第3章　空調器電子元器件及電路

3.1　基礎電子元器件

在空調器的電路板上安裝有多種基礎電子元器件，如圖3-1所示。常見的基礎電子元器件有電阻器、電容器、電感器等。

圖3-1 空調器電路板上的基礎電子元器件

3.1.1　電阻器

電阻器簡稱電阻，它是利用物體對所通過的電流產生阻礙作用，制成的電子元器件，是空調器電路板中最基本、最常用的電子元器件之一。

圖3-2為空調器電路板中常見的幾種電阻器實物外形。

圖3-2 空調器電路板中常見的幾種電阻器實物外形

電阻器在空調器電路中主要用來調節、穩定電流和電壓，可作為分流器、分壓器，也可作為電路的匹配負載，在電路中可用于放大電路的負反饋或正反饋電壓-電流轉換，輸入過載時的電壓或電流保護元器件又可組成RC電路作為振蕩、濾波、微分、積分及時間常數元器件等。

（1）電阻器的限流功能

電阻器阻礙電流的流動是其最基本的功能。根據歐姆定律，當電阻器兩端的電壓固定時，電阻值越大，流過它的電流越小，因而電阻器常用作限流器件。

（2）電阻器的降壓功能

電阻器的降壓功能是通過自身的阻值產生一定的壓降，將送入的電壓降低后再為其他部件供電，以滿足電路中低壓的供電需求，如圖3-3所示。

圖3-3 電阻器降壓功能的應用

（3）電阻器的分流功能

圖3-4為電阻器分流功能的應用。電路中采用兩個（或兩個以上）的電阻器并聯接在電路中，即可將送入的電流分流，電阻器之間分別為不同的分流點。

圖3-4 電阻器分流功能的應用

（4）電阻器的分壓功能

圖3-5為電阻器分壓功能的應用。電路中三極管最佳放大狀態時基極電壓為2.8V，因此設置一個電阻器分壓電路R₁和R₂，將9V分壓成2.8V為晶體三極管基極供電。

圖3-5 電阻器分壓功能的應用

3.1.2　電容器

電容器簡稱電容，它是一種可儲存電能的元器件（儲能元器件）。電容器在空調器中的應用十分廣泛，常見有電解電容器、瓷介電容器和聚苯乙烯電容器等。

圖3-6為空調器電路板上常見的幾種電容器實物外形。

圖3-6 空調器電路板上常見的幾種電容器實物外形

（1）電容器的濾波功能

電容器的充電和放電需要一個過程，所以其電壓不能突變，根據這個特性，電容器在電路中可以起到濾波或信號傳輸的作用，如圖3-7所示。

圖3-7 電容器的濾波功能

（2）電容器的耦合功能

電容器對交流信號的阻抗較小，易于通過，而對直流信號阻抗很大，可視為斷路。在放大器中，電容器常作為交流信號的輸入和輸出傳輸的耦合器件使用。

如圖3-8所示，從該電路中可以看到，由于電容器具有隔直流的作用，因此，放大器的交流輸出信號可以經耦合電容器C₂送到負載R_L上，而直流電壓不會加到負載R_L上。也就是說，從負載上得到的只是交流信號。

圖3-8 電容器的耦合功能

3.1.3　電感器

電感器也稱電感元件，它屬于一種儲能元器件，它可以把電能轉換成磁能并儲存起來。在空調器電路板中，常見的電感器主要有色環電感器、磁環電感器等，如圖3-9所示。

圖3-9 空調器電路板中常見的電感器實物外形

電感器就是將導線繞制成線圈形狀，當電流流過時，在線圈（電感）的兩端就會形成較強的磁場。

由于電磁感應的作用，它會對電流的變化起阻礙作用。因此，電感器對直流呈現很小的電阻（近似于短路），對交流呈現的阻抗較高，其阻值的大小與所通過的交流信號的頻率有關。也就是說，同一電感元件，通過交流電流的頻率越高，呈現的阻值越大。

此外，電感器具有阻止其中電流變化的特性，所以流過電感器的電流不會發生突變。如圖3-10所示，電感器在電子產品中常作為濾波線圈等。

圖3-10 電感器的濾波功能

3.2　基礎半導體元器件

在空調器的電路板上除了基礎電子元器件外，常見的電子元器件還有基礎半導體元器件，如二極管、三極管、晶閘管、場效應晶體管等。

3.2.1　二極管

二極管是具有一個PN結的半導體元器件。其內部由一個P型半導體和N型半導體組成，在PN結兩端引出相應的電極引線，再加上管殼密封便可制成二極管。

在空調器電路板中，常見的二極管主要由整流二極管、穩壓二極管、發光二極管等，如圖3-11所示。

圖3-11 空調器電路板中的二極管

二極管是一種應用廣泛的半導體元器件。不同種類的二極管，根據其自身功能特性，具有不同的功能應用，例如整流二極管的整流功能、穩壓二極管的穩壓功能等。

（1）整流二極管的整流功能

整流二極管根據自身特性可構成整流電路，將原本交變的交流電壓信號整流成同相脈動的直流電壓信號，變換后的波形小于變換前的波形，如圖3-12所示。

圖3-12 整流二極管的整流功能應用

（2）穩壓二極管的穩壓功能

穩壓二極管的穩壓功能是指能夠將電路中的某一點的電壓穩定的維持在一個固定值的功能。圖3-13為穩壓二極管構成的穩壓電路。

圖3-13 穩壓二極管構成的穩壓電路

3.2.2　三極管

三極管是一種具有放大功能的半導體元器件，圖3-14為空調器電路板上的三極管實物外形。在空調器電路中，三極管通常起到電流放大和電子開關作用。

圖3-14 空調器電路板上的三極管實物外形

（1）三極管的電流放大功能

三極管是一種電流放大元器件，可制成交流或直流信號放大器，由基極輸入一個很小的電流從而控制集電極很大的電流輸出，如圖3-15所示。

圖3-15 三極管的電流放大功能

（2）三極管的開關功能

三極管集電極電流在一定范圍內隨基極電流呈線性變化，這就是放大特性。但當基極電流高過此范圍時，三極管集電極電流會達到飽和值，基極電流低于此范圍，三極管會進入截止狀態，利用導通或截止特性，還可起到開關作用，如圖3-16所示。

圖3-16 三極管的開關功能

3.2.3　晶閘管

晶閘管是晶體閘流管的簡稱，是一種可控整流器件。晶閘管主要特點是通過小電流實現高電壓、高電流的控制，在實際應用中主要作為可控整流器件。

如圖3-17所示，晶閘管可與整流器件構成調壓電路，使整流電路輸出電壓具有可調性。

圖3-17 晶閘管構成的調壓電路

3.2.4　場效應管

場效應晶體管是一種電壓控制器件，柵極不需要控制電流，只需要有一個控制電壓就可以控制漏極和源極之間的電流，具有輸入阻抗高、噪聲小、熱穩定性好、便于集成等特點，容易被靜電擊穿。在電路中常作為放大器件使用。根據結構的不同，場效應晶體管可分為兩大類：結型場效應晶體管（JFET）和絕緣柵型場效應晶體管（MOSFET）。

（1）結型場效應晶體管的特點

結型場效應晶體管是利用溝道兩邊的耗盡層寬窄改變溝道導電特性來控制漏極電流實現放大功能的，如圖3-18所示。

圖3-18 結型場效應晶體管的功能特點

（2）絕緣柵型場效應晶體管的特點

絕緣柵型場效應晶體管是利用PN結之間感應電荷的多少，改變溝道導電特性來控制漏極電流實現放大功能的，如圖3-19所示。

圖3-19 絕緣柵型場效應晶體管的特點

3.3　實用單元電路

3.3.1　基本RC電路

RC電路（電阻和電容聯合“構建”的電路）是一種由電阻器和電容器按照一定的方式連接并與交流電源組合的一種簡單功能電路。下面我們先來了解一下RC電路的結構形式，接下來再結合具體的電路單元弄清楚該電路的功能特點。

根據不同的應用場合和功能，RC電路通常有兩種結構形式：一種是RC串聯電路，另一種是RC并聯電路，如圖3-20所示。

圖3-20 RC電路的結構形式

（1）RC串聯電路的特征

電阻器和電容器串聯連接后構建的電路稱為RC串聯電路，該電路多與交流電源連接，如圖3-21所示。

圖3-21 RC串聯電路的結構

在RC串聯電路中的電流引起了電容器和電阻器上的電壓降，這些電壓降與電路中電流及各自的電阻值或容抗值成比例。電阻器電壓U_R和電容器電壓U_C用歐姆定律表示為（X_C為容抗）：U_R=IR、U_C=IX_C

【提示說明】

在純電容電路中，電壓和電流相互之間的相位差為90°。在純電阻電路中，電壓和電流的相位相同。在同時包含電阻和電容的電路中，電壓和電流之間的相位差在0°和90°之間。

當RC串聯電路連接于一個交流電源時，電壓和電流的相位差在0°～90°之間。相位差的大小取決于電阻和電容的比例，相位差均用角度表示。

（2）RC并聯電路的特征

電阻器和電容器并聯連接于交流電源的組合稱為RC并聯電路，如圖3-22所示。與所有并聯電路相似，在RC并聯電路中，電壓U直接加在各個支路上，因此各支路的電壓相等，都等于電源電壓，即U=U_R=U_C，并且三者之間的相位相同。

圖3-22 RC并聯電路

3.3.2　基本LC電路

LC電路是由電感器和電容器按照一定的方式進行連接的一種功能電路。下面我們先來了解一下LC電路的結構形式，接下來再結合具體的電路單元弄清楚該電路的功能特點。

由電容器和電感器組成的串聯或并聯電路中，感抗和容抗相等時，電路成為諧振狀態，該電路稱為LC諧振電路。LC諧振電路又可分為LC串聯諧振電路和LC并聯諧振電路兩種，如圖3-23所示。

圖3-23 LC諧振電路的結構形式

（1）LC串聯諧振電路的特點

在串聯諧振電路中，當信號接近特定的頻率時，電路中的電流達到最大，這個頻率稱為諧振頻率。

圖3-24為不同頻率信號通過LC串聯諧振電路的效果示意圖。由圖可知，當輸入信號經過LC串聯電路時，根據電感器和電容器的特性，信號頻率越高電感的阻抗越大，而電容的阻抗則越小，阻抗大則對信號的衰減大，頻率較高的信號通過電感會衰減很大，而直流信號則無法通過電容器。當輸入信號的頻率等于LC諧振的頻率時，LC串聯電路的阻抗最小，此頻率的信號很容易通過電容器和電感器輸出。由此可看出，LC串聯諧振電路可起到選頻的作用。

圖3-24 不同頻率信號通過LC串聯諧振電路的效果示意圖

（2）LC并聯諧振電路的特點

在LC并聯諧振電路中，如果線圈中的電流與電容中的電流相等，則電路就達到了并聯諧振狀態。圖3-25為不同頻率的信號通過LC并聯諧振電路時的效果示意圖，當輸入信號經過LC并聯諧振電路時，同樣根據電感器和電容器的阻抗特性，較高頻率的信號則容易通過電容器到達輸出端，較低頻率的流信號則容易通過電感器到達輸出端。由于LC回路在諧振頻率f₀處的阻抗最大，諧振頻率點的信號不能通過LC并聯的振蕩電路。

圖3-25 不同頻率信號通過LC并聯諧振電路前后的效果示意圖

（3）RLC電路的特點

RLC電路是由電阻器、電感器和電容器構成的電路單元。由前文可知，在LC電路中，電感器和電容器都有一定的電阻值，如果電阻值相對于電感的感抗或電容的容抗很小時，往往會被忽略，而在某些高頻電路中，電感器和電容器的阻值相對較大，就不能忽略，原來的LC電路就變成了RLC電路，如圖3-26所示。

圖3-26 RLC電路

3.3.3　基本放大電路

基本放大電路是電子電路中的基本單元電路，為了滿足電路中不同元器件對信號幅度以及電流的要求，需要對電路中的信號、電流等進行放大，用來確保設備的正常工作。在這個過程中，完成對信號放大的電路被稱為放大電路，而基本放大電路的核心元器件為三極管。

三極管主要有NPN型和PNP型兩種。由這兩種三極管構成的基本放大電路各有三種，即共射極（e）放大電路、共集電極（c）放大電路和共基極（b）放大電路。

（1）共射極放大電路

共射極放大電路是指將三極管的發射極（e）作為輸入信號和輸出信號的公共接地端的電路。它最大特點是具有較高的電壓增益，但由于輸出阻抗比較高，這種電路的帶負載能力比較低，不能直接驅動揚聲器等器件。

圖3-27為共射極（e）放大電路的結構，該電路主要由三極管、電阻器和耦合電容器構成。

圖3-27 共射極放大電路的結構

【提示說明】

NPN型與PNP型三極管放大器的最大不同之處在于供電電源：采用NPN型三極管的放大電路，供電電源是正電源送入三極管的集電極（c）；采用PNP型三極管的放大電路，供電電源是負電源送入三極管的集電極（c）。

三極管VT是這一電路的核心部件，主要起到對信號放大的作用；電路中偏置電阻R_b1和R_b2通過電源給VT基極（b）供電；電阻R_c是通過電源給VT集電極（c）供電；兩個電容C₁、C₂都是起到通交流隔直流的作用；電阻R_L則是承載輸出信號的負載電阻。

輸入信號加到三極管基極（b）和發射極（e）之間，而輸出信號取自三極管的集電極（c）和發射極（e）之間，由此可見發射極（e）為輸入信號和輸出信號的公共端，因而稱共射極（e）三極管放大電路。

（2）共集電極放大電路

共集電極放大電路是從發射極輸出信號的，信號波形與相位基本與輸入相同，因而又稱射極輸出器或射極跟隨器，簡稱射隨器，常作為緩沖放大器使用。

共集電極的功能和組成器件與共射極放大電路基本相同，不同之處有兩點：其一是將集電極電阻R_c移到了發射極（用R_e表示），其二是輸出信號不再取自集電極而是取自發射極。

圖3-28為共集電極放大電路的結構。兩個偏置電阻R_b1和R_b2是通過電源給三極管基極（b）供電；R_e是三極管發射極（e）的負載電阻；兩個電容都是起到通交流隔直流作用的耦合電容；電阻R_L則是負載電阻。

由于三極管放大電路的供電電源的內阻很小，對于交流信號來說正負極間相當于短路。交流地等效于電源，也就是說三極管集電極（c）相當于接地。輸入信號相當于加載到三極管基極（b）和集電極（c）之間，輸出信號取自三極管的發射極（e），也就相當于取自三極管發射極（e）和集電極（c）之間，因此集電極（c）為輸入信號和輸出信號的公共端。

【提示說明】

共射極放大電路與共發射極放大電路一樣，NPN型與PNP型晶體管放大器的最大不同之處也是供電電源的極性不同。

（3）共基極放大電路

在共基極放大電路中，信號由發射極（e）輸入，由晶體管放大后由集電極（c）輸出，輸出信號與輸入信號相位相同。它的最大特點是頻帶寬，常用作晶體管寬頻帶電壓放大器。

共基極放大電路的功能與共射極放大電路基本相同，其結構特點是將輸入信號是加載到晶體管發射極（e）和基極（b）之間，而輸出信號取自晶體管的集電極（c）和基極（b）之間，由此可見基極（b）為輸入信號和輸出信號的公共端，因而該電路稱為共基極（b）放大電路。

圖3-29為共基極放大電路的基本結構。從圖中可以看出，該電路主要是由三極管VT、電阻器R_B1、R_B2、R_c、R_L和耦合電容C₁、C₂組成的。

圖3-29 共基極放大電路的結構

【提示說明】

共發射極、共集電極和共基極放大電路是單管放大器中三種最基本的單元電路，所有其他放大電路都可以看成是它們的變形或組合，所以掌握這三種基本單元電路的性質是非常必要的。

電路中的四個電阻都是為了建立靜態工作點而設置的，其中R_c還兼具集電極（c）的負載電阻；電阻R_L是負載端的電阻；兩個電容C₁和C₂都是起到通交流隔直流作用的耦合電容；去耦電容C_b是為了使基極（b）的交流直接接地，起到去耦合的作用，即起消除交流負反饋的作用。

3.3.4　遙控電路

遙控電路是一種遠距離操作控制電路，在設置有遙控電路的電子產品就不必近距離操作控制面板，只要使用遙控設備（如遙控器、紅外發射器等）就能對電子產品進行遠距離控制，十分方便。

遙控電路采用無線、非接觸控制技術，具有抗干擾能力強、信息傳輸可靠、功耗低、成本低、易實現等特點，在空調器電路有十分重要的應用，該電路根據功能劃分可分為遙控發射電路和遙控接收電路兩部分。

（1）遙控發射電路

遙控發射電路（紅外發射電路）是采用紅外發光二極管來發出經過調制的紅外光波，其電路結構多種多樣，電路工作頻率也可根據具體的應用條件而定。遙控信號有兩種制式，一種是非編碼形式，適用于控制單一的遙控系統中；另一種是編碼形式，常應用于多功能遙控系統中。

在電子產品中，常用紅外發光二極管來發射紅外光信號。常用的紅外發光二極管的外形與LED發光二極管相似，但LED發光二極管發射的光是可見的，而紅外發光二極管發射的光是不可見光。

圖3-30為紅外發光二極管基本工作電路，圖中的三極管VT1作為開關管使用，當在三極管的基極加上驅動信號時，晶體三極管VT1也隨之飽和導通，接在集電極回路上的紅外發光二極管VD1也隨之導通工作，向外發出紅外光（近紅外光，其波長約為0.93μm）。紅外發光二極管的壓降約1.4V，工作電流一般小于20mA。為了適應不同的工作電壓，紅外發光二極管的回路中常串有限流電阻R₂控制其工作電流。

圖3-30 紅外發光二極管基本工作電路

圖3-31為編碼式遙控發射電路。該電路是由遙控鍵盤矩陣電路、M50110P調制編碼集成電路及放大驅動電路三部分組成。

圖3-31 編碼式遙控發射電路

該電路的核心是IC01（M50110P）構成的調制編碼集成電路，其④腳～!4腳外接遙控鍵盤矩陣電路，即人工指令輸入電路。K01為蜂鳴器，Q03、Q04為蜂鳴器驅動晶體管，發射信號時蜂鳴器發聲，提示使用者信號已發射出去。

操作按鍵后，IC01對輸入的人工指令信號進行識別、編碼，通過!5腳輸出遙控指令信號，經Q01、Q02放大后去驅動紅外發光二極管D01～D03，發射出遙控（紅外光）信號。

（2）遙控接收電路

遙控發射電路發射出的紅外光信號，需要特定的電路接收，才能達到信號遠距離傳輸、控制的目的，因此電子產品上必定會設置遙控接收電路，組成一個完整的遙控電路系統。遙控接收電路通常由紅外接收二極管、放大、濾波和整形等電路組成，它們將遙控發射電路送來的紅外光接收下來，并轉換為相應的電信號，再經過放大，濾波、整形后，送到相關控制電路中。

圖3-32為典型遙控接收電路。該電路主要是由運算放大器IC1和鎖相環集成電路IC2為主構成的。鎖相環集成電路外接由R₃和C₇組成具有固定頻率的振蕩器，其頻率與發射電路的頻率相同，C₅與C₆為濾波電容。

圖3-32 典型遙控接收電路

遙控發射電路發射出的紅外光信號由紅外接收二極管D01接收，并轉變為電脈沖信號，該信號經IC1集成運算放大器進行放大，輸入到鎖相環電路IC2。由于IC1輸出信號的振蕩頻率與鎖相環電路IC2的振蕩頻率相同，IC2的⑧腳輸出高電平，此時使三極管Q01導通，繼電器K1吸合，其觸點可作為開關去控制被控負載。平時沒有紅外光信號發射時，IC2的第⑧腳為低電平，Q01處于截止狀態，繼電器不會工作。這是一種具有單一功能的遙控電路。

3.3.5　整流電路

整流電路是指將交流電變換成直流電的功能電路。由于半導體二極管具有單向導電性，因此可以利用二極管組成整流電路，將交流電變成單向脈動電壓，即將交流電變成直流電。二極管是整流電路中的關鍵元器件。

在常見電子電路中，常見的整流電路有半波整流電路、全波整流電路和橋式整流電路。

（1）半波整流電路

純電阻負載的半波整流電路如圖3-33所示，圖中T為電源變壓器，VD為整流二極管，R_L代表所需直流電源的負載。

圖3-33 半波整流電路

在變壓器次級電壓u₂為正（極性如圖所示）的半個周期（稱正半周）內，二極管正向偏置導通。電流經過二極管流向負載，在R_L上得到一個極性為上正下負的電壓。而在u₂為負半周時，二極管處于反向偏置而截至（斷路），電流基本上等于零。所以在負載電阻R_L兩端得到的電壓極性也是單方向的。

由圖可見，由于二極管的單向導電作用，使變壓器次級交流電壓變換成負載兩端的單向脈動電壓，從而實現了整流。由于這種電路只在交流電壓的半個周期內才有電流流過負載，故稱半波整流。

（2）全波整流電路的結構和工作原理

全波整流電路是在半波整流電路的基礎上加以改進而得到的。它是利用具有中心抽頭的變壓器與兩個二極管配合，使VD1和VD2在正半周和負半周內輪流導通，而且二者流過R_L的電流保持同一方向，從而使正、負半周在負載上均有輸出電壓。

圖3-34所示是具有純電阻負載的全波整流原理電路。圖中變壓器T的兩次級電壓大小相等，方向如圖中所示。當u₂的極性為上正下負(即正半周)時，VD1導通，VD2截止，i_D1流過R_L，在負載上得到的輸出電壓極性為上正下負；為負半周時，u₂的極性與圖示相反。此時VD1截止，VD2導通。由圖可以看出，i_D2流過R_L時產生的電壓極性與正半周時相同，因此在負載R_L上便得到一個單方向的脈沖電壓。

圖3-34 全波整流電路

（3）橋式整流電路的結構和工作原理

① 橋式整流電路的原理

橋式整流的原理如圖3-35所示。電流如水流，當圖3-35（a）中送來水的方向為上入下出的情況時（上為高壓方），圖示的兩個閘門打開，另兩個閘門關閉，水流使水車正向旋轉。而當送來水的方向變成下入（高壓方）上出時，如圖3-35（b）所示，原來打開的閘門關閉了，原來關閉的閘門打開了，推動水車轉動的水的流向不變。這就是一個橋式閘門控制的水系，送入的水流是變化的，但送出的水流方向是恒定不變的。利用上述原理構成的橋式整流電路原理圖如圖3-35（c）所示，輸入、輸出波形如圖3-35（d）所示。

圖3-35 橋式整流的原理

② 橋式整流電路的結構

圖3-36（a）是橋式整流電路原理圖的常用畫法。由圖可見，變壓器的次級只有一組線圈。但用四只二極管互相接成橋式形式，故稱為橋式整流電路。圖3-36（b）所示是其簡化畫法。

圖3-36 橋式整流電路原理圖

整流過程中，四個二極管兩兩輪流導通，正負半周內都有電流流過R_L。例如，當u₂為正半周時（如圖中所示極性），二極管VD1和VD3因加正向電壓而導通，VD2和VD4因加反向電壓而截止。電流i₁（如圖中實線所示）從變壓器+端出發流經二極管VD1、負載電阻R_L和二極管VD3，最后流入變壓器-端，并在負載R_L上產生電壓降u_o′；反之，當u₂為負半周時，二極管VD2、VD4因加正向電壓導通，而二極管VD1和VD3因加反向電壓而截止，電流i₂（如圖中虛線所示）流經VD2、R_L和VD4，并同樣在R_L上產生電壓降u_o″。由于i₁和i₂流過R_L的電流方向是一致的，所以R_L上的電壓u_o為兩者的和，即u_o=u_o′+u_o″。

橋式整流電路的輸出直流電壓為：

U₀=0.9U₂

而二極管反向峰值電壓是全波整流電路的一半，即：

3.3.6　濾波電路

無論哪種整流電路，它們的輸出電壓都含有較大的脈動成分。為了減少這種脈動成分，在整流后都要加上濾波電路。所謂濾波就是濾掉輸出電壓中的脈動成分，而盡量使輸出趨近直流成分，使輸出接近理想的直流電壓。

常用的濾波元器件有電容器和電感器。下面分別簡單介紹電容濾波電路和電感濾波電路。

（1）電容濾波電路

電容器（平滑濾波電容器）應用在直流電源電路中構成平滑濾波電路。圖3-37所示為沒有平滑電容器的電源電路?？梢钥吹剑涣麟妷鹤兂芍绷骱箅妷汉懿环€定，呈半個正弦波形，撥動很大。圖3-38所示為加入平滑濾波電容器的電源電路。由于平滑濾波電容器的加入，特別是由電容的充放電特性，使電路中原本不穩定、波動比較大的直流電壓變得比較穩定、平滑。

圖3-37 沒有平滑電容器的電源電路

圖3-38 加入平滑濾波電容器的濾波電路

（2）電感濾波電路

電感濾波電路如圖3-39所示。由于電感的直流電阻很小，交流阻抗卻很大，有阻礙電流變化的特性，因此直流分量經過電感后基本上沒有損失，但對于交流分量，將在L上產生壓降，從而降低輸出電壓中的脈動成分。顯然，L越大，R_L越小，濾波效果越好，所以電感濾波適合于負載電流較大的場合。

圖3-39 電感濾波電路

（3）LC濾波電路

為了進一步改善濾波效果，可采用LC濾波電路，即在電感濾波的基礎上，再在負載電阻R_L上并聯一個電容器，LC濾波電路如圖3-40所示。

圖3-40 LC濾波電路

在圖3-40所示的濾波電路中，由于R_L上并聯了一個電容器，增強了平滑濾波的作用，使R_L并聯部分的交流阻抗進一步減少。電容值越大，輸出電壓中的脈動成分越小，但直流分量同沒有加電容器時一樣大。

當電感的直流阻抗很小時，電感濾波和LC濾波的輸出直流電壓可近似用下式計算：

u_o≈0.9u₂

3.3.7　穩壓電路

穩壓電路是指將直流電源變得更加穩定的電路。在采用變壓器降壓，然后再整流濾波形成低壓直流的電源電路中，如圖3-41所示，這種方式結構簡單，成本低。整流濾波電路的輸出電壓不夠穩定，波紋較大。主要存在兩方面的問題：第一，由于變壓器次級電壓直接與電網電壓有關，當電網電壓波動時必然引起次級電壓波動，進而使整流濾波電路的輸出不穩定；第二，由于整流濾波電路總存在內阻，當負載電流發生變化時，在內阻上的電壓也發生變化，因而使負載得到的電壓（即輸出電壓）不穩定。為了提供更加穩定的直流電源，需要在整流濾波后面加上一個穩壓電路。

圖3-41 變壓器降壓方式的電源電路

常用的穩壓電路主要有穩壓管穩壓電路和串聯型穩壓電路。

（1）穩壓管穩壓電路

最簡單的穩壓電路是穩壓管穩壓電路，如圖3-42所示。圖中U_i為整流濾波后所得到的直流電壓，穩壓管VD與負載R_L并聯。這種二極管當兩端所加的反向電壓達到一定的值時，二極管會出現反向擊穿，且保持一個恒定的壓降，穩壓管正是利用這種特性進行工作的。值得說明的是，該二極管反向擊穿時，并不會損壞。由于穩壓二極管承擔穩壓工作時，應反向連接，因此穩壓管的正極應接到輸入電壓的負端。

圖3-42 穩壓管電路

但是，這種穩壓電路存在兩個缺點：其一是當電網電壓和負載電流的變化過大時，電路不能適應；其二是輸出電壓U_o不能調節。為了改進以上缺點，可以采用串聯型穩壓電路。

（2）串聯型穩壓電路

① 串聯型穩壓電路的基本形式

所謂串聯型穩壓電路，就是在輸入直流電壓和負載之間串入一個三極管。其作用就是當U_i或R_L發生變化引起輸出電壓U_o變化時，通過某種反饋形式使三極管的U_CE也隨之變化。從而調整輸出電壓U_o，以保持輸出電壓基本穩定。由于串入的三極管是起調整作用的，故稱為調整管。

圖3-43（a）所示是基本的調整管穩壓電路，圖中的三極管VT為調整管。為了分析其穩壓原理，將圖3-43（a）的電路改畫成圖3-43（b）的形式，這時我們可清楚地看到，它實質上是在圖3-42的基礎上再加上射極跟隨器而組成的。根據電路的特點可知，U_o和U_Z是跟隨關系，因此只要穩壓管的電壓U_Z保持穩定，則當U_i和I_L在一定的范圍內變化時，U_o也能基本穩定。與圖3-42電路相比，加了跟隨器后的突出特點是帶負載的能力加強了。

圖3-43 基本調整管穩壓電路

② 具有放大環節的串聯型穩壓電路

圖3-44所示電路雖然擴大了負載電流的變化范圍，但是我們從圖中可以看出，由于U_o= U_Z-U_BE，帶來輸出電壓的穩定性比不加調整管還差一些。另一方面，輸出電壓仍然不能連續調節。改進的方法是在穩壓電路中引入放大環節，如圖3-43所示。圖中VT1為調整管，VT2為誤差放大管，R_C2是VT2的集電極負載電阻。放大管的作用是將穩壓電路的輸出電壓的變化量先放大，然后再送到調整管的基極。這樣只要輸出電壓有一點微小的變化，就能引起調整管的管壓降產生比較大的變化，因此提高了輸出電壓的穩定性。放大管的放大倍數愈大，則輸出電壓的穩定性愈好。而R₁、R₂和R₃組成分壓器，用于對輸出電壓進行取樣，故稱為取樣電阻。其中R₂是可調電阻。穩壓管VDZ提供基準電壓。從R₂取出的取樣電壓加到VT2的基極，VT2的發射極接到穩壓管VDZ上，VDZ為發射極提供一個穩定的基準電壓。當基極電壓變化時，其集電極的電流也會隨之變化，從而使調整管VT1基極電壓發生變化，自動穩定發射極的輸出電壓，起到穩壓的作用。電阻R的作用是保證VD2有一個合適的工作電流，使VDZ處于穩壓工作狀態。

圖3-44 具有放大環節的穩壓電路

（3）集成穩壓電路（三端穩壓器）

所謂集成穩壓器是指把調整管、比較放大器和基準電源等做在一塊硅片內構成的穩壓器件。集成穩壓器型號種類很多，有多引出端可調式、三引出端式。常用的有7800系列（輸出正電壓）和7900系列（輸出負電壓），輸出固定電壓有±5V，±8V，±12V，±18V，±20V，±24V等擋次。下面我們以7800系列為例，介紹集成穩壓電路的結構和工作原理。

圖3-45所示為7800系列集成穩壓器的外形及管腳排列，輸入端直接與整流濾波輸出相連，輸出端接負載。

圖3-45 7800系列集成穩壓器

采用集成穩壓器構成的穩壓電路具有很多優點，如電路簡單、穩定性度高、輸出電流大、保護電路完整等，在實際電路中得到了非常廣泛的應用，如圖3-46所示為典型采用集成穩壓器構成穩壓電路的結構。

圖3-46 典型采用集成穩壓器構成穩壓電路的結構

由圖可知，電路中的集成穩壓器為7800系列，該系列的穩壓器主要型號有μPC7805AHF、μPC7808AHF、μPC7893AHF、μPC7812AHF等。電容C_in為輸入端濾波電容，C_out為輸出端濾波電容。