1、 一、改善電源穩定度的措施一、改善電源穩定度的措施 應用負反饋原理的串聯型直流穩壓電源能否進一步提高穩定度？比如，當電網電壓波動為 10時，輸出電壓相對變化Vo/Vo能否達到1、0.1甚至0.01？當負載變動時，電源的等效內阻Rn能否作得很小，達到1、0.1甚至0.01？ 1、影響穩定度的主要因素、影響穩定度的主要因素 首先，我們定性地看一看這種類型電源的穩定度可能和哪些因素有關。 （1）放大倍數的影響）放大倍數的影響 從負反饋穩壓原理看，KV愈高，即只要輸出有一點點誤差Vo，就可以自動穩壓了。 怎樣使放大倍數提高呢？ A、放大器級數多，放大倍數就高；B、放大管、調整管的值大，放大倍數就高；

2、C、分壓比n大， 放大倍數就高；D、從放大管K3 看，Rc愈 大，輸入電阻ri3愈小，放大倍數就高。 （2）放大部分電源不穩帶來的影響）放大部分電源不穩帶來的影響 負反饋穩壓過程是： Vi VoVbe3IC3VC3Ib2Ie1 Vo 但是，當RC接到變化的輸入電壓Vi時，還可能通過RC直接影響Ib2，即 ViVb2Ib2Ie1Vo（這是很不利的） 從這方面看，也希望RC大，使這個不利影響減小。 33icrR33icrR IC(A)IC11mA9mA7mA5mA3mA1mAVce3(V)Vce1.00.80.60.40.202468VOVo圖1 大功率管的輸出特性 調整管為射極輸出器形式，rce

3、較小。 rce小，Vo將隨Vi變化（Vi變化使負載線平移）。 如果 rce 很大，而且基極電位固定，Vo就不隨Vi變化。 （4）基準電壓）基準電壓EW不夠穩定，將直接影響輸出電壓不夠穩定，將直接影響輸出電壓Vo。 為使EW穩定，應選動態電阻和溫度系數都比較小的穩壓管。 2穩定度的計算穩定度的計算 （1）等效內阻）等效內阻ro ro (近似公式) (1)21231CbeRrnK由上式看出： 放大環節的電壓放大倍數K3和輸出端的分壓比n愈大，電源的等效內阻ro就愈小。 如果rbe2比Rc小得多，則Ib2 Ic3 , 也有利于加強負反饋，減小ro。 rbe2與12是有聯系的，一般來說，12愈大，rb

4、e2也愈大。所以提高12僅在一定范圍內才有助于減小ro，過多增加復合管的數目也無濟于事。（復合管的數目主要應從滿足負載電流的要求來考慮。） （2）電壓調整率：）電壓調整率： (2)3331nKnRrVVCiio 由上式看出： 穩壓電源可使輸出電壓的變化減小為輸入電壓變化的1/nK3。 ri3小，3大，n大，Rc大，則電網電壓波動對輸出的影響就小。（n為分壓比） 但3、ri3、Rc三者是相互牽制的。 上式對交流也適用。所以整流濾波后的紋波電壓經穩壓電路后，也減小了 nK3倍。 改善穩定度的措施改善穩定度的措施 由前面關于穩定度的定性分析和定量估算，可以為我們提高穩壓電源的穩定度提供了方向和線索。

5、 總的來說，要從提高電壓放大倍數和電路結構兩從提高電壓放大倍數和電路結構兩個方面進行改進個方面進行改進。 由（）式看出，ro和電壓放大倍數有很大關系，總的放大倍數123大，ro就小；分壓比n大，ro就小，而且希望3管的集電極電阻c大，而2管的輸入電阻ri2小。 由（）式看出，對電網波動Vi來說，3大，分壓比n大，輸出變化VO就小，也希望c大，而ri3小。 因此，為了改善電源的穩定度，可以采用以下幾個措施： （1）采用恒流源負載）采用恒流源負載 我們知道，當電源電壓c一定時，c 大e小， 而由輸入電阻近似公式知， e 小 ri大， 這和所要求的c 大、ri小相矛盾。 用“恒流源負載”代替c就很好

6、地解決了這個矛盾。 用“恒流源負載”使3的放大作用得以充分發揮，c 大，而ri小，而且Vi直接通過c影響調整管的作用很弱，從而提高了穩定度。 它的穩定度公式可改寫為： nrRRrnrriCCbeio321323213 （RCrbe2） （3） nrrnRrVVciCiio43333(rc4為恒流管動態電阻rc4 ) （4）44cceIV 圖2 采用恒流源負載ViDW2DW1R1R2R3VoR4R5VW2T1T2T3T4Ic4Ib2Ic3 （2）增加電壓放大部分的級數）增加電壓放大部分的級數 把一級電壓放大改為兩級電壓放大，如下圖所示，也可以改善穩定度。（但要注意負反饋的極性） 圖3 增加電壓放

7、大器級數 （3） 采用穩定的輔助電源采用穩定的輔助電源 把3管的C接到另一個比較穩定的電源上，基本上消除了Vi通過C對調整管基極的影響。 這時，穩定度的估算公式與前面電路的估算公式稍有不同：nRrrRRnKrRRVVcicfzfzcfzfzio333)(1(5)在計算ro時應屬于Vi不變的情況：cbeCioRrRnrr23213(6) （4）補償法）補償法 由前面的分析和計算可以看出：負反饋穩壓電源的輸出總是有變化的， 因為它正是靠Vo來調節的。 如果將補償法原理應用到穩壓電源上，即直接用輸入電壓的波動Vi和負載電流的變化Ifz來調節，如果補償得合適，可以做到Vo0, ro0 （如下圖）。（但

8、也可能過補償，補償量要仔細調整）ViRCRP1VoR1R2R3RfzT3R4Ic3Ib2DW圖4 用Viy來補償 圖4為輸入電壓 波動Vi通過電阻P1加到放大管3的基極，當Vi增加時，除輸出的變化Vo有反饋外，Vi直接使Vbe3增加，其過程為： ViVoUbe3Ic3Ib2Ifz Vo RP1(補償)負反饋 圖5 用IfZ來補償 ViVOT1T2T3RCR4R1R2R3RfZRP2+ 圖5為負載電流的波動IfZ在電阻上產生電壓VP2fZP2加到放大管T3的基極與射極之間，其過程為： RP2(補償) fZVoUbe3IC3Ib2IfZ Vo 對于固定電壓輸出的電源，用補償法容易得到很好的效果。對

9、于寬范圍調節的電源，由于輸出電壓高低不同時，需要的補償也在變化，因此應根據輸出電壓的高低分別進行補償。 (負反饋) 二、提高穩壓電源溫度穩定性的措施二、提高穩壓電源溫度穩定性的措施 對于高精度直流穩壓電源，必須考慮它的溫度穩定性。影響溫度穩定性的因素很多（如Vbe、Icbo、隨溫度變化），但有些地方（如調整管參數變化）引起的漂移不大（只要保證在不同的環境溫度下都能工作在放大區即可）。 提高電源溫度穩定性的關鍵在于輸出電壓和關鍵在于輸出電壓和基準電壓相比較的部分基準電壓相比較的部分。 由以下簡圖可以看出關系式：)(332321beWoVVRRRRRV -(7)E1E2T1T2T3C1R1IRCV

10、1C3Vbe2R4I4VWIfzC4R2R2Vbe3IWR2R3C2VoRfZ圖 6 要使Vo穩定，就要求(7)式右邊的各項穩定，即取樣分壓器電阻R1、R2、R3穩定；穩壓管穩壓值VW及放大管偏壓Vbe3穩定。（VW隨溫度T變化，當然輸出Vo也跟著漂移了，這個問題靠負反饋解決不了，要用溫度補償的辦法來解決。） 常用的措施是：常用的措施是： 1、 R1、R2、R3用溫度系數小的電阻。 碳膜電阻（612）10-4/ 精密金屬膜電阻 110-4/ 精密線繞電阻 210-4/ 錳銅絲線繞電阻 810-6/ 2、采用帶用溫度補償的穩壓管2DW7（或利用同 硅穩壓管的溫度系數相反的正向硅二極管）進行溫度補

11、償。 3、Vbe3隨溫度變化，一般約為2.5mV/，可使VW和Vbe3的溫度漂移相補償。單管放大時，可采用正溫系數的穩壓管，使其和Vbe3的負溫系數相抵消。 4、放大部分采用單端輸出的差動放大電路，借助射極電阻Re，使溫度對管子的影響得到抑制。 為使溫度補償的管子處于相同溫度下能更好地補償，在高精度穩壓電源中，常把差分對管和穩壓管一起放入“熱槽”（在鋁板上打孔，放進管子，充以硅脂）。 熱槽ViVoT1T2T3T4ReDWRCR4R1R2R3圖 7 5、大電流穩壓電源的調整部分常用復合管，這時T2管的穿透電流將被T1放大，尤其是調整管采用大功率鍺管時，反向截止電流Icbo較大，并隨溫度的升高按指

12、數增加，很容易造成高溫空載時穩壓電源的失控。因為在高溫時，流過T1管的總的漏電流IceoIceo1+1Iceo2，Iceo1（11）Icbo1,使輸出電壓Vo增大，誤差信號Vo經放大后加到T2基極來減小Ie1，這時可能迫使T1截止，而輸出電壓仍比所要求的高，故稱為失控。 為了使調整管在不同的溫度下都工作在放大區，常在T1管的基極加電阻R10或R10，如圖8、圖9所示。 IceoIceoR4T1T2bRCR10T3Icbo1Ice2DWR1R2R3RfZ圖 8圖 9T1T2T3RCbR10 圖（8），R10接到電源正端，R10數值由下式決定： (Icbo1,Iceo2以高溫時的數值代入) （8）

13、 這時Icbo1、Iceo2經R10流掉，使T2在高溫空載時不致截止。 圖（9）中，電阻R10接在T1的b、e之間，其作用與圖（8）基本相同。一方面使Iceo2經R10流掉，少流入T1的基極，另一方面，它減少了Icbo1對Iceo1的作用。但R10太小，使12減小，R10由下式決定： 2110ceocbooIIVR 12121102 . 0cboceocboceobeIIVIIVR-(9) 以上兩種接法的目的都是減少漏電流，以達到穩壓電源在高溫下仍然工作在放大區的目的；另一種辦法就是在輸出端加泄漏電阻，使穩壓電源空載時的Ice1大于漏電流。 有些場合，如溫度及負載變化不大時，就不一定要加接R1

14、0或R10。 三、穩壓電源的安全措施三、穩壓電源的安全措施過流保護過流保護 串聯型電源中，調整管與負載串聯，全部負載電流過調整管。在輸出短路或過電流時，調整管將流過很大電流，而且全部整流電壓Vi都加在調整管的ce極之間，容易使管子損壞。為此，許多情況下要考慮過流保護問題。 由于晶體管的熱慣性小，普通保險絲起不到保護作用。 采用快速熔斷保險絲雖然能達到保護的目的，但經常更換保險絲也不方便。 過流自動保護過流自動保護IfZ大到某一值時，自動限制輸大到某一值時，自動限制輸出。出。 一旦故障排除，又恢復工作一旦故障排除，又恢復工作。 電流限制型電流限制型具有圖（a）所示特性。達Ifzm時，Vo 下降，

15、從而將電流限制在一定范圍內。 采用電流限制型保護電路時，必須注意到，輸出短路時Vi全部加到T1管上，這時管耗為Vi Ifzm，它比正常運行時VceIfz大得多。設計電路時應按保護狀態下的功率來考慮調整管的最大功耗 。保護電路工作正常工作Vo0IfZIfZm(a)電流限制型 (b)電流截止型Vo0abIfZIfZm圖10 過流保護特性 電流截止型電流截止型具有圖（b）的特性，負載電流超過Ifzm時，使電路切斷，Vo0, Ifz0。分兩種情況，一種是不能自動恢復的，如曲線a所示（要用按扭使電源返回正常狀態）；另外一種是可以自動恢復的，如曲線b所示（當負載電流回到額定值以下時，自動恢復正常工作）。

16、1、 電流限制型保護電路電流限制型保護電路 （1）二極管（或穩壓管）電流限制型保護電路）二極管（或穩壓管）電流限制型保護電路圖 11RCViVoRfZR1R2R3DweIe=IfZRoVD+ 加在二極管上的電壓是調整管的Vbe與Ifz在R0上的壓降之和，即 VDVbeIfzRo 正常時，D不導通。 當Ifz Ifzm時，Ro上的壓降加大，D導通，這時 VD Vbe IfzmRo 利用Ro上的壓降Ifzm Ro來限制調整管的Vbe繼續增加，從而限制了調整管的發射極電流Ie (Ifzm),其值為 IeIfzm0RVVbeD 當負載沒有異常情況時，電路可自動恢復。 為了得到較大的負載電流，應選VD大

17、的二極管。若VD0.7V，Vbe0.6V，Ifzm2A，則要求Ro0.05，實際上，VD、Vbe不是固定值，而是要隨溫度變化的，因此電流限制值也是變化的。 （2）三極管電流限制型保護電路）三極管電流限制型保護電路 圖 12ViVoDRoRCT4T1T2DWR3R1R2RfZT3 如圖虛線框內電路。有電流流過二極管D，使VD保持一定。 正常時，Ifz Ro較小，T4管截止。 當Ifz Ro Ifz T4導通RcIRC Vce4 VB2 VCE2 Vo Ifz 效果比二極管電流限制型好。Ro的計算同（1）。 2電流截止型保護電路電流截止型保護電路 要求：過電流時切斷電路。 切斷方式切斷方式： a.

18、在調整管后實現截止。調整管要承受全部輸入電壓，對于高電壓穩壓電源是不合適的。 b.切斷調整管前的電源，如采用繼電器、可控硅等， 電路比較復雜。 一般低電壓穩壓電源多采用調整管截止的保護方式。 VoR2過電流保護T1T2T3VW8VViViVoR136.8KRfZT5T6W1R17R16R724K R10120VC4T4 R83.9KR11R0IfZ圖 13 T4起過流保護作用。該電路全部用PNP鍺管。 輔助電源Vi經R8、R11分壓為T4提供基極電壓Vb4，輸出電壓Vo經R7、R10分壓提供T4發射極電壓Ve4。 當Ifz較小時，IfzRo較小，T4的Vbe4為反向偏置（Ve4比Vb4更負），

19、T4管截止，對穩壓電路沒什么影響。 當Ifz增大到Ifzm時，IfzRo增大， T4導通，Vc4減小，使調整管趨于截止，Vo接近地電位。Vo 又經R7、R10使T4進一步導通，使Vo迅速地接近地電位（Vo0，Ifz0），從而達到保護目的。 該電路可以自動恢復。若使調整管在保護電路起作用后不完全截止，有一點電流，當去掉Rfz后，Vo會自動上升。（若完全截止，則需另加開關啟動。） 保護電路參數可按以下原則選擇保護電路參數可按以下原則選擇： T4為一般小功率管，經常處于截止狀態，c、e間承受電壓Vce4Vo，為減小T4對電源穩定度的影響，選Iceo小的管子。 檢測電阻Ro是串在主回路中的，一般取得較

20、小，使IfzRo為1V左右，足以控制T4工作即可。 R7 、R8 、R10 、R11 的選擇，要保證保護管T4在正常工作情況下處于截止狀態，在過電流時（包括保護后Vo0，Ifz0時）T4管導通，而當故障排除后又能自動恢復。 例：設計一個過流保護電路，如上圖。例：設計一個過流保護電路，如上圖。 要求在1.2Ifzm 1.22A2.4A時保護。 已知Vi30V，Vo30V。 試選擇和計算保護電路中各電阻值。 （1）選擇檢測電阻Ro： 選保護時，Ro兩端電壓降 1.2Ifzm Ro 1.2V Ro1.2V/(1.22A)0.5 （2）若保護管用鍺管，選擇R7 、R8 、R10 、R11 ，要滿足下列

21、條件： 正常工作時T4要截止 Vbe4Vb4VR10IfzRo 0 (10) 其中，Vbe4 VR10 /11811iVRRRoVRRR10710 過電流時T4開始導通 Vbe4Vb4VR101.2IfzmRo0.2 V (11) 過電流保護后，Vo0 , Ifz0時，只要故障沒有排除，要求T4仍然導通，即 Vbe4Vb4 VR10 0.2V (12) 此時， (13) 在R11較小時（如R1147），不論T4處于截止或飽和狀態，T4的基極電位都近似不變，即 (14)10131010134/1041010/RRRVRRVVRIRVwceWeR/8111144/ibbVRRRVV 為了使其達到保護值時為觸發狀態，動作比較干脆，希望T4管有較大的值，以及分壓比 不要太小，即 不要太小，但 值也不要太大，因 ， 太大會影響保護效果。 為了實現當故障消除時為了實現當故障消除時（Rfz加大到額定值以上）能夠自動恢復工作，希望能夠自動恢復工作，希