)電壓進行比較得到誤差電壓,該誤差電壓對調(diào)整管

4、的工作狀態(tài)進行調(diào)整，從而使輸出電壓發(fā)生變化,該變化與由于供電電壓UI發(fā)生變化引起的輸出電壓的變化正好相反，從而保證輸出電壓UO為恒定值(穩(wěn)壓值).因輸出電壓要求從0 V起實現(xiàn)連續(xù)可調(diào)，因此要在基準(zhǔn)電壓處設(shè)計輔助電源,用于控制輸出電壓能夠從0 V開始調(diào)節(jié)。 單純的串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電源電路很簡單，但增加輔助電源后，電路比較復(fù)雜，由于都采用分立元件，電路的可靠性難以保證.（2）采用三端集成穩(wěn)壓器電路。如圖2所示，他采用輸出電壓可調(diào)且內(nèi)部有過載保護的三端集成穩(wěn)壓器，輸出電壓調(diào)整范圍較寬,設(shè)計一電壓補償電路可實現(xiàn)輸出電壓從0 V起連續(xù)可調(diào)，因要求電路具有很強的帶負(fù)載能力,需設(shè)計一軟啟動電路以適應(yīng)所帶負(fù)載的

5、啟動性能。該電路所用器件較少，成本低且組裝方便、可靠性高。 (3）用單片機制作的可調(diào)直流穩(wěn)壓電源。該電路采用可控硅作為第一級調(diào)壓元件,用穩(wěn)壓電源芯片LM317，LM337作為第二級調(diào)壓元件，通過AT89CS51單片機控制繼電器改變電阻網(wǎng)絡(luò)的阻值,從而改變調(diào)壓元件的外圍參數(shù)，并加上軟啟動電路,獲得024 V，0.1 V步長,驅(qū)動能力可達1 A，同時可以顯示電源電壓值和輸出電流值的大小。其硬件電路主要包括變壓器、整流濾波電路、壓差控制電路、穩(wěn)壓及輸出電壓控制電路、電壓電流采樣電路、掉電前重要數(shù)據(jù)存儲電路、單片機、鍵盤顯示等幾部分，硬件部分原理圖如圖3所示。 正、負(fù)端壓差控制電路的作用是減少LM31

6、7和LM337輸入端和輸出端的壓差以降低LM317和LM337的功耗。穩(wěn)壓電路由三端穩(wěn)壓芯片LM317(負(fù)壓用LM337)及外圍器件組成，輸出電壓控制電路采用繼電器控制的電阻網(wǎng)絡(luò).電阻網(wǎng)絡(luò)的每個電阻都需要精密匹配，電阻的精密程度直接影響輸出電壓的精度.電壓電流采樣電路由單片機控制實時對當(dāng)前電壓電流進行采樣，以修正輸出電壓值。掉電前重要數(shù)據(jù)存儲電路用以保存當(dāng)前設(shè)置的電壓值，可以方便用戶在重新上電后不用設(shè)置,而且也不會因為電壓值過高損壞用戶設(shè)備。該電源穩(wěn)定性好、精度高,并且能夠輸出±24 V范圍內(nèi)的可調(diào)直流電壓，且其性能優(yōu)于傳統(tǒng)的可調(diào)直流穩(wěn)壓電源，但是電路比較復(fù)雜，成本較高，使用于要求較

7、高的場合。在實際中，如果對電路的要求不太高(這種情況較多)，多采用第二種設(shè)計方案。3 實際電路的設(shè)計電路采用三端集成穩(wěn)壓器電路方案，電路原理圖如圖4所示。其中IC為三端集成穩(wěn)壓器。晶體管T，阻R3，和電容器C組成軟啟動電路.電阻R4和二極管D組成電壓補償電路。電容C2為輸出濾波電容.(1)三端集成穩(wěn)壓器LM317及其調(diào)壓原理.圖4中IC采用了LM317系列三端集成穩(wěn)壓器,其輸出電壓調(diào)節(jié)范圍可達1.2537 V，輸出電流可達1。5 A，內(nèi)部帶有過載保護電路，具有穩(wěn)壓精度高、工作可靠等特點。其輸出電壓的調(diào)節(jié)原理如圖5所示。由于LM317的2，3腳之間的電壓U32為一穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓(1.25 V），

8、故有： 其中，R1為固定電阻，故調(diào)節(jié)R2可以調(diào)節(jié)輸出電壓UO，并且UO的最小值為1.25 V。 （2)電壓補償電路的設(shè)計。因要求輸出電壓從0 V起調(diào)，LM317集成穩(wěn)壓器不能直接滿足要求，需設(shè)計一個電壓補償電路，抵消LM317的1。25 V最小輸出電壓.電壓補償電路由電阻R4和二極管D組成。 式中,U3為LM317的3腳電壓；UO為輸出電壓；UD為二極管D的正向壓降，即為補償電壓，其值略大于LM317的基準(zhǔn)電壓(1。25 V).這里用3只串聯(lián)的鍺材料整流二極管的導(dǎo)通壓降來實現(xiàn)。當(dāng)調(diào)節(jié)R2少，使U3達到與UD相等時，輸出電壓即為0 V。之后，當(dāng)調(diào)節(jié)R2逐漸增大時，UO即由0 V開始增大。由于負(fù)載

9、電流流過D，故D的最大工作電流應(yīng)能適應(yīng)負(fù)載電流的要求。圖5中R4用于給D提供工作電流. (3）軟啟動電路設(shè)計。軟啟動電路由晶體管T，電阻R3，R和電容器C組成。其作用是使電路輸出電壓UO有一個緩慢的上升過程，以適應(yīng)感性負(fù)載(如直流電機)的啟動特性。當(dāng)輸入電壓UI接入時，因C上的電壓不能突變，故T因基極電位較高而飽和導(dǎo)通，使U2(LM317的2腳電位）和U3都很低，故UO很小,隨著C的充電，T的基極電位下降，其集電極電位（即U2）升高,使U3升高（因U32為一穩(wěn)定電壓)，所以UO也升高.當(dāng)C充滿電時,T被截止,啟動電路失去作用,UO也達到設(shè)定值。啟動的時間可以通過改變C和R的值進行調(diào)整。(4)改

10、進方案。由于該電路的輸出電壓的調(diào)整完全依賴電電位器R2的改變，因此R2的改變范圍較大，這樣在輸出電壓的調(diào)整過程中，容易調(diào)過頭或調(diào)不足，要準(zhǔn)確地實現(xiàn)024 V寬范圍的電壓任一電壓有些調(diào)整比較麻煩，必須反復(fù)調(diào)整,只依賴R2是比較困難的,如果將電位器R2用一個電位器R2'和電阻R檔串聯(lián)實現(xiàn)，通過一個開關(guān)實現(xiàn)電阻R檔的改變從而改變輸出電壓的范圍，并在所選擇的輸出電壓范圍內(nèi)通過改變電位器R2的阻值得到所需要的準(zhǔn)確的直流電壓輸出.電路如圖6所示。 （5)電路主要測試數(shù)據(jù)。接上電源變壓器和整流濾波電路以后對電路進行測試的結(jié)果為:電路在負(fù)載為1 A時輸出電壓調(diào)整范圍如表1所示；在輸出電壓為額定值（24

11、 V）下的負(fù)載特性如表2所示。電網(wǎng)電壓波動±10（負(fù)載電流1 A）情況下輸出電壓如表3所示。 4 結(jié) 語該穩(wěn)壓電路應(yīng)用三端集成穩(wěn)壓電器，并加入補償電壓的方法解決LM317系列輸出電壓不能從0 V開始起調(diào)的問題。軟啟動電路的引入適應(yīng)負(fù)載的啟動特性。電路的結(jié)構(gòu)簡單、功能完善、可靠性高。 電源一般由變壓器、整流器和穩(wěn)壓器三大部分組成，如圖5一21所示。變壓器把市電交流電壓變?yōu)樗枰牡蛪航涣麟姟Ｕ髌靼呀涣麟娮優(yōu)橹绷麟?。?jīng)濾波后，穩(wěn)壓器再把不穩(wěn)定的直流電壓變?yōu)榉€(wěn)定的直流電壓輸出. 一、穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)及對穩(wěn)壓電源的要求穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)可以分為兩大類：一類是特性指標(biāo)，如輸出電壓、輸出電濾

12、及電壓調(diào)節(jié)范圍；另一類是質(zhì)量指標(biāo)，反映一個穩(wěn)壓電源的優(yōu)劣,包括穩(wěn)定度、等效內(nèi)阻（輸出電阻）、紋波電壓及溫度系數(shù)等。對穩(wěn)壓電源的性能，主要有以下四個萬面的要求:1穩(wěn)定性好當(dāng)輸入電壓Usr（整流、濾波的輸出電壓)在規(guī)定范圍內(nèi)變動時，輸出電壓Usc 的變化應(yīng)該很小一般要求 。由于輸入電壓變化而引起輸出電壓變化的程度，稱為穩(wěn)定度指標(biāo),常用穩(wěn)壓系數(shù)S 來表示：S的大小,反映一個穩(wěn)壓電源克服輸入電壓變化的能力.在同樣的輸入電壓變化條件下,S越小，輸出電壓的變化越小，電源的穩(wěn)定度越高。通常S約為。2.輸出電阻小負(fù)載變化時(從空載到滿載)，輸出電壓Usc ，應(yīng)基本保持不變。穩(wěn)壓電源這方面的性能可用輸出電阻表征

13、。輸出電阻（又叫等效內(nèi)阻）用rn 表示，它等于輸出電壓變化量和負(fù)載電流變化量之比。rn 反映負(fù)載變動時,輸出電壓維持恒定的能力，rn 越小，則Ifz 變化時輸出電壓的變化也越小。性能優(yōu)良的穩(wěn)壓電源，輸出電阻可小到1歐,甚至001歐.3.電壓溫度系數(shù)小當(dāng)環(huán)境溫度變化時,會引起輸出電壓的漂移.良好的穩(wěn)壓電源，應(yīng)在環(huán)境溫度變化時，有效地抑制輸出電壓的漂移，保持輸出電壓穩(wěn)定，輸出電壓的漂移用溫度系數(shù)KT來表示。4.輸出電壓紋波小所謂紋波電壓，是指輸出電壓中50赫或100赫的交流分量，通常用有效值或峰值表示.經(jīng)過穩(wěn)壓作用,可以使整流濾波后的紋波電壓大大降低，降低的倍數(shù)反比于穩(wěn)壓系數(shù)S 。上節(jié)介紹的串聯(lián)型

14、穩(wěn)壓電路，用做一種簡單的穩(wěn)壓電源,可以滿足一般無線電愛好者的需要。但是,這種電源還有許多“天生的"缺陷，要提高對性能的要求，就必須再做一些改進。從以下四個右面對它的性能加以改善，便可做成一臺有實用價值的穩(wěn)壓電源了。這就是：增加放大環(huán)節(jié)，提高穩(wěn)定性，使輸出電壓可調(diào)；用復(fù)合管做調(diào)整管，使輸出電流增大;增加保護電路，使電源工作安全可靠。二、帶有放大環(huán)節(jié)的穩(wěn)壓電源輸出電壓的變化量Usc 是很微弱的，它對調(diào)整管的控制作用也很弱，因此穩(wěn)壓效果不夠好,帶有放大環(huán)節(jié)的穩(wěn)壓電源，就是在電路中增加一個直流放大器，把微弱的輸出電壓變化量先加以放大,再去控制調(diào)整管，從而提高對調(diào)整管的控制作用，使穩(wěn)壓電源的穩(wěn)

15、定性能得到改善。圖5-22 是帶有放大環(huán)節(jié)的穩(wěn)壓電源電路。圖中,BG1 是調(diào)整管，BG2 是比較放大管。輸出電田變化量Usc 的一部分與基準(zhǔn)電壓Uw 比較，并經(jīng)BG2 放大后進到了BG1 的基極.Rc 是BG2 的集電極電阻,又是BG1 的上偏置電阻。R1、R2是BG2 的上、下偏置電阻，組成分壓電路,把Usc 的一部分作為輸出電壓的取樣，送給BG2 的基極，因此又叫取樣電路 R2 上的電壓Ub2:叫取樣電壓.DW和R3組，成穩(wěn)壓電路,提供基準(zhǔn)電壓。從電路路中可以看出,當(dāng)輸出電壓Usc 下降的時候,通過R1 、R2組成的分壓電路的作用,BG2 的基極電位Ub2也下降了。由于基準(zhǔn)電壓UW 使BG

16、2 的發(fā)射極電位保持不變，Ubc2 ：Ub2，一UW隨之減小。于是BG2 集電極電流Ic：減小，Uc2增高,即BG1 的基極電位Ub1增高，使Icl增加，管壓降Uce1減小，從而導(dǎo)致輸出電壓Usc 保持基本穩(wěn)定.BG2 的放大倍數(shù)越大，調(diào)整作用就越強，輸出電壓就越穩(wěn)定。如果輸出電壓Usc 增高時，同樣道理，又會通過反饋作用使Usc減小，保持輸出電壓基本不變。 下面談?wù)劯髟倪x取原則.前面已經(jīng)提到，Rc是放大級的負(fù)載電阻,又相當(dāng)于調(diào)整管的偏置電阻.Rc大,放大倍數(shù)大，有利于提高穩(wěn)壓器指標(biāo),但Rc過大會使BG2 和調(diào)整管電流太小，限制了負(fù)載電流和調(diào)整范圍。通常Rc根據(jù)下列公式選?。篣srmin為

17、整流輸出的最小電壓.Ic2可取13毫安。穩(wěn)壓管DW的穩(wěn)定電壓Uw，選擇范圍比較寬，只要不使BG2 飽和（即Uw比Usc 低2伏以下）均可。Uw取得大,取樣電壓可大些,有利于提高穩(wěn)壓性能。限流電阻R3通過的電流I3，應(yīng)該等于DW的穩(wěn)定電流，那應(yīng)滿足下述關(guān)系:輸入電壓Usr 應(yīng)大于輸出電壓Usc 38伏.Usr 過小，調(diào)整管容易飽和而起不到調(diào)整作用；Usr 過大，則增加管子耗損，并浪費功率。整流紋波小的,Usr 可取低些;紋波大的，Usr 應(yīng)取高些。調(diào)整管BG1 的值要盡量大,為此可以使用復(fù)倉管。調(diào)整管的功耗也要足夠大，應(yīng)滿足下式要求：Usrmax 為電網(wǎng)電壓最高時的整流輸出電壓。放大管BG2也要

18、選用值大的管子，以增強對調(diào)整管的控制作用，使輸出的更穩(wěn)定。在Usc較大的穩(wěn)壓電路中，還應(yīng)注意BG2所能承受的反向電壓，應(yīng)選取的晶體管。分壓電阻(R1R2)要適當(dāng)小些，以提高電路性能。通常取流過分壓電阻的電流大于放大管基極電流的5-10倍。分壓比決定于輸出電壓Usc 和參考電壓Uw，由下式?jīng)Q定:一般可先選定R1 或R2，再通過計算調(diào)整另外一只電阻器，分壓比要選得大些，一般選0508.三、輸出電壓可調(diào)的穩(wěn)壓電源從上面電路可以看到,輸出電壓與基準(zhǔn)電壓之間的關(guān)系，是由分壓電路來“調(diào)配"的。在基準(zhǔn)電壓一定的情況下，改變分壓比，就可以在一定范圍里改變輸出電壓.在R1與R2之間加接一個電位器W(見

19、圖5-23）,便可以實現(xiàn)輸出電壓在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。四、用復(fù)合管做調(diào)整管的穩(wěn)壓電源在穩(wěn)壓電源中，負(fù)載電流Ifz 要流過調(diào)整管，輸出大電流的電源必須使用大功率的調(diào)整管，這就要求有足夠大的電流供給調(diào)整管的基極，而比較放大電路供不出所需要的大電流，另一方面,調(diào)整管需要有較高的電流放大倍數(shù)，才能有效地提高穩(wěn)壓性能，但是大功率管一般電流放大倍數(shù)都不高。解決這些矛盾的辦法，是給原有的調(diào)整管再配上一個或幾個“助手”，組成復(fù)合管。用復(fù)合管做調(diào)整管的穩(wěn)壓電源電路如圖5一24所示。用復(fù)合管做調(diào)整管時，BG2的反向電流Iceo2將被放大，尤其是采用大功率鍺管時，反向截止電流Icbo比較大，并隨溫度增高按指數(shù)增加，很容易造成高溫空載時穩(wěn)壓電源的失控，使輸出電壓Usc增大.誤差信號Usc 經(jīng)放大加到BG2 的級基極來減少Ic人,可能迫使BG2 截止。為了使調(diào)整管在不同溫度下都工作在放大區(qū),常在BG1 的基