1、第一章 直流穩壓電源及其應用幾乎所有的電子電路都需要穩定的直流電源，在檢定檢修指示儀表時，除了要有合適的標準儀器外，還必須要有合適的直流電源及調節裝置。當由交流電網供電時，則需要把電網供給的交流電轉換為穩定的直流電。交流電經過整流、濾波后變成直流電，雖然能夠作為直流電源使用，但是，由于電網電壓的波動，會使整流后輸出的直流電壓也隨著波動。同時，使用中負載電流也是不斷變動的，有的變動幅度很大，當它流過整流器的內阻時，就會在內阻上產生一個波動的電壓降，這樣輸出電壓也會隨著負載電流的波動而波動。負載電流小，輸出電壓就高，負載電流大，輸出電壓就低。直流電源電壓產生波動，會引起電路工作的不穩定，對于精密的

2、測量儀器、自動控制或電子計算裝置等，將會造成測量、計算的誤差，甚至根本無法正常工作。因此，通常都需要電壓穩定的直流穩壓電源供電。晶體管直流穩壓電源可以作為各種晶體管儀器、儀表、電子計算機、自動控制系統與設備的直流電源。精密穩壓、穩流電源還可作為檢定某些電工儀表用的穩壓、穩流電源。因此，晶體管直流穩壓電源是科研、生產、教學和維修等單位常用的必備儀器。一、直流穩壓電源的原理（一） 方框圖及工作原理晶體管串聯型直流穩壓電源的典型電路方框圖如圖1-1所示。它由整流濾波電路、串聯型穩壓電路、輔助電源和保護電路等部分組成。圖1-1 直流穩壓電源電路原理方框圖整流濾波電路包括電源變壓器、整流電路和濾波電路。

3、半導體電路常用的直流電源有6V、12V、18V、24V、30V等額定電壓值，而電網電壓一般為交流220V，要把電網的交流電壓變換成所需要的直流電壓，首先要經過電源變壓器降壓，然后通過整流電路將交流電變成脈動的直流電，由于整流后的電壓還有較大的交流成分，必須通過濾波電路加以濾除，從而得到比較平滑的直流電壓。經過濾波電路后所得到的直流電壓，雖然脈動小了，但是電壓的數值仍是不穩定的，其主要原因有三個方面：一是交流電網的電壓一般有10%左右的波動，因而會引起整流濾波輸出的直流電壓也有10%左右的波動；二是整流濾波電路存在內阻，當負載電流變化時，在內阻上的電壓降落也會變化，使輸出直流電壓也隨之變化；三是

4、在整流穩壓電路中，由于采用的半導體器件特性隨環境溫度而變化，所以也造成輸出電壓不穩定。穩壓電路可以保持輸出直流電壓的穩定，使之不隨電網電壓、負載或溫度的變化而變化。串聯型穩壓電路由調整環節、比較放大電路、取樣電路、基準電壓等部分組成。調整環節中的調整管是串接在濾波電路和負載之間，故稱為串聯型穩壓電路。調整管相當于一個可變電阻，如果輸出電壓升高了，則其電阻值相應地增大，使輸出電壓降回來；反之，如果輸出電壓下降了，則其電阻值相應地減小，使輸出電壓有所升高。這樣調整輸出電壓，使其維持不變，就可達到穩壓的目的。取樣電路用電阻分壓的方法，將輸出電壓的變化按一定比例取樣下來，為取樣信號。基準電壓是穩定而標

5、準的參考電壓。取樣信號與基準電壓同時加至比較放大電路進行比較，然后將兩者之差進行放大，用放大后的電壓去控制調整管的基極注入電流，從而改變調整管的直流內阻，調整輸出電壓穩定不變。為提高穩壓器的性能，比較放大電路常采用兩級差動放大器，放大倍數較大，控制能力較強，其次比較放大電路還要求零點漂移小，溫度穩定性好。上述的整流濾波電路與串聯型穩壓電路合在一起，也稱為主電源。其穩壓原理是這樣的：如果由于電網電壓或負載變化而引起輸出電壓增大時，經取樣電路產生的取樣電壓也增大，這時取樣電壓大于基準電壓，其差值經比較放大電路放大后，經調整環節使調整管的發射結電壓減小，其基極電流減小，調整管的直流內阻增大，其管壓降

6、就增大，從而使輸出電壓減小，維持了輸出電壓的穩定。同理，當輸出電壓減小時，通過類似過程，使調整管的直流內阻減小，其管壓降減小，也將使輸出電壓回升，從而基本保持不變。直流穩壓電源除了主電源，一般都有兩組輔助電源。第一輔助電源由整流器和穩壓器組成，其輸出電壓也相當穩定；第二輔助電源與主電源電路相似，也由整流濾波電路和串聯型穩壓電路組成，其輸出電壓很穩定。第一輔助電源的輸出電壓一方面作為保護電路的電源電壓，另一方面與主電源的輸出電壓和第二輔助電源的輸出電壓正向串聯后，作為主電源比較放大電路末級差動放大管的電源電壓，為比較放大電路提供一個具有較高電壓的穩壓電源，使其增益較大，這樣，就提高了主電源串聯型

7、穩壓電路的調整靈敏度，進一步提高了其輸出電壓的穩定性。第二輔助電源的輸出電壓一方面作為主電源比較放大電路差動放大管的電源電壓，另一方面通過分壓電路輸出穩定的電壓，作為主電源比較放大電路的基準電壓。在串聯型穩壓電路中，當過載時，特別是在輸出端短路的情況下，輸入直流電壓幾乎全部落在調整管的兩端，這種過載現象即使時間很短，也會使調整管和整流二極管立即燒毀。因此，必須采用快速動作的過流自動保護電路。當過載或短路時，通過保護電路使調整管截止。這時，輸出電壓和電流基本都下降為零，起到保護作用。這種保護電路稱為截止式保護電路。（二） 串聯型穩壓電路圖1-2所示是具有放大環節的串聯型晶體管穩壓電路。輸入電壓V

8、i是由整流濾波電路供給的。電阻R1、R2組成分壓器，把輸出電壓的變化量取出一部分加到由T1組成的放大器的輸入端，所以叫作取樣電路。電阻R3和穩壓管Dz組成穩壓管穩壓電路，用以提供基準電壓，使T1的發射極電位固定不變。晶體管T1組成放大器，起比較和放大信號的作用。R4是T1的集電極電阻，從T1集電極輸出的信號直接加到調整管T2的基極。圖1-2 串聯型穩壓電路如果由于電網電壓降低或負載電流增大使輸出電壓Vo降低時，通過R1、R2的分壓作用，T1的基極電位VB1下降，由于T1的發射極電位VE1被穩壓管Dz穩住而基本不變，二者比較的結果，使T1發射結的正向電壓減小，從而使T1的IC1減小和VC1增高。

9、VC1的升高又使T2的IB2和IC2增大，VCE2減小，最后使輸出電壓Vo升高到接近原來的數值。以上穩壓過程可以表示為：同理，當Vo升高時，通過穩壓過程也使Vo基本保持不變。比較放大器可以是一個單管放大電路，但為了提高其增益及輸出電壓溫度穩定性，也可以采用多級差動放大電路和集成運放。調整管通常是功率管，為增大值，使比較放大器的小電流能推動功率管，也可以是二個至三個晶體管組成的復合管，如果調整管的功率不能滿足要求時，也可以是若干個調整管并聯使用，增加支路以便擴大輸出電流。由于用途不同，取樣電路的接法也不同：對穩壓源，取樣電阻是與負載并聯；而對穩流源，取樣電阻則是與負載串聯。有些電子設備需要大小相

10、等而極性相反的雙路電源電壓。這樣的電源電壓可以通過對稱的雙路穩壓電路來獲得。（三） 輔助電源電路1第一輔助電源電路在圖1-2所示的電路中，放大管T1的負載R4直接接在變化較大的輸入電壓Vi上，因此輸入電壓的變化會直接通過R4作用到調整管T2的基極上，從而使輸出電壓發生變化，影響其穩定性。為了克服這個缺點，可以采用一個獨立的輔助電源Vz2供電，如圖1-3所示。這個電源也稱為第一輔助電源，是由R和Dz2組成的穩壓電路，由同一變壓器的另一次級繞組經整流濾波得到電壓Vi1，經穩壓電路得到穩定電壓Vz2，該電壓與Vo串聯后作為T1的電源。由于Vz2與Vo都是相當穩定的，所以電源電壓的波動對輸出電壓的影響

11、可大大減小。由于Vz2與Vo相加作為比較放大器的電源，所以R4可以選得比原來大，以提高放大倍數，從而進一步地增強了控制能力，提高了輸出電壓的穩定性。圖1-3 第一輔助電源電路2 第二輔助電源電路在圖1-2所示的電路中，串聯型穩壓電路的輸出電壓Vo可以由下式給出：可見，改變取樣電路的分壓比，可以調節輸出電壓的大小。R1愈小則輸出電壓Vo也愈小。當R1=0時，輸出電壓最低，其值為：Vomin=Vz+VBE1，即輸出電壓的最低值仍高于穩壓管工作電壓Vz，輸出電壓不可能調整到零是這種電路的缺點。為了擴大輸出電壓的調整范圍，可增加第二輔助電源，如圖1-4所示，這種電路穩壓管的電壓是由另一組整流電路的Vi

12、2供給，從圖可以直觀看出，如果R1=0時，則V = VBE10。可見，第二輔助電源提供了調節輸出電壓接近于零的可能性，只要改變取樣電路的分壓比，就可實現輸出電壓在大范圍內連續可調的要求。圖1-4 第二輔助電源電路（四）串聯型穩壓電路的保護電路串聯型晶體管穩壓電路的保護電路可分為限流式和截止式兩種。1限流式保護電路限流式保護電路是當輸出電流超過一定數值時，則保護電路開始工作，使調整管處于不完全截止狀態，輸出電流和輸出電壓都相應下降，達到保護電源的目的。這種保護電路比較簡單，而且當輸出過載或短路被排除后，穩壓電路便自動地恢復工作。圖1-5 限流保護電路圖1-5所示虛線包圍的部分是較常見的限流式保護

13、電路。T3稱為保護管。輸出電壓經R5和R6分壓，取R6上的電壓給T3基極提供反向偏壓。R7為檢測電阻，其阻值較小。輸出電流在R7上的壓降給T3基極提供正向偏壓。在正常情況下，R6上的反向偏壓超過R7上的正向偏壓，所以T3處于截止狀態，對穩壓電路工作沒有影響。當過載使輸出電流過大時，則R7正向壓降也增大，使T3進入導通狀態，于是T3管兩端電壓減小，使調整管T2發射結正向電壓也減小，從而使調整管電流減小，輸出電流和電壓都減小，對調整管起到了保護作用。這種保護電路維持T3導通的必要條件是輸出電流經過R7產生正向偏壓，因此只能把輸出電流減小到一定程度，而不能使調整管截止。當輸出過載原因被排除后，可以自

14、動恢復到正常狀態。優點是簡單可靠，缺點是過載時調整管上仍消耗較大的功率。2截止式保護電路截止式保護電路是當負載過載或短路時，通過保護電路使調整管截止，這時輸出電壓和電流基本都下降為零，從而起到保護作用。截止式保護電路稍微復雜。它又可分為兩種情況：一種是可自動恢復工作；另一種是當故障排除后必須依靠復位按鈕或切斷交流電源重新開機，穩壓電源才能恢復正常工作。圖1-6 截止式保護電路圖1-6 所示虛線包圍的部分為截止式保護電路。圖中電阻R8、穩壓管Dz2及分壓電阻R4、R5為保護管T3提供基極電壓，由輸出電壓Vo經電阻R6、R7分壓供給T3發射極電壓，檢測電阻R接在R7和R5之間，輸出電流Io流過它產

15、生電壓降，R5、R7和R上電壓的極性如圖所示，可見加在保護管T3的發射結電壓為VBE3=（VR5+VR）-VR7當穩壓電路正常工作時，Io在額定值內，VR=IoR較小，使VR5+ VRVR7，則VBE3為負值，T3管發射結反向偏置而可靠地截止。保護電路不起作用，對穩壓電路的正常工作沒有影響。 當輸出電流Io超過額定值時，R上電壓增加使T3導通，其集電極電壓VC3下降，即調整管T2的VB2下降，致使它趨于截止，VCE2增大，輸出電壓Vo隨之減小，結果R7上的電壓VR7減小，使T3管進一步導通，又使Vo進一步下降，形成正反饋過程，以致調整管T2迅速截止，輸出電壓和電流均接近于零。此時靠R5上的電壓

16、VR5維持T3導通，T2截止，達到了保護的目的。二、直流穩壓電源的使用直流穩壓電源的使用方法很簡單。使用時，應注意所需直流電壓的極性。如果需要輸出正電壓，則應將直流穩壓電源的輸出端了“-”接用電設備的“地”端，將端子“+”接所需正電壓端。如果需要輸出負電壓，則需把上述接線方法反一下即可。通電前，應用萬用表測量一下，檢查輸出電壓是否符合使用要求，以免電壓過高損壞用電設備。為了使用電設備能正常工作，不致因直流電源性能不佳，而影響用電設備穩定可靠地工作，在作用穩壓電源前，最好將它簡單地測試一下。測試的主要內容有：輸出電壓的調節范圍、穩定程度、紋波電壓和過流保護等。三、直流穩壓電源的檢修（一） 檢修程

17、序1 表面初步檢查各種穩壓電源一般都裝有過載或短路保護的熔斷絲以及輸入輸出接線柱，應先檢查熔斷絲有否熔斷或松脫，接線柱有否松脫或對地短路，電壓指示表的表針有否卡阻。然后打開機殼蓋板，查看電源變壓器有否焦味或發霉，電阻、電容有否燒焦、霉斷、漏液、炸裂等明顯的損壞現象。2 測量整流輸出電壓在各種穩壓電源中都有一組或一組以上的整流輸出電壓，如果這些整流輸出電壓有一組不正常，則穩壓電源將會出現各種故障。因此，檢修時，要首先測量有關的整流輸出電壓是否正常。3 測試電子器件 如果整流電壓輸出正常，而輸出穩壓不正常，則需進一步測試調整管、放大管等的性能是否良好，電容有否擊穿短路或開路，如果發現有損壞、變值的

18、器件，通常更新后即可使穩壓電源恢復正常。4檢查電路的工作點若整流電壓輸出和有關的電子器件都正常，則應進一步檢查電路的工作點。對晶體管來說，它的集電極和發射極之間要有一定的工作電壓，基極與發射極之間的偏置電壓，其極性應符合要求，并保證工作在放大區。5分析電路原理如果發現某個晶體管的工作點電壓不正常，有兩種可能：一是該晶體管損壞；二是電路中其它元件損壞所致。這時就必須仔細地根據電路原理圖來分析發生問題的原因，進一步查明損壞、變值的元器件。（二）穩壓電源常見故障檢修實例1 有調壓而無穩壓作用在使用穩壓電源時，通常是先開機預熱，然后調節輸出電壓“粗調”電位器，觀察調壓作用和調節范圍是否正常，最后調節到所需要的電源電壓值，并接上負載。如果空載時電壓正常，但接上負載后，輸出電壓即下降，若排除外電路故障的可能性，此時的故障就是穩壓電源無穩壓作用。檢修時可用萬用表測定大功率調整管的集電極與發射極之間的通斷情況。如發現不了問題，可進一步檢查整流二極管是否損壞，只要有一只整流管損壞，全波整流就變成半波整流。空載時，大容量的濾波電容仍能提供足夠的整流輸出電壓，以保證穩壓輸出的調壓功能，接上負載以后，整流輸出電壓立即下降，穩壓輸出端的電壓也隨之下降，失去穩