#直流稳压电源串联稳压电源.docx

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#直流稳压电源串联稳压电源

直流稳压电源技术——串联稳压电源

第四章串联稳压电源

上一章我们谈到并联稳压电源有效率低、输出电压调节范围小和稳定度不高这三个缺点。

而串联

稳压电源正好可以避免这些缺点，所以现在广泛使用的一般都是串联稳压电源。

、简易串联稳压电源

1、原理分析

图4－1－1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UD1，T1发射结电压

当输出电压远大于T1发射结电压时，可以忽略

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

而造成T1发射结电压

这个调整过程可以使用下面的变化关系图表示：

UO↓→

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：

UO↑→

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这里我们只分析了输出电压UO降低的稳压工作原理，其实输入电压UI降低等其他情况下的稳压工作原理都与此类似，最终都是反应在输出电压UO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＝

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D

1，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UO的变化来调节T1的管压降

控制作用较小，稳压效果还不够理想。

因此这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

图4－1－1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、DZ、R18构成简易稳压电路，B6、D4～D7、C21组成整流滤波电路。

因为T8发射结有0.7V压降，为保证输出电压达到6V，应选用稳压值为6.7V左右的稳压管。

、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。

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1、原理分析

图4－2－1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，R3～R5组成取样电路，R6是负载。

其电路组成框图见图4－2－2。

假设因为某种原因引起输出电压UO降低时，通过R3～R5的取样电路，引起T2基极电压

比例下降，因为T2发射极电压

这个调整过程可以使用下面的变化关系图表示：

UO↓→

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：

UO↑→

与简易串联稳压电源相似，当输入电压UI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，最终都可以用上面分析的过程说明其工作原理。

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β值越大，输出的电压稳

定性越好。

2、调节输出电压

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前面我们还说到R3～R5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基极电压

当R4滑动到最上端时T2基极电压

此时输出电压为：

这时的输出电压是最小值。

当R4滑动到最下端时T2基极电压

此时输出电压为：

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这时的输出电压是最大值。

以上计算中，当

通过上面的计算我们可以看出，只要合适选择R3～R5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UO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增加输出电流。

一般复合调整管

有四种连接方式，如图4－2－7所示。

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图4－2－7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βT1βT2，极性和T2一致，功率为

图4－2－8是一个实用串联负反馈稳压电源电路图。

此电路采用图4－2－7

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。

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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：

6V～15V；

2最大输出电流IO：

500mA；

3电网电压变化±10％时，输出电压变化小于±1％；

2、电路初选

图4－3－1：

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、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4－2－9。

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3、变压部分

这一部分主要计算变压器B1次级输出电压

一般整流滤波电路有2V以上的电压波动<设为ΔUD）。

调整管T1的管压降

整流输出电压最大值为15V。

根据第二章《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1.2倍。

当电网电压下降－10％时，变压器次级输出的电压应能保证后续电路正常工作，那么变压器B1次

级输出电压

则变压器B1次级额定电压为：

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

OMAX＝

O×1.1

00mA。

此时变压器次级电压

变压器B1的设计功率为：

PB1＝

PB1＝20.35V×500mA＝10.2VA

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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

因为四个整流管D1～D4参数相同，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：

考虑到取样和放大部分的电流，可选取最大电流

整流管D1的耐压

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<3－5）×0.5×T÷R，一般系数

取5，因为市电频率是50Hz，所以T为0.02S，R为负载电阻。

当最不利的情况下，即输出电压为15V，负载电流为500mA时：