1、串聯式直流穩壓電源設計目錄一、 半導體器件的簡單識別1. 二極管的簡單識別與簡單測試2. 特殊二極管的簡單識別與簡單測試3. 三極管的識別與簡單測試二、 串聯型直流穩壓電源組成及穩壓原理1. 直流穩壓電源的基本組成及穩壓原理2. 穩壓電源的性能指標三、串聯式直流穩壓電源設計方法1.確定變壓器容量2選擇整流二極管3.濾波電容的選擇4.穩壓電路設計1） 電路選擇2） 確定對整流濾波電路的要求3） 選擇調整管4） 計算取樣電阻5）確定基準電壓6）設計比較放大器四、串聯反饋型晶體管穩壓電源設計方法和步驟第一章導體器件的基本知識一、半導體器件的簡單識別半導體二極管和三極管是組成分立元件電子電路的核心器件

2、。二極管具有單向導電性，可用于整流、檢波、穩壓、混頻電路中。三極管對信號具有放大作用和開關作用。它們的管殼上都印有規格和型號。1、二極管的簡單識別與簡單測試普通二極管一般為玻璃封裝和塑料封裝兩種，如圖1.1所示。它們的外殼上均印有型號和標記。標記箭頭所指向為陰極。有的二極管上只有一個色點，有色點的一端為陽極。若遇到型號標記不清時，我們可以借助萬用表的歐姆檔簡單識別。我們知道，指針式萬用表正端（+）紅筆接表內電池的負極，而負極（-）黑筆接表內電池的正極。根據PN結正向導通電阻值小，反向截止電阻值大的原理來簡單確定二極管的好壞和極性。具體做法是，萬用表歐姆檔置或處，將紅、黑兩表筆接觸二極管兩端，表

3、頭有一指示；將紅、黑兩表筆反過來再次接觸二極管兩端，表頭又有一指示。若兩次指示的阻值相差很大，說明該二極管單向導電性好，并且阻值大（幾百千歐以上）的那次紅筆所接為二極管的陽極；若兩次指示的阻值相差很小，說明該二極管已失去單向導電性；若兩次指示的阻值均很大，則說明該二極管已開路。2、特殊二極管的簡單識別與簡單測試特殊二極管的種類較多，在此我們只介紹四種常用的特殊二極管。 發光二極管（LED）發光二極管通常是用砷化鎵、磷化鎵等制成的一種新型器件。它具有工作電壓低、耗電少、響應速度快、抗沖擊、耐振動、性能好以及輕而小的特點，被廣泛應用于單個顯示電路或作成七段矩陣式顯示器。而在數字電路實驗中，常用做顯

4、示器。發光二極管的電路符號如圖1.2所示。發光二極管和普通二極管一樣具有單向導電性，正向導通時才能發光。發光二極管發光顏色有多種，例如紅、綠、黃等，形狀有圓形和長方形等。發光二極管出廠時，一根引線做的比另一根引線長，通常，較長的引線表示陽極（+）、另一根為陰極（-），如圖1.3所示。若辨別不出引線的長短，則可以用辨別普通二極管管腳的方法來辨別其陽極和陰極。發光二極管正向工作電壓一般在1.5V3V，允許通過的電流為220mA，電流的大小決定發光的亮度。電壓、電流的大小依器件型號不同而稍有差異。若與TTL組件相連使用時，一般需要接一個的降壓電阻，以防止器件的損壞。 穩壓管穩壓管有玻璃、塑料和金屬外

5、殼封裝兩種。前者外形與普通二極管相似，如2CW7，后者外形與小功率管相似，但內部為雙穩壓二極管，其本身具有溫度補償作用，如2CW231。詳見1.4。穩壓管在電路中是反向連接的，它能使穩壓管所接電路兩端的電壓穩定在一規定的電壓范圍內，稱為穩壓值。確定穩壓管穩壓值的方法有三種：根據穩壓管的型號查閱手冊得知；在CA4810A型晶體管測試儀上測出其伏案特性曲線獲得；通過簡單的實驗電路可測得穩壓管的穩壓值，實驗電路如圖1.5所示。我們改變直流電源電壓V，使之由零開始緩慢增加，同時穩壓管兩端用電流電壓表監視。當電壓增加到一定值，使穩壓管反向擊穿，直流電壓表指示某一電壓值。這時在增加直流電源電壓，而穩壓兩端

6、電壓不再變化，則電壓表所指示的電壓值就是該穩壓管的穩壓值。光電二極管光電二極管是一種將光信號轉換成電信號的半導體器件，其符號如圖1.6(a)所示。在光電二極管的管殼上備有一個玻璃口，以便于接受光。當有光照時，其反向電流隨光照強度的增加而正比上升。光電二極管可用于光的測量。當制成大面積的光電二極管時，可作為一種能源，稱為光電池。變容二極管變容二極管在電路中能起到可變電容的作用，其結電容隨反向電壓的增加而減小。變容二極管的符號如圖1.6(b)所示。變容二極管主要用于高頻電路中，如變容二極管調頻電路。二、三極管的識別與簡單測試三極管主要有NPN型和PNP型兩大類。通常我們可以根據命名法從三極管管殼上

7、的符號識別出它的型號和類型。例如，三極管管殼上印的是3DG6，表明他是NPN型高頻小功率硅三極管。同時，我們還可以從國生三極管管殼上色點的顏色來判斷出管子的電流放大系數值的大致范圍。以3DG6為例，若色點為黃色，表示在3060之間；綠色表示值在50110之間；藍色，便是值在90160之間；白色，表示值在140200之間。但是也有的廠家并非按此規定，使用時要注意。當我們從管殼上知道它們的類型和型號以及值后，還應進一步辨別它們的三個電極。對于小功率三極管來說，有金屬外殼封裝和塑料封裝兩種。金屬外殼封裝的，如果管殼上無定位銷，那么將管底朝上，從定位銷起，按順時針方向，三根電極一次為e、b、c。如果管

8、殼上有定位銷，且三根電極在半圓內，我們將有三根電極的半圓置于上方，按順時針方向，三根電極依次為e、b、c，如圖1.7所示。塑料外殼封裝的，我們面對平面，三根電極置于下方，從左到右，三根電極依次為e、b、c，如圖1-7（b）所示。對于大功率三極管，外形一般分為F型和G型兩種，如圖1.8所示。F型管，從外形上只能看到兩根電極。我們將管底朝上，兩根電極置于左側，則上為e，下為b，底座為c。G型管的三個電極一般在管殼的頂部，我們將管底朝下，三根電極置于左方，從最下面的電極開始，順時針方向，依次為e，b，c。三極管的管腳必須正確確認，否則，接入電路不但不能正常工作，還可能燒壞管子。當一個三極管沒有任何標

9、記時，我們可以用萬用表來初步確定該三極管的好壞及其類型（NPN型還是PNP型），以及辨別出e，b，c三個電極。1、先判斷基極b和三極管類型將萬用表歐姆檔置于“R×100”或“R×1K”處，先假設三極管的某極為“基極”，并將黑筆接在假設的基極上，再將紅筆先后接在其余兩個電極上，如果兩次測得的電阻值都很大（或者很小），約為幾千歐至幾十千歐（或約為幾百歐至幾千歐），而對換表筆測得兩個電阻值都很小（或都很大），則可確定假設的基極是正確的。如果兩次測得的電阻值是一大一小的測試。最多重復兩次就可找出真正的基極。當基極確定以后，將黑筆接基極，紅筆分別接其他兩級。此時，若測得的電阻值都很小

10、，則該三極管為NPN型管；反之，則為PNP型管。2、再判斷集電極c和發射極e。以NPN型管為例，把黑筆接到假設的集電極c上，紅筆接到假設的發射極e上，并且用手捏住b和c極（不能使b、c直接接觸），通過人體，相當于在b、c之間接入偏置電阻。讀出表頭所示c、e間的電阻值，然后將紅、黑表筆反接重測。若第一次電阻值比第二次小，說明原假設成立，黑筆所接為三極管集電極c，紅表筆所接為三極管發射極e。因為c、e間電阻值小，說明了通過萬用表的電流大，偏置正常。以上介紹的是比較簡單的測試，要想進一步精確測試可以借助與JT-1型晶體管圖示儀，它能十分清晰地顯示出三極管的輸入特性曲線以及電流放大系數等。第二章、串聯

11、型直流穩壓電源組成及穩壓原理1、 直流穩壓電源的基本組成1)直流穩壓電源的基本組成直流穩壓電源一般由電源變壓器、整流濾波電路及穩壓電路所組成，基本電路如圖2.1所示。2）直流穩壓電源各部分電路的作用電源變壓器電源變壓器的作用是將電網的交流電壓變換成整流濾波電路所需要的交流電壓。整流電路利用具有單向導電性能的整流元件如二極管，將交流電轉換成單向脈動直流電的電路稱為整流電路。在圖2.1所示電路中，整流二極管組成單相橋式整流電路。電容濾波電路整流電路可以將交流電轉換為直流電，但脈動較大，在某些應用中如電鍍、蓄電池充電等可直接使用脈動直流電源。但許多電子設備需要平穩的直流電源，這時在整流電路后面還需加

12、濾波電路將交流成分濾除，以得到比較平滑的輸出電壓。濾波通常是利用電容或電感的能量存儲功能來實現的。穩壓電路調整管與負載電阻相串聯，組成串聯式穩壓電路，與穩壓管組成采樣比較放大電路，當穩壓器的輸出負載變化時，輸出電壓基本保持不變。圖2.1單相橋式整流電路3）直流穩壓電源各部分的工作原理取樣環節：由、及組成的分壓電路構成，它將輸出電壓的一部分作為取樣電壓，送到比較放大環節。基準電壓：由穩壓二極管和電阻構成基準電壓電路，為發射極提供一個穩定的基準電壓，作為調整、比較的標準。比較放大環節：由和組成，其作用是將取樣電壓與基準電壓之差放大后控制調整管。調整環節：由工作在線性放大區的功率管與負載電阻相串聯，

13、組成串聯式穩壓電路，的基極電流受比較放大管集電極輸出電壓控制，改變集電極輸出電壓，可使和管的集、射電壓發生變化，從而達到自動穩定輸出電壓的目的。穩壓過程如下：當輸入電壓不變而輸出負載發生變化（負載電阻變化）引起輸出電壓減小時，取樣電壓相應減小，使管的基極電流和集電極電流隨之減小，引起管的集電極電位增加，于是管的基極電位增加，使得增加，使保持基本穩定。電路的穩壓過程為：同理，當或負載發生變化使增加時，調整過程相反，使保持基本不變。從上述調整過程可以看出，該電路是依靠電壓負反饋來穩定輸出電壓的。2、穩壓電源的性能指標1）穩壓系數指負載不變，穩壓器輸出直流電壓的相對變化量與輸入電網電壓的相對變化量之

14、比。即2）電網調整率指輸入電網電壓由額定值變化時，穩壓電源輸出電壓的相對變化量。一般穩壓電源的網調整率小于或等于1%。3）負載調整率在額定電網電壓下，負載電流由零變到最大時，輸出電壓的最大相對變化量，常用百分數表示。4）輸出電阻在額定電網電壓下，由于負載電流變化引起輸出電壓變化，輸出電阻為()5）最大紋波電壓在額定輸出電壓和負載電流下，輸出電壓的紋波（包括噪聲）的絕對值大小，通常以峰-峰值或有效值表示。6）紋波系數穩壓電源在額定負載電流下，輸出紋波電壓的有效值與輸出直流電壓之比。即。第三章串聯式直流穩壓電源設計方法1.確定變壓器容量電網上單相交流電的有效值為220V，而通常需要的直流電壓值遠低

15、于此值（通常直流電源為），因此，先用變壓器進行降壓，將220V的交流電變成合適的交流電后再進行交、直流轉換，故在穩壓電源設計中，變壓器容量的選擇是十分重要的。1) 確定變壓器次級線圈電流和次級電壓有效值整流電路如圖3-1所示，在設計整流電路時，為了合理的選用或繞制變壓器，需對其容量進行計算，在純電阻負載情況下，變壓器副邊電壓的有效值變壓器副邊電流的有效值在如圖3-2所示的電容濾波整流電路中，變壓器除了供給負載外，還需要向電容器充電，由于其瞬間電流值很大，所以雖然通過負載電流平均值為，但通過次級線圈電流有效值比大，一般取=(1.11.5)，通常取=1.5，。2) 變壓器容量的計算在考慮變壓器的容

16、量時，是將其原邊和副邊的伏安值分別算出然后取平均值，作為設計變壓器的依據，變壓器副邊輸出功率可以根據副邊繞組的電壓和副邊電流來計算，當變壓器有幾個副邊繞組時，副邊功率為各副邊繞組的功率之和，即變壓器的原邊輸出功率是由副邊負載功率來確定的，由于在傳遞功率的過程中，變壓器本身存在著損耗，因此副邊輸出的平均功率比原邊的輸入功率小，輸出功率與輸入功率之比稱為變壓器的效率，用表示一般小型變壓器效率的選取如表3-1，變壓器的額定功率為2. 選擇整流二極管在圖3-1所示電路中，由于沒有接濾波電容，負載電壓(為副邊電壓有效值)，圖3-1所示整流電路接濾波電容后得到的整流濾波電路如圖3-2所示，負載電壓(在時，

17、為電網電壓周期)，流過每只二極管的平均電流每只二極管承受的最大反向電壓。3. 濾波電容的選擇1) 電容的容量在圖3-2所示電路中，濾波電容的容量由放電時間常數計算，其中為電網電壓周期，為0.02秒，為負載電阻，取，則。2) 電容的耐壓值在整流電路中，最需要注意的是電解電容，電解電容的耐壓值必須超過脈動電壓的峰值，因此要選在變壓器次級電壓的倍以上。除此之外，還應明確，通常所說的變壓器次級電壓是指額定值時的電壓，若電流減小或空載時，將升高。通常，將變壓器由負載電流的大小引起的變化比率稱為變動率，用表示。設變壓器的次級額定電壓為，電網電壓變化范圍是(電網電壓變化為正常范圍)，則電容器的耐壓值必須滿足

18、式中為整流二極管的正向壓降，一般按1.4V考慮。變壓器變動率隨變壓器副邊容量而變的大致規律如表3-2所示。4.穩壓電路設計1）電路選擇電路選擇是一項很重要的工作，電路選擇得好，對于以后工作就打下了好的基礎，否則會給以后的工作帶來不便：不是指標達不到，就是浪費太大。選擇電路主要從兩方面考慮：一是要保證能滿足設計任務下達的各項技術指標，并且應留有一定的裕量；二是要從經濟方面考慮，在確保達到技術指標的前提下，電路越簡單越好，少一個元件，從經濟上說就少花一份錢，從可靠性角度上看，就少一個出故障的環節，相對來說就是提高了可靠性。從電路結構上考慮，一般是從電源的質量指標（如穩壓系數、輸出電阻、紋波及溫漂等

19、）和使用指標兩個方面來考慮：對于穩壓系數為之間的，選用簡單的串聯反饋型晶體管穩壓電路便可以達到；穩壓系數在之間的，可選用帶放大器的串聯反饋型穩壓電路；如果在以下的（穩壓性能更高），除了選用帶放大器的穩壓電路外，還要從基準電壓源、比較器等方面都加以考慮，比如采用差分式放大器作比較放大電路或采用兩級放大等等；對于以下的高穩定度的電源來說，還要考慮減少溫漂和進一步提高穩定度的其它措施，如采用兩級調整穩壓等。所謂使用指標是指輸出電壓、輸出電流及其調節范圍。對于輸出容量大的電源，要選取用大功率的晶體管或采用復合晶體管。輸出電壓調節范圍寬的穩壓電源可以采用一組或兩組輔助電源，也可以使用分段調整或者采用輸入

20、電壓跟蹤調整管壓降的辦法來實現。另外，對于輸出電阻這項技術指標要求較低的電源，可采用集電極輸出式電路，因為這種電路穩壓特性好。2）確定對整流濾波電路的要求整流濾波電路緊緊地與穩壓電路聯系在一起，整流濾波電路的輸出電壓就是穩壓電路的輸入電壓，整流濾波電路的輸出電流也是穩壓電路的輸入電流，確定了穩壓電路的輸入電壓和電流，也就確定了對濾波電路的要求。在確定圖2-1所示濾波電路輸出電壓時，應考慮兩點：第一，考慮調整管的工作狀態，確保調整管能工作在放大區；第二，考慮交流電網波動的影響，交流電網的波動勢必會反映到整流濾波電路的輸出電壓上，即隨之升高而上升，隨之下降而降低。按國家的有關規定，在沒有特別說明時

21、，一般都按變化來考慮，即也就是說，當電網電壓變化時，調整管都處于線性放大區，從而使穩壓電路能保持正常工作。另外，調整管的管壓降與紋波電壓、復合管的數量、電源的輸出功率等因素都有密切的關系，一般而言，根據穩壓電路的工作原理，調整管的管壓降一般取，可保證調整管工作在線性區，即，其中為穩壓電路輸出電壓。在確定整流濾波電路電路輸出電流時，一方面要保證輸出負載電流的要求，另外還要保證供給調整管、放大管的正常工作電流，故它應大于穩壓電路的最大輸出電流，即另外根據所要求的穩壓電路輸出紋波電壓和穩壓系數，可以確定穩壓電路的輸入紋波電壓。即3） 選擇調整管選擇調整管，除了耐壓值和功率應滿足要求外，還要滿足最大功

22、耗的要求，當單個晶體管作調整管時，電路如圖2-1所示，選擇調整管可按下列條件進行：當負載電流較大時，為了減少比較放大管的負擔，多采用復合管作調整管。選擇復合管時應保證工作時不會超過它的極限，其主要參數有3個：即擊穿電壓、最大集電極允許功耗和最大集電極電流。若采用如圖3-3所示由二只晶體管復合作為調整管組成穩壓電源時，應滿足：應滿足：4）計算取樣電阻取樣電路實際上是一個電阻分壓器（電路如圖3-4所示），直接由取樣分壓比和基準電壓來決定，取樣電阻上的電壓近似為因此，式中，稱為取樣分壓比。為了提高輸出電壓的穩定性，應盡可能把輸出電壓的變化量送到比較放大管的基極，因此應取得大一些，通常選取。為了調節輸

23、出電壓的大小，在取樣電阻和中間串聯一個電位器，電路如圖3-5所示。在穩壓電源輸出電壓變化范圍已給定時，假如為，則、和有如下關系：+=從上式可知，取樣電路分壓的變化，會引起穩壓電源輸出電壓的變動，因此對取樣電路不僅要有一定的分壓比，并且要求分壓比穩定。為了使比較放大管的基極電流的變化不影響取樣電路的分壓比，流過取樣電路的電流要遠大于流過比較放大管的基極電流，流過取樣電路的電流應小于最大輸出電流的十分之一，即設計時應保證其中5）確定基準電壓在圖3-3所示電路中，晶體管穩壓電路的基準電壓由硅穩壓二極管提供，基準電壓的穩定性對穩壓電路的穩定特性和溫度漂移關系十分密切，硅穩壓管的穩定電壓最好選在左右為宜

24、，因為在此范圍內，硅穩壓管的溫度系數和動態電阻都是最小的。在討論取樣電阻計算方法時，已經知道，另外，從一般帶放大器的串聯反饋型晶體管穩壓電路中可看出，在圖3-3所示電路中，硅穩壓管的工作電流含有比較放大管的發射極電流，而又在變化中，為減小的變化時對基準電壓的影響，應選取，因此基準電路設計可按下式進行，限流電阻應滿足6）設計比較放大器比較放大器是將取樣電路取出的電壓信號與基準電壓進行比較，并把二者之差值電壓放大后去控制調整管，以穩定輸出電壓。因為穩壓電源是深度負反饋電路，所以對比較放大電路可不作嚴格的計算，一般是選用較大值的小功率晶體管比較放大器，再根據調整管的基極電流大小確定其集電極電流和電阻

25、，流過的電流，為了保證調整管能滿足提供最大負載電流的要求，應滿足其中是復合調整管各只三極管電流放大倍數的乘積，即，通常取第四章串聯反饋型晶體管穩壓電源設計方法和步驟設計一個串聯反饋型晶體管穩壓電源，技術指標如下：輸出電壓：；輸出電流：；穩壓系數：；輸出電阻：；輸出電流達到時，電路過流保護；輸入電網電壓低于時，電路欠壓保護；交流電壓：。1選擇電路本電源對質量指標要求一般，可選用帶放大器的串聯反饋型晶體管穩壓電路。由于要求，因此調整管要采用中功率或大功率調整管，設其電流放大系數，則調整管最大基極電流，用小功率的比較放大管直接推動有困難，使用兩管復合做調整管，如取的電流放大系數，則的最大基極電流，用

26、小功率放大管就可以推動，因此確定用兩管復合作調整管，電路如圖4-1所示。2確定對整流濾波電路的要求根據穩壓電路的工作原理，為保證管工作于線性區，濾波電路輸出電壓取因為交流電壓有10%的波動，所以也有10%的波動，即圖4-1串聯反饋型直流穩壓電源最大輸出電流，加上電路中其他支路如取樣電路、保護電路等的分流，估計為50mA，則整流濾波的輸出電流應大于300mA，現取=350mA，近似等于流過調整管的最大集電極電流。3確定變壓器副邊電壓及變壓器容量由于濾波電路采用電容器濾波，而濾波電路輸出電壓，為變壓器副邊繞組交流電壓有效值，則考慮到穩壓電源長時間工作后濾波電容將逐漸失效，取變壓器副邊功率取得到由表

27、3-1，取，則變壓器原邊功率這樣，變壓器的額定功率取。4電容器、和的選定1）電容器容量的選擇整流濾波電路采用電容濾波，取，其中，是電網電壓周期，為0.02秒，是穩壓電路的等效輸入電阻，當濾波電路輸出電壓為時取標稱值。為了消除穩壓電源內部產生的自激高頻振蕩，在基極與地之間跨接一小電容，取，穩壓電源輸出端濾波電容作為其負載時，可以認為是恒流放電，則它兩端的電壓變化為以最不利的情況考慮，當電網電壓最低時（即電網電壓為時），輸出電壓仍能保證為，且調整管兩端有以上的壓降，濾波電容兩端平均有的電壓波動。因此，取。在橋式整流條件下，電容的放電時間不會大于秒，取秒，則可求得取標稱值。2）電容器、耐壓值的選擇由2.2.1，電容器的耐壓值必須滿足其中，取（因為電網電壓變化率是），由于變壓器副邊容量小于，由表3-2，取，而，則取標稱值。對于電容，其耐壓值取標稱值。5選擇復合調整管對于，應滿足要求：由晶體管手冊查得三極管BU406的，可以滿足以上的要求。選用>30的晶體管。對于，滿足要