詳解直流穩(wěn)壓電源電路

穩(wěn)壓電源一般由變壓器、整流器和穩(wěn)壓器三大部分組成。變壓器把市電交流電壓變?yōu)樗枰牡蛪航涣麟姟Ｕ髌靼呀涣麟娮優(yōu)橹绷麟?。?jīng)濾波后，穩(wěn)壓器再把不穩(wěn)定的直流電壓變?yōu)榉€(wěn)定的直流電壓輸出。

一、穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)及對(duì)穩(wěn)壓電源的要求

穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)可以分為兩大類：一類是特性指標(biāo)，如輸出電壓、輸出電濾及電壓調(diào)節(jié)范圍;另一類是質(zhì)量指標(biāo)，反映一個(gè)穩(wěn)壓電源的優(yōu)劣，包括穩(wěn)定度、等效內(nèi)阻（輸出電阻）、紋波電壓及溫度系數(shù)等。對(duì)穩(wěn)壓電源的性能，主要有以下四個(gè)萬(wàn)面的要求

1.穩(wěn)定性好

當(dāng)輸入電壓Usr （整流、濾波的輸出電壓）在規(guī)定范圍內(nèi)變動(dòng)時(shí)，輸出電壓Usc 的變化應(yīng)該很小一般要求 。

由于輸入電壓變化而引起輸出電壓變化的程度，稱為穩(wěn)定度指標(biāo)，常用穩(wěn)壓系數(shù)S 來(lái)表示：S的大小，反映一個(gè)穩(wěn)壓電源克服輸入電壓變化的能力。在同樣的輸入電壓變化條件下，S越小，輸出電壓的變化越小，電源的穩(wěn)定度越高。通常S約為 。

2.輸出電阻小

負(fù)載變化時(shí)（從空載到滿載），輸出電壓Usc ，應(yīng)基本保持不變。穩(wěn)壓電源這方面的性能可用輸出電阻表征。

輸出電阻（又叫等效內(nèi)阻）用rn 表示，它等于輸出電壓變化量和負(fù)載電流變化量之比。

rn 反映負(fù)載變動(dòng)時(shí)，輸出電壓維持恒定的能力，rn 越小，則Ifz變化時(shí)輸出電壓的變化也越小。性能優(yōu)良的穩(wěn)壓電源，輸出電阻可小到1歐，甚至0.01歐。

3.電壓溫度系數(shù)小

當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，會(huì)引起輸出電壓的漂移。良好的穩(wěn)壓電源，應(yīng)在環(huán)境溫度變化時(shí)，有效地抑制輸出電壓的漂移，保持輸出電壓穩(wěn)定，輸出電壓的漂移用溫度系數(shù)KT來(lái)表示。

4.輸出電壓紋波小

所謂紋波電壓，是指輸出電壓中50赫或100赫的交流分量，通常用有效值或峰值表示。經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓作用，可以使整流濾波后的紋波電壓大大降低，降低的倍數(shù)反比于穩(wěn)壓系數(shù)S 。

上節(jié)介紹的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路，用做一種簡(jiǎn)單的穩(wěn)壓電源，可以滿足一般無(wú)線電愛(ài)好者的需要。但是，這種電源還有許多“天生的”缺陷，要提高對(duì)性能的要求，就必須再做一些改進(jìn)。從以下四個(gè)右面對(duì)它的性能加以改善，便可做成一臺(tái)有實(shí)用價(jià)值的穩(wěn)壓電源了。這就是：增加放大環(huán)節(jié)，提高穩(wěn)定性，使輸出電壓可調(diào);用復(fù)合管做調(diào)整管，使輸出電流增大;增加保護(hù)電路，使電源工作安全可靠。

二、帶有放大環(huán)節(jié)的穩(wěn)壓電源

輸出電壓的變化量△Usc 是很微弱的，它對(duì)調(diào)整管的控制作用也很弱，因此穩(wěn)壓效果不夠好，帶有放大環(huán)節(jié)的穩(wěn)壓電源，就是在電路中增加一個(gè)直流放大器，把微弱的輸出電壓變化量先加以放大，再去控制調(diào)整管，從而提高對(duì)調(diào)整管的控制作用，使穩(wěn)壓電源的穩(wěn)定性能得到改善。圖5-22 是帶有放大環(huán)節(jié)的穩(wěn)壓電源電路。

圖中，BG1 是調(diào)整管，BG2 是比較放大管。輸出電田變化量△Usc 的一部分與基準(zhǔn)電壓Uw 比較，并經(jīng)BG2 放大后進(jìn)到了BG1 的基極。Rc 是BG2 的集電極電阻，又是BG1 的上偏置電阻。R1、R2是BG2 的上、下偏置電阻，組成分壓電路，把ΔUsc 的一部分作為輸出電壓的取樣，送給BG2 的基極，因此又叫

取樣電路 R2 上的電壓Ub2：叫取樣電壓。DW和R3組，成穩(wěn)壓電路，提供基準(zhǔn)電壓。

從電路路中可以看出，當(dāng)輸出電壓Usc 下降的時(shí)候，通過(guò)R1 、R2組成的分壓電路的作用，BG2 的基極電位Ub2也下降了。由于基準(zhǔn)電壓UW 使BG2 的發(fā)射極電位保持不變，Ubc2 ：=Ub2，一UW隨之減小。于是BG2 集電極電流Ic：減小，Uc2增高，即BG1 的基極電位Ub1增高，使Icl增加，管壓降Uce1減小，從而導(dǎo)致輸出電壓Usc 保持基本穩(wěn)定。BG2 的放大倍數(shù)越大，調(diào)整作用就越強(qiáng)，輸出電壓就越穩(wěn)定。

如果輸出電壓Usc 增高時(shí)，同樣道理，又會(huì)通過(guò)反饋?zhàn)饔檬筓sc 減小，保持輸出電壓基本不變。

下面談?wù)劯髟倪x取原則。前面已經(jīng)提到，Rc是放大級(jí)的負(fù)載電阻，又相當(dāng)于調(diào)整管的偏置電阻。Rc大，放大倍數(shù)大，有利于提高穩(wěn)壓器指標(biāo)，但Rc過(guò)大會(huì)使BG2 和調(diào)整管電流太小，限制了負(fù)載電流和調(diào)整范圍。通常Rc根據(jù)下列公式選?。?/p>

Usrmin 為整流輸出的最小電壓。Ic2可取1～3毫安。穩(wěn)壓管DW的穩(wěn)定電壓Uw，選擇范圍比較寬，只要不使BG2 飽和（即Uw比Usc 低2伏以下）均可。Uw取得大，取樣電壓可大些，有利于提高穩(wěn)壓性能。限流電阻R3通過(guò)的電流I3，應(yīng)該等于DW的穩(wěn)定電流，那應(yīng)滿足下述關(guān)系：

輸入電壓Usr 應(yīng)大于輸出電壓Usc 3～8伏。Usr 過(guò)小，調(diào)整管容易飽和而起不到調(diào)整作用;Usr 過(guò)大，則增加管子耗損，并浪費(fèi)功率。整流紋波小的，Usr 可取低些;紋波大的，Usr 應(yīng)取高些。調(diào)整管BG1 的β值要盡量大，為此可以使用復(fù)倉(cāng)管。調(diào)整管的功耗也要足夠大，應(yīng)滿足下式要求：

Usrmax 為電網(wǎng)電壓最高時(shí)的整流輸出電壓。放大管BG2 也要選用β值大的管子，以增強(qiáng)對(duì)調(diào)整管的控制作用，使輸出的更穩(wěn)定。在Usc 較大的穩(wěn)壓電路中，還應(yīng)注意BG2 所能承受的反向電壓，應(yīng)選取

的晶體管。分壓電阻（R1+R2）要適當(dāng)小些，以提高電路性能。通常取流過(guò)分壓電阻的電流大于放大管基極電流的5-10倍。分壓比決定于輸出電壓Usc 和參考電壓Uw，由下式?jīng)Q定：

一般可先選定R1 或R2，再通過(guò)計(jì)算調(diào)整另外一只電阻器，分壓比要選得大些，一般選0.5～0.8。

三、輸出電壓可調(diào)的穩(wěn)壓電源

從上面電路可以看到，輸出電壓與基準(zhǔn)電壓之間的關(guān)系，是由分壓電路來(lái)“調(diào)配”的。在基準(zhǔn)電壓一定的情況下，改變分壓比，就可以在一定范圍里改變輸出電壓。在

R1與R2之間加接一個(gè)電位器W（見(jiàn)圖5- 23），便可以實(shí)現(xiàn)輸出電壓在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。

四、用復(fù)合管做調(diào)整管的穩(wěn)壓電源 在穩(wěn)壓電源中，負(fù)載電流Ifz要流過(guò)調(diào)整管，輸出大電流的電源必須使用大功率的調(diào)整管，這就要求有足夠大的電流供給調(diào)整管的基極，而比較放大電路供不出所需要的大電流，另一方面，調(diào)整管需要有較高的電流放大倍數(shù)，才能有效地提高穩(wěn)壓性能，但是大功率管一般電流放大倍數(shù)都不高。解決這些矛盾的辦法，是給原有的調(diào)整管再配上一個(gè)或幾個(gè)“助手”，組成復(fù)合管。用復(fù)合管做調(diào)整管的穩(wěn)壓電源電路如圖5一24所示。

用復(fù)合管做調(diào)整管時(shí)，BG2 的反向電流Iceo2將被放大，尤其是采用大功率鍺管時(shí)，反向截止電流Icbo比較大，并隨溫度增高按指數(shù)增加，很容易造成高溫空載時(shí)穩(wěn)壓電源的失控，使輸出電壓Usc 增大。誤差信號(hào)ΔUsc 經(jīng)放大加到BG2 的級(jí)基極來(lái)減少I(mǎi)c人，可能迫使BG2 截止。為了使調(diào)整管在不同溫度下都工作在放大區(qū)，常在BG1 的基極加電阻（R7）接到電源的正極（如圖5一24）或負(fù)極。在溫度或負(fù)載變化不大或全用硅管時(shí)，可不加這個(gè)電阻。

R7的數(shù)值，可近似由下式?jīng)Q定：

五、帶有保護(hù)電路的穩(wěn)壓電源。

在穩(wěn)壓電路中，要采取短路保護(hù)措施，才能保證安全可靠地工作。普通保險(xiǎn)絲熔斷較慢，用加保險(xiǎn)絲的辦法達(dá)不到保護(hù)作用，而必須加裝保護(hù)電路。

保護(hù)電路的作用是保護(hù)碉整管在電路短路、電流增大時(shí)不被燒毀。其基本方法是，當(dāng)輸出電流超過(guò)某一致值時(shí)，使調(diào)整管處于反向偏置狀態(tài)，從而截止，自動(dòng)切斷電路電流。 保護(hù)電路的形式很多。圖2-25是二極管保護(hù)電路，由二極管D和檢圖2-25二極管保護(hù)電路測(cè)電阻R0組成。正常工作時(shí)，雖然二極管兩端的電壓上低下場(chǎng)，但二極管仍處于反向截止?fàn)顟B(tài)。負(fù)載電流增大到一定數(shù)值時(shí)，電阻RO上的壓陷ROIe加大，使二極管導(dǎo)通。由于UD=Ube1+ROIe，而二極管的導(dǎo)通電壓UD是一定的，則Ube1被迫減小，從而使Ie限制到一定值，達(dá)到保護(hù)調(diào)整管的目的。在使用時(shí)，二極管要選用UD值大的。

圖2-26是三極管保護(hù)電路。由三極管BG2和分壓電阻R4、R5組成。電路正常工作時(shí)，通過(guò)R4與R5的壓作用，使得BG2的基極電位比發(fā)射極電位高，發(fā)射結(jié)承受反向電壓。于是BG2處于截止?fàn)顟B(tài)（相當(dāng)于開(kāi)路），對(duì)穩(wěn)壓電路沒(méi)有影響。當(dāng)電路短路時(shí)，輸出電壓為零，BG2的發(fā)射極相當(dāng)于接地，則BG2處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)（相當(dāng)于短路），從而使調(diào)整管BG1基極和發(fā)射極近于短路，而處于截止?fàn)顟B(tài)，切斷電路電流，從而達(dá)到保護(hù)目的。