线性稳压电源电路–成果

线性稳压电源一般由变压器、整流器和稳压器三大部分组成。变压器把市电交流电压变为所需要的低压交流电；整流器把交流电变为直流电；经滤波后，稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。

1.种类

线性稳压电源主要有并联式和串联式两种。

2.组成

线性稳压电源的特点是起电压调整功能的器件始终工作在线性放大区，其原理框图如图4-26所示，由50Hz工频变压器、整流器、滤波器和调整稳压器组成。

图4-26 线性稳压电源原理框图

注：1.工频交流电源经过变压器降压、整流、滤波后成为一稳定的直流电。图中其余部分是起电压调节，实现稳压作用的控制部分。

2.电源接上负载后，通过采样电路获得输出电压，将此输出电压与基准电压进行比较。如果输出电压小于基准电压，则将误差值经过放大电路放大后送入调节器的输入端，通过调节器调节使输出电压增加，直到与基准值相等；如果输出电压大于基准电压，则通过调节器使输出减小。

这种稳压电源具有优良的纹波过滤及动态响应特性，但同时存在以下缺点：

1）输入采用50Hz工频变压器，体积庞大；

2）电压调整器件（见图4-26中的晶体管）工作在线性放大区内，损耗大，效率低；

3）过载能力差。

3.变压电路

（1）变压器变压电路

变压器的二次绕组产生的感应电压与一、二次绕组的匝数比成反比关系，利用这个特性可得到不同的交流电压（见图4-27）。

图4-27 变压器变压电路

若需要多个交流电压，还可让变压器有多个二次绕组。

（2）电容器降压电路

当负载不是很大时，可利用多个电容器在交流电路中串联后分压，从其中一个电容器降压得到需要的交流电压（见图4-28）。

4.整流电路

整流电路是将工频交流电转换为脉动直流电。

（1）半波整流电路

半波整流利用二极管单向导通特性，在输入为交流电的情况下，输出获得交流电的正半部分，负半部分则损失掉（见图4-29）。

（2）全波整流电路

全波整流电路变压器二次绕组中间需要引出一个抽头，把二次绕组分成两个对称的绕组，从而引出大小相等但极性相反的两个电压（见图4-30）。

图4-28 电容器降压电路

图4-29 半波整流电路

图4-30 全波整流电路

（3）桥式整流电路

桥式整流器利用四个二极管，两两对接而工作。当输入正弦波的正半部分时，其中的两只二极管导通，得到正的电压输出；输入正弦波的负半部分时，其中的另两只二极管导通，由于这两只二极管是反接的，所以输出还是得到正弦波的正半部分（见图4-31和图4-32）。

桥式整流器对输入正弦波的利用效率比半波整流高一倍。

图4-31 桥式整流电路

注：1.当正半周时，二极管VD₁、VD₃导通，在负载电阻上得到正弦波的正半周；当负半周时，二极管VD₂、VD₄导通，在负载电阻上得到正弦波的负半周。

2.在负载电阻上正、负半周经过合成，得到的是同一个方向的单向脉动电压。

图4-32 桥式整流电路的简化符号

5.滤波电路

滤波电路将脉动直流中的交流成分滤除，减少交流成分，增加直流成分。

滤波电路利用电抗性元件对交、直流阻抗的不同，实现滤波。电容器C对直流开路，对交流阻抗小，所以C应该并联在负载两端。电感器L对直流阻抗小，对交流阻抗大，因此L应与负载串联。经过滤波电路后，既可保留直流分量，又可滤掉一部分交流分量，改变了交直流成分的比例，减小了电路的脉动系数，改善了直流电压的质量。

（1）电容滤波电路

由于电容的储能作用造成，电容在二极管导通时充电（储能），截止时放电（将能量释放给负载），使输出电压变得比较平滑。

电容滤波电路中整流二极管的导电时间缩短了，即导通角小于180°，而且放电时间常数越大，导通角越小。因此，整流二极管流过的是一个很大的冲击电流，对二极管的寿命不利，选择二极管时，必须留有较大余量（见图4-33）。

电容滤波一般适用于负载电流变化不大的场合。

（2）电感滤波电路

利用储能元件电感器L的电流不能突变的性质，把电感L与整流电路的负载R_L相串联，也可以起到滤波的作用。

图4-33 电容滤波电路

当流过电感的电流变化时，电感线圈中产生的感生电动势将阻止电流变化。经电感滤波后，不但负载电流及电压的脉动减小，波形变得平滑，而且整流二极管的导通角增大。(www.xing528.com)

另外，由于滤波电感电动势的作用，可以使二极管的导通角接近180°，减小了二极管的冲击电流，平滑了流过二极管的电流，从而延长了整流二极管的寿命（见图4-34）。

在电感线圈不变的情况下，负载电阻愈小，输出电压的交流分量愈小。而对于同样的负载，电感值愈大，滤波效果愈好。

图4-34 电感滤波电路

（3）复式滤波电路

包括倒L型LC滤波电路、π型LC滤波电路（见图4-35）和π型RC滤波电路等。

6.稳压电源电路

（1）并联式稳压电源

由于稳压二极管与负载是并联的，故称为并联式稳压电源（见图4-36）。

图4-35 π型LC滤波电路

图4-36 并联式稳压电源

注：输出电压由稳压管的稳压值决定。

（2）串联式稳压电源

稳压电路采用负反馈技术，对整流后的直流电压进一步进行稳定。

这种稳压电路的主回路是起调整作用的晶体管，其与负载串联，故称为串联式稳压电路。输出电压的变化量由反馈网络取样经放大电路放大后去控制调整管的c-e极间的电压降，从而达到稳定输出电压的目的（见图4-37）。

图4-37 串联式稳压电源

注：当输入电压增加（或负载电流减小）时，导致输出电压增加，随之反馈电压也增加。反馈电压与基准电压（稳压二极管的压降）相比较，其差值电压经比较放大电路放大，调整管的c-e极间电压增大，使输出电压下降，从而维持输出电压基本恒定。

同理，当输入电压减小（或负载电流增加）时，亦将使输出电压基本保持不变。

（3）过电流保护电路

在稳压电路中，要采取短路保护措施，才能保证安全可靠地工作。普通熔丝熔断较慢，用加熔丝的办法达不到及时的保护作用，而必须加装保护电路。

保护电路的作用是保护调整管在电路短路、电流增大时不被烧毁。其基本方法是，当输出电流超过某一定值时，使调整管处于反向偏置状态，从而截止，自动切断电路电流（见图4-38、图4-39）。

图4-38 二极管保护电路

注：1.二极管保护电路由二极管VD和保护电路检测电阻R₀组成。正常工作时，二极管处于反向截止状态。

2.负载电流增大到一定数值时，电阻R₀上的压降加大，使二极管导通。二极管的导通电压U_d是一定的，由于U_d等于调整管的b-e极间的电压降及电阻R₀上的电压降的总和，这时调整管的b-e极间的电压降就会减小，调整管截止，达到保护调整管的目的。

图4-39 晶体管保护电路

注：1.该电路由晶体管V和分压电阻R₁、R₂组成。

2.电路正常工作时，通过R₁与R₂的分压作用，使得V的基极电位比发射极电位高，发射结承受反向电压。于是V处于截止状态（相当于开路），对稳压电路没有影响。

3.当电路短路时，输出电压为零，V的发射极相当于接地，则V处于饱和导通状态（相当于短路），从而使调整管基极和发射极近于短路，而处于截止状态，切断电路电流，从而达到保护目的。

保护电路的形式很多。上面是两个比较典型的保护电路，更多的电路形式可参阅相关的文献。

（4）集成式稳压电源

直流线性电源通常由整流滤波电路、取样电路、基准电路、比较放大和调整电路等组成，后四部分能方便地集成在一块芯片上，构成所谓的集成式稳压电源。下面介绍几种比较常用的集成式稳压电源。

WB724系列集成式稳压电源内部已经集成了取样放大、调整、恒流、保护等电路，外围电路简单（见图4-40）。

另一种集成度更高的是三端式78和79系列的稳压电源（见图4-41～图4-43）。

可调输出的三端稳压电源有SW117、SW137、LM117、LM396等系列（见图4-44）。

图4-40 WB724系列集成式稳压电源

注：R₁、R₂、RP组成取样电路，调节电位器即可改变输出电压的大小，R₃为限流电阻。

图4-41 利用三端稳压电源做成的正压输出的稳压电源

图4-42 利用三端稳压电源做成的负压输出的稳压电源

图4-43 利用三端稳压电源做成的

正负压输出的稳压电源

图4-44 利用三端稳压电源做成的可调输出的稳压电源

注：C₃用于改善电源的纹波抑制特性，容量不宜太小，VD₁和VD₂分别为C₃、C₂提供放电电路。

因为集成式稳压电源使用方便，外围所用的元器件不多，性能稳定，内部具有限流保护、过电压保护和过热保护等措施，因此，在对稳定性要求不太高、输出电压不太高或输出电流不太大的场合获得了广泛应用。除此之外，在其他应用场合，它也常常作为组成器件之一使用。