直流稳压电源技术—串联稳压电源
一、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。由于T1基极电压被D1固定在UD1，T1发射结电压(UT1)BE在T1正常工作时基本是一个固定值(一般硅管为0.7V，锗管为0.3V)，所以输出电压UO=UD1-(UT1)BE。当输出电压远大于T1发射结电压时，可以忽略(UT1)BE，则UO≈UD1。
下面我们分析一下建议串联稳压电源的稳压工作原理：
假设由于某种原因引起输出电压UO降低，即T1的发射极电压(UT1)E降低，由于UD1保持不变，从而造成T1发射结电压(UT1)BE上升，引起T1基极电流(IT1)B上升，从而造成T1发射极电流(IT1)E被放大β倍上升，由晶体管的负载特性可知，这时T1导通更加充分管压降(UT1)CE将迅速减小，输入电压UI更多的加到负载上，UO得到快速回升。这个调整过程可以使用下面的变化关系图表示：
UO↓→(UT1)E↓→UD1恒定→(UT1)BE↑→(IT1)B↑→(IT1)E↑→(UT1)CE↓→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↑→(UT1)E↑→UD1恒定→(UT1)BE↓→(IT1)B↓→(IT1)E↓→(UT1)CE↑→UO↓
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。由于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=(UT1)E≈(UT1)B，由于(UT1)B保持稳定，所以输出电压UO也保持稳定。
简易串联稳压电源由于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D1，这样调整输出电压非常不方便。另外由于直接通过输出电压UO的变化来调节T1的管压降(UT1)CE，这样控制作用较小，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。由于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。
二、串联负反馈稳压电源
由于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。由于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。
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。
假设由于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(UT2)O成比例下降，由于T2发射极电压(UT2)E受稳压管D1的稳压值控制保持不变，所以T2发射结电压(UT2)BE将减小，于是T2基极电流(IT2)B减小，T2发射极电流(IT2)E跟随减小，T2管压降(UT2)CE增加，导致其发射极电压(UT2)C上升，即调整管T1基极电压(UT1)B将上升，T1管压降(UT1)CE减小，使输入电压UI更多的加到负载上，这样输出电压UO就上升。这个调整过程可以使用下面的变化关系图表示：
UO↓→(UT2)O↓→UD1恒定→(UT2)BE↓→(IT2)B↓→(IT2)E↓→(UT2)CE↑
→(UT2)C↑→(UT1)B↑→(UT1)CE↓→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↑→(UT2)O↑→UD1恒定→(UT2)BE↑→(IT2)B↑→(IT2)E↑→(UT2)CE↓
→(UT2)C↓→(UT1)B↓→(UT1)CE↑→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，由于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
前面我们还说到R3～R5是取样电路，由于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(UT2)B。
当R4滑动到最上端时T2基极电压(UT2)B为：
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(UT2)B为：
此时输出电压为：
这时的输出电压是最大值。
以上计算中，当(UT2)BE<
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。
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(PT1)PCM的大功率管，而其驱动电流只要求(IT2)B。
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(a)中的复合管连接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。
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。由于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
由于桥式整流、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。由于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。同时由于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。
3、变压部分
这一部分主要计算变压器B1次级输出电压(UB1)O和变压器的功率PB1。
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(UT1)CE应维持在3V以上，才能保证调整管T1工作在放大区。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(UB1)OMIN应该是：
(UB1)OMIN=(ΔUD+(UT1)CE+(UO)MAX)÷1.2
(UB1)OMIN=(2V+3V+15V)÷1.2=20V÷1.2=16.67V
则变压器B1次级额定电压为：
(UB1)O=(UB1)OMIN÷0.9
(UB1)O=16.67V÷0.9=18.5V
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(IO)MAX为500mA。此时变压器次级电压(UB1)OMAX为：
(UB1)OMAX=(UB1)O×1.1
(UB1)OMAX=18.5V×1.1=20.35V
变压器B1的设计功率为：
PB1=(UB1)OMAX×(IO)MAX
PB1=20.35V×500mA=10.2VA
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，以免由于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(ID1)MAX和耐压(VD1)RM。由于四个整流管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：
(ID1)MAX=0.5×IO
(ID1)MAX=0.5×500mA=0.25A
考虑到取样和放大部分的电流，可选取最大电流(ID1)MAX为0.3A。
整流管D1的耐压(VD1)RM即当市电上升10%时D1两端的最大反向峰值电压为：
(VD1)RM≈1.414×(UB1)OMAX=1.414×1.1×(UB1)O≈1.555×(UB1)O
(VD1)RM≈1.555×18.5V≈29V
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
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