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本帖最后由 第尾才子 于 2016-11-24 12:59 编辑
音响侠客行五十:定海神针: 电子管稳压电源
本世纪初发明的电子管，在一些科技领域已被晶体管所取代，退出了历史的舞台，但是在音响这块领域、特别是放大器中，却光芒四射，和晶体管分庭抗礼，各持半壁江山。 一台靓声、工作稳定可靠的放大器，离不开优质的电源。特别是前级，使电子管的工作点稳定，不发生漂移而使整机工作稳定可靠。
实际上由于电子管稳压的耗电量太高, 因此也有改以高压双极管的稳压系统, 有关之好处是比例省电, 可是也是比较容易烧毁。此外, 由于A类AB1类放大的电流比较稳定, 因此也没有必要加入稳压: 因此很多时电子管机的稳压只用于:AB2、B类放大， OCL要求严格平衡电位、五极管廉栅压及固定偏压的供给。当中五极管廉栅压及固定偏压由于电流极小，因此有时只是简单的用稳压二极管及/或充气稳压管。此外, 由于稳压电路可以削平交流波动, 因此也可以用作有源滤波, 多用于前置放大器:
1. 稳压二极管
一般晶体二极管都是正向导通，反向截止；加在二极管上的反向电压、如果超过二极管的承受能力，二极管就要击穿损毁。但是有在稳压二极管，它的正向特性与普通二极管相同，而反向特性却比较特殊：当反向电压加到一定程度时，虽然管子呈现击穿状态，通过较大电流，却不损毁，并且这种现象的重复性很好；反过来着，只要管子处在击穿状态，尽管流过管子的电在变化很大，而管子两端的电压却变化极小起到稳压作用。这种特殊的二极管叫稳压管。 稳压管的型号有2CW 、2DW 等系列，它的电路符号及稳压特性，可用下图所示伏安特性曲线很清楚地表示出来。
稳压管是利用反向击多区的稳压特性进行工作的，因此、稳压管在电路中要反向连接。稳压管的反向击穿电压称为稳定电压、不同类型稳压管的稳定电压也不一样，某一型号的稳压管的稳压值固定在固定范围。例如：2CW11 的稳压值是3.2伏到4．5伏，其中某一只管子的稳压值可能是3．5伏，另一只管子则可能是4，2伏。 在实际应用中，如果选择不到稳压值符合需要的稳压管，可以选用稳压值较低的稳压管，然后串联一办或几只硅二极管“枕垫”，把稳定电压提高到所需数值。这是利用硅二极管的正向压降为0．6～0．7伏的特点来进行稳压的。因此，二极管在电路中必须正向连接，这是与稳压管不同的。
稳压管的动态电阻是随工作电流变化的，工作电流越大。动态电阻越小 。因此，为使稳压效果好，工作电流要选得合。工作电流选得大些，可以减小动态电阻，但不能超过管子的最大允许电流（或最大耗散功率）。各种型号管子的工作电流和最大允许电流，可以从手册中查到。
稳压管的稳定性能受温度影响，当温度变化时，它的稳定电压也要发生变化，常用稳定电压的温度系数来表示这种性能例如2CW19 型稳压管的稳定电压Uw= 12伏，温度系数为0.095%℃ ，说明温度每升高1℃，其稳定电压升高11.4毫伏。为提高电路的稳定性能，往往采用适当的温度补偿措施。在稳定性能要求很高时，需使用具有温度补偿的稳压，如2DW7A 、 2DW7W 、 2DW7C 等。
由硅稳压管组成的简单稳压电路如下图所示。硅稳压管DW与负载Rfz ，并联，R1为限流电阻。 下 图所示电路简单可靠，但是稳定电压不能调整，负载电流太小，一般多用做电路前级的稳压和其他电源的参考电压。
这个电路是怎样进行稳压的呢？若电网电压升高，整流电路的输出电压Usr 也随之升高，引起负载电压Usc 升高。由于稳压管DW与负载Rfz 并联，Usc 只要有根少一点增长，就会使流过稳压管的电流急剧增加，使得I1也增大，限流电阻R1上的电压降增大，从而抵消了Usr的升高，保持负载电压Usc 基本不变。反之，若电网电压降低，引起Usr 下降，造成Usc 也下降，则稳压管中的电流急剧减小，使得I1减小，R1上的压降也减小，从而抵消了Usr 的下降，保持负载电压Usc 基本不变。
若Usr 不变而负载电流增加，则R1上的压降增加，造成负载电压Usc 下降。Usc 只要下降一点点，稳压管中的电流就迅速减小，使R1 上的压降再减小下来，从而保持R1 上的压降基本不变，使负载电压Usc 得以稳定。
综上所述可以看出，稳压管起着电流的自动调节作用，而限流电阻起着电压调整作用。稳压管的动态电阻越小，限流电阻越大，输出电压的稳定性越好。 那么怎样选择稳压管和限流电阻呢？
1． 因为稳压管是与负载并联的，所以稳田管的稳定电压应该等于负载直流电压,即Uw＝Usc 。稳压管最大稳定电流的选择，要考虑到特殊情况下稳压管通过的最大电流：一种情况是，当负载电流Ifz ＝0时，全部最大负载电流Ifzmax都通过稳压管；另一种情况是，输入电压Usr ，升高，也会引起通过稳压管电流增大。一般取稳压管最大电流选用动态电阻小、电压温度系数小的稳压管，有利于提高电压的稳定度。
2． 限流电阻R1可由式中算出：因为Usr 、和Ifz 都是变化的，为了保证Ifz＝0时Iw不起超过稳压管的最大稳定电流，R1 要足够大，为了保证稳定作用，又必须保证在Usr ，最小时，Iw大于稳压管的最小稳定电流。综合上述两右面的考虑，限流电阻R1 的选择范围是：
2. 串联型稳压电路
串联型稳压电路是比较常用的一种电路。电路如图5－20（a）所示。
三极管BG 在电路申是调整组件，它很有“见机行事”的本领，每当由于供电或用电发生变化，电路输出电压波动欲起的时候，它都能及时地加以调节，使输出电压保持基本稳定，因此它被称做调整管口因为在电路中作为调整组件的三极管是与负载相串联的，所以这种电路叫串联型稳压电路。稳压管DW为调整管提供基准电压，使调整管基极电位不变。R1 是DW的保护电阻，限制通过DW的电流，起保护稳压管的作用。Rfz ，是负载电阻，是BG 的直流通路。
BG 和DW配合“默契”，保证电路格出稳定的用压。电路稳压过程是这佯的：如果输人电压Usr 增大，使输出电压Usc 。增大时，由于Ub＝Uw固定不变，调整管基枣射间电压Ube 。=Ub-Usc 将减小，基流Ib随之减小，而管压降Uce ，随之增大，从而抵消了Usc 增大的部分，使Usc ，基本稳定。如果负载电流Isc 增大，使输出电压Usc 减小时，由于Ub固定，Ube 将增大，使人增大，Uce 减小，也同样地使Usc 基本稳定。
从上面分析中可以看到，调整管既象是一个自动的可变电阻：当输出电压增大时，它的“阻值”就增大，分担了大出来的电压；当输出电压减小时，它的“阻值”就减小，补足了小下去的电压。无论是哪种情况，都使电路保持输出一个稳定的电压。“指挥”调整管变化的是输出电压的变化量？Usc ；正是ΔUsc 控制调整管的基极电流Ib，才使得调整管随着ΔUsc 变化。换句话说，是不稳定的输出电压，驱动调整管去稳定输出电压。如果把上图 所示稳压电路的形式稍微改变一下，画成下图样子的话，不难看出，原来串联型稳压电路就是一个射极跟随器。R1是上偏置电阻，稳压管DW是下偏置电阻，输出电压是从发射极电阻Rfz 上取出的。
下图是一个为电子管前级而设计的稳压器:
而下面是集成化的例子:
3. 充气稳压管
稳压二极管是目前最通用的组件, 而古老的充气稳压管也有一些市场。充气稳压管内充有气体或蒸气的电子管，在充气管内,电子在电极间运动时与气体原子和分子碰撞,产生电离现象，运动较慢的正离子抵消电子的负空间电荷作用，在正常辉光放电区或电晕放电区内，当电流在一定范围内变化时，电极间的电压基本不变。利用这一特性制成的冷阴极放电管称为稳压管。工作在辉光放电区的稳压管称为辉光放电稳压管；工作在电晕放电区的称为电晕放电稳压管，其工作电压高、电流小。这两种稳压管结构相似，阴极为一金属圆筒，中心放置一金属杆作为阳极，管内充入惰性气体或氢气。改变电极结构、材料、气体种类和压强，可以做出工作电压在几十伏到几十千伏的不同参量稳压管。当电源电压或与稳压管并联的负载电阻变化时，流过稳压管的电流相应改变，从而使负载两端的电压保持不变。
充气稳压管是一种冷阴极气体放电二极管，它的构造和在电路图中的代表符号如图1a、b所示。在玻璃管壳内充有惰性气体（氩、氖、氦等），管内有一个镍棒制成的阳极和一个镍质空心圆筒制成的阴极，在圆筒内表面涂有氧化物。另在阴极上还附有一个辅助电极，叫做触发极，用以降低着火电压。
稳压管的电流电压关系特性曲线和一般充气二极管相似，如图2。使用时必须串联一只限流电阻，特性曲线也就是在串联限流电阻后，接上外加电压而测得的。现在将这条曲线各段的情况说明如下。在外加电压较低时，管中可能有微小的电流，这是由于管内气体受自然界中宇宙射线等的影响产生少量电离的结果，但这种电流十分微小，如曲线OB段所示，图中为了看起来比较明显，这一段画得比较宽一些。当外加电压达到着火电压（起辉电压）Uz时，管内气体受电子高速碰撞开始大量电离，同时正离子获得较大的动能，碰撞阴极产生二次电子发射，因而电流Ia大增，在限流电阻上产生压降，管子两端电压Ua由B点下降至相当于C点的数值，阴极附近并开始产生辉光，即所谓“辉光放电”。如外加电压再继续增加，通过管子的电流将继续增加，限流电阻上的压降也随着增加，而管子两端的电压则几乎不变（≈Ucm），如图中CD段所示，阴极的辉光区域却随着电流的增加而增大，这一工作区段叫做正常辉光放电区。稳压管使用时就是利用管子在这一段的工作特性。如果电压继续增加，电流超过稳压管的最大稳压电流Lcm最大时，则Ua将随着电流继续增加，达到反常辉光放电，再增高电压，管子就要被烧坏了。当电压低于C点所对应的电压Up时，管子即不能继续维持辉光放电而熄灭，Up叫做媳灭电压。
由于稳压管是冷阴极放电管，不需要灯丝电源。因此用起来比较简单方便。常用的几种国产稳压管的特性见下表。
利用稳压管在正常辉光放电区域电压不随电流而变的特性，就可以作成稳压器，供给设备所需要的稳定电压。下面介绍几种典型电路，说明稳压管的使用方法。
（1）简单电路 如下图所示，其中R为限流电阻，RH表示负载电阻，IH为负载电流。其稳压过程如下。
当输入电压U增大时，加于稳压管的电压虽然有所增加，但通过稳压管的电流I也随着增大，这就使流经限流电阻R的电流增加，而输入电压增加的大部分却降落在限流电阻R 上，因而使输出电压Ucm保持稳定。输入电压降低时，其过程和上述情况相反，也能使输出电压稳定。如果输入电压不变，而负载电流IH有变动。例如IH增加（即RH减小）时，输出电压稍有降低，结果通过稳压管的电流I减小，但I减小的数值几乎等于IH所增加的数值，因而通过R的电流几乎不变，输出电压Ucm保持稳定。这种电路简单方便，运用很广。在使用时U应大于稳压管的着火电压，以保证它工作在正常辉光放电区，通常取U为Ucm的1.3～2倍。
限流电阻可按下式初步计算: R=U-UcmIH+Icm最大+Icm最少
然后检验当U及IH变化时，通过稳压管的电流是否在Icm最小～Icm最大的范围内。在负载电流大于Icm最大时不能空载，以免流过稳压管的电流过大而烧坏。负载电流愈小，它的稳压效果愈高。
在采用WY2P、WY3P、WY4P稳压管时，可将管脚接于电源电路中，如图4a。在采用WY1、WY2时，可按图4b连接。这样在稳压管被拔去时，不致使高的电源电压加到负载上。在连接时，稳压管的极性不能接反。
（2）级联电路 如下图所示。由于经过两级稳压，稳定效果较好，但损耗大，效率较低。
（3）串联电路 如下图所示。当要求稳定的电压大于150伏（相当于WY4P）时，可采用数管串联。例如用WY2P和WY4P串联，可以获得225伏的稳定电压。若从0点抽头，还可以获得75伏和150伏两种稳定电压。
（4） 分压电路 在要求获得几种不同的稳定电压时，最方便的是采用分压稳压管（下图）。这种稳压管的构造和普通稳压管相仿，但有许多一个套一个的圆筒，将气体空间分成串联的好几部分：第一气体空间内的中心棒是阳极，而第一个圆筒的内表面为阴极，其外表面为第二气体空间的阳极，而第二圆筒的内表面为阴极等等。分压稳压管有CГ—226，CГ—227两种，每个气体同隙的稳定电压是70伏，共有4个间隙，输出最高稳定电压为280伏，各间隙间的着火电压≤95伏，稳压管通过的电流CГ—226为8～40毫安，CГ—227为10～80毫安。下图b、c分别是它们的电路符号和管脚接线图。
使用这种稳压管的分压电路如下图。其中R为限流电阻，R1、R2、R3为起动电阻，用以降低稳压管的着火电压，其电阻值约为0.2～0.5兆欧。
（5）组合电路 在需要获得30伏 （105一75伏）或45伏（150—105伏）等电压时，可采用如下图a，b的组合电路，也叫做差值电路。采用这种电路时，负载所需电流不应超过与负载串联的稳压管的最大稳压电流。
（6）交流稳压电路 上面所述的几种电路都是用于稳定直流电压的，在要求稳定交流电压时，可利用两只稳压管相反连。
（7）电子管直流稳压器电路
以上所介绍的一些电路都是简单的稳压器。它的电压稳定系数较低，适合在一般要求不太高的小功率设备中使用。在需要更好的直流稳定电压的情况下，可以采用电子管稳压器，它能够自动地调整输出电压，使电压稳定程度更高。典型电路如下图。在这种电路中，稳压管Л3起着提供标准电压的作用，它使电子管Л2阴极保持在一个稳定的电位。R3相当于前面所述的限流电阻，使流过稳压管的电流保持在最大和最小稳压电流的范围内，保证它的稳压作用。整流后的电压经电子管Л1传送送负载上。改变Л1的栅偏压，可以改变这个管子屏阴间的降压Ua1，使输出电压得到调整，因此Л1通常叫做调整营。电子管Л2组成一个放大器，电阻R2上的电压UR2接到它的栅极。如果UR2有变化，那末Л2将这个变化的电压加以放大后，送到调整管Л1的栅极。
当负载RH不变而输入电压U变大时，则在最初一瞬间输出电压有所升高，因而UR2升高，这就引起了Л2的栅压（等于Un3与UR2之差）升高，Л2屏流增大，在负载电阻Ra上的压降增大，使Л1管栅压较阴极更负，于是Л1的内阻增大，Л1管压降Ua1增大，使输出电压有所降低。这样就抵消了最初那一瞬间输出电压的上升，从而保证了输出电压的稳定不变。反之，当输入电压降低时，则引起调整管管压降的降低，从而仍使输出电压维持在原定值。当输入电压不变，负载RH减小时，在最初的一瞬间输出电压下降，于是Л2的栅压降低，屏流减小，Ra上的压降减小，这又导致调整管Л1的栅压升高，内阻减小，于是Л1的管压降降低，从而又使输出电压升高，而使其保持稳定。反之，当负载RH变大输出电压增加时，Л1管压降增加，从而又把输出电压压低，而使其稳定不变。
由此可见，不论输入电压或负载变化，输出电压都能保持不变。调整电位器改变R2的数值，可以改变Л2的静止栅偏压，从而可以调整输出电压的大小。因此，这种稳压器可以得到在一定范围内变化的稳定电压。
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发表于 2016-11-24 12:59:53
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发表于 2016-11-27 18:56:38
