串联型稳压电源的设计

【摘 要】文章从串联型稳压电路原理出发进行设计、选择电路元件（参数）。

【关键词】串联型稳压电路 调整管 取样电路

【中图分类号】G 【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2015）11B-0074-03

一、前言

各种电子电路通常都要用直流电源来供电，而串联型稳压电源在各种电路，特别是在输出功率较低的电路和简单的电路制作中得到了广泛地应用。

二、设计的基本要求

输出电压 UO=8～13 V

输出电流 IO=0～100 mA

交流电压 220V，频率50Hz ，电压允许波动±10

三、串联型稳压电源电路设计、参数计算、元件选择

（一）电路的组成和基本原理

图1-1

图1-1为一串联型稳压电源电路，图中T1、T2为复合调整管，起电压调整作用。电阻R8、R9和Rw组成分压电路，输出电压变化量 V 通过电阻分压加到三极管T3的基极，所以R8、R9、Rw组成的电路叫做分压电路。稳压管DZ1与电阻R3组成稳压电路，用来提供基准电压VZ1，T3起比较与放大信号的作用。T3的集电极接T5，DZ2、R1、R2组成恒流源负载，其中DZ2、R1给恒流源提供稳定的电压。

该电路的稳压过程如下：当Vi增大（或IO减小）而使Vo增大时，通过取样电路加至T3基极的电压VB2则升高。因差分放大器T3和T4对加在两个基极上的差值信号进行放大，而基准稳压管 DZ1使T4的基极电压VB4=VZ1保持恒定，所以T3对其基极电压升高引入的信号进行放大，使得IC5（即IR2）增大，VB2下降，IB2减小，IC2、IB1减小，VCE1增大，使得Vo减小，最终保持输出电压Vo的稳定。

（二）整流滤波电路

该电源用四个二极管接成桥式整流电路，它的作用是利用具有单向导电性能的整流元件将正负交替的正弦交流电压整流成为单方向的脉动电压，这种单向脉动电压往往包含很大的脉动成分，距离理想的直流电压还差得很远。为此，在整流电路后加一个电容滤波器，它的作用是尽可能地将单向脉动电压中的脉动成分滤掉，使输出电压成为比较平滑的直流电压。

下面首先计算整流滤波电路的输出电压Vi和输出电流Ii，再选择整流二极管、滤波电容和电源变压器的变比。

整流滤波电路的输出电压为

Vi=（1+10%）（VOmax+VCE1+VR7）

因复合调整管T1、T2工作在放大区，通常选VCE=3～8V ，如果考虑到当电网下降10%时，Vi仍能维持最大的电压输出，Vi应按上式选值。根据要求

VOmax=13V

VCE1=5V

VR7=（IOmax+IR8）

在设计时取合适的电阻阻值，使得流过IR8的电流为10mA，R7上的压降为0.6V左右，则有

Vi=1.1（13+5+0.6）V≈20.5V

选取 Vi=21V

整流滤波电路的输出电流为 Ii=IOmax+IR1+IR2+IR3+IR6+IR8

根据要求 IOmax=100mA

考虑到电路的稳定性和可行性，选取

IR1=10mA

IR2=5mA

IR3=10mA

IR6=10mA

IR8=10mA

IR10=5mA

所以 Ii=100+10+5+5+10+10+10=150mA

变压器的次级电压，其变比为

n=12

整流二极管的选取要满足以下几个参数

根据以上数据并考虑留有裕量，整流二极管可选用 2CP33。

滤波电容C1可根据下面的式子进行选择

选用电容量为，耐压为25V的电解电容。

（三）带差分比较放大的稳压电路

1.调整管

该电源采用T1和T2组成复合调整管，由图1-1可以知道流过T1发射极的电流IE1为

IE1=IOmax+IR8+IR3+IR6-IR10

=100+10+10+10-5

=125mA

加上并联在输出端的电容G4和一端接到T3的电容G3充放电时流过的电流，流过调整管T1的发射极的最大电流为150mA左右，选用调整管时要使其极限参数满足以下要求

ICM1=150mA

V（BR）CEO1=Vimax-VOmin-VR7

=（1+10%）Vi-VOmin-VR7

=1.1×21-8-0.6

=14.5V

根据以上数据T1选用MJ2955 9330。T2选用低频小功率三极管9015。起分流作用的R10，取R10=500。

2.基准电源VZ1、VZ2的一般要求

对于用作差分放大器的基准电源VZ1来说，一般取值如下：

VZ1=nVO=（0.5～0.8）VO

取 n=0.6

输出电压VO的范围为 VO=8～13 V

则有 VZ1=0.6（8～13）=4.8～7.8V

所以可取 VZ1=6.2V

限流电阻R3的阻值可根据下式选取

对于恒流源的基准电压VZ2，取VZ2=6.2V。对于其负载电阻R2，可通过以下几式来求它的阻值

VZ2=IE2R2+VBE4

一般VBE4的压降为 0.5V，则有

IE4R2=VZ2-VBE4

=6.2-0.5

=5.7V

又因为IE4≈IB2+IC3，结合前面所选取的元件参数IB2和IC3加起来的值大概为3mA。所以R2的阻值为

对于基准电压VZ2的限流电阻R1的阻值为

对于恒流源的三极管T5，应选取放大倍数较高的低频小功率三极管9014。

3.差分比较放大器

差分放大器由T3、T4、Re3（即R4）和恒流源负载组成。根据差分放大器的特点，此处的三极管选用电流放大倍数较高、特性对称的低频小功率三极管，其工作点可取IC2=IC3=2mA，在此T3、T4小功率三极管选用9015。差分放大器的发射极电阻可由下式求得

4.取样电路

为了提高电路的稳定性，首先应选择温度系数相同且比较小的电阻。在取样电路中，当Rw滑到下端时

当Rw滑到上端时有

结合前面已选取的IR8=10mA，则有

解以上三式联立的方程，可求得

R8=260

R9=640

Rw=400

（四）过载保护电路

该电源由T6、R5、R6、R7组成过载保护电路。T6为保护管，R5、R6对输出电压进行分压，通过R6给T6基极提供反向偏压，电阻R7称为检测电阻，其阻值较小，当输出电流流过R7时T6提供正向偏压。在此T6选用小功率三极管9015。

在正常情况下，在R6上的反向偏压超过R7上的正向偏压，所以T6处于截止状态，对稳压工作不起影响。

当输出电流变大，R7上的正向偏压也增大，当增大到一定程度时，T6进入导通状态，于是T6的发射极与集电极间的电压变小，流过T5集电极的电流IC5增大，IE5增大，VRe5增大，也就是VR2增大，使得VB2减小，IB2减小，IC2、IB1变小，使VCE1增大。从而使调整管T1得到保护。另一方面，由于保护管T6导通使得流过R7的电流变小，IC1变小，当流过R7的电流减小到一定的数值时，T6恢复截止，稳压电路自动恢复正常工作。

由图1-1可以知道VR7=VR6+VBE6，取VBE1=0.1V，结合前面所选取的VR7=0.6V，则有

（下转第88页）

（上接第75页）

（五）电容C2、 C3 、C4

1.电容C2

这个电容一般很小，其值在0.01～0.1μF左右，它的作用是防止高频振荡。虽然电子稳压电路是一种负反馈（上接第75页）（下转第88页）调节系统，但由于寄生参数或其它因素影响，在频率较高时可能转为正反馈，引起振荡，这会破坏电路的正常工作。如果在放大管接一小容量电容C2，如图1-1所示，就可以使高频增益下降，因而防止高频振荡。

2.电容C3

一般是几个到几十个微法。它可以改善稳压电路的瞬时特性。比如输出电压出现瞬间跳动，由于C3 上的电压来不及变化，因此VO的瞬间变化量直接通过C3 传递给放大管基极。再经过T3 放大，使调整管及时作出明显的反应以维持输出电压的稳定。另外，C3 对纹波电压的阻抗很低，可以降低输出端纹波电压。在次选用33μF，耐压为16V的电解电容。

3.电容C4

这个电容的容量一般较大，再次选用470μF，耐压16V的电解电容。C4的作用是为了防止脉冲负载电流引起输出电压的波动，同时也减小输出端波纹电压。

四、结论

通过实验测得电压幅值调节范围为8.1～12.5V，输出电流小于100mA，符合设计的基本要求。

【参考文献】

[1]王至正，朱汉荣，肖福坤.电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，1988

[2]杨素行.电子技术简明教程（第二版）[M].北京：高等教育出版社，1998

[3]长春邮电学校.电子电路（上）[M].北京：人民邮电出版社，1979

（责编 卢建龙）