稳压电路中电容器的作用

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稳压电路中电容器起着重要的作用,只有清楚地了解它们的用途。才能在电路设计和调试时正确地选用它们,在设备出了故障时,快速准确地排除。附图所示的电子稳压电路中接有若干只不同容量的电容器,由于这些电容器在电路中所处的位置不同,所起的作用也各不相同。在介绍电容器的作用之前,首先简述一下该稳压电路的稳压原理。

一、稳压原理

如图所示,稳压管VD5和电阻R4组成基准电压源给比较放大管VT3发射极提供稳定的基准电压。R1、R2组成分压(取样)电路,从输出电压U\(_{L}\)中取出变化的信号电压并把它加到比较放大管VT3的基极,于是VT3的基极和发射极间电压UBE3将是U\(_{B3}\)和UZ之差。由于是U\(_{B3}\)是UL的一部分,故称为取样电压,它和基准电压U\(_{Z}\)比较后的差值即UBE3经VT3放大后,加到复合调整管VT2基极上,控制着复合调整管基极电流I\(_{B1}\),自动调整VT1的管压降UCE1,保证输出电压稳定。

图1
图1 🔍原图 (817×411)

二、电容器的作用

1.C1的作用

C1是整流电路的滤波电容,它与整流电路(包括变压器和整流二极管的内阻R)组成RC滤波电路。由于其滤波效果与时间常数RC1成比例,为得到较好的滤波效果(即减小稳压电源的输出交流纹波),C1应取较大的容量。尤其在大电流电子稳压电源中,由于电源交流纹波随负载电流的增大而增大,C1的数值要选得更大一些。在一般的输出电流小于300mA的小型录放机、VCD机、小型扩音机等声像设备的电源中,C1的值应取几百微法。

2.C2的作用

接在电子稳压电源输出端的C2,有的初学者把它理解为第二级滤波电容,并认为C2的容量越大滤波效果越好,为此在制作稳压电路时选用了容量相当大的C2。实际上C2与电子稳压电源输出端交流纹波的大小毫不相干。稳压电路选用较大容量的C2,是为了提高电源抵抗瞬间干扰脉冲冲击的能力。由于大容量电容具有存储电荷的作用,当电源的负载出现突变或输入电压出现脉冲跳变时,C2能在瞬间为负载提供一定的充放电电流,防止输出电压出现瞬间跳变。

3.C3的作用

C3用来进一步抑制输出端交流纹波电压,起到相当于“滤波”的作用。众所周知,串联稳压电源是一个负反馈系统,其反馈系数即为采样电阻的分压比R2/(R1+R2)。反馈系数越大,负反馈越深,系统的稳定性就越好,稳压系数等指标也就越高,对抑制输出交流纹波电压越有利。因此,工厂设计人员在设计稳压电路时,应尽可能选取高的采样电阻分压比,但在基准电压值一定的情况下,因输出直流电压必然要高于基准电压,故分压比恒小于1。若在电阻R1两端并上一只对于交流纹波来说,其容抗X\(_{c}\)足够小的电解电容器,则对交流纹波来讲其分压比R2/〔(Xc//R1)+R2〕≈1,就可进一步抑制电源输出端的交流纹波。原分压比R2/(R1+R2)越小,增加C3后的作用就越明显。若原分压比已接近于1,则增加C3的意义就不大了。

4.C4的作用

有些稳压电路在调整管的基极与地之间接入一只电容器(见附图中的C4)。有的初学者认为,这是因为VT1、VT2合管的基极回路没有采取滤波措施,因此加于VT2基极的纹波电压也会被放大,使交流声增大。所以在复合管VT2基极与地之间接上一只“电解”电容器,就改善了滤波效果,交流声也就大大减小了。其实这种说法是不对的。因为不能把VT1、VT2与稳压电路割裂开来看成是有源滤波的简单跟随电路。而稳压电路的滤波效果,即对输入交流纹波的抑制与电路稳压能力一样,主要取决于VT3比较放大电路的电压增益(即A=ΔUc/ΔUb)而与有无C4或C4的大小无关。通过对实际电路的多次验证测试,也证实了这个结论。

当然我们也发现常在一些稳压电路中见到电容C4。这个电容不是为了滤波,而是为了抑制电路的自激振荡。因为串联稳压电路是靠负反馈来稳压的,电路中引入负反馈后本应不产生自激,但在直流稳压电源放大电路中,由于晶体管的结电容和线路中分布电容的存在(通常这些电容的容量很小),当电源电压变化引起的谐波信号频率较高时,这些电容将会与电路中的阻抗元件形成RC网络,串入放大器,影响晶体管的放大作用,使其增益变小,相移增大。对一级晶体管放大电路来说,其附加相移最大不会超过90°,但对两级以上的放大电路来说,在某一频率下,由这些电容所产生的附加相移有可能累积到近于180°,使原来的负反馈电路在这个特定频率下变成正反馈而形成自激振荡。当电源出现强烈的自激振荡时,在其输出端可测量出幅值相当大的高频交流自激波形,这时电源根本无法工作。即使轻微的自激也会使直流电源的输出端出现高频“纹波”。

为保证电源正常工作,在设计和调试电路时要设法抑制电源可能产生的自激,通常是采用减小电路的高频增益,把高频自激增益降低至最小,以破坏其振荡的幅值条件。具体做法是在放大器中引入高频负反馈或在放大器的输出端接入高频分路电容(习惯上称之为补偿电容)。例如,经常在比较放大管VT3的输出端对地之间加一只零点几微法的电容C4。C4对低频信号呈现的容抗很大,几乎不起作用。对高频信号其容抗却足够小,相当于将高频信号旁路到地,使高频增益被大大衰减,从而保证了电源的稳定。对正常工作时不产生自激的电路C4也可以不接。(李香林)