串联型稳压电路设计与优化

稳压管稳压电路输出电流较小，输出电压不可调，不能满足很多场合下的应用。串联型稳压电路以稳压管稳压电路为基础，利用晶体管的电流放大作用，增大负载电流；在电路中引入深度电压负反馈使输出电压稳定，并通过改变反馈网络参数使输出电压可调。

10.4.3.1　串联型稳压电路的方框图

实用的串联型稳压电路至少包含调整管、基准电压电路、采样电路和比较放大电路四个部分。此外，为使电路安全工作，还常在电路中加保护电路，所以串联型稳压电路的方框图如图10.4.3所示。

10.4.3　串联型稳压电路的方框图

10.4.3.2　具有放大环节的串联型稳压电路

1.电路的构成

若同相比例运算电路的输入电压为稳定电压且比例系数可调，则其输出电压就可调节；同时，为了扩大输出电流，集成运放输出端加晶体管，并保持射极输出形式，就构成具有放大环节的串联型稳压电路，如图10.4.4（a）所示。输出电压为

图10.4.4　具有放大环节的串联型稳压电路

由于集成运放开环差模增益可达80 dB以上，电路引入深度电压负反馈，输出电阻趋近于零，因而输出电压相当稳定。图10.4.4（b）所示为电路的常见画法。

在图10.4.4（b）所示电路中，晶体管T为调整管，电阻R与稳压管DZ构成基准电压电路，电阻R1、R2和R3为输出电压的采样电路，集成运放作为比较放大电路，如图中所标注。调整管、基准电压电路、采样电路和比较放大电路是串联型稳压电路的基本组成部分。

2.稳压原理

当由于某种原因（如电网电压波动或负载电阻的变化等）使输出电压UO升高（降低）时，采样电路将这一变化趋势送到A的反相输入端，并与同相输入端电位Uz进行比较放大；A的输出电压即调整管的基极电位降低（升高）；因为电路采用射极输出形式，所以输出电压UO必然降低（升高），从而使UO得到稳定。可简述如下：

可见，电路是靠引入深度电压负反馈来稳定输出电压的。

3.输出电压的可调范围

在理想运放条件下，UN= UP= UZ。所以，当电位器R2的滑动端在最上端时，输出电压最小，为

当电位器R2的滑动端在最下端时，输出电压最大，为

若R1= R2= R3= 300 Ω，UZ= 6 V，则输出电压9 V≤UO≤18 V。(www.xing528.com)

4.调整管的选择

在串联型稳压电路中，调整管是核心元件，它的安全工作是电路正常工作的保证。调整管常为大功率管，因而选用原则与功率放大电路中的功放管相同，主要考虑其极限参数ICM、U(BR)CEO和PCM。调整管极限参数的确定，必须考虑到输入电压UI由于电网电压波动而产生的变化，以及输出电压的调节和负载电流的变化所产生的影响。

从图10.4.4（b）所示电路可知，调整管T的发射极电流IE等于采样电阻R1中电流和负载电流IL之和（IE= IR1+IL）；调整管T的管压降UCE等于输入电压UI与输出电压UO之差（UCE= UI-UO）。

显然，当负载电流最大时，流过T管发射极的电流最大，即IEmax= IR1+ILmax。通常，R1上电流可忽略，且IEmax≈ ICmax，所以调整管的最大集电极电流

当电网电压最高（即输入电压最高）同时输出电压又最低时，调整管承受的管压降最大，即

当晶体管的集电极（发射极）电流最大（即满载）且管压降最大时，调整管的功率损耗最大，即

根据式（10.4.17）～式（10.4.19），在选择调整管T时，应保证其最大集电极电流、集电极与发射极之间的反向击穿电压和集电极最大耗散功率满足下式：

实际选用时，不但要考虑一定的余量，还应按手册上的规定采取散热措施。

例10.4.1　电路如图10.4.4（b）所示，已知输入电压UI的波动范围为±10%，调整管的饱和管压降UCES=2 V，输出电压UO的调节范围为5～20 V，R1=R3=200 Ω。试问：

（1）稳压管的稳定电压UZ和R2的取值各为多少?

（2）为使调整管正常工作，UI的值至少应取多少?

解:（1）输出电压范围的表达式为

将UOmin=5 V、UOmax=20 V、R1=R3=200 Ω代入上式，解二元方程，可得R2=600 Ω，UZ=4 V。

（2）所谓调整管正常工作，是指在输入电压波动和输出电压改变时调整管应始终工作在放大状态。研究电路的工作情况可知，在输入电压最低且输出电压最高时管压降最小，若此时管压降大于饱和管压降，则在其他情况下管子一定会工作在放大区。用式子表示为UCEmin=UImin-UOmax＞UCES，即

代入数据得

得出UI＞24.7 V，故UI至少应取25 V。