穩壓電源一般由變壓器、整流器和穩壓器三大部分組成,如圖5一21所示。變壓器把市電交流電壓變為所需要的低壓交流電。整流器把交流電變為直流電。經濾波后,穩壓器再把不穩定的直流電壓變為穩定的直流電壓輸出。

一、穩壓電源的技術指標及對穩壓電源的要求

　　穩壓電源的技術指標可以分為兩大類:一類是特性指標,如輸出電壓、輸出電濾及電壓調節范圍;另一類是質量指標,反映一個穩壓電源的優劣,包括穩定度、等效內阻(輸出電阻)、紋波電壓及溫度系數等。.　　對穩壓電源的性能,主要有以下四個萬面的要求

1．穩定性好

　　當輸入電壓Usr(整流、濾波的輸出電壓)在規定范圍內變動時,輸出電壓Usc的變化應該很小一般要求 。

　　由于輸入電壓變化而引起輸出電壓變化的程度,稱為穩定度指標,常用穩壓系數S 來表示:S的大小,反映一個穩壓電源克服輸入電壓變化的能力。在同樣的輸入電壓變化條件下,S越小,輸出電壓的變化越小,電源的穩定度越高。通常S約為。

　　2.輸出電阻小

　　負載變化時(從空載到滿載),輸出電壓Usc,應基本保持不變。穩壓電源這方面的性能可用輸出電阻表征。

　　輸出電阻(又叫等效內阻)用rn 表示,它等于輸出電壓變化量和負載電流變化量之比。

　　rn 反映負載變動時,輸出電壓維持恒定的能力,rn 越小,則Ifz   變化時輸出電壓的變化也越小。性能優良的穩壓電源,輸出電阻可小到1歐,甚至0．01歐。

　　當環境溫度變化時,會引起輸出電壓的漂移。良好的穩壓電源,應在環境溫度變化時,有效地抑制輸出電壓的漂移,保持輸出電壓穩定,輸出電壓的漂移用溫度系數KT來表示:

　　4.輸出電壓紋波小

　　所謂紋波電壓,是指輸出電壓中50赫或100赫的交流分量,通常用有效值或峰值表示。經過穩壓作用,可以使整流濾波后的紋波電壓大大降低,降低的倍數反比于穩壓系數S 。

　　上節介紹的串聯型穩壓電路,用做一種簡單的穩壓電源,可以滿足一般無線電愛好者的需要。但是,這種電源還有許多“天生的”缺陷,要提高對性能的要求,就必須再做一些改進。從以下四個右面對它的性能加以改善,便可做成一臺有實用價值的穩壓電源了。這就是:增加放大環節,提高穩定性,使輸出電壓可調;用復合管做調整管,使輸出電流增大;增加保護電路,使電源工作安全可靠。

二、帶有放大環節的穩壓電源

　　輸出電壓的變化量△Usc是很微弱的,它對調整管的控制作用也很弱,因此穩壓效果不夠好,帶有放大環節的穩壓電源,就是在電路中增加一個直流放大器,把微弱的輸出電壓變化量先加以放大,再去控制調整管,從而提高對調整管的控制作用,使穩壓電源的穩定性能得到改善。圖5-22 是帶有放大環節的穩壓電源電路。

　　圖中,BG1是調整管,BG2是比較放大管。輸出電田變化量△Usc的一部分與基準電壓Uw 比較,并經BG2放大后進到了BG1的基極。Rc 是BG2 的集電極電阻,又是BG1的上偏置電阻。R1、R2是BG2的上、下偏置電阻,組成分壓電路,把ΔUsc的一部分作為輸出電壓的取樣,送給BG2的基極,因此又叫取樣電路 R2 上的電壓Ub2:叫取樣電壓。DW和R3組,成穩壓電路,提供基準電壓。

　　從電路路中可以看出,當輸出電壓Usc下降的時候,通過R1 、R2組成的分壓電路的作用,BG2的基極電位Ub2也下降了。由于基準電壓UW 使BG2的發射極電位保持不變,Ubc2 :=Ub2,一UW隨之減小。于是BG2集電極電流Ic:減小,Uc2增高,即BG1的基極電位Ub1增高,使Icl增加,管壓降Uce1減小,從而導致輸出電壓Usc保持基本穩定。BG2的放大倍數越大,調整作用就越強,輸出電壓就越穩定。

　　如果輸出電壓Usc增高時,同樣道理,又會通過反饋作用使Usc減小,保持輸出電壓基本不變。

　　下面談談各元件的選取原則。前面已經提到,Rc是放大級的負載電阻,又相當于調整管的偏置電阻。Rc大,放大倍數大,有利于提高穩壓器指標,但Rc過大會使BG2和調整管電流太小,限制了負載電流和調整范圍。通常Rc根據下列公式選取:

Usrmin 為整流輸出的最小電壓。Ic2可取1~3毫安。穩壓管DW的穩定電壓Uw,選擇范圍比較寬,只要不使BG2飽和(即Uw比Usc低2伏以下)均可。Uw取得大,取樣電壓可大些,有利于提高穩壓性能。限流電阻R3通過的電流I3,應該等于DW的穩定電流,那應滿足下述關系:

　　輸入電壓Usr應大于輸出電壓Usc3~8伏。Usr過小,調整管容易飽和而起不到調整作用;Usr過大,則增加管子耗損,并浪費功率。整流紋波小的,Usr可取低些;紋波大的,Usr應取高些。調整管BG1的β值要盡量大,為此可以使用復倉管。調整管的功耗也要足夠大,應滿足下式要求:Usrmax 為電網電壓最高時的整流輸出電壓。

　　放大管BG2 也要選用β值大的管子,以增強對調整管的控制作用,使輸出的更穩定。在Usc較大的穩壓電路中,還應注意BG2所能承受的反向電壓,應選取的晶體管。

　　分壓電阻(R1+R2)要適當小些,以提高電路性能。通常取流過分壓電阻的電流大于放大管基極電流的5-10倍。分壓比決定于輸出電壓Usc和參考電壓Uw,由下式決定:一般可先選定R1 或R2,再通過計算調整另外一只電阻器,分壓比要選得大些,一般選0．5~0．8。

三、輸出電壓可調的穩壓電源

四、用復合管做調整管的穩壓電源

　　在穩壓電源中,負載電流Ifz   要流過調整管,輸出大電流的電源必須使用大功率的調整管,這就要求有足夠大的電流供給調整管的基極,而比較放大電路供不出所需要的大電流,另一方面,調整管需要有較高的電流放大倍數,才能有效地提高穩壓性能,但是大功率管一般電流放大倍數都不高。解決這些矛盾的辦法,是給原有的調整管再配上一個或幾個“助手”,組成復合管。用復合管做調整管的穩壓電源電路如圖5一24所示。

　　用復合管做調整管時,BG2的反向電流Iceo2將被放大,尤其是采用大功率鍺管時,反向截止電流Icbo比較大,并隨溫度增高按指數增加,很容易造成高溫空載時穩壓電源的失控,使輸出電壓Usc增大。誤差信號ΔUsc經放大加到BG2 的級基極來減少Ic人,可能迫使BG2截止。為了使調整管在不同溫度下都工作在放大區,常在BG1的基極加電阻(R7)接到電源的正極(如圖5一24)或負極。在溫度或負載變化不大或全用硅管時,可不加這個電阻。

　　R7的數值,可近似由下式決定:

五、帶有保護電路的穩壓電源。

　　保護電路的形式很多。圖5-25是二極管保護電路,由二極管D和檢圖5-25 二極管保護電路測電阻R0組成。正常工作時,雖然二極管兩端的電壓上低下場,但二極管仍處于反向截止狀態。負載電流增大到一定數值時,電阻RO上的壓陷ROIe 加大,使二極管導通。由于UD=Ube1+RO Ie,而二極管的導通電壓UD是一定的,則Ube1被迫減小,從而使Ie限制到一定值,達到保護調整管的目的。在使用時,二極管要選用UD 值大的。

　　圖5-26是三極管保護電路。由三極管BG2和分壓電阻R4、R5組成。電路正常工作時,通過R4與R5的壓作用,使得BG2的基極電位比發射極電位高,發射結承受反向電壓。于是BG2處于截止狀態(相當于開路),對穩壓電路沒有影響。當電路短路時,輸出電壓為零,BG2的發射極相當于接地,則BG2處于飽和導通狀態(相當于短路),從而使調整管BG1基極和發射極近于短路,而處于截止狀態,切斷電路電流,從而達到保護目的。