1、引言 當今社會人們極大的享受著電子設備帶來的便利，但是任何電子設備都有一個共同的電路-電源電路。大到超級計算機、小到袖珍計算器，所有的電子設備都必須 在電源電路的支持下才能正常工作。當然這些電源電路的樣式、復雜程度千差萬別。超級計算機的電源電路本身就是一套復雜的電源系統。通過這套電源系統，超級計算機各部分都能夠得到持續穩定、符合各種復雜規范的電源供應。袖珍計算器則是簡單多的電池電源電路。不過你可不要小看了這個電池電源電路，比較新型的電 路完全具備電池能量提醒、掉電保護等高級功能。可以說電源電路是一切電子設備的基礎，沒有電源電路就不會有如此種類繁多的電子設備。 由于電子技術的特性，電子設備對電源

2、電路的要求就是能夠提供持續穩定、滿足負載要求的電能，而且通常情況下都要求提供穩定的直流電能。提供這種穩定的直流電能的電源就是直流穩壓電源。直流穩壓電源在電源技術中占有十分重要的地位。另外，很多電子愛好者初學階段首先遇到的就是要解決電源問題，否則電路無法工作、電子制作無法進行，學習就無從談起。第一章 穩壓電源的分類一、穩壓電源的分類 穩壓電源的分類方法繁多，按輸出電源的類型分有直流穩壓電源和交流穩壓電源；按穩壓電路與負載的連接方式分有串聯穩壓電源和并聯穩壓電源；按調整管的工作狀態分有線性穩壓電源和開關穩壓電源；按電路類型分有簡單穩壓電源和反饋型穩壓電源，等等。如此繁多的分類方式往往讓初學者摸不著

3、頭腦，不知道從哪里入 手。其實應該說這些看似繁多的分類方法之間有著一定的層次關系，只要理清了這個層次自然可以分清楚電源的種類了。 既然我們談的是穩壓電源的分類，那么首先就應該清楚電源的輸出是什么，是輸出直流電還是輸出交流電。這樣第一個層次就出來了，首先應該根據電源的輸出類型 來分類。接下來的分類就要麻煩一些，是按穩壓電路與負載的連接方式分類還是按調整管的工作狀態分類呢？其實了解一下我們身邊的電子設備會發現實際應用中穩 壓電源有兩個區別很大的種類，一種是各種比較簡單的電子設備中廣泛使用的線性穩壓電源，比如收音機、小型音響等；一種是各種復雜電子設備中廣泛使用的開關 穩壓電源，比如大屏幕彩電、微型計

4、算機等。這樣看來第二個層次的分類我們可以根據調整管的工作狀態來分類。接下來的第三個層次的分類就是根據穩壓電路與負 載的連接方式來分類。再往下面細分由于各種不同的電路特性相差太大，就不好一概而論，應該根據每一個具體類別的特性進行分類區分了。當然這里所談的分類只 是根據直流穩壓電源的特點給出一個大致的分類思路，圖111是根據上面的思路劃分的穩壓電源種類： 二、專題結構介紹 直流穩壓電源技術專題將基本根據圖111的結構對直流穩壓電源進行系統的介紹，主要的內容有： 穩壓電源的分類 直流穩壓電源基礎（基本性能指標、元器件基礎、電路基礎）并聯穩壓電源（硅穩壓二極管型、晶體管型） 串聯穩壓電源（簡單串聯型、

5、串聯反饋型、帶放大器的串聯反饋型、其他串聯型） 集成串聯穩壓器（三端穩壓器、低壓差穩壓器等） 開關電源原理 各類常見開關電源 集成開關電源第二章 穩壓電源基礎一、電子元件基礎知識直流穩壓電源中主要使用這些電子元件：電阻、電容、變壓器、電感、二極管、三極管、場效應管、集成電路等， 有些直流穩壓電源可能還有發光二極管、電流表、電壓表元件用于工作狀態的指示。這些電子元件主要分為無源器件和有源器件兩大類。其中無源器件是電阻、電 容、變壓器、電感；有源器件是二極管、三極管、場效應管、集成電路。無源器件就不必說了，下面我們主要介紹一下有源器件的基礎知識。1、二極管 二極管是我們通常情況下的俗稱，它的學名叫

6、晶體二極管或半導體二極管。二極管就是由一個PN結，加上相應的電極引線封裝而成。二極管按材料分類有硅材料和 鍺材料；按功能分類又可以分為整流二極管、檢波二極管、開關二極管、穩壓二極管、變容二極管、肖特基二極管、發光二極管等。常用的二極管主要是利用PN結 的單向導電性進行工作。如：整流二極管、檢波二極管、開關二極管等。但是二極管還有一些比較特殊的性能，比如穩壓二極管反向擊穿后兩端電壓保持不便；變容 二極管PN結間的結電容會隨著外加電壓的變化而發生變化；發光二極管通電后能夠發光。（1）二極管的主要參數正向電流IF：在額定功率下，允許通過二極管的電流值。正向電壓降VF：二極管通過額定正向電流時，在兩極

7、間所產生的電壓降。最大整流電流（平均值）IOM：在半波整流連續工作的情況下，允許的最大半波電流的平均值。反向擊穿電壓VB：二極管反向電流急劇增大到出現擊穿現象時的反向電壓值。正向反向峰值電壓VRM：二極管正常工作時所允許的反向電壓峰值，通常VRM為VP的三分之二或略小一些。反向電流IR：在規定的反向電壓條件下流過二極管的反向電流值。結電容C：電容包括電容和擴散電容，在高頻場合下使用時，要求結電容小于某一規定數值。最高工作頻率FM：二極管具有單向導電性的最高交流信號的頻率。（2）直流穩壓電源中常用的二極管直流穩壓電源中常用的二極管有整流二極管、穩壓二極管和發光二極管。整流二極管將交流電流變為直流

8、電流的二極管叫作整流二極管，它是面結合型晶體二極管，因結電容大，故工作頻率低。通常，IF在 1安以上的二極管采用金屬殼封裝，以利于散熱；IF在1安以下的采用塑料封裝。由于近代工藝水平的提高，也有一些較大功率的二極管 也采用塑封形式。在電路原理圖中整流二極管用圖211的符號表示。穩壓二極管穩壓二極管是由硅材料制成的面結合型晶體二極管，它是利用PN結反向擊穿時的電壓基本上不隨電流的變化而變化的特點來達到穩壓的目的。因為 它能在電路中起穩壓作用，故稱為穩壓二極管（簡稱穩壓管）。在電路原理圖中穩壓二極管用圖212的符號表示。穩壓管的伏安特性曲 線如圖213所示。當反向電壓達到VZ時，即使電壓有一微小的

9、增加，反向電流亦會猛增（反向擊穿曲線很徒直）這時，二極管處于 擊穿狀態，如果把擊穿電流限制在一定的范圍內，管子就可以長時間在反向擊穿狀態下穩定工作。2、三極管 三極管的學名叫晶體三極管或半導體三極管，可以說它是電子電路中最重要的器件。三極管最基本的作用是放大作用。它可以把微弱的電信號變成一定強度的信號，當然這種轉換仍然遵循能量守恒，它只是把電源的能量轉換成信號的能量 罷了。三極管還可以作電子開關，配合其它元件還可以構成振蕩器。三極管顧名思義具有三個電極。二極管是由一個PN結構成，而三極管由兩個PN結構成。共用的一個電極稱為三極管的基 極（用字母b表 示），其他的兩個電極稱為集電極（用字母c表示

10、）和發射極（用字母e表示）。由于不同的組合方式，形成了一種是NPN型的三極管，另一種是PNP型的三極管。因此三極管的電路圖符號有兩種：箭頭朝外的是NPN型三極管，而箭頭朝內的是PNP型。有一個箭頭的電極是發射極，實際 上箭頭所指的方向是電流的方向。這兩種類型的三極管電路圖符號見圖：214。三極管的種類很多，并且不同型號各有不同的用途。前面說PNP型和NPN型是從結構工藝上來分類。按照制造材料分類，有鍺管和硅管；按照工作頻率分類，有低頻管和高頻管；一 般低頻管用以處理頻率在3MHz以下的電路中，高頻管的工作頻率可以達到幾百兆赫。按照允許耗散的功率大小分類，有小功率管和大功率 管；一般小功率管的額

11、定功耗在1W以下，而大功率管的額定功耗可達幾十瓦以上。常見的三極管大多采用是塑料封裝或金屬封裝。（1）三極管的主要參數電流放大系數：在靜態情況下，三極管集電極的直流電流Ic與基極電流Ib的比值，稱為三極管的靜態電流 放大系數。在動態情況下，集電極電流的變化量Ic與基極電流的變化量Ib的比值，稱為三極管的動態電流 放大系數（或交流放大系數）。因為通常情況下三極管的靜態電流放大系數與動態電流放大系統相差很小，實際使用時一般混用這兩個參數而不加以區別。集電極反向飽和電流Icbo：發射極開路，在集電極與基極之間加上一定的反向電壓時，所對應的反向電流。穿透電流Iceo：指基極開路，集電極與發射極之間加一

12、定反向電壓時的集電極電流Icbo與Iceo的關系為：Iceo（1）IcboIcbo和Iceo都是衡量三極管熱穩定性的重要參數。共射極截止頻率f：三極管的值是頻率的函數，中頻段=o幾乎與頻率無關。但是隨著頻率的增高，值下降。當值下降到中頻段 0.707O時，所對應的頻率，稱為共射極截止頻率，用f表示。特征頻率fT：當三極管的值下降到1時所對應的頻率，稱為特征頻率。在ffT的范圍內，值 與f幾乎成線性關系，f越高，越小，當工作頻率ffT，時，三極管便失去了放大能力。最大允許集電極耗散功率PCM：PCM 是指三極管集電結受熱而引起晶體管參數的變化不超過所規定的允許值時，集電極耗散的最大功率。當實際功

13、耗Pc大于PCM時， 不僅使三極管的參數發生變化，甚至還會燒毀三極管。最大允許集電極電流ICM：當IC很大時，值逐漸下降。一般規定在值下降到額定值的23（或12）時所對應的集電極電流為ICM。 當ICICM時，值已減小到不實用的程度，且有燒毀三極管的可能。反向擊穿電壓BVCEO與BVCEO：BVCEO是指基極開路時，集電極與發射極間的反向擊穿電壓。BVCBO是指發射極開路 時，集電極與基極間的反向擊穿電壓。（2）三極管的三種工作狀態 截止狀態： 當加在三極管發射結的電壓小于PN結的導通電壓，基極電流為零，集電極電流和發射極電流都為零，三極管這時失去了電流放大作用，集電極和發射極之間相當于 開關

14、的斷開狀態，我們稱三極管處于截止狀態。 放大狀態： 當加在三極管發射結的電壓大于PN結的導通電壓，并處于某一恰當的值時，三極管的發射結正向偏置，集電結反向偏置，這時基極電流對集電極電流起著控制作 用，使三極管具有電流放大作用，其電流放大倍數Ic/Ib，這時三極管處放大狀態。 飽和導通狀態： 當加在三極管發射結的電壓大于PN結的導通電壓，并當基極電流增大到一定程度時，集電極電流不再隨著基極電流的增大而增大，而是處于某一定值附近不怎么變 化，這時三極管失去電流放大作用，集電極與發射極之間的電壓很小，集電極和發射極之間相當于開關的導通狀態。三極管的這種狀態我們稱之為飽和導通狀態。3、場效應管 場效應

15、晶體管（FET）簡稱場效應管，它屬于電壓控制型半導體器件，具有輸入電阻高（108109）、 噪聲小、功耗低、沒有二次擊穿現象、安全工作區域寬等優點，現已成為雙極型晶體管和功率晶體管的強大競爭者。 場效應管分結型、絕緣柵型兩大類。結型場效應管（JFET）因有兩個PN結而得名，絕緣柵型場效應管（JGFET）則因柵極與其它電極完全絕緣而得名。目 前在絕緣柵型場效應管中，應用最為廣泛的是MOS場效應管，簡稱MOS管（即金屬-氧化物-半導體場效應管MOSFET）；此外還有PMOS、NMOS和 VMOS功率場效應管，以及最近剛問世的MOS場效應管、VMOS功率模塊等。 按溝道半導體材料的不同，結型和絕緣柵

16、型各分溝道和P溝道兩種。若按導電方式來劃分，場效應管又可分成耗盡型與增強型。結型場效應管均為耗盡型，絕緣柵型 場效應管既有耗盡型的，也有增強型的。 部分場效應管的電路圖符號見圖215所示。由于場效應管的種類比較多，后面介紹具體電路時在詳細介紹每種場效應管的內容，這里就不詳細介紹了。二、直流穩壓電源的技術指標直流穩壓電源的技術指標可以分為兩大類：一類是特性指標，反映直流穩壓電源的固有特性，如輸入電壓、輸出電 壓、輸出電流、輸出電壓調節范圍；另一類是質量指標，反映直流穩壓電源的優劣，包括穩定度、等效內阻（輸出電阻）、紋波電壓及溫度系數等。1、特性指標（1）輸出電壓范圍 符合直流穩壓電源工作條件情況

17、下，能夠正常工作的輸出電壓范圍。該指標的上限是由最大輸入電壓和最小輸入輸出電壓差所規定，而其下限由直流穩壓電源內部 的基準電壓值決定。（2）最大輸入輸出電壓差 該指標表征在保證直流穩壓電源正常工作條件下，所允許的最大輸入輸出之間的電壓差值，其值主要取決于直流穩壓電源內部調整晶體管的耐壓指標。（3）最小輸入輸出電壓差 該指標表征在保證直流穩壓電源正常工作條件下，所需的最小輸入輸出之間的電壓差值。（4）輸出負載電流范圍 輸出負載電流范圍又稱為輸出電流范圍，在這一電流范圍內，直流穩壓電源應能保證符合指標規范所給出的指標。2、質量指標（1）電壓調整率SV電壓調整率是表征直流穩壓電源穩壓性能的優劣的重要

18、指標，又稱為穩壓系數或穩定系數，它表征當輸入電壓VI變化 時直流穩壓電源輸出電壓VO穩定的程度，通常以單位輸出電壓下的輸入和輸出電壓的相對變化的百分比表示。電壓調整率公式見圖 221。（2）電流調整率SI 電流調整率是反映直流穩壓電源負載能力的一項主要自指標，又稱為電流穩定系數。它表征當輸入電壓不變時，直流穩壓電源對由于負載電流（輸出電流）變化而引 起的輸出電壓的波動的抑制能力，在規定的負載電流變化的條件下，通常以單位輸出電壓下的輸出電壓變化值的百分比來表示直流穩壓電源的電流調整率。電流調整 率公式見圖222。（3） 紋波抑制比SR 紋波抑制比反映了直流穩壓電源對輸入端引入的市電電壓的抑制能力

19、，當直流穩壓電源輸入和輸出條件保持不變時，紋波抑制比常以輸入紋波電壓峰峰值與輸出紋 波電壓峰峰值之比表示，一般用分貝數表示，但是有時也可以用百分數表示，或直接用兩者的比值表示。（4）溫度穩定性K 集成直流穩壓電源的溫度穩定性是以在所規定的直流穩壓電源工作溫度Ti最大變化范圍內（TminTiTmax） 直流穩壓電源輸出電壓的相對變化的百分比值。溫度穩定性公式見圖223。3、極限指標（1）最大輸入電壓 是保證直流穩壓電源安全工作的最大輸入電壓。（2）最大輸出電流 是保證穩壓器安全工作所允許的最大輸出電流。三、基礎電路一般直流穩壓 電源都使用220伏市電作為電源，經過變壓、整流、濾波后輸送給穩壓電路

20、進行穩壓，最終成為穩定的直流電源。這個過程中的變壓、整流、濾波等電路可以看作 直流穩壓電源的基礎電路，沒有這些電路對市電的前期處理，穩壓電路將無法正常工作。1、變壓電路通常直流穩壓電源使用電源變壓器來改變輸入到后級電路的電壓。電源變壓器由初級繞組、次級繞組和鐵芯組成。初級繞組用來輸入電源交流電壓，次級繞組輸出所需 要的交流電壓。通俗的說，電源變壓器是一種電磁電轉換器件。即初級的交流電轉化成鐵芯的閉合交變磁場，磁場的磁力線切割次級線圈產生交變電動勢。次級 接上負載時，電路閉合，次級電路有交變電流通過。變壓器的電路圖符號見圖231。2、整流電路經過變壓器變壓后的仍然是交流電，需要轉換為直流電才能提

21、供給后級電路，這個轉換電路就是整流電路。在直流穩壓電源中利用二極管的單項導電特性，將方向變化 的交流電整流為直流電。（1）半波整流電路半波整流電路見圖232。其中B1是電源變壓 器，D1是整流二極管，R1是負載。B1次級是一個方向和大小隨時間變化的正弦波電壓，波形如圖233（a）所示。0期間是這個電壓的正半周，這 時B1次級上端為正下端為負，二極管D1正向導通，電源電壓加到負載R1上，負載R1中有電流通過；2期間是這個電壓的負半周，這時B1次級上端為 負下端為正，二極管D1反向截止，沒有電壓加到負載R1上，負載R1中沒有電流通過。在23、34等后續周期中重復上述過程，這樣電源負半周 的波形被“

22、削”掉，得到一個單一方向的電壓，波形如圖233（b）所示。由于這樣得到的電壓波形大小還是隨時間變化，我們稱其為脈動直流。設B1次級電壓為E，理想狀態下負載R1兩端的電壓可用下面的公式求出：整流二極管D1承受的 反向峰值電壓為：由于半波整流電路只利 用電源的正半周，電源的利用效率非常低，所以半波整流電路僅在高電壓、小電流等少數情況下使用，一般電源電路中很少使用。（2）全波整流電路 由于半波整流電路的效率較低，于是人們很自然的想到將電源的負半周也利用起來，這樣就有了全波整流電路。全波整流電路圖見圖236。相對半波整流電 路，全波整流電路多用了一個整流二極管D2，變壓器B1的次級也增加了一個中心抽頭

23、。這個電路實質上是將兩個半波整流電路組合到一起。在0期間B1次 級上端為正下端為負，D1正向導通，電源電壓加到R1上，R1兩端的電壓上端為正下端為負，其波形如圖237（b）所示，其電流流向如圖238所 示；在2期間B1次級上端為負下端為正，D2正向導通，電源電壓加到R1上，R1兩端的電壓還是上端為正下端為負，其波形如圖237（c）所 示，其電流流向如圖239所示。在23、34等后續周期中重復上述過程，這樣電源正負兩個半周的電壓經過D1、D2整流后分別加到R1兩 端，R1上得到的電壓總是上正下負，其波形如圖237（d）所示。設B1次級電壓為E，理想狀態下負載R1兩端的電壓可用下面的公式求出：整流

24、二極管D1和D2 承受的反向峰值電壓為： 全波整流電路每個整流二極管上流過的電流只是負載電流的一半，比半波整流小一倍。（3）橋式整流電路 由于全波整流電路需要特制的變壓器，制作起來比較麻煩，于是出現了一種橋式整流電路。這種整流電路使用普通的變壓器，但是比全波整流多用了兩個整流二極 管。由于四個整流二極管連接成電橋形式，所以稱這種整流電路為橋式整流電路。由圖2313可 以看出在電源正半周時，B1次級上端為正，下端為負，整流二極管D4和D2導通，電流由變壓器B1次級上端經過D4、R1、D2回到變壓器B1次級下端； 由圖2314可以看出在電源負半周時，B1次級下端為正，上端為負，整流二極管D1和D3

25、導通，電流由變壓器B1次級下端經過D1、R1、D3回到變 壓器B1次級上端。R1兩端的電壓始終是上正下負，其波形與全波整流時一致。設B1次級電壓為E，理想狀態下負載R1兩端的電壓可用下面的公式求出：整流二極管D1和D2承受的反向峰值 電壓為：橋式整流電路每個整流二極管上流過的 電流是負載電流的一半，與全波整流相同。通常情況下橋式整流電路都簡化成圖2317的形式。（4）倍壓整流電路 前面介紹的三種整流電路輸出電壓都小于輸入交流電壓的有效值，如果需要輸出電壓大于輸入交流電壓有效值時可以采用倍壓電路，見圖2318。由圖 2319可知，在電源的正半周，變壓器B1次級上端為正下端為負，D1導通，D2截止

26、，C1通過D1充電，充電后C1兩端電壓接近B1次級電壓峰值， 方向為左端正右端負；由圖2320可知，在電源的負半周，變壓器B1次級上端為負下端為正，D1截止，D2導通，C2通過D1充電，充電后C2兩端電 壓接近C1兩端電壓與B1次級電壓峰值之和，方向為下端正上端負。由于負載R1與C1并聯，當R1足夠大時，R1兩端的電壓即為接近2倍B1次級電壓。 二倍壓整流電路還有另外一種形式的畫法，見圖2321，其原理與圖2318完全一致，只是表現形式不一樣。二倍壓電路還可以很容易的擴展為n 倍壓電路，具體電路見圖2322。3、濾波電路 交流電經過整流后得到的是脈動直流，這樣的直流電源由于所含交流紋波很大，不

27、能直接用作電子電路的電源。濾波電路可以大大降低這種交流紋波成份，讓整流后 的電壓波形變得比較平滑。（1）電容濾波電路 電容濾波電路圖見圖2323，電容濾波電路是利用電容的充放電原理達到濾波的作用。在脈動直流波形的上升段，電容C1充電，由于充電時間常數很小，所 以充電速度很快；在脈動直流波形的下降段，電容C1放電，由于放電時間常數很大，所以放電速度很慢。在C1還沒有完全放電時再次開始進行充電。這樣通過電 容C1的反復充放電實現了濾波作用。濾波電容C1兩端的電壓波形見圖2324（b）。選擇濾波電容時需要滿足下式的條 件：（2）電感濾波電路電感濾波電路圖見圖2326。電感濾波電路是利用電感對脈動直流

28、的反向電動勢來達到濾波的作用，電感量越大濾波效果越好。電感濾波電路帶負載能力比較 好，多用于負載電流很大的場合。（3）RC濾波電路使用兩個電容和一個電阻組成RC濾波電路，又稱型RC濾波電路。見圖2327所示。這種濾波電路由于增加了一個電阻R1，使交流紋波都分擔在R1上。 R1和C2越大濾波效果越好，但R1過大又會造成壓降過大，減小了輸出電壓。一般R1應遠小于R2。（4）LC濾波電路 與RC濾波電路相對的還有一種LC濾波電路，這種濾波電路綜合了電容濾波電路紋波小和電感濾波電路帶負載能力強的優點。其電路圖見圖2328。（5）有源濾波電路當對濾波效果要求較高時，可以通過增加濾波電容的容量來提高濾波效

29、果。但是受電容體積限制，又不可能無限制增大濾波電容的容量，這時可以使用有源濾波電路。 其電路形式見圖2329，其中電阻R1是三極管T1的基極偏流電阻，電容C1是三極管T1的基極濾波電容，電阻R2是負載。這個電路實際上是通過三極 管T1的放大作用，將C1的容量放大倍，即相當于接入一個（+1）C1的電容進行濾波。 圖2329中，C1可選擇幾十微法到幾百微法；R1可選擇幾百歐到幾千歐，具體取值可根據T1的值確定，值高，R可取值稍大，只要保證T1的集電 極發射極電壓（UCE）大于1.5V即可。T1選擇時要注意耗散功率PCM必 須大于UCEI，如果工作時發熱較大則需要增加散熱片。有源濾波電路屬于二次濾波

30、電路，前級應有電容濾波等濾波電路，否則無法正常工作。4、整流濾波電路總結（1）常用整流電路性能對照電路名稱每個原件承受的最大反向電壓每個原件的平均電流變壓器次級電壓有效值變壓器次級電流有效值半波整流3.14UI2.221Ue1.571I全波整流3.14U0.5I1.111Ue0.786I橋式整流1.571U0.5I1.111U2e1.111I注：U為負載兩端電壓值；I為負載上電流值；e為整流二極管壓降，一般取0.7V。 （2）常用無源濾波電路性能對照電路名稱濾波效果輸出電壓輸出電流應用特點電容濾波稍差高稍小 結構簡單。由于大容量濾波電容的廣泛使用，克服了濾波效果稍差的缺點，廣泛用于各類電源電路

31、。電感濾波較差低大 電源電路中較少使用。RC濾波較好較高小 常用于電子管收音機電路和各種高低頻退耦電路。LC濾波很好高稍小 電源電路中較少使用。（3）電容濾波電路輸出電流大小與濾波電容量的關系輸出電流（A）210.510.10.50.0510.05電容量（F）400020001000500200500200（4）常用整流濾波電路計算表電路名稱（均使用電容濾波）輸入交流電壓（有效值）負載開路時輸出電壓帶負載時輸出電壓（估計值）每個二極管的最大反向電壓每個二極管通過的電流需要使用的二極管數量半波整流E1.414EE2.828EI1全波整流2E1.414E1.2E2.828E0.5I2橋式整流E1.

32、414E1.2E1.414E0.5I4二倍壓E2.828E2E2.828EI2第三章 并聯穩壓電源 經整流濾波后輸出的直流電壓，雖然平滑程度較好，但其穩定性仍比較差。其原因主要有以下幾個方面： 1、由于輸入電壓不穩定（通常交流電網允許有10的波動），而導致整流濾波電路輸出直流電壓不穩定； 2、由于整流濾波電路存在內阻，當負載變化時，引起負載電流發生變化，使輸出直流電壓發生變化； 3、由于電子元件（特別是導體器件）的參數與溫度有關，當環境溫度發生變化時，引起電路元件參數發生變化，導致輸出電壓發生變化； 4、整流濾波后得到的直流電壓中仍然會有少量紋波成份，不能直接供給那些對電源質量要求較高的電路。

33、 所以，經整流濾波后的直流電壓必須采取一定的穩壓措施才能適合電子設備的需要。常用的直流穩壓電路有并聯型和串聯型穩壓電路兩種類型。一、硅穩壓管并聯穩壓電源1、電路原理分析 圖311是硅穩壓管穩壓電源。其中D1是穩壓二極管，R1是限流電阻，R2是負載。由于D1與R2是并聯，所以稱并聯穩壓電路。此電路必須接在整流濾 波電路之后，上端為正下端為負。由于穩壓管D1反向導通時兩端的電壓總保持固定值，所以在一定條件下R2兩端的電壓值也能夠保持穩定。 下面我們來分析一下具體工作原理： 假設設輸入電壓為UI，當某種原因導致UI升高時，UD1相 應升高，有穩壓管的特性可知UD1上升很小都會造成ID1急劇增大，這樣

34、流過R1上的IR1電 流也增大，R1兩端的電壓UR1會上升，R1就分擔了極大一部分UI升高的值，UD1就 可以保持穩定，達到負載上電壓UR2 保持穩定的目的。這個過程可用下面的變化關系圖表示： UIUD1ID1IR1UR1UD1 相反的，如果UI下降時，可用下面的變化關系圖表示： UIUD1ID1IR1UR1UD1 通過前面的分析可以看出，硅穩壓管穩壓電路中，D1負責控制電路的總電流，R1負責控制電路的輸出電壓，整個穩壓過程由D1和R1共同作用完成。2、元件選擇 下面我們來看看已知負載電壓UR1和負載電流IR1時如何設 計硅穩壓管穩壓電源。（1）初選穩壓管D1 一般情況下，可以按照UD1UR2

35、和ID1（IR2）max來 初步選定穩壓管D1，如果負載有可能開路則應選擇（ID1）max（23）（IR2）max， 這是因為當負載時所有電流全部都會流過D1，所以ID1應該適當選擇大一點。（2）選定輸入電壓 一般可選擇UI（23）UR2（3）選定限流電阻R1 R1（UIUR2）/（ID1IR2） 但是需要考慮兩種極限情況： 當UI最大，且負載開路時（即IR20），流過D1的電流 最大。為了不超過D1的最大允許電流（ID1）max，需要有足夠大的電流電阻，否則會燒壞D1。則R1需 要滿足： R1（UI）maxUR2）/ ID1）max當UI最小，且負載電流最大時，流過D1的電流最小。為了保證此

36、時D1能夠工作在擊穿區起到穩壓的作用，要有一定的電流流過D1，一般取5mA10mA。則R1需要滿足： R1（UI）minUR2）/（ID1 （IR2）max） 限流電阻R1的值應該在上面兩個公式的范圍內選擇。（4）檢查電路穩定度 電路穩定度需要根據實際電路的要求來確定，如果穩定度不夠，可以適當增加R1和UI， 還可以選擇動態電阻r比較小的穩壓管。二、晶體管并聯穩壓電源1、電路原理分析 圖312是晶體管并聯穩壓電源。其中T1是調整管、D1是基準穩壓管，R1是D1的限流電阻，R2是限流電阻，R3是負載。這個穩壓電路的輸出電壓約 等于穩壓管D1的穩壓值（實際上要加上T1發射結電壓，一般鍺管取0.3V

37、，硅管取0.7V）。這是由于電源在工作時，T1發射結導通，發射極電壓與基極 電壓保持一致，而基極電壓被D1穩定在一個固定值。這個電路可以看作T1將D1的穩壓作用放大了倍，相當于接入一個穩壓值為D1穩壓值，穩壓效果為倍 D1穩壓效果的穩壓管。 電路工作原理是： UIUD1（UT1）EC（IT1）ECIR2UR2（UT1）EC UIUD1（UT1）EC（IT1）ECIR2UR2（UT1）EC2、元件選擇 這個電路選擇元件的步驟與硅穩壓管并聯穩壓電路類似，主要從下面幾個方面考慮。（1）初選調整管T1和穩壓管D1 選擇調整管T1時，主要考慮其額定電流ICM要大于輸出電流IO， 以保證負載開路時調整管不

38、會因為電流過大而損壞。另外，為了保證調整管有良好的調整作用，還要求值大、漏電流小。選擇穩壓管D1時，主要考慮其穩定電壓 與T1發射結電壓之和要等于輸出電壓。（2）選定輸入電壓 為保證穩壓電源的效率，輸入電壓一般不要選擇過高，以不超過2 UI為宜。（3）選定限流電阻R2 對于并聯穩壓電路而言，限流電阻R2是整個電路工作好壞的關鍵。R2選擇大，穩壓效果較好，但功耗大（因為電阻功耗PI2R）， 同時要求輸入電壓增大，電源的效率就比較低。具體計算方法可參考硅穩壓管并聯穩壓電路元件選擇的第三步。（4）檢查電路穩定度 整個電路的穩定度需要根據實際電路的要求來確定，如果穩定度不夠，可以適當增加R1和UI，

39、還可以選擇值較大、漏電流較小的調整管。3、使用復合調整管的并聯穩壓電源 圖313是一種使用復合調整管的并聯穩壓電源，與圖312電路最大的區別是將調整管改為符合管結構，這樣既可以得到 較大的值，又能夠有較大的ICM。元件選擇時可采用與圖312類似的方法，但是由于這個電路的電流較大，要注意限流電阻R1選擇時除考慮阻值外還要考慮其功率。以免負載斷路時燒壞限 流電阻。4、并聯穩壓電源的優缺點 并聯穩壓電源的優點： 有過載自保護性能，輸出斷路時調整管不會損壞。 在負載變化小時，穩壓性能比較好。 對瞬時變化的適應性較好。 并聯穩壓電路的缺點： 效率較低，特別是輕負載時，電能幾乎全部消耗在限流電阻和調整管上

40、。 輸出電壓調節范圍很小。 穩定度不易做得很高。 其實并聯穩壓電源的這些優點對于串聯穩壓電源而言，都可以通過采用一些特殊的電路實現。但是并聯穩壓電源的這些固有的缺點卻很難改進，所以現在普遍使用的 都是串聯穩壓電源。下一章我們將重點介紹一下串聯穩壓電源的原理、設計方法和一些實用電路。第四章 串聯穩壓電源 上一章我們談到并聯穩壓電源有效率低、輸出電壓調節范圍小和穩定度不高這三個缺點。而串聯穩壓電源正好可以避免這些缺點，所以現在廣泛使用的一般都是串聯 穩壓電源。一、簡易串聯穩壓電源1、原理分析 圖411是簡易串聯穩壓電源，T1是調整管，D1是基準電壓源，R1是限流電阻，R2是負載。由于T1基極電壓被

41、D1固定在UD1，T1 發射結電壓（UT1）BE在T1正常工作時基本是一個固定值（一般硅管為0.7V，鍺管為0.3V），所以 輸出電壓UOUD1（UT1）BE。當輸出電壓遠大于 T1發射結電壓時，可以忽略（UT1）BE，則UOUD1。 下面我們分析一下建議串聯穩壓電源的穩壓工作原理： 假設由于某種原因引起輸出電壓UO降低，即T1的發射極電壓（UT1）E降 低，由于UD1保持不變，從而造成T1發射結電壓（UT1）BE上升，引起T1基極 電流（IT1）B上升，從而造成T1發射極電流（IT1）E被 放大倍上升，由晶體管的負載特性可知，這時T1導通更加充分管壓降（UT1）CE將迅速減小，輸入電壓UI更

42、 多的加到負載上，UO得到快速回升。這個調整過程可以使用下面的變化關系圖表示：UO（UT1）EUD1恒定（UT1）BE（IT1）B（IT1）E（UT1）CEUO 當輸出電壓上升時，整個分析過程與上面過程的變化相反，這里我們就不再重復，只是簡單的用下面的變化關系圖表示：UO（UT1）EUD1恒定（UT1）BE（IT1）B（IT1）E（UT1）CEUO 這里我們只分析了輸出電壓UO降低的穩壓工作原理，其實輸入電壓UI降低等其他情況下的穩壓工作原理都與此類似，最終都是反應在輸出電壓UO降低上，因此工作原理大致相同。 從電路的工作原理可以看出，穩壓的關鍵有兩點：一是穩壓管D1的穩壓值UD1要保持穩定；

43、二是調整管T1要工作 在放大區且工作特性要好。 其實還可以用反饋的原理來說明簡易串聯穩壓電源的工作原理。由于電路是一個射極輸出器，屬于電壓串聯負反饋電路，電路的輸出電壓為UO （UT1）E（UT1）B，由于（UT1）B保 持穩定，所以輸出電壓UO也保持穩定。 簡易串聯穩壓電源由于使用固定的基準電壓源D1，所以當需要改變輸出電壓時只有更換穩壓管D1，這樣調整輸出電壓非常不方便。另外由于直接通過輸出電壓UO的 變化來調節T1的管壓降（UT1）CE，這樣控制作用較小，穩壓效果還不夠理想。因此這種穩壓電源僅僅適合 一些比較簡單的應用場合。2、電路實例 圖411是簡易串聯穩壓電源的一個實際應用電路，這個

44、電路用在無錫市無線電五廠生產的“詠梅”牌771型8管臺式收音機上。其中T8、DZ、 R18構成簡易穩壓電路，B6、D4D7、C21組成整流濾波電路。由于T8發射結有0.7V壓降，為保證輸出電壓達到6V，應選用穩壓值為6.7V左 右的穩壓管。二、串聯負反饋穩壓電源 由于簡易串聯穩壓電源輸出電壓受穩壓管穩壓值得限制無法調節，當需要改變輸出電壓時必須更換穩壓管，造成電路的靈活性較差；同時由輸出電壓直接控制調整管 的工作，造成電路的穩壓效果也不夠理想。所以必須對簡易穩壓電源進行改進，增加一級放大電路，專門負責將輸出電壓的變化量放大后控制調整管的工作。由于整 個控制過程是一個負反饋過程，所以這樣的穩壓電

45、源叫串聯負反饋穩壓電源。1、原理分析 圖421是串聯負反饋穩壓電路電路圖，其中T1是調整管，D1和R2組成基準電壓，T2為比較放大器，R3R5組成取樣電路，R6是負載。其電路組 成框圖見圖422。 假設由于某種原因引起輸出電壓UO降低時，通過R3R5的取樣電路，引起T2基極電壓（UT2）O成 比例下降，由于T2發射極電壓（UT2）E受穩壓管D1的穩壓值控制保持不變，所以T2發射結電壓（UT2）BE將 減小，于是T2基極電流（IT2）B減小，T2發射極電流（IT2）E跟 隨減小，T2管壓降（UT2）CE增加，導致其發射極電壓（UT2）C上 升，即調整管T1基極電壓（UT1）B將上升，T1管壓降（

46、UT1）CE減 小，使輸入電壓UI更多的加到負載上，這樣輸出電壓UO就上升。這個調整過程可以使用下面的變化關系圖表示：UO（UT2）OUD1恒定（UT2）BE（IT2）B（IT2）E（UT2）CE（UT2）C（UT1）B（UT1）CEUO當輸出電壓升高時整個變化過程與上面完全相反，這里就不再贅述，簡單的用下圖表示：UO（UT2）OUD1恒定（UT2）BE（IT2）B（IT2）E（UT2）CE（UT2）C（UT1）B（UT1）CEUO 與簡易串聯穩壓電源相似，當輸入電壓UI或者負載等其他情況發生時，都會引起輸出電壓UO的 相應變化，最終都可以用上面分析的過程說明其工作原理。 在串聯負反饋穩壓電源

47、的整個穩壓控制過程中，由于增加了比較放大電路T2，輸出電壓UO的變化經過T2放大后再 去控制調整管T1的基極，使電路的穩壓性能得到增強。T2的值越大，輸出的電壓穩定性越好。2、調節輸出電壓 前面我們還說到R3R5是取樣電路，由于取樣電路并聯在穩壓電路的輸出端，而取樣電壓實際上是通過這三個電阻分壓后得到。在選取R3R5的阻值時，可 以通過選擇適當的電阻值來使流過分壓電阻的電流遠大于流過T2基極的電流。也就是說可以忽略T2基極電流的分流作用，這樣就可以用電阻分壓的計算方法來確 定T2基極電壓（UT2）B。 當R4滑動到最上端時T2基極電壓（UT2）B為： 此時輸出電壓為： 這時的輸出電壓是最小值。

48、 當R4滑動到最下端時T2基極電壓（UT2）B為： 此時輸出電壓為： 這時的輸出電壓是最大值。 以上計算中，當（UT2）BED1時可以忽略（UT2）BE的 值。 通過上面的計算我們可以看出，只要合適選擇R3R5的阻值就可以控制輸出電壓UO的范圍，改變R3和 R5的阻值就可以改變輸出電壓UO的邊界值。3、增加輸出電流 當輸出電流不能達到要求時，可以通過采用復合調整管的方法來增加輸出電流。一般復合調整管有四種連接方式，如圖427所示。 圖427中的復合管都是由一個小功率三極管T2和一個大功率三極管T1連接而成。復合管就可以看作是一個放大倍數為T1T2， 極性和T2一致，功率為（PT1）PCM的大功

49、率管，而其驅動電流只要求（IT2）B。 圖428是一個實用串聯負反饋穩壓電源電路圖。此電路采用圖427（a）中的復合管連接方法來增加輸出電流大小。另外還增加了一個電容C2，它的 主要作用是防止產生自激振蕩，一旦發生自激振蕩可由C2將其旁路掉。三、設計實例 這一節我們綜合運用前面各章節的知識，根據給定條件實際設計一個直流穩壓電源，通過這個設計實例更好的掌握串聯負反饋穩壓電源的設計。由于是業余條件下的 設計，有些參數指標并沒有過多考慮，有部分參數以經驗值進行估算。這樣可以避免涉及過深、過多的理論知識，對于業余條件下的應用完全可以滿足。1、電路指標 直流輸出電壓UO：6V15V； 最大輸出電流IO：

50、500mA； 電網電壓變化10時，輸出電壓變化小于1；2、電路初選 由于橋式整流、電容濾波電路十分成熟，這里我們選擇橋式整流、電容濾波電路作為電源的整流、濾波部分。由于要求電源輸出電壓有一定的調整范圍，穩壓電源部 分選擇串聯負反饋穩壓電路。同時由于對輸出電流要求比較大，調整管必須采用復合管。綜合這些因素可以初步確定電路的形式，參見圖429。3、變壓部分 這一部分主要計算變壓器B1次級輸出電壓（UB1）O和變壓器的功率PB1。一般整流濾波電路有2V以上的電壓波動（設為UD）。調整管T1的管壓降（UT1）CE應 維持在3V以上，才能保證調整管T1工作在放大區。整流輸出電壓最大值為15V。根據第二章

51、常用整流濾波電路計算表可知，橋式整流輸出電壓是變壓器次 級電壓的1.2倍。 當電網電壓下降10時，變壓器次級輸出的電壓應能保證后續電路正常工作，那么變壓器B1次級輸出電壓（UB1）OMIN應 該是：（UB1）OMIN（UD（UT1）CE （UO）MAX）1.2（UB1）OMIN（2V3V15V）1.220V1.216.67V 則變壓器B1次級額定電壓為：（UB1）O（UB1）OMIN0.9（UB1）O16.67V0.918.5V 當電網電壓上升10時，變壓器B1的輸出功率最大。這時穩壓電源輸出的最大電流（IO）MAX為 500mA。此時變壓器次級電壓（UB1）OMAX為： （UB1）OMAX（

52、UB1）O1.1（UB1）OMAX18.5V1.120.35V 變壓器B1的設計功率為：PB1（UB1）OMAX（IO）MAXPB120.35V500mA10.2VA 為保證變壓器留有一定的功率余量，確定變壓器B1的額定輸出電壓為18.5V，額定功率為12VA。實際購買零件時如果沒有輸出電壓為18.5V的變壓器 可以選用輸出電壓為18V或以上的變壓器。當選用較高輸出電壓的變壓器時，后面各部分電路的參數需要重新計算，以免由于電壓過高造成元件損壞。4、整流部分 這一部分主要計算整流管的最大電流（ID1）MAX和耐壓（VD1）RM。 由于四個整流管D1D4參數相同，所以只需要計算D1的參數。根據第二

53、章常用整流濾波電路計算表可知，整流管D1的最大整流電流為：（ID1）MAX0.5IO（ID1）MAX0.5500mA0.25A 考慮到取樣和放大部分的電流，可選取最大電流（ID1）MAX為0.3A。 整流管D1的耐壓（VD1）RM即當市電上升10時D1兩端的最大反向峰值電壓為：（VD1）RM1.414（UB1）OMAX1.4141.1（UB1）O1.555（UB1）O（VD1）RM1.55518.5V29V 得到這些參數后可以查閱有關整流二極管參數表，這里我們選擇額定電流1A，反向峰值電壓50V的IN4001作為整流二極管。5、濾波部分 這里主要計算濾波電容的電容量C1和其耐壓VC1值。 根據根據第二章濾波電容選擇條件公式可知濾波電容的電容量為（35）0.5TR，一般系數取5，由于市電頻率是50Hz，所以T為0.02S，R 為負載電阻。 當最不利的情況下，即