#直流稳压电源讲稿

1、1/ 16串联稳压电源、简易串联稳压电源1原理分析图411是简易串联稳压电源，T1是调整管，D1是基准电压源，R1是限流电阻，R2是负载。因为T1基极电压被D1固定在Ub1,T1发射结电压Lh)BE在T1正 常工作时基本是一个固定值一般硅管为0.7V，锗管为0.3V)，所以输出电压UO=UD1Uh)BE。当输出电压远大于T1发射结电压时，可以忽略UT1)BE,则UbUD1。下面我们分析一下建议串联稳压电源的稳压工作原理：假设因为某种原因引起输出电压UO降低，即T1的发射极电压UT1)E降低，因为UD1保持不变，从而造成T1发射结电压UT1)BE上升，引起T1基极电流lT1)B上 升，从而造成T

2、1发射极电流lT1)E被放大3倍上升，由晶体管的负载特性可知，这时T1导通更加充分管压降Uh)CE将迅速减小，输入电压U更多的加到负载上，UO得到快速回升。这个调整过程可以使用下面的变化关系图表示：UbjlUT1)EJTUD1恒定TUT1)|T1)|T1)UT1)CEUof当输出电压上升时，整个分析过程与上面过程的变化相反，这里我们就 不再重复，只是简单的用下面的变化关系图表示：Ub?TUT1)EfTUD1恒定TUT1)BEJT|T1)BJT|T1)EJTUT1)CEfTU0J这里我们只分析了输出电压Ub降低的稳压工作原理，其实输入电压U降低等其他情况下的稳压工作原理都与此类似，最终都是反应在

3、输出电压Ub降低上，因此工作原理大致相同。从电路的工作原理可以看出，稳压的关键有两点：一是稳压管D1的稳压值UD1要保持稳定；二是调整管T1要工作在放大区且工作特性要好。其实还可以用反馈的原理来说明简易串联稳压电源的工作原理。 因为电 路是一个射极输出器，属于电压串联负反馈电路，电路的输出电压为Uo=5)EUT1)B,因为Ur1)B保持稳定，所以输出电压Ub也保持稳定。简易串联稳压电源因为使用固定的基准电压源D1,所以当需要改变输出电压时只有更换稳压管D1,这样调整输出电压非常不方便。另外因为直接通过输出电压Ub的变化来调节T1的管压降UT1)CE,这样控制作用较小，稳压效果还不够理想。因此这

4、种 稳压电源仅仅适合一些比较简单的应用场合。2、电路实例2/ 16图411是简易串联稳压电源的一个实际应用电路，这个电路用在无 锡市无线电五厂生产的“咏梅”牌771型8管台式收音机上。其中T8、CZ、R18构成简易3/ 16稳压电路，B6、D4D7、C21组成整流滤波电路。因为T8发射结有0.7V压降，为保证输、串联负反馈稳压电源因为简易串联稳压电源输出电压受稳压管稳压值得限制无法调节，当需要改变输出电压时必须更换稳压管，造成电路的灵活性较差；同时由输出电压直接控制调 整管的工作，造成电路的稳压效果也不够理想。所以必须对简易稳压电源进行改进，增加 一级放大电路，专门负责将输出电压的变化量放大后

5、控制调整管的工作。因为整个控制过 程是一个负反馈过程，所以这样的稳压电源叫串联负反馈稳压电源。1、原理分析图421是串联负反馈稳压电路电路图，其中T1是调整管，D1和R2组成基准电压，T2为比较放大器，R3R5组成取样电路，R6是负载。其电路组成框图见 图422。假设因为某种原因引起输出电压UO降低时，通过R3R5的取样电路，引起T2基极电压5)。成比例下降，因为T2发射极电压5)E受稳压管D1的稳压值控制 保持不变，所以T2发射结电压5)BE将减小，于是T2基极电流IT2)B减小，T2发射极电 流lT2)E跟随减小，T2管压降Lh)CE增加，导致其发射极电压UT2)C上升，即调整管T1基极电

6、压LTi)B将上升，T1管压降LTi)CE减小，使输入电压U更多的加到负载上，这样输 出电压UO就上升。这个调整过程可以使用下面的变化关系图表示：UbUT2)OJUDI恒定TUT2)BEJT1T2)BJTIT2)EJTUT2)CEfTUT2)cfiUTI)BUTI)CEJTUof当输出电压升高时整个变化过程与上面完全相反，这里就不再赘述，简单的用下图表示：UOfTUT2)OfTUDi恒定TUT2)BETT|T2)B|T2)EUT2)CEJTUT2)CJTUTI)BJTUTI)CEfTUOJ与简易串联稳压电源相似，当输入电压U或者负载等其他情况发生时，都会引起输出电压UO的相应变化，最终都可以用

7、上面分析的过程说明其工作原理。出电压达到6V,应选用稳压值为6.7V左右的稳压管。4/ 16在串联负反馈稳压电源的整个稳压控制过程中，因为增加了比较放大电路T2,输出电压UO的变化经过T2放大后再去控制调整管T1的基极，使电路的稳压性能得 到增强。T2的3值越大，输出的电压稳定性越好。2、调节输出电压前面我们还说到R3R5是取样电路，因为取样电路并联在稳压电路的 输出端，而取样电压实际上是通过这三个电阻分压后得到。在选取R3- R5的阻值时，可以通过选择适当的电阻值来使流过分压电阻的电流远大于流过T2基极的电流。也就是说可以忽略T2基极电流的分流作用，这样就可以用电阻分压的计算方法来确定T2基

8、极电压UT2)Bo当R4滑动到最上端时T2基极电压Ur2)B为:TlOR2图图4一一2 1；串联负反馈稳串联负反馈稳IS电源电路图电源电路图UO取样电路5/ 16图图4-2-3：R4滑动劉最上端时滑动劉最上端时T2基极电压计算公式基极电压计算公式此时输出电压为:(%)产R4+ R5R3 + R4 + R56/ 16门R3 + R4 + R5 $口、Un= - QUnJE0R4 + R5n BTT _ R3 + R4 + R5一 打.丄门、U口-R4 + R5-（U口1 BE + U D J图图4-2-4r R4滑动到滑动到最上端时输出最上端时输出电压计算公式电压计算公式这时的输出电压是最小值。

9、当R4滑动到最下端时T2基极电压UT2）B为:0 4-2-5: R4滑动到虽下端时丁滑动到虽下端时丁2基极电压计算公式基极电压计算公式此时输出电压为：型彎竺（UR3 +誥+R5（u”儿+%）图图4-2-6. R4滑动到最下端时愉岀电压计算公式滑动到最下端时愉岀电压计算公式这时的输出电压是最大值。以上计算中，当UT2）BELDI时可以忽略Ur2）BE的值。通过上面的计算我们可以看出，只要合适选择R3R5的阻值就可以控制输出电压UO的范围，改变R3和R5的阻值就可以改变输出电压Ub的边界值。3、增加输 出电流当输出电流不能达到要求时，可以通过采用复合调整管的方法来（UT2）B=R5R3 -F R4

10、 + R57/ 16图图42九九 复合管的四种连接方式复合管的四种连接方式图427中的复合管都是由一个小功率三极管T2和一个大功率三极管T1连接而成。复合管就可以看作是一个放大倍数为3T13T2,极性和T2一致，功率为PTl)PCM的大功率管，而其驱动电流只要求1T2)B。图428是一个实用串联负反馈稳压电源电路图。此电路采用图427a)中的复合管连接方法来增加输出电流大小。另外还增加了一个电容C2,它的主要作用是防止产生自激振荡，一旦发生自激振荡可由C2将其旁路掉。增加输出电流。般复合调整管有四种连接方式，如图42-7所示。8/ 16丁I图图4-2-8:使用复合调整管的串联负仗馈稳压电源电路

11、图使用复合调整管的串联负仗馈稳压电源电路图三、设计实例这一节我们综合运用前面各章节的知识，根据给定条件实际设计一个直 流稳压电源，通过这个设计实例更好的掌握串联负反馈稳压电源的设计。因为是业余条件 下的设计，有些参数指标并没有过多考虑，有部分参数以经验值进行估算。这样可以避免 涉及过深、过多的理论知识，对于业余条件下的应用完全可以满足。1电路指标1直流输出电压UO:6V15V;2最大输出电流Io：500mA3电网电压变化土10%时，输出电压变化小于土1%;2、电路初选图43-1:直流稳压电源电路设计初选电路图因为桥式整流、电容滤波电路十分成熟，这里我们选择桥式整流、电容 滤波电路作为电源的整流

12、、滤波部分。因为要求电源输出电压有一定的调整范围，稳压电 源部分选择串联负反馈稳压电路。同时因为对输出电流要求比较大，调整管必须采用复合 管。综合这些因素可以初步确定电路的形式，参见图429。3、变压部分这一部分主要计算变压器B1次级输出电压UBi)O和变压器的功率Ri。 一般整流滤波电路有2V以上的电压波动设为UD)。调整管T1的管压降UTi)CE应维持 在3V以上，才能保证调整管T1工作在放大区。整流输出电压最大值为15V。根据第二章9/ 16常用整流滤波电路计算表可知，桥式整流输出电压是变压器次级电压的i.2倍。当电网电压下降一10%时，变压器次级输出的电压应能保证后续电路正 常工作，那

13、么变压器B1次级输出电压LBl)OMIN应该是：LBl)OMIN=UD+UTl)CE+Lb)MA0+1.2UBi)OMIN=2V+3V+15V)-1.2=20V-1.2=16.67V则变压器B1次级额定电压为：LB1)O=LB1)OMIN-0.9LB1)O=16.67V-0.9=18.5V当电网电压上升10%时，变压器B1的输出功率最大。这时稳压电源 输出的最大电流IO)MAX为500mA此时变压器次级电压LB1)OMA为：LB1)OMA=XLB1)OX1.1LB1)oMA=x18.5VX1.1=20.35V变压器B1的设计功率为：PB1=LB1)oMAxXIo)MAxPB1=20.35VX5

14、00mA=10.2VA为保证变压器留有一定的功率余量，确定变压器B1的额定输出电压为18.5V，额定功率为12VA。实际购买零件时如果没有输出电压为18.5V的变压器可以选用输出电压为18V或以上的变压器。当选用较高输出电压的变压器时，后面各部分电路的参 数需要重新计算，以免因为电压过高造成元件损坏。4、整流部分这一部分主要计算整流管的最大电流ID1)MAX和耐压VD1)RM因为四个整流管D1D4参数相同，所以只需要计算D1的参数。根据第二章常用整流滤波电路计算表可知，整流管D1的最大整流 电流为：ID1)MAX=0.5XIoID1)MAX=0.5X500mA=0.25A考虑到取样和放大部分的

15、电流，可选取最大电流lD1)MAX为0.3A。整流管D1的耐压VD1)RM即当市电上升10%时D1两端的最大反向峰值 电压为：也)RM1.414XUB1)OMA=1.414X1.1XLB1)O1.555XLB1)oVD1) RQ1.555X18.5V29V得到这些参数后可以查阅有关整流二极管参数表，这里我们选择额定电 流1A,反向峰值电压50V的IN4001作为整流二极管。5、滤波部分这里主要计算滤波电容的电容量C1和其耐压VC1值。根据根据第二章滤波电容选择条件公式可知滤波电容的电容量为35)X0.5XT-R,般系数取5,因为市电频率是50Hz,所以T为0.02S,R为负载电阻。 当最不利的

16、情况下，即输出电压为15V,负载电流为500mA时：C1=5X0.5XT-Uo-Io)C1=5X0.5X0.02S-15V-0.5A1666卩F10/ 16当市电上升10时整流电路输出的电压值最大，此时滤波电容承受的最大电压为： 仏=UBi)OMA尸20.35V实际上普通电容都是标准电容值，只能选取相近的容量，这里可以选择2200卩F的铝质电解电容。耐压可选择25V以上，一般为留有余量并保证长期使用中的安全，可将滤波电容的耐压值选大一点，这里选择35V。6、调整部分调整部分主要是计算调整管T1和T2的集电极发射极反向击穿电压BW)CEO,最大允许集电极电流1T1)CM最大允许集电极耗散功率PT

17、1)CM。在最不利的情况下，市电上升10，同时负载断路，整流滤波后的出电压全部加到调整管T1上，这时调整管T1的集电极发射极反向击穿电压BV-1)CEO为:BVT1)CEO=UB1)OMA=X20.35V考虑到留有一定余量，可取BVTi)CEO为25V。当负载电流最大时最大允许集电极电流1-1)CM为:IT1)CM=IO=500mA考虑到放大取样电路需要消耗少量电流，同时留有一定余量，可取ITI)CM为600mA这样大允许集电极耗散功率PT1)CM为:PT1)CM=UB1)OMAXUOMIN) XIT1)CMPT1)CM=50V,完全可以满足要求。如果实在无法找到3DD155A也可以考虑用3D

18、D15A代替，该管参数为：FCM=50W ICM=5A,BCEO60V。选择调整管T1时需要注意其放大倍数340。调整管T2各项参数的计算原则与T1类似，下面给出各项参数的计算过程。BVT2)CEO=BVT1)CEO=UB1)OMA=X20.35V同样考虑到留有一定余量，取BW)CEO为25V。IT2)CM=1T1)CMT3T1IT2)CM=600mAr 40=15mAPT2)CM=UB1)OMAXUOMIN) XIT2)CMPT2)CM=20.35V6V) X1 5mA=0.21 525W考虑到留有一定余量，可取30V,完全可以满足要求。还可以采用9014作为调整管T2,该管参数为：PCM=

19、450mW ICM=100mA BVCEO45V,也可以满足要求。选择调整管T2时需要注意其放大倍数380。则此时T2所需要的基极驱动电流为：1T2)MA=IT2)CMT3-1=15mAr 80=0.1875mA7、基准电源部分基准电源部分主要计算稳压管D5和限流电阻R2的参数。稳压管D5的稳压值应该小于最小输出电压UOMIN但是也不能过小，否PTI)CM为10W3DD155A作为调整管T1。该管参数为：PCM11/ 16则会影响稳定度。这里选择稳压值为3V的2CW51该型稳压管的最大工作电流为71mA最大功耗为250mW为保证稳定度，稳压管的工作电流ID5应该尽量选择大一些。而其工作电流ID

20、5=1T3)CE+IR2,因为1T3)CE,则ID5IR2o这里初步确定IR2MI=8mA贝UR2为：R2=UOMINUD5) *IR2MINR2=IR3O另外为了保证稳压电源空载时调整管能够工作在放 大区，需要让IR3大于调整管T1的最小工作电流1TI)CEMIN=因为3DD155A最小工作电流1T1)CEMIN为1mA因此取IR3MIN=10mA则可得：R3+R4+R5=UOMINIR3MINR3+R4+R5=6V+10m/=600Q当输出电压UO=6V时：UD5+Uh3)BE=R4+R5)*R3+ R4+R5)XUOR4+R5)=UD5+Ur3)BE)XR3+ R4+R5)*UOR4+R

21、5)=3V+0.7V) X600Q -6V=370Q当输出电压UO=15V时：UD5+UT3)BE=R5 R3+ R4+R5)XUOR5=UD5+UT3)BE)XR3+ R4+R5)*UOR5=3V+0.7V) X600Q -15V=148Q实际选择时可取R5为150Qo这样R4为220Q,R3为230Q。但实际 选择时可取R3为220Q o9、放大部分放大部分主要是计算限流电阻R1和比较放大管T3的参数。因为这部分电路的电流比较小，主要考虑T3的放大倍数3和集电极一发射极反向击穿电压BW)CEoo这里需要T3工作在放大区，可通过控制T3的集电极电流IT3)C来达到。而1T3)C是由限流电阻R

22、1控制，并且有：IR1=IT3)C+lT2)B；另一方面，为保证T3稳定工作在放大区，以保证电源的稳定度，其集电极电流lT3)C不能太大。这里可以选IR1为1mA当输出电压最小时，则R1为：R1=LB1)O一UO一UT1)BE一UT2)BE)*IR1R1=15V6V0.7V0.7V)-1mA= 7.6KQ实际选择时可取R1为7.5 KQ o12/ 16当输出电压最大时，IR1为：IR1= UBl)O一Ub一UTl)BE一UT2)BE)*R1IR1=,3DG12X 1(9013X1晶体二极管IN4007电阻器、电容器若干X4稳压管IN4735X1四、实验内容1、整流滤波电路测试按图18-3连接实

23、验电路。取可调工频电源电压为16V,作为整流电路输入电压U201取RL=240Q，不加滤波电容，测量直流输出电压U及纹波电压L,并用示波器观察U2和UL波形，记入表18-1O2取RL=240Q,C=470卩f，重复内容1的要求，记入表18-1。3取RL=120Q,C=470卩f，重复内容1的要求，记入表18-1。TMxinn?J图18-3整流滤波电路17/ 16表18-1 U2=16V每次改接电路时，必须切断工频电源。在观察输出电压UL波形的过程中，“Y轴灵敏度”旋钮位置调好以后，不要再变动，否则 将无法比较各波形的脉动情况。2、串联型稳压电源性能测试切断工频电源，在图18-3基础上按图18-2连接实验电路。1初测稳压器输出端负载开路，断开保护电路，接通16V工频电源，测量整流电路输入电压U2,滤波电路输出电压U稳压器输入电压）及输出电压U0。调节电位器RW观察U0的大小和变化情况，如果U）能跟随RW线性变化，这说明稳压电路各反馈环路工作基本正常。否则，说明稳压电路 有故障，因为稳压器是一个深负反馈的闭