稳压电源的组成及原理解析

一个稳压电源由下列四个基本部分组成：变压器、整流器、滤波器、稳压电路，如图4-1所示。以下分别简单叙述每个环节的作用及原理。

图4-1　稳压电源的组成

图4-2　变压器

1.变压器

变压器可以用来改变交流电压的大小，一般在一铁芯上，分别绕两组线圈，初级的线圈圈数为N1，次级的线圈圈数为N2，若把初级线圈接上交流电压E1，则在次级线圈上就会产生一个感应电动势E2，并满足如下关系：

E1/E2=N1/N2=n,

式中，n称作变压器的匝数比。由于E2=E1/n即匝数比n愈小，次级得到的感应电动势E2就愈大；反之，匝数比n愈大，得到的感应电动势E2就愈小。

2.整流电路

整流电路的作用是利用具有单向导电性能的整流元件，将正负交替的正弦交流电压整流成为单方向的脉动电压。但是，这种单向脉动电压往往包含着很大的脉动成分，距离理想的直流电压还差得很远。实践证明，利用晶体二极管的单向导电特征实现整流是一种简便可行的方法。最常用的几种方法有：半波整流、全波整流及桥式整流。

（1）半波整流

图4-3为半波整流电路。

图4-3　半波整流电路

图4-4　半波整流输出波形

整流过程：设变压器次级电动势E2，在第一半周内（即时刻0到t1）若次级上端为正，下端为负，这时加在二极管D上的是正向电压，二极管导通，有电流IL流过负载RL，同时在负载RL两端产生电压USC；在E2的第二个半圈内（即时刻t1到t2）次级上端为负，下端为正，这时加至二极管D上的电压为反向电压，二极管D不导通，没有电流流过负载RL，所以负载两端没有电压输出即USC=0；在0～t2这段时间内变压器次级交流电动势E2，负载RL上的电流IL和电压USC变化情况如图4-4所示。其中图4-4（a）为次级交流电动势E2的波形，图4-4（b）为负载RL上的电压USC和电流的变化波形。

半波整流的优点是结构简单，但由于半波整流只能把半个周期的交流电输送到负载中去，而另外半个周期便浪费掉了，所以这种电路的利用效率较低。

（2）全波整流

由带中心抽头的变压器B和两只整流二极管D1和D2以及负载电阻RL组成，其中次级交流感应电势E21和E22的有效值都等于E2。

两条整流回路aoo'和boo'，相当于两个半波整流回路。RL为回路aoo'和boo'所共有，所以流过RL的电流为：

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RL上的电压为：USC=USC1+USC2

从图4-5中清楚地看出整流得到的USC和ISC较半波整流时高一倍。全波整流电路中两只二极管是轮流工作的，例如在上半周二极管D1导通二极管D2截止，而负半周二极管D2导通D1截止。

图4-5　全波整流电路

（3）桥式整流

由四个二极管接成四个桥臂，构成电桥的形式，称桥式整流（图4-6）。设在E2第一个半周内，次级绕组a点电位为正，b点电位为负，整流回路为电流经D1通过负载RL流经D3回到b点；在E2的第二个半周内，次级绕组a点，电位变负，b点电位变正，电流经D2通过RL流经D4回到a点。

桥式整流电路的整流效率和直流输出与全波整流电路相同，变压器的利用率最高。现在常用的全桥整流（图4-7），不用单独的四只二极管而用一只全桥，其中包括四只二极管，但是要标清符号，有交流符号的两端接变压器输出，+、-两端接入整流电路。

图4-6　桥式整流电路

图4-7　全桥整流电路

3.滤波器

滤波器由电容、电感等储能元件组成。其作用是尽可能地将单向脉动电压的脉动成分滤除，使输出电压成为比较平滑的直流电压。但是当电网电压或负载电流发生变化时，滤波器输出直流电压值也将随之而变化，在要求比较高的电子设备中，这种情况不符合要求。

电容滤波 在负载RL的两端并联上滤波电容C，如图4-8所示。滤波过程：当交流电动势E2使二极管D导通时，电流分二路，一路使电容C充电到接近于E2的幅值（1.41E2）；当E2使二极管截止时，已充电的电容器C对负载RL放电，从而使负载RL上的电压趋于平直，于是就达到了滤波效果，对全波整流的滤波作用。

图4-8　电容滤波电路

4.稳压电路

稳压电路的作用是使输出直流电压在电网电压或负载电流发生变化时保持稳定。

整流器的输出电压发生波动是由于下述两个原因。

（1）电流电压是随供电电网电压的变化而变动的。电网电压可以有±10%的变化，这将直接影响直流输出电压。

（2）电源负载电流的波动。由于电子装置从电源输入的电流在不断变化，有的波动幅度还很大，这个波动的负载电流流过整流器时，就在内阻上引起了一个波动的电压降，这样输出电压就会随负载电流的波动而波动。

许多电子装置要求有一个非常稳定的直流电源，尤其像一些高精度的电子测量仪器和数字仪表，直流电源电压的波动会严重影响它的使用精度。