采用差分放大器的直流穩(wěn)壓電源電路
發(fā)布時(shí)間:2013/5/23 20:01:12 訪問次數(shù):5047
在對(duì)穩(wěn)壓電源輸出的直流電壓穩(wěn)定E2E-10E1-Z度要求較高的場合,不僅要求當(dāng)輸入直流電壓或者負(fù)載電流變化時(shí),其輸出的直流電壓必須保持穩(wěn)定,而且還要求當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí),其輸出的直流電壓仍能保持穩(wěn)定。
在串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源中,環(huán)境溫度影響穩(wěn)定性的主要因素有取樣電阻的熱穩(wěn)定性、基準(zhǔn)電壓的熱穩(wěn)定性以及比較放大器的溫度漂移等。在這三個(gè)因素中,最主要的是比較放大器的性能好壞。一個(gè)高性能的直流穩(wěn)壓電源不僅要求比較放大器要有足夠的放大倍數(shù),而且還要求比較放大器本身必須非常穩(wěn)定。圖5-41歷示的帶有放大環(huán)節(jié)的直流穩(wěn)壓電源,雖然解決了放大倍數(shù)的問題,但是不能保證比較放大器在各種外界因素影響下性能仍能保持穩(wěn)定。例如,三極管的電流放大倍數(shù)盧、穿透電流都會(huì)隨著溫度的升高而增大。由于直流穩(wěn)壓電源中的比較放大器都是直流放大器,不像交流放大器各級(jí)之間有隔直電容,所以前級(jí)放大器由溫度變化等所引起的三極管工作狀態(tài)等的改變也會(huì)被后級(jí)當(dāng)成信號(hào)電壓逐級(jí)加以放大。顯然這種情況會(huì)嚴(yán)重影響到整個(gè)電路輸出直流電壓的穩(wěn)定度,甚至造成電源電路工作失控。與此同時(shí)還必須考慮到,直流穩(wěn)壓電源中的調(diào)整管工作在大電流下,發(fā)熱比較厲害,這些熱量會(huì)散發(fā)到周圍的空間,造成工作環(huán)境溫度的升高。
在要求較高的場合,直流穩(wěn)壓電源電路中的比較放大器輸入級(jí)普遍采用差分放大器。差分放大器能夠有效地克服溫度變化等因素對(duì)放大器性能帶來的影響,保證比較放大器的工作穩(wěn)定性。如圖5-46所示是采用差分放大器作為比較放大器的串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源電路。圖中的三極管VT3、VT4和電阻颶構(gòu)成差分放大器。差分放大管VT3、VT4是兩個(gè)經(jīng)過嚴(yán)格挑選,甚至在生產(chǎn)時(shí)就經(jīng)過配對(duì)的,各項(xiàng)參數(shù)幾乎完全一致的三極管。分放大器都有兩個(gè)信號(hào)輸入端,即VT3的基極和VT4的基極。差分放大器是對(duì)這兩個(gè)輸入端之間所出現(xiàn)的信號(hào)電壓之差進(jìn)行放大的。差分放大器的一個(gè)輸入端(三極管VT3的基極)與穩(wěn)壓二極管相連,其輸入電壓被穩(wěn)定地鉗位在基準(zhǔn)電壓上。差分放大器的另一個(gè)輸入端(三極管VT4的基極)則與取樣電阻網(wǎng)絡(luò)相連。當(dāng)直流穩(wěn)壓電路的輸出直流電壓發(fā)生變化時(shí),三極管VT4的基極電壓也隨之改變,因而與另一個(gè)三極管基極的基準(zhǔn)電壓之間的差值也會(huì)相應(yīng)地改變。這個(gè)改變量被差分放大器放大后,由三極管VT4的集電極送到復(fù)合調(diào)整管VT2的基極,控制調(diào)整管對(duì)輸出直流電壓進(jìn)行調(diào)節(jié),烈保證穩(wěn)壓電路輸出直流電壓的穩(wěn)定。
假如環(huán)境溫度升高,差分對(duì)管的集電極電流將同時(shí)增大,則它們的發(fā)射極電阻颶上的電壓降也將增大,也就是說三極管VT3和VT4發(fā)射極電位同時(shí)升高,而它們的基極電位保持不變,故它們的基極和發(fā)射極間的電壓將會(huì)減小,這個(gè)負(fù)反饋過程使它們的基極電流和集電極電流同時(shí)降下來,保證復(fù)合調(diào)整管的基極電流不變。顯然,R3越大,負(fù)反饋就越強(qiáng),差分放大器的穩(wěn)定性也越好。不過,為了保證差分對(duì)管不會(huì)進(jìn)入飽和狀態(tài),R3也不能取得太大。所以R3的取值大小必須綜合考慮。若要使其直流輸出電壓達(dá)到更高的穩(wěn)定性,則可用類似前面介紹的恒流源負(fù)載電路來替代R3。
采用差分放大器作為比較放大器的串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源電路還有一個(gè)特點(diǎn),那就是它的基準(zhǔn)穩(wěn)壓二極管不是接在比較放大三極管的發(fā)射極上,而是接在它的基極上。因?yàn)槿龢O管基極電流比發(fā)射極電流要小得多,所以基極電流的變化對(duì)穩(wěn)壓二極管的影響也比接在三極管發(fā)射極時(shí)小得多,這就使得基準(zhǔn)電壓更加穩(wěn)定,進(jìn)一步提高了直流穩(wěn)壓電源的穩(wěn)定性。
在對(duì)穩(wěn)壓電源輸出的直流電壓穩(wěn)定E2E-10E1-Z度要求較高的場合,不僅要求當(dāng)輸入直流電壓或者負(fù)載電流變化時(shí),其輸出的直流電壓必須保持穩(wěn)定,而且還要求當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí),其輸出的直流電壓仍能保持穩(wěn)定。
在串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源中,環(huán)境溫度影響穩(wěn)定性的主要因素有取樣電阻的熱穩(wěn)定性、基準(zhǔn)電壓的熱穩(wěn)定性以及比較放大器的溫度漂移等。在這三個(gè)因素中,最主要的是比較放大器的性能好壞。一個(gè)高性能的直流穩(wěn)壓電源不僅要求比較放大器要有足夠的放大倍數(shù),而且還要求比較放大器本身必須非常穩(wěn)定。圖5-41歷示的帶有放大環(huán)節(jié)的直流穩(wěn)壓電源,雖然解決了放大倍數(shù)的問題,但是不能保證比較放大器在各種外界因素影響下性能仍能保持穩(wěn)定。例如,三極管的電流放大倍數(shù)盧、穿透電流都會(huì)隨著溫度的升高而增大。由于直流穩(wěn)壓電源中的比較放大器都是直流放大器,不像交流放大器各級(jí)之間有隔直電容,所以前級(jí)放大器由溫度變化等所引起的三極管工作狀態(tài)等的改變也會(huì)被后級(jí)當(dāng)成信號(hào)電壓逐級(jí)加以放大。顯然這種情況會(huì)嚴(yán)重影響到整個(gè)電路輸出直流電壓的穩(wěn)定度,甚至造成電源電路工作失控。與此同時(shí)還必須考慮到,直流穩(wěn)壓電源中的調(diào)整管工作在大電流下,發(fā)熱比較厲害,這些熱量會(huì)散發(fā)到周圍的空間,造成工作環(huán)境溫度的升高。
在要求較高的場合,直流穩(wěn)壓電源電路中的比較放大器輸入級(jí)普遍采用差分放大器。差分放大器能夠有效地克服溫度變化等因素對(duì)放大器性能帶來的影響,保證比較放大器的工作穩(wěn)定性。如圖5-46所示是采用差分放大器作為比較放大器的串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源電路。圖中的三極管VT3、VT4和電阻颶構(gòu)成差分放大器。差分放大管VT3、VT4是兩個(gè)經(jīng)過嚴(yán)格挑選,甚至在生產(chǎn)時(shí)就經(jīng)過配對(duì)的,各項(xiàng)參數(shù)幾乎完全一致的三極管。分放大器都有兩個(gè)信號(hào)輸入端,即VT3的基極和VT4的基極。差分放大器是對(duì)這兩個(gè)輸入端之間所出現(xiàn)的信號(hào)電壓之差進(jìn)行放大的。差分放大器的一個(gè)輸入端(三極管VT3的基極)與穩(wěn)壓二極管相連,其輸入電壓被穩(wěn)定地鉗位在基準(zhǔn)電壓上。差分放大器的另一個(gè)輸入端(三極管VT4的基極)則與取樣電阻網(wǎng)絡(luò)相連。當(dāng)直流穩(wěn)壓電路的輸出直流電壓發(fā)生變化時(shí),三極管VT4的基極電壓也隨之改變,因而與另一個(gè)三極管基極的基準(zhǔn)電壓之間的差值也會(huì)相應(yīng)地改變。這個(gè)改變量被差分放大器放大后,由三極管VT4的集電極送到復(fù)合調(diào)整管VT2的基極,控制調(diào)整管對(duì)輸出直流電壓進(jìn)行調(diào)節(jié),烈保證穩(wěn)壓電路輸出直流電壓的穩(wěn)定。
假如環(huán)境溫度升高,差分對(duì)管的集電極電流將同時(shí)增大,則它們的發(fā)射極電阻颶上的電壓降也將增大,也就是說三極管VT3和VT4發(fā)射極電位同時(shí)升高,而它們的基極電位保持不變,故它們的基極和發(fā)射極間的電壓將會(huì)減小,這個(gè)負(fù)反饋過程使它們的基極電流和集電極電流同時(shí)降下來,保證復(fù)合調(diào)整管的基極電流不變。顯然,R3越大,負(fù)反饋就越強(qiáng),差分放大器的穩(wěn)定性也越好。不過,為了保證差分對(duì)管不會(huì)進(jìn)入飽和狀態(tài),R3也不能取得太大。所以R3的取值大小必須綜合考慮。若要使其直流輸出電壓達(dá)到更高的穩(wěn)定性,則可用類似前面介紹的恒流源負(fù)載電路來替代R3。
采用差分放大器作為比較放大器的串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源電路還有一個(gè)特點(diǎn),那就是它的基準(zhǔn)穩(wěn)壓二極管不是接在比較放大三極管的發(fā)射極上,而是接在它的基極上。因?yàn)槿龢O管基極電流比發(fā)射極電流要小得多,所以基極電流的變化對(duì)穩(wěn)壓二極管的影響也比接在三極管發(fā)射極時(shí)小得多,這就使得基準(zhǔn)電壓更加穩(wěn)定,進(jìn)一步提高了直流穩(wěn)壓電源的穩(wěn)定性。
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