直流稳压电源稳压电路基础知识

直流稳压电源稳压电路基础知识

为了保证输出直流电压的稳定，我们在整流滤波电路之后接入稳压电路。

7.4.1 稳压电路的主要指标

1.稳压系数Sr

稳压系数Sr是当负载固定时，稳压电路输出电压的相对变化量与输入电压的相对变化量之比。



这个指标反映了当电网电压波动的影响，表示稳压电路保持输出电压稳定的能力。Sr越小，输出电压越稳定。由于工程上常常把电网电压波动±10%作为极限条件，因此也有将此时的输出电压的相对变化作为衡量的指标，称为电压调整率。

2.输出电阻Ro

Ro定义为：在整流滤波后输入到稳压电路的直流电压不变时，稳压电路的输出电压变化量△UO与输出电流变化量△IO之比。



Ro反映了当负载变化时，稳压电路保持输出电压稳定的能力。显然，Ro越小，输出电压越稳定。

除了以上两个主要指标外，还有一些指标，如反映输出电压脉动的最大纹波电压，通常为输出中100Hz的交流成分，常用有效值或峰值表示；还有反映输出受温度影响的温度系数，它定义为输入电压和负载电流保持不变时，并且在规定的温度范围内，单位温度变化所引起的输出电压相对变化量的百分比。

直流稳压电路按电路原理可分为参数型稳压电路（例如稳压管稳压电路）和反馈调整型稳压电路（例如串联稳压电路）两类。在小功率电子设备中，目前广泛使用的稳压电路多是稳压管稳压电路和串联稳压电路。硅稳压管稳压电路的工作原理在第一章中已作介绍，该电路结构简单，稳压性能较好，稳压系数可达10-2，内阻是几欧到几十欧，因而得到广泛应用。缺点是输出电压不能调节，且受稳压管工作电流的限制，输出电流不能太大，尤其输出电流变化不能太大。因此，在要求输出直流电压连续可调、输出电流大的情况下，就需要采用串联型晶体管稳压电路。

7.4.2 串联型直流稳压电路

1.串联型直流稳压电路的引入

从稳压管稳压电路的工作原理可知，稳压管是靠改变它所取的电流来进行调节的，它的调节范围是Izmax～Izmin。当电网电压不变时，负载电流的变化范围也就是稳压管电流的调节范围，但这个变化范围有所限制，如何扩大呢？当然首当其冲的想法就是在负载前串一个可变电阻，我们可以调节可变电阻的大小来改变加到负载上的电压，以保持输出电压的稳定，而这个“可变电阻”如何实现呢？在实际电路中，我们是用晶体管代替可变电阻来实现自动调节的。其思想是：共集电极电路在三种基本组态电路中的输出电阻最小，输出电压最稳定。如果在共集电极电路基础上再引入系统的串联电压负反馈，则输出电阻会进一步减小，输出电压会进一步稳定。

串联型稳压电路由基准电压源、比较放大电路、调整电路和采样电路四部分组成 。

2.串联稳压电路

如图7.13所示。图中DZ和R组成稳压环节，用于产生基准电压。T是晶体三极管。

稳压过程：



由上述稳压过程可以看到，该电路构成了一个闭合的负反馈系统，三极管T是起调整作用的，所以叫做调整管。因调整管和负载是串联的，因此叫做串联型稳压电路

该电路与稳压管稳压电路相比较，其优点是输出电流大，且输出电流变化范围大。在稳压管稳压电路中，负载电流的变化量要由稳压管电流变化量补偿，而在串联稳压电路中，稳压管只需提供基极电流变化量，负载电流变化量则为基极电流变化量的(1+ )倍，因此负载电流可以较大。该电路的缺点是输出电压不能调节。此外，由于调整管的作用是依靠偏差△ UBE=UZ—△U0来实现的，因此必须有偏差才能调整，所以Uo不可能达到绝对稳定，只能基本稳定，因此电路的稳压性能较差。

若将偏差放大后再去控制调整管，那么调整管的作用就会大大提高，从而提高电路的稳压性能，由此引入具有放大环节的稳压电路。

3.具有放大环节的串联稳压电路

(1) 电路

图7.14是具有放大环节的串联型晶体管稳压电路的原理图。



它的输入电压UI是由整流滤波电路供给的。电阻R1和R2组成分压器，其作用是把输出电压的变化量取出一部分加到由T2组成的放大器的输入端，所以叫做取样电路。电阻R3和稳压管DZ组成稳压管稳压电路，用以提供基准电压，使T2的发射极电位固定不变。晶体管T2组成放大器，起比较和放大信号的作用。R4是T2的集电极电阻，也是T1的偏流电阻。从T2集电极输出的信号直接加到调整管T1的基极。

由图7.14可以看出，具有放大环节的串联型晶体管稳压电路是由调整元件、比较放大、基准电压和取样电路等几部分组成的。它的方框图如图7.15所示。



(2) 工作原理

稳压电路的稳压过程是这样的：如果由于电网电压降低或负载电流加大使输出电压Uo降低时，通过R1和R2的分压作用，T2的基极电位UB2下降，由于T2的发射极电位UE2被稳压管DZ稳住而基本不变，二者比较的结果，使T2的发射结正向电压UBE2减小，从而使T2的Ic2减小和UC2增高。UC2的升高又使T1的IB1和IC1增大，UCE1减小，最后使输出电压恢复到接近原来的数值。以上过程可以表示为

Uo↓→UB2↓→UBE2↓→IC2↓→UC2↑→IB1↑→IC1↑→Uo↑

同理，当Uo升高时，通过负反馈作用使Uo基本保持不变。

很显然，当放大器的放大倍数越大时，输出电压的稳定度就越高。

(3) 输出电压的大小和调节方法

在图7.14中，若忽略T2的基极电流的影响，则有



上面所讨论的串联反馈型稳压电路存在一些缺点，而相应地几种改进电路，这里我们综述如下：

①电网电压波动引起Ui波动时，将通过放大管集电极电阻R4影响调整管的基极电位，并引起输出电压Uo的波动。由此引进带辅助电源的串联稳压电路。

②当环境温度变化引起放大管T2静态工作点漂移时，将引起输出电压的不稳定。由此引进差动放大电路代替T2进行比较放大。

③当负载电流变化较大时，调整管基极电流的变化也相应较大，势必要求放大管T2的集电极电流也要有相当大的变化范围，一般小功率三极管较难实现。由此采用复合管代替调整管。

④增加集电极负载电阻R4可增加放大电路的放大倍数，但同时会使调整管得不到合适的静态工作点，而使稳压电流不能正常工作。由此我们可采用恒流源负载代替R4。

⑤当负载电流过大或负载短路时，流过调整管的电流也大，并承担全部输入电压，极易超过调整管的额定功耗值而烧毁，因此，我们引入限流型、截流型等保护电路。