电子电路基础 （14）——稳压电源的工作原理分析

Posted 2022-12-14 青梅煮久

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一、稳压电源简介

上图是一个简单的，也是一个完整的电源电路。

交流输入电路（图中的输入电源和电源变压器）有两个用意，一个是把交流电的不安全的电压变成安全的电压（比如将220V转成14V）；第二个是在许多的电路当中，它将交流输入经过处理后作为输入部分输送到电路结构当中。

然而输入电路它能把电源电压降低，但是他不能改变电流的方向，而我们使用的家用电器都是使用直流电，因此我们还要将交流电变成直流电，因此我们就要整流电路。整流电路将交流电变成直流电。 而通常情况下将交流电经过整流之后，变成不是纯粹的直流电，还有很多的交流成分，我们必须将交流成分进一步处理。处理成向直流一样平坦的电路。

那么将交流成分过滤掉，我们叫做滤波电路。滤波电路有时候又叫做平滑电路。经过滤波之后可以说变成了纯粹的直流电。然而现在还不能直接接入负载。因为还存在两个问题：第一，负载增大，必然要求输入端的电流也要增加，而负载减小，输入端的电流也要相应减小；第二，输入端的电压也会发生变化，比如用电高峰的时候输入端电压会降低，而用电高峰过去之后，输入端电压又会上升。

为了解决上面两个问题，就需要稳压电路。经过稳压电路，我们得到了理想的直流电，此时，可以连接负载。

综述：我们知道，通过二极管等可以将交流电整流为脉动直流电。通过电容、电感等可以将脉动的直流电滤波平滑成所需要的直流电。但是，对于蓄电池电源来说，增大负载电流时蓄电池的终端电压会逐渐下降。对于用整流得到的直流电源而言，输入端交流电源的电压变化，也同样会引起终端电压的变化。因此，必须使用稳压电路以防止负载变化的影响，保持输出电压恒定。

那么稳压电源要解决的问题主要有两个：

1. 负载增大或减小时，使电压迅速获得稳定；
2. 输入端电压发生变化时，使电压迅速获得稳定。

二、串联型固定式晶体管稳压电源电路的组成与原理

上图是由可变电阻R1与负载RL相串联的电路。如果RL的值不变，则在输入电压UI增加时，不断增大R1的阻值，输入电压的增量就会全部降落在电阻R1上，从而可以保持输出电压UO不变。若输入电压UI不变，则当RL的值减小使输出电流IO增加时，相应地减小R1的阻值，维持分压比不变，也可保持输出电压UO不变。显然，通过调节R1的阻值可以实现输出电压的稳定，R1被称为调整原件。然而，实际电路中不可能用手动的方法改变R1的值，必须采取能自动调节的器件。

三极管就可以充当这个器件。

工作在放大区的晶体管c、e极之间相当于一个可变电阻，即：集电极、发射极间的电压Uce是随Ice变化而改变的，只要使其受输出电压的制约，就可以把晶体管作为调整元件。

三、串联型可调式稳压电源电路组成与原理

根据上述稳压电源电路的工作原理，用我们学过的知识，来制作“串联型可调式晶体管稳压电源电路”，其步骤如下：

1. 首先，设计稳压电路的方框原理图；
   · 原理是要知道负载两端的电压变化（取样电路）。
   · 要和基准电路比较才知道高低（基准电路）。
   · 比较放大（比较放大环节）。
   · 电压调整（电压调整电路）。
   

2. 其次，设计稳压电路的电路原理图；
   
   

3. 最后，分析工作原理。
   当负载不变时，若输入电压UI升高，则UO升高，通过R1、R2的分压作用，Vt1的基极电位Ub1升高。由于Ue1不变，故Ube1升高。Vt1的集电极电流Ic1增大，使Uc1（Vt2的基极电位Ub2）下降。由于Vt2是射极输出器，故Ue2也随之下降，即UO下降，从而维持UO不变，过程如下：
   
   当UI固定不变，若负载加大使输出电压UO降低，则R1、R2的分压作用，将使Ub1下降，而Vt1的发射极电位为稳压二极管两端的稳定电压，将保持不变，两者比较后，Vt1的发射结压降Ube1减小，从而Ic1减小，Uc1升高，而Uc1是调整Vt2的基极电位，Vt2是射极跟随器，所以Vt2的射极电位Ue2（即UO）跟随Ue1升高，UO的升高补偿了UO的降低，即输出电压保持不变。过程如下：
   
   串联型可调稳压电路实际上是一个电压负反馈电路，反馈电压Ub1，它从输出电压UO中取出与基准电压Uz相比较，然后把差值电压进行放大去控制调整管，调节其管压降使输出电压重新恢复到原来的稳定值。

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• 由 青梅煮久 写于 2021 年 05 月 27 日