线性串联型稳压电路设计与优化

硅稳压管稳压电路结构简单，在输出电压不需调节、负载电流比较小的情况下可取得较好的稳压效果。但这种稳压电路输出电压由稳压管的型号决定，不可随意调节，对电网电压和负载电流的变化的适应能力有限。因此在实际电子设备的直流电源中并不常用。

工程实际中常采用的稳压电路主要包括串联型稳压电路和并联型稳压电路，前者应用更为广泛。它们的区别在于调整晶体管（以下简称调整管）与负载电阻是串联还是并联。串联型稳压电路根据起调节作用的晶体管的工作状态又可分为两种：当调整管工作在线性放大状态时，称为线性串联型稳压电路；而当调整管工作在开关状态时，称之为开关式串联型稳压电路。

在串联型稳压电路中，调整管承担了全部的负载电流。当电路过载或输出端短路时，调整管会因电流过大，导致管耗剧增而损坏，因此稳压电路中必须对调整管例行保护。保护电路的功能是当稳压电路正常工作时，保护电路不工作，一旦电路发生过载或短路故障时，保护电路立即动作，限制输出电流的大小或使输出电流下降为零，以达到保护调整管的目的。

图10-9 串联型晶体管稳压电路

1.串联型晶体管稳压电路

串联型晶体管稳压电路如图10-9所示，稳压管VS接在晶体管VT的基极，即将基极电位U_B固定，由于调整元件（晶体管）与负载串联，故称为串联型稳压电路。电路稳压原理如下：

当负载R_L不变，输入电压U_I增加时，输出电压U_O有增加的趋势，由于晶体管VT基极电位被稳压管VS固定，故U_O的增加将使晶体管的U_BE降低，导致基极电流I_B和发射极电流I_E减小，从而使U_O减小，因此可以保持U_O基本保持不变。上述过程可表示如下：

U_I↑→U_O↑→U_BE↓→I_B↓→I_E↓→U_O↓

当输入电压U_I不变，而负载电流I_L增大时，其稳压过程如下：

I_L↑→U_O↑→U_BE↓→I_B↓→I_E↓→U_O↓

2.具有放大环节的串联型稳压电路

串联型晶体管稳压电路虽然对输出电压有稳定作用，但电路控制灵敏度不高，稳压性能不理想，如果在原电路中加一放大环节，可使输出电压更加稳定。可以采用电压负反馈构成串联型稳压电路。如图10-10所示，该电路由4个部分组成：

图10-10 具有放大环节的串联型稳压电路

1）取样环节：由R₁、R₂′、R₂″、R₃组成的分压电路构成。它将输出电压U_O分出一部分作为取样电压U_f，送到比较放大环节。(www.xing528.com)

2）基准电压：由稳压二极管和限流电阻构成的稳压电路组成。它为电路提供一个稳定的基准电压U_Z，作为调整、比较的标准。

3）比较放大环节：由晶体管或运放组成。其作用是将取样电压U_f与基准电压U_Z之差放大后去控制调整管VT。

4）调整环节：由工作在线性放大区的功率管组成。VT的基极电流I_B受比较放大电路输出的控制，它的改变又可使集电极电流I_C和集、射电压U_CE改变，从而达到自动调整稳定输出电压的目的。

具有放大环节的串联型稳压电路的工作原理如下：

（1）输入电压变化，负载电流保持不变

输入电压U_I的增加，必然会使输出电压U_O有所增加，输出电压经过取样电路取出一部分信号U_f与U_Z比较，获得误差信号ΔU。误差信号经放大后，用U_O1去控制调整管的管压降U_CE增加，从而抵消输入电压增加的影响。

U_I↑→U_O↑→U_f↑→U_O1↓→U_CE↑→U_O↓

（2）负载电流变化，输入电压保持不变

负载电流I_L的增加，必然会使输入电压U_I有所减小，输出电压U_O必然有所下降，经过取样电路取出一部分信号U_f与U_Z比较，获得的误差信号使U_O1增加，从而使调整管的管压降U_CE下降，从而抵消因I_L增加而使输入电压减小的影响。

I_L↑→U_I↓→U_O↓→U_f↓→U_O1↑→U_CE↓→U_O↑

（3）输出电压调节范围的计算

根据图可知U_f≈U_Z，于是可得

调节R₂显然可以改变输出电压。