项目一、整流电路
一、常见的整流电路
常见的几种整流电路的电路图、整流电压的波形,及计算公式。
二、倍压整流电路
1.七倍压整流电路,如图所示。
2.实用的电蚊拍电路,如图所示。
项目二、稳压电路
一、并联型稳压电路
图2是稳压二极管并联型稳压电路,又称稳压管稳压电路,因其稳压管DZ与负载电阻RL并联而得名。
引起电压不稳定的原因是交流电源电压的波动和负载电流的变化。而稳压管能够稳压的原理在于稳压管具有很强的电流控制能力。当保持负载RL不变,Ui因交流电源电压增加而增加时,负载电压Uo也要增加,稳压管的电流IZ急剧增大,因此电阻R上的压降急剧增加,以抵偿Ui的增加,从而使负载电压Uo保持近似不变。相反,Ui因交流电源电压降低而降低时,稳压过程与上述过程相反。
如果保持电源电压不变,负载电流I0增大时,电阻R上的压降也增大,负载电压Uo因而下降,稳压管电流IZ急剧减小,从而补偿了I0的增加,使得通过电阻R的电流和电阻上的压降保持近似不变,因此负载电压Uo也就近似稳定不变。当负载电流减小时,稳压过程相反。
选择稳压管时,一般取:
图(b)为实用的稳压电路,请注意U2应为多大?各个电容器的耐压与电容量为多大?为什么可以不用调整电阻R?如果要采用R,应如何选取R阻值与功率?
二、串联型稳压电路
(一)简单串联型稳压电路原理图
1.电路组成
在实际电路中,用人工来调节可变电阻来实现稳压是不实际的,必须能自动调整才行。在电子电路里,常用三极管来代替可调电阻R,简单的串联型稳压电路如图3所示。
2.简单串联稳压电路的稳压原理
图3中各个元件的作用如下:三极管VT的c、e极与负载相串联,相当于一个可变电阻器,起串联分压作用,通常称为调整管;稳压二极管Vz与电阻R构成并联型稳压电路,为三极管的基极提供一个基准的稳定电压,即Ub=Uz;RL是负载电阻。
电路的稳压原理如下:当输入电压Ui增大,或者负载RL变轻阻值变大,导致负载两端的电压Uo上升时,由于Ub=Uz不变,故Ube减小,使Ib减小,Ic随之减小,导致Uce增大,促使Uo下降,以实现稳压。
这个过程可用如下的反馈过程来表示:
Ui↑→Uo↑→Ube↓→Ib↓→Ic↓→Uce↑→Uo↓
从上面的分析可见,简单串联型稳压电路的稳压原理是,利用输出电压的变化,通过负反馈的方式,来控制调整管c、e极的管压降,使输出电压保持稳定,以实现自动稳压的。
(二)具有放大环节的串联型稳压电源电路
简单串联型稳压电路的稳压效果不是很良好,原因是输出电压的变化量一般是比较小的,用它直接去控制调整管的基极,调整控制作用不够大。为了提高稳压效果,应将输出电压的变化量先加于放大,再去控制调整管,才能增大调整管的调整作用。具有放大环节的串联型稳压电路,就是对简单串联型稳压电路的改进型电路。
1. 具有放大环节的串联型稳压电路原理图
具有放大环节的串联型稳压电路的基本电路组成,如图4所示。
由图可见,具有放大环节的串联型稳压电路,是由调整电路、取样电路、比较放大电路、基准电路这四部分组成的。
2.电路中各元件的作用
三极管VT1是调整管即调整电路;电阻R1、R2和电位器RP组成取样电路,它将输出电压Uo的变化量取样出来,经串联分压后送至三极管VT2的基极;电阻R3和稳压管Vz构成并联型稳压电路,它是基准电压电路,稳定电压Uz就是基准电压,使三极管VT2的发射极电压为固定值;三极管VT2和电阻Rc构成比较放大电路,输出电压Uo的变化量经取样电路加到VT2的基极,基准电压加在VT2的发射极,两者在放大电路VT2中进行比较,其差值经放大后从VT2管集电极输出,去控制调整管VT1的基流Ib1,从而改变Uce1的大小,实现稳压。电路中Rc既是VT2的集电极负载电阻,又是调整管VT1的基极偏置电阻。
3.稳压原理
下面,我们分别从输入电压Ui的变化、负载RL的变化,这两个方面分别讨论其输出电压的稳压过程。
(1)当负载RL不变,输入电压Ui变化时的稳压过程。由图可知,若输入电压Ui减小时,电路会出现如下的稳压过程。
Ui↓→Uo↓→Ub2↓→Ib2↓→Ic2↓→Uc2↑→Ube1↑→Ib1↑→Ic1↑→ Uce1↓→Uo↑
上述负反馈变化的结果,最后使输出电压Uo保持稳定不变。反之,当输入电压Ui增大时,同样能实现稳压。
(2)当输入电压Ui的值不变,负载RL变化时的稳压过程。由图可知,若负载变轻,RL的阻值增大时,则电路会出现如下的稳压过程。
RL↑→Uo↑→Ub2↑→Ib2↑→Ic2↑→Uc2↓→Ube1↓→Ib1↓→Ic1↓→Uce1↑→Uo↓
上述负反馈变化的结果,最后使输出电压Uo保持稳定不变。反之,当负载变重,RL的阻值减小时,同样能实现稳压。
4. 输出电压的调节原理
一般情况下,流过R1与R2的电流,比三极管VT2的基极电流Ib2是大很多的,当忽略Ib2时,则流过R1的电流与流过R2的电流是相等的,则有
Uo/(R1+R2+RP)=Ub2/(R2+RP2)
式中RP2为RP下半部分的电阻值,由电路可知,Ub2=Uz+Ube2,一般情况下,Ube2=0.7V,则有
由上式可见,调节电位器RP中间触点的位置,就可以在一定范围内调节输出电压Uo的值,从而实现输出电压可调。
由上式还可见,若要提高输出电压,可以通过增大R1的阻值、或减小R2的阻值来实现。
三、三端稳压器
三端稳压器根据输出电压是否能够调整,分为三端固定式稳压器和三端可调式稳压器。
(一)三端固定式稳压器
1.引脚与命名
三端固定式稳压器按其输出电压的极性,可分为正电压输出的78××系列和负电压输出的79××系列两种。78××/79××系列三端稳压IC 来组成稳压电源所需的外围元件极少,电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路,使用起来可靠、方便,而且价格便宜。其外形与引脚情况如图5所示。
三端稳压器的型号规格和命名方法:
三端稳压器的输出电压由具体型号中的后面两个数字代表,有5V,6V,8V,9V,12V,15V,18V,24V等档次。如7805代表输出电压为+5V的三端稳压器,7915代表输出电压为-15V的三端稳压器。
在数字78或79后面,还有L、M、T、H等后缀来表明输出电流。78(或79)后面加字母L表示最大输出电流为0.1A,后面加字母M表示最大输出电流为0.5A,不加字母表示最大输出电流为1.5A,后面加字母T表示最大输出电流为3A,后面加字母H表示最大输出电流为5A。如78L05表示输出电压为+5V、输出最大电流为0.1A;7909表示输出电压为—9V、输出最大电流为1.5A;78T24表示输出电压为+5V、输出最大电流为3A。7800系列分为78L00系列(0.1A)、78M00系列(0.5A)、7800系列(1.5A)、78T00系列(3A)、78H00系列(5A)五种。7900系列也分为79L00系列、79M00系列、7900系列三种。
小功率三端稳压器使用时无需散热片,但功率较大时需加散热片。
2.三端稳压器的封装与管脚判断
78××、79××系列三端稳压器的三个引出端,分别为输入端、输出端和公共端(或接地端),最常应用的是T0-220和TO-202两种封装。这两种封装的图形以及引脚序号、引脚功能如图6所示。
应注意,散热片总是和最低电位的第2脚相连。这样在78××系列中,散热片和地相连接,而在79××系列中,散热片却和-V输入端相连接。
3.具体应用电路
三端稳压集成电路输入与输出的压差问题。输入电压要比输出电压高出3~8V,不可太高,也不可太低。
78××系列集成稳压器的典型应用电路如图7所示。
79××系列集成压器是常用的固定负输出电压的三端集成稳压器,除输入电压和输出电压均为负值外,其他参数和特点与78××系列集成稳压器相同。79××系列集成稳压器的应用电路也很简单。图8为输出-9V直流电压的稳压电源电路,IC采用集成稳压器7909。
(二)三端可调式稳压器
除输出电压固定不变的78、79系列外,还有输出电压可调的LM317系列、LM337系列三端稳压器件。三端可调式稳压器的三个引出端分别为:输入端、输出端、调整端。LM317系列为正电压输出,稳压输出范围为1.2 V ~37V;而LM337系列为负电压输出,稳压输出范围为-1.2 V ~-37V。
1.三端可调稳压器封装形式
LM317系列、LM337系列封装形式,有塑料封装和金属封装等形式,常见外形如图10所示。
2.可调式三端稳压器管脚判断
以最常应用的T0-220和TO-202两种封装形式为例,317、337系列管脚顺序,如图11所示。
图12为1.25~10V直流稳压电源的电路图,是317可调稳压器的典型应用。
(三)输出电压小于5V的三端稳压器
当稳压输出要在5V以下时,常采用AS1117系列稳压器电路。
1.AS1117的特性
AS1117具有如下的重要特性。输出电压可以固定也可以调节。输出电压为固定时,可以输出Uo=1.8V、2.5V、2.85V、3.3V、5V共五种不同的固定电压。输出电压为可调时,可以在1.25V~13.8V范围内连续可调。
输入与输出之间的压差(Ui-Uo),在1.25V~10V都可以正常工作,但当压差过大时,IC的功率消耗会过大,会过热烧毁,必须加大散热面积。
输出电流最大可达1A,输出电压的精度高,可达±1%。具有过热保护、过流保护功能。
2.AS1117封装形式与引脚功能
AS1117封装形式有两种,如图12所示。
3.AS1117命名方法的含义与引脚功能
AS1117命名方法的含义,如图12所示。如,型号为AS1117-33CX的元件,表示其输出电压为3.3V,为SOT-223封装形式;型号为AS1117-CX的元件,表示其输出电压可调,为SOT-223封装形式。
AS1117的引脚功能分固定型与可调型两种,如图13所示。请注意引脚的功能与78XX、79XX系列的元器件是完全不同的。
4.AS1117稳压电路的应用结构
固定输出电压与可调输出电压常见的电路,如图14所示,请注意脚的顺序与输入、输出的关系。改变R1、R2的比值,即可改变输出电压的大小。滤波电容一般采用钽电解电容,这样稳定性才好。
5.AS1117具体应用电路
TCL19P21型液晶电视机,SA1117具体应用电路如图15所示,图中AVDD为模拟电路供电,DVDD为数字电路供电,R126为负载短路保护电阻。
四、DC/DC型升压、降压稳压电路
1. 开关型DC/DC降压稳压电路的工作原理
开关型的DC/DC降压稳压电路,要通过振荡变换才能实现,参见图16,由振荡电路产生的开关脉冲信号(PWM信号),控制开关管Q工作在开关状态。输入脉冲信号为高电平时,开关管Q栅极为高电平,饱和导通,二极管D截止,输入的直流电压经过电感L,向电容充电和负载供电,电流通过电感时会储存能量。
输入脉冲信号为低电平时,开关管Q截止,电感感应出左负右正的感应电压,电容上的电压直接向负载供电,电感上感应的电压通过续流二极管D构成回路也向负载供电,维持负载上的电压不变。
开关型DC/DC降压稳压电路,输出电压的高低,由加在开关管上脉冲的宽度、脉冲的频率决定,一般通过改变脉冲的宽度,即占空比来实现稳压,如图17所示。
2.开关型DC/DC升压稳压电路的工作原理
开关型DC/DC升压稳压电路,要通过振荡变换才能实现。参看图18,由振荡电路产生的开关脉冲信号(PWM信号),控制开关管Q工作在开关状态。输入脉冲信号为高电平时,开关管Q饱和导通,当开关管饱和时,电感L与开关管Q构成回路,电感上有电流流过而储存电能,电压极性为左正右负,整流二极管D截止,电容C上储存的电能向负载放电。
当开关管截止时,电感上产生的反向电动势的极性为左负右正,整流二极管D导通,电感L、整流二极管D与负载构成回路,输入电压Ui与电感上产生的反向电动势UL相叠加后一起向负载供电,同时向电容C充电,当忽略二极管的压降时,即有Uo=Ui+UL,显然Uo>Ui,达到了升压的作用。
3. 实用24V/12V变换电路的工作原理
(1)电路工作原理图
24V/12V变换主要适合于屏幕较大的液晶电视机中,小屏幕电视机一般没有这个电路。电路的原理图如图19所示。
(3)工作原理
RT8110(U108)是一个DC/DC变换稳压IC,由图19可见,该电路的开关管有两个,Q1、Q2,其等效电路如图21所示。因该电路提供的功率较大,为提高电路的开关性能,用场效应管Q2来代替二极管,当Q1截止时,Q2导通起续流作用。
稳压电路输出的电压值,可以通过改变R128,R129的分压比来设定,输出的电压分压后返回FB端子,U108的3脚接收到反馈信号后,调节振荡电路输出方波的占空比,控制Q110 的两个MOS 管的导通时间,从而达到调整稳压值的目的。这个DC12V 输出电压很重要,主板的大部分电源都是由它提供,在液晶电视机出现不开机的故障时,首先应检测这个电压,如果DC12V 输出电压没有,而输入DC24V 有,则可考虑是U108 烧毁或双MOS 管Q110 损坏。
4.实用30V升压电路的工作原理
TCL19P21型液晶电视机,高频头DC30V供电电压产生电路,属于DC/DC升压电路,电路原理图、等效电路图、元件实物位置图,如图22所示。图中Q502为开关管,L505为升压电感线圈。遥控系统芯片的86脚送来固定占空比的PWM信号,信号的频率为800KHz、峰峰值为1.6V、占空比为80%,让Q502工作在开关状态,Q饱和时,二极管D截止,电感L储存能量;Q截止时,二极管D导通,让电感线圈产生的自感电压与输入电压相叠加而实现升压。