圖9.0.1是直流穩(wěn)壓電源的組成原理方框圖及其各個(gè)部分的輸出波形，它由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四大部分組成，表示了把交流電轉(zhuǎn)換成直流電的過程。圖9.0.1直流穩(wěn)壓電源的組成框圖圖9.0.1中各環(huán)節(jié)的功能如下：

(1)電源變壓器：將電網(wǎng)提供的交流電壓變換到電子線路所需要的交流電壓范圍，同時(shí)還可起到直流電源與電網(wǎng)的隔離作用，可升壓也可降壓。

(2)整流電路：將變壓器變換后的交流電壓變?yōu)閱蜗虻拿}動直流電壓。

(3)濾波電路：對整流輸出的脈動直流進(jìn)行平滑處理，使之成為一個(gè)含紋波成分很小的直流電壓。

(4)穩(wěn)壓電路：對濾波輸出的直流電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，以

保持輸出電壓的基本穩(wěn)定。由于濾波后輸出直流電壓受溫

度、負(fù)載、電網(wǎng)電壓波動等因素的影響很大，所以要設(shè)置穩(wěn)壓電路。

9.1整流電路

9.1.1單相半波整流電路

1.電路結(jié)構(gòu)與工作原理

利用二極管的單向?qū)щ娞匦?，在電路中只用一只二極管就可以實(shí)現(xiàn)半波輸出。具體的實(shí)現(xiàn)電路如圖9.1.1所示。圖9.1.1單相半波整流電路如果輸入信號為正弦波，令ui=U2sinωt(U2為輸入正弦信號的有效值)。由于二極管的單向?qū)щ娦?，在輸入信號為正半周時(shí)，VD導(dǎo)通，這時(shí)負(fù)載電阻RL上的電壓為uO；在輸入信號的負(fù)半周，二極管反向截止，負(fù)載電阻RL上沒有電壓輸出。如果忽略二極管的導(dǎo)通壓降，在負(fù)載上獲得的輸出電壓波形如圖9.1.2所示。圖9.1.2單相半波整流電路的輸出波形

2.主要參數(shù)計(jì)算

負(fù)載上得到的整流電壓雖然是單方向的，但其大小是變化的，這就是所謂的單向脈動電壓，通常用一個(gè)周期的平均值來說明它的大小，即輸出電壓的平均值(9.1.1)負(fù)載中通過的電流平均值(9.1.2)整流輸出電壓的脈動系數(shù)為整流輸出電壓的基波峰值與輸出電壓平均值之比，即(9.1.3)所以單相半波整流電路輸出電壓的脈動系數(shù)為(9.1.4)說明單相半波整流電路的輸出脈動很大。

3.二極管的選擇

(1)在選用二極管時(shí)要保證二極管的最大反向工作電壓大于變壓器次級電壓的最大幅值，即

(9.1.5)

(2)二極管的最大整流電流IF應(yīng)大于負(fù)載電流IO，即

(9.1.6)一般情況下，允許電網(wǎng)電壓有±10%的波動，因此在實(shí)際選用二極管時(shí)，對于最高反向工作電壓和最大整流平均電流應(yīng)至少留有10%的富裕量，以保證二極管安全正常地工作，即選取

(9.1.7)

IF>1.1IO

(9.1.8)

單相半波整流電路雖然電路結(jié)構(gòu)簡單，但是輸出電壓低，交流分量大（即脈動大），效率低。所以這種電路僅僅適用于整流電流較小、對脈動要求不高的場合。9.1.2單相全波整流電路

1.電路結(jié)構(gòu)與工作原理

單相半波整流的缺點(diǎn)是只利用了電源的半個(gè)周期。若將兩個(gè)半波整流電路組合起來，便可形成一個(gè)全波整流電路。單相全波整流電路如圖9.1.3(a)所示，電路由帶中心抽頭的變壓器和兩個(gè)二極管組成。令u2=

U2sinωt(U2為輸入正弦信號的有效值)。在u2的正半周，VD1正向?qū)ǎ娏鱥D1經(jīng)VD1流過RL回

到變壓器的中心抽頭，此時(shí)VD2因反偏而截止；在u2的負(fù)半周，VD2正向?qū)?，電流iD2經(jīng)VD2流過RL回到變壓器的中心抽頭，此時(shí)VD1因反偏而截止。由此可見全波整流電路在u2的正、負(fù)半周中，VD1和VD2輪流導(dǎo)通，負(fù)載RL在u2的正、負(fù)半波中均有電流通過，其電壓波形如圖9.1.3(b)所示。圖9.1.3單相全波整流電路圖及其輸出波形

2.主要參數(shù)計(jì)算

由輸出波形可以看出，全波整流輸出波形是半波整流時(shí)的兩倍，所以輸出電壓的平均值也為半波時(shí)的兩倍，即(9.1.9)負(fù)載中通過的電流平均值單相全波整流電路輸出電壓的脈動系數(shù)為(9.1.11)(9.1.1０)

3.二極管的選擇

(1)由于單相全波整流電路的整流效率比單相半波整流電路高一倍，所以二極管所承受的最大反向電壓URM比單相半波整流電路要高一倍，即二極管的最大反向工作電壓大于變壓器次級電壓u2的最大幅值的兩倍

(9.1.12)

(2)二極管的最大整流電流IF應(yīng)大于負(fù)載電流IO的一半，即

從上面的分析可以看出，單相全波整流電路整流電壓的平均值比半波整流時(shí)增加了一倍，變壓器利用率也提高了一倍，輸出脈動也減小了很多，但是二極管所承受的最大反向電壓增大為變壓器副邊電壓信號幅值的2倍。(9.1.13)9.1.3單相橋式整流電路

在全波整流電路中，最常用的是單相橋式整流電路，它由四只二極管接成電橋的形式。橋式整流電路如圖9.1.4(a)所示，圖9.1.4(b)是它常用的簡化畫法。圖9.1.4單相橋式整流電路圖令變壓器副邊電壓u2=

U2sinωt，那么在信號電壓的正半周，極性為上正、下負(fù)，則二極管VD1

與VD2導(dǎo)通，VD3與VD4截止，這時(shí)負(fù)載電阻上得到一個(gè)上正、下負(fù)的半波電壓；在變壓器副邊電壓的負(fù)半周，其極性為上負(fù)、下正，即二極管VD3與VD4導(dǎo)通，VD1與VD2截止，這時(shí)負(fù)載電阻上仍得到一個(gè)上正、下負(fù)的半波電壓，其輸出波形如圖9.1.5所示。此時(shí)，變壓器次級繞組不需要中心抽頭，而且在信號正、負(fù)兩個(gè)半周期內(nèi)都有電流通過，提高了變壓器的利用率。從圖9.1.5中可以看出，經(jīng)過整流后，負(fù)載電阻上電流的方向不變，但其大小仍發(fā)生周期性變化，故仍為脈動直流電壓。圖9.1.5單相橋式整流電路的電壓與電流波形此時(shí)，單相橋式整流電路的主要參數(shù)的計(jì)算與式(9.1.9)、式(9.1.10)、式(9.1.11)相同。二極管所承受的最大反向電壓為變壓器副邊電壓信號的幅值，即

(9.1.14)

二極管的最大整流電流IF依然應(yīng)大于負(fù)載電流IO的一半，即與式(9.1.13)相同。

9.2濾波電路

9.2.1電容濾波電路

圖9.2.1中與負(fù)載并聯(lián)的電容器就是一個(gè)簡單的濾波電路，它利用了電容兩端電壓在電路狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)不能突變的原理。下面分析該電路的工作情況。圖9.2.1單相橋式電容濾波整流電路空載(RL→∞)時(shí)，設(shè)電容C兩端的初始電壓為零。接入交流電源后，當(dāng)u2為正半周時(shí)，VD1、VD2導(dǎo)通，則u2通過VD1、VD2對電容充電；當(dāng)u2為負(fù)半周時(shí)，VD3、VD4導(dǎo)通，u2通過VD3、VD4

對電容充電。由于充電回路等效電阻很小，所以充電很快，電容C迅速被充到交流電壓u2的最大值U2。此時(shí)二極管兩端的正向電壓差始終小于或等于零，故二極管均截止，電容不可能放電，故輸出電壓uO

恒為U2，其波形如圖9.2.2(a)所示。圖9.2.2單相橋式電容濾波整流電路的電壓、電流波形接入負(fù)載RL后，設(shè)變壓器副邊電壓u2從0開始上升(即正半周開始)時(shí)接入負(fù)載RL，由于電容在負(fù)載未接入前充滿了電，故剛接入負(fù)載時(shí)u2<uC(電容兩端電壓)，二極管受反向電壓作用而截止，電容C經(jīng)RL放電，此時(shí)，輸出電壓uO=uC。電容放電過程的快慢取決于電路時(shí)間常數(shù)τd(τd=RLC)的大小，τd越大，放電過程越慢，輸出電壓越平穩(wěn)。與此同時(shí)，交流電壓u2按正弦規(guī)律上升。當(dāng)u2>uC時(shí)，二極管VD1、VD2受正向電壓作用而導(dǎo)通，此時(shí)，u2經(jīng)二極管VD1、VD2向電容C充電，并且向負(fù)載RL提供電流，該充電時(shí)間常數(shù)很小(因?yàn)槎O管的正向電阻很小)，充電很快。充電進(jìn)行的同時(shí)，

u2在按正弦規(guī)律下降，當(dāng)u2<uC時(shí)，二極管被反向截止，電容C又經(jīng)RL放電，如此反復(fù)進(jìn)行，在負(fù)載上得到如圖9.2.2(b)所示的一個(gè)近似鋸齒波的電壓，使負(fù)載電壓的波動大為減少。

(1)在電容濾波電路中，整流二極管的導(dǎo)電時(shí)間縮短了，導(dǎo)電角小于180°，且放電時(shí)間常數(shù)愈大，導(dǎo)電角愈小。由于電容濾波后輸出直流的平均值提高了，而導(dǎo)電角卻減小了，故整流二極管在短暫的導(dǎo)電時(shí)間內(nèi)將流過一個(gè)很大的沖擊電流，如圖9.2.2(c)所示，這樣易損壞整流管，所以選擇整流二極管時(shí)，管子的最大整流電流應(yīng)留有充分的裕量。圖9.2.3電容濾波整流電路及純電阻負(fù)載的輸出特性

(2)負(fù)載上輸出的平均電壓的高低和紋波特性都與放電

時(shí)間常數(shù)密切相關(guān)。RLC越大，電容放電速度越慢，紋波

越少，負(fù)載平均電壓越高。一般地，當(dāng)RLC>(3～5)T/2時(shí)，UO(AV)=1.2U2，其中T為電源交流電壓周期。負(fù)載上獲得的平均電壓UL隨負(fù)載電流IL的變化關(guān)系稱

為輸出特性或外特性，橋式整流電路的外特性如圖9.2.3所示。負(fù)載電流IL隨著電壓UL的增大而出現(xiàn)較大的下降。可見，電容濾波電路的輸出特性較差，適合于負(fù)載電流較小且變動范圍不大的場合。9.2.2電感濾波電路

電容濾波在大電流工作時(shí)濾波效果較差，當(dāng)一些電氣設(shè)備需要脈動小、輸出電流大的直流電時(shí)，往往利用儲能元件電感器L上電流不能突變的性質(zhì)，把電感L與整流電路的負(fù)載

RL相串聯(lián)，即采用電感濾波電路，也可以起到濾波的作用。如圖9.2.4所示。當(dāng)忽略電感L的電阻時(shí)，負(fù)載上輸出的電壓平均值和純電阻(不加電感)負(fù)載是基本相同的，即UO(AV)≈0.9U2，其濾波波形如圖9.2.5所示。圖9.2.4電感濾波電路圖9.2.5電感濾波電路的波形圖9.2.3復(fù)合濾波電路

當(dāng)單獨(dú)使用電容或電感進(jìn)行濾波，效果依然不理想時(shí)，可以采用復(fù)合濾波電路。利用電容和電感對直流量和交流量呈現(xiàn)不同電抗的特點(diǎn)，合理地接入電路都可以達(dá)到濾波的目的。表9.2.1列出了幾種濾波電路的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)以及使用場合。

表9.2.1各種濾波電路性能的比較

9.3倍壓整流電路

9.3.1二倍壓整流電路

圖9.3.1為二倍壓整流電路。當(dāng)電源電壓為正半周時(shí)，變壓器次級上端為正，下端為負(fù)，二極管VD1導(dǎo)通，VD2截止，電容C1被充電，其值可充到U2（U2為u2的有效值）。圖9.3.1二倍壓整流電路當(dāng)電源電壓為負(fù)半周時(shí)，變壓器次級下端為正，上端為負(fù)，二極管VD1截止，VD2導(dǎo)通，電容C2被充電，其充電電壓系變壓器次級電壓與電容C1電壓之和。如果電容C2的容量足夠大，則電容C2上電壓可充至2

U2，為一般整流電路輸出電壓的兩倍。9.3.2多倍壓整流電路

多倍壓整流電路如圖9.3.2所示。假設(shè)電路為空載，根據(jù)前面的分析方法可得，C1端電壓為U2，C2~C6上的壓降均為2

U2。因此，以C1兩端為輸出端，輸出電壓的值為U2;

以C2兩端為輸出端，輸出電壓的值為2

U2；以C1和C3上電壓和作為輸出，輸出電壓的值為3

U2；以此類推，從不同

的位置輸出，就可以得到4、5、6倍于U2的輸出電壓。圖9.3.2多倍壓整流電路9.4穩(wěn)壓電路

9.4.1穩(wěn)壓電路的性能指標(biāo)

（1）穩(wěn)壓系數(shù)γ：負(fù)載一定時(shí)穩(wěn)壓電路輸出電壓相對變化量與其輸入電壓相對變化量之比。其定義式為(9.4.1)γ表明電網(wǎng)電壓波動對輸出電壓的影響，其值越小，電網(wǎng)電壓變化時(shí)輸出電壓的變化越小。（2）輸出電阻rO：穩(wěn)壓電路輸入電壓一定時(shí)輸出電壓變化量與輸出電流變化量之比。其定義式為(9.4.2)

rO表明負(fù)載電阻對穩(wěn)壓性能的影響。（3）溫度系數(shù)ST：穩(wěn)壓電路輸入電壓一定時(shí)輸出電壓變化量與溫度變化量之比。其定義式為(9.4.3)

ST表明溫度變化對輸出電壓的影響，其值越小，溫度變化時(shí)輸出電壓的變化越小。9.4.2穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路

1.電路結(jié)構(gòu)與工作原理

穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路是一種最簡單的直流穩(wěn)壓電路，在圖9.4.1中，穩(wěn)壓電路由限流電阻R和穩(wěn)壓管VDz構(gòu)成。當(dāng)電源電壓出現(xiàn)波動或者負(fù)載電阻(電流)變化時(shí)，該穩(wěn)壓電路能自動

維持負(fù)載電壓UO的基本穩(wěn)定。圖9.4.1穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路假設(shè)負(fù)載不變，當(dāng)交流電源電壓突然增加時(shí)，整流輸出電壓UI增加，負(fù)載電壓UO也隨著增大。但是對于穩(wěn)壓管而言，UO即加在穩(wěn)壓管兩端的反向電壓，該電壓的微小變化將會使流過穩(wěn)壓管的電流Iz顯著變化，因此Iz將隨著UO的增大而顯著增加，使流過電阻R的電流增大，導(dǎo)致R兩端的壓降增加，使得UI增加的電壓絕大部分降落在R上，負(fù)載電壓U保持近似不變。上述過程可簡單表述為：

電網(wǎng)電壓↑→UI↑→UO(Uz)↑→Iz↑→IR↑→UR↑→UO↓

交流電源電壓降低時(shí)，上述電壓電流的變化過程剛好相反，負(fù)載電壓UO亦可以保證基本不變。

由此可見，當(dāng)電網(wǎng)電壓變化時(shí)，穩(wěn)壓電路通過限流電阻R上電壓的變化來抵消UI的變化，從而使UO基本不變。假設(shè)整流輸出電壓UI不變，當(dāng)負(fù)載電流IL突然增大(負(fù)載降低)時(shí)，電阻R上的壓降增大，導(dǎo)致負(fù)載電壓UO下降，流過穩(wěn)壓管的電流Iz顯著減小，從而使IR基本不變，電阻R上的壓降近似不變，負(fù)載電壓UO因此保持穩(wěn)定。

上述過程可簡單表述為：

RL↓→IL↑→IR↑→UO↓→Iz↓→IR↓→UO基本不變

相反，當(dāng)負(fù)載電流減少時(shí)，穩(wěn)壓過程的分析與之類似。

2.電路元件的選擇

(1)輸出電壓UI選擇。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值，一般選擇：

UI=(2～3)UO

(9.4.4)

(2)穩(wěn)壓管的選擇。穩(wěn)壓管的選擇一般按照以下規(guī)則來

執(zhí)行：

Uz=UO

(9.4.5)

Iz

max=(1.5～3)ILmax

(9.4.6)

(3)限流電阻R的選擇。當(dāng)輸入電壓最小，負(fù)載電流最大時(shí)，流過穩(wěn)壓二極管的電流最小。此時(shí)Iz不應(yīng)小于Izmin，表達(dá)式為由此可計(jì)算出穩(wěn)壓電阻的最大值。即(9.4.7)(9.4.8)≥當(dāng)輸入電壓最大，負(fù)載電流最小時(shí)，流過穩(wěn)壓二極管的電流最大。此時(shí)Iz不應(yīng)超過Izmax，表達(dá)式為

(9.4.9)

由此可計(jì)算出穩(wěn)壓電阻的最小值。即

(9.4.10)

所以，限流電阻R的取值范圍為(9.4.11)

【例9.4.1】穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路如圖9.4.1所示，假設(shè)輸入電壓UImax=15V，UImin=12V；RLmax=600Ω，RLmin=300Ω;負(fù)載工作電壓為6V；試選擇限流電阻及其穩(wěn)壓管。

解由于負(fù)載的工作電壓為6V，所以必須選擇穩(wěn)壓值Uz=6V的穩(wěn)壓管。負(fù)載電流的最大值為

負(fù)載電流的最小值為要使穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路能正常工作必須滿足式(9.4.11)，代入數(shù)據(jù)推導(dǎo)可得這是選擇穩(wěn)壓管的參考數(shù)據(jù)。此處選擇Izmax=40mA，

Izmin=5mA，Uz=6V的穩(wěn)壓二極管。將數(shù)據(jù)代入(9.4.11)可得

180Ω<R<240Ω

取R=200Ω。

穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路雖然電路結(jié)構(gòu)簡單，所用元件數(shù)量少，但是由于受穩(wěn)壓管自身參數(shù)的限制，其輸出電流較小，輸出電壓不可調(diào)節(jié)，因此只適用于負(fù)載電流較小、負(fù)載電壓不變

的場合。9.4.3串聯(lián)型穩(wěn)壓電源

1.電路結(jié)構(gòu)

圖9.4.2所示為典型的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路，其中圖(a)為原理圖，圖(b)為組成方框圖，它由取樣電路、基準(zhǔn)電壓電路、比較放大電路及調(diào)整管四個(gè)基本部分組成。圖9.4.2串聯(lián)型穩(wěn)壓電路及方框圖

(1)取樣電路：由R1、R2和RP組成的分壓電路，它的主要功能是對輸出電壓變化量分壓取樣，然后送至比較放大系統(tǒng)，同時(shí)為V2提供一個(gè)合適的靜態(tài)偏置電壓，以保證V2工作于放大區(qū)。此外取樣電路引入電位器RP還可以調(diào)節(jié)輸出電壓

UO值。

(2)基準(zhǔn)電壓電路：由穩(wěn)壓管VDz和限流電阻R組成的穩(wěn)壓電路，提供一個(gè)穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓。

(3)比較放大電路：一個(gè)由V2構(gòu)成的直流放大電路，RC是V2的集電極負(fù)載電阻(同時(shí)又是調(diào)整管V1的偏流電阻)。它的作用是將輸出取樣電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，并將誤差電壓放大，然后再去控制調(diào)整管。為了提高穩(wěn)壓性能，實(shí)際中常采用差放或集成運(yùn)放作為比較放大電路。

(4)調(diào)整電路：一般由功率管V1組成，是穩(wěn)壓電路的核心部分，輸出電壓的穩(wěn)定最終要依賴V1的調(diào)整作用來實(shí)現(xiàn)，為了有效地起到電壓調(diào)整作用，必須保證它在任何情況下都工作在放大區(qū)，因?yàn)檎{(diào)整管與負(fù)載串聯(lián)，故稱它為串聯(lián)型晶體管直流穩(wěn)壓電路。

2.工作原理

如果由于UI升高，負(fù)載電阻RL增大等原因的影響而使輸出電壓UO升高，這時(shí)UB2也相應(yīng)升高(忽略V2管基極電流)，

而V2管的射極電壓UE2=UZ固定不變，所以UBE2增加，于是IC2增大，集電極電位UC2下降，由于V1基極電位UB1=UC2，因此，V1的UBE1減小，IC1隨之減小，UCE1增大，迫使UO下降，即維持UO基本不變。這一自動調(diào)整過程可簡單表示為：

UI↑→UO↑→UB2=(RW2+R2)UO/(R1+RW+R2)↑→UBE2

=UB2－UE2↑→IC2↑

↓

UO↓←UCE1↑←IC1↓←UBE1↓←UC2(UB1)↓

同理，如果由于某種原因使UO下降時(shí)，可通過上述類似負(fù)反饋過程，迫使UO上升，從而維持UO基本不變。

3.輸出電壓與調(diào)節(jié)范圍

由圖9.4.2(a)可得V2基極電壓為所以輸出電壓為(9.4.13)當(dāng)RP滑動端調(diào)至最上端時(shí)RP2=RW，此時(shí)輸出電壓UO最小，即(9.4.14)當(dāng)RP滑動端調(diào)至最下端時(shí)RP=0，此時(shí)輸出電壓UO最大，即(9.4.15)由此可見，調(diào)整RW的阻值即可調(diào)整Uf的大小。串聯(lián)型穩(wěn)壓電路中的放大單元也可由集成運(yùn)放組成，如圖9.4.3所示。它依然由調(diào)整管、比較放大器、取樣環(huán)節(jié)、基準(zhǔn)電壓源四部分組成。

下面根據(jù)圖9.4.3分兩種情況來討論串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓過程。圖9.4.3串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路的原理方框圖假如電網(wǎng)電壓波動使得輸入電壓UI增加，必然會使輸出電壓UO有所增加，輸出電壓經(jīng)過取樣電路取出一部分信號

Uf與基準(zhǔn)源電壓UREF比較，獲得誤差信號ΔU。誤差信號經(jīng)放大后，用UO1去控制調(diào)整管的基極，使管壓降UCE增加，從而抵消輸入電壓增加的影響，使輸出電壓UO基本保持恒定。這一自動調(diào)整過程可簡單表示為：

UI↑→UO↑→Uf↑→UO1↓→UCE↑→UO↓負(fù)載電流IL增加，必然會使線路的損耗增加，從而使輸入電壓UI有所減小，輸出電壓UO必然有所下降，經(jīng)過取樣電路取出一部分信號Uf與基準(zhǔn)源電壓UREF比較，獲得的誤差信號使UO1增加，進(jìn)而使調(diào)整管的管壓降UCE下降，從而抵消因IL增加使輸入電壓減小的趨勢，輸出UO可基本保持恒定。這一自動調(diào)整過程可簡單表示為：

IL↑→UI↓→UO↓→Uf↓→UO1↑→UCE↓→UO↑假定比較放大器的電壓放大倍數(shù)很大，可以將其同相輸入端和反相輸入端看成虛短，則Uf≈UREF，因此有從上式可以看出，可以通過調(diào)節(jié)R2改變輸出電壓UO的大小。

R2動端在最上端時(shí)，輸出電壓最小，即為(9.4.17)

R2動端在最下端時(shí)，輸出電壓最大，即為(9.4.18)

4.調(diào)整管的選擇調(diào)整管是串聯(lián)穩(wěn)壓電路中的核心元件，它一般為大功率管，因而選用原則與功率放大電路中的功放管相同，主要考慮其極限參數(shù)ICM、PCM、U(BR)CEO。調(diào)整管極限參數(shù)的確定必須考慮輸入電壓UI的變化、輸出電壓UO的調(diào)節(jié)以及負(fù)載電流變化的影響。由圖9.4.3可知，當(dāng)負(fù)載電流最大時(shí)，流過調(diào)整管發(fā)射極的電流最大，在忽略R1上的電流的前提下，調(diào)整管的集電極電流最大。所以在選擇調(diào)整管時(shí)，應(yīng)保證其最大集電極電

流為

ICM>IL(max)

(9.4.19)

當(dāng)晶體管的集電極（發(fā)射極）電流最大，且管壓降最大時(shí)，調(diào)整管的功率損耗最大。所以在選擇調(diào)整管時(shí)，應(yīng)保證其最大集電極耗散功率為

PT(max)≥IL(max)(UI(max)－UO(min))

(9.4.20)

當(dāng)輸入電壓最高，同時(shí)輸出電壓又最低時(shí)，調(diào)整管集-射極承受的管壓降最大。所以在選擇調(diào)整管時(shí)，應(yīng)保證其集-射極之間的反向擊穿電壓為

U(BR)CEO>UI(max)－UO(min)

(9.4.21)

在實(shí)際選用時(shí)，不僅要考慮一定的裕量，還要按照手冊上的規(guī)定采取散熱措施。

【例9.4.2】電路如圖9.4.4所示。已知Uz=6V，R1=

2kΩ，R2=1kΩ，R3=2kΩ，UI=30V，V的電流放大系數(shù)β=50。試求：

(1)電壓輸出范圍。

(2)當(dāng)UO=15V、RL=150Ω時(shí)，調(diào)整管V的管耗和運(yùn)算放大器的輸出電流。圖9.4.4例9.4.2圖解(1)求電壓輸出范圍。

當(dāng)R1調(diào)到最上端：

UO（min）

=Uz=6V

當(dāng)R1調(diào)到最下端：

故UO的輸出范圍為6～18V。

(2)求V的管耗和運(yùn)算放大器的輸出電流。

由于RL比R1、R2、R3都小得多，故

V的管耗為

PC=UCE

IC=(30－15)×0.1=1.5W

運(yùn)算放大器的輸出電流為9.4.4開關(guān)型穩(wěn)壓電源

串聯(lián)型穩(wěn)壓電路雖然具有電路結(jié)構(gòu)簡單、輸出電壓穩(wěn)定性高、調(diào)節(jié)方便、紋波電壓小、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)，但是調(diào)整管必須工作在線性放大狀態(tài)，當(dāng)負(fù)載電流增大時(shí)，調(diào)整管就會產(chǎn)生較大的功耗，這會使電路的轉(zhuǎn)換效率降低至40%~60%,有時(shí)甚至僅為30%。為了解決散熱問題，還必須安裝散熱裝置，這樣會增加電源的體積、重量和成本。為了克服上述缺點(diǎn)，可使調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，在這種情況下，無論調(diào)整管工作在截至區(qū)還是飽和區(qū)，其管耗都很小。這就大大提高了電路的轉(zhuǎn)換效率，其效率可達(dá)75%~

95%。這種調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)的穩(wěn)壓電路稱為開關(guān)穩(wěn)壓電路。有時(shí)稱這樣的調(diào)整管為開關(guān)調(diào)整管，簡稱開關(guān)管。開關(guān)穩(wěn)壓電路省去了電源變壓器和調(diào)整管的散熱裝置，所以體積小、重量輕，適用于功率較大且負(fù)載固定、輸出電壓調(diào)節(jié)范圍不大的場合。開關(guān)型穩(wěn)壓電路的不足之處是輸出電壓中所含紋波較大，控制調(diào)整管反復(fù)通、斷的高頻開關(guān)信號對電子設(shè)備會造成一定的干擾，而控制電路又復(fù)雜，所以對元器件要求較高。隨著開關(guān)電源技術(shù)的不斷發(fā)展，開關(guān)型穩(wěn)壓電路的應(yīng)用也日益廣泛。開關(guān)型穩(wěn)壓電路種類繁多，主要有以下分類方式：

按調(diào)整管與負(fù)載的連接方式分為串聯(lián)型和并聯(lián)型。串聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電路中調(diào)整管與負(fù)載串聯(lián)連接，輸出端通過調(diào)整管及整流二極管與電網(wǎng)相連，電網(wǎng)隔離性差，且只有一路電壓輸出。并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電路中輸出端與電網(wǎng)間由開關(guān)變壓器進(jìn)行電氣上的隔離，安全性好，通過開關(guān)變壓器的次級可以做到多路電壓輸出，但是電路復(fù)雜，對調(diào)整管要求高。按調(diào)整管是否參與振蕩可分為自激式和他激式穩(wěn)壓電路，自激式由開關(guān)內(nèi)部電路來啟動調(diào)整管，他激式由開關(guān)穩(wěn)壓電路外的激勵信號來啟動調(diào)整管。

按穩(wěn)壓的方式分為脈沖寬度調(diào)制型(PWM)和脈沖頻率調(diào)制型(PFM)，脈沖寬度調(diào)制型是利用調(diào)整管脈沖寬度的不同，控制調(diào)整管的導(dǎo)通時(shí)間達(dá)到穩(wěn)定輸出的目的。脈沖頻率調(diào)制型是通過控制調(diào)整管通斷周期，達(dá)到穩(wěn)定輸出的目的。

1.電路結(jié)構(gòu)

脈沖寬度調(diào)制式串聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電路如圖9.4.5所示。圖中：UI為開關(guān)穩(wěn)壓電路的輸入電壓，是電網(wǎng)電壓經(jīng)整流濾波后的輸出電壓；R1、R2組成取樣單元，取樣電壓即為反饋電壓UF；A1為比較放大器，同相輸入端接基準(zhǔn)電壓UREF，反相輸入端接UF，它將兩者差值進(jìn)行放大；A2為脈沖寬度調(diào)制式電壓比較器，同相端接A1的輸出電壓uA，反相端與振蕩器輸出電壓uT相連，A2輸出的矩形波電壓uB就是驅(qū)動調(diào)整管通、斷的開關(guān)信號；V是開關(guān)調(diào)整管；L、C構(gòu)成T型濾波器，VD為續(xù)流二極管；RL為負(fù)載，UO為穩(wěn)壓電路輸出電壓。圖9.4.5脈沖寬度調(diào)制式串聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電路

2.工作原理

當(dāng)uB為高電平時(shí)，開關(guān)調(diào)整管V飽和導(dǎo)通，輸入電壓UI經(jīng)濾波電感L加在濾波電容C和負(fù)載RL兩端，在此期間，iL增長，L和C存儲能量，VD截止。當(dāng)uB為低電平時(shí)，V由飽和轉(zhuǎn)為截至，由于電感兩端的電流iL不能突變，

iL經(jīng)負(fù)載RL和續(xù)流二極管VD衰減而釋放能量，此時(shí)濾波電容C也向RL放電，因而RL兩端仍能獲得連續(xù)的輸出電壓。當(dāng)開關(guān)調(diào)整管在uB的作用下又進(jìn)入飽和導(dǎo)通，L和C再一次充電，以后V又截止，

L和C又放電，如此循環(huán)往復(fù)。開關(guān)穩(wěn)壓電源的電壓、電流波形圖如圖9.4.6所示。圖9.4.6開關(guān)穩(wěn)壓電源的電壓、電流波形圖輸出電壓UO與輸入電壓UI之間的關(guān)系為(9.4.22)式(9.4.22)中D稱為占空比——調(diào)整管的導(dǎo)通時(shí)間ton與開關(guān)周期T之比。由上式可知，在一定的直流輸入電壓UI之下，改變占空比D就可改變輸出電壓，占空比D越大，則開關(guān)電源的輸出電壓UO越高。顯然有D≤1，則UO≤UI。

3.穩(wěn)壓過程

當(dāng)UO升高時(shí)，取樣電壓會同時(shí)增大，并作用于A1的反相輸入端，與同相輸入端的基準(zhǔn)電壓比較放大，使放大電路的輸出電壓減小，經(jīng)過A2使得uB的占空比變小，因此輸出電壓隨之減小，調(diào)節(jié)結(jié)果使UO基本不變。變化過程簡述如下：

UO↑→UF↑→uA↓→D↑→UO↓

當(dāng)UO減小時(shí)，與上述變化正好相反。9.4.5集成穩(wěn)壓電路及其應(yīng)用

1.固定輸出電壓的三端集成穩(wěn)壓器

固定輸出電壓的三端集成穩(wěn)壓器有W7800系列(輸出正電壓)和W7900系列(輸出負(fù)電壓)穩(wěn)壓器，各有7個(gè)品種，輸出電壓分別為±5V、±6V、±9V、±12V、±15V、±18V、±24V；對于具體的器件，符號中“00”用數(shù)字代替，表示輸出電壓值。

W7800系列輸出固定的正電壓有多種。例如，W7815的輸出電壓為+15V，最高輸入電壓為35V，最小的輸入、輸出電壓差為2～3V，最大輸出電流可達(dá)1.5A，輸出電阻為0.03～0.15Ω，電壓變化率為0.1%～0.2%。W7900系列輸出固定的負(fù)電壓，參數(shù)與W7800系列基本相同。

在使用時(shí)應(yīng)當(dāng)注意，在根據(jù)穩(wěn)定電壓值選擇穩(wěn)壓器的型號時(shí)，要求經(jīng)整流濾波后的電壓要高于三端集成穩(wěn)壓器的輸出電壓2～3V，即輸入電壓應(yīng)至少高于輸出電壓2～3V，但不

宜過大。這是由于輸入與輸出電壓差等于加在調(diào)整管上的UCE，如果過小，調(diào)整管容易工作在飽和區(qū)，降低穩(wěn)壓效果，甚

至失去穩(wěn)壓作用；若過大，則功耗過大。圖9.4.7是W7800系列穩(wěn)壓器的外形和電路符號。使用時(shí)只需在其輸入端和輸出端與公共端之間各并聯(lián)一個(gè)電容即可。圖9.4.8是其使用的接線圖，其中Ci用以抵消輸入端較長接線的電感效應(yīng)，防止產(chǎn)生自激振蕩，接線較短時(shí)也可不用，Ci電容值一般可取0.1～1μF，為了防止瞬時(shí)增減負(fù)載電流時(shí)輸出電壓產(chǎn)生較大的波動，輸出可接1μF左右的電容Co。圖9.4.7W7800系列穩(wěn)壓器的外形和電路符號圖9.4.8W7800系列的典型接線圖

2.可調(diào)輸出電壓的三端集成穩(wěn)壓器

可調(diào)輸出電壓的三端集成穩(wěn)壓器有W×17系列(輸出正電壓)和W×37系列(輸出負(fù)電壓)穩(wěn)壓器，它既保持了三端的簡單結(jié)構(gòu)，又實(shí)現(xiàn)了輸出電壓連續(xù)可調(diào)。它可以以一種通用、標(biāo)準(zhǔn)化穩(wěn)壓器的形式用于各種電子設(shè)備的電源中?？烧{(diào)輸出電壓的三端集成穩(wěn)壓器的外形和電路符號與固定輸出的很相似，只是它們沒有接地（公共）端，只有輸入、輸出和調(diào)整3個(gè)引線，是懸浮式電路結(jié)構(gòu)。其內(nèi)部具有過流保護(hù)、短路保護(hù)、調(diào)整管安全區(qū)保護(hù)和穩(wěn)壓器芯片過熱保護(hù)等電路，使用安全可靠。以W317、W337為例，W317、W337輸出電壓1.2～35V(或－1.2～

－35V)連續(xù)可調(diào)，輸出電流0.5～1.5A，最小負(fù)載電流為

5mA，輸出端與調(diào)整端之間的基準(zhǔn)電壓為1.25V，調(diào)整端靜態(tài)電流為50μA。

3.集成穩(wěn)壓電路的應(yīng)用

1)提高輸出電壓的應(yīng)用電路

在一些場合的應(yīng)用中，設(shè)備實(shí)際要求的工作電壓可能略大于集成穩(wěn)壓器可以直接提供的電壓值。圖9.4.9所示的應(yīng)用電路能使實(shí)際輸出電壓高于固定的輸出電壓。圖中，Uxx

為W7800系列穩(wěn)壓器的固定輸出電壓，顯然UO=Uxx+Uz。圖9.4.9提高輸出電壓的電路

2)擴(kuò)大輸出電流的應(yīng)用電路

當(dāng)電路所需電流超過器件的最大輸出電流IOM時(shí)，可采用外接功率管V的方法來擴(kuò)大電路的輸出電流，接法如圖9.4.10所示。在IO較小時(shí)，穩(wěn)壓器輸入電流較小，所以UR較小，外接功率管V截止，IC=0；當(dāng)IO>IOM時(shí)，穩(wěn)壓器輸入電流增大。從而使UR增大，V導(dǎo)通，使IO=IOM+IC，擴(kuò)大了輸出電流。圖9.4.10擴(kuò)大輸出電流的電路

3)三端輸出電壓可調(diào)的應(yīng)用電路

三端輸出電壓可調(diào)的應(yīng)用電路如圖9.4.11所示。圖中最大輸入電壓不