線性穩(wěn)壓電源原理圖（五款穩(wěn)壓電源電路分析）

　　穩(wěn)壓電源（stabilized voltage supply）是能為負載提供穩(wěn)定的交流電或直流電的電子裝置，包括交流穩(wěn)壓電源和直流穩(wěn)壓電源兩大類。當電網(wǎng)電壓或負載出現(xiàn)瞬間波動時，穩(wěn)壓電源會以10-30ms的響應(yīng)速度對電壓幅值進行補償，使其穩(wěn)定在±2%以內(nèi)。

　　線性穩(wěn)壓電源原理圖

　　如下圖所示，可變電阻RW跟負載電阻RL組成一個分壓電路，輸出電壓為：

　　Uo=Ui×RL/（RW+RL），因此通過調(diào)節(jié)RW的大小，即可改變輸出電壓的大小。請注意，在這個式子里，如果我們只看可調(diào)電阻RW的值變化，Uo的輸出并不是線性的，但如果把RW和RL一起看，則是線性的。還要注意，我們這個圖并沒有將RW的引出端畫成連到左邊，而畫在右邊。雖然這從公式上看并沒有什么區(qū)別，但畫在右邊，卻正好反映了“采樣”和“反饋”的概念----實際中的電源，絕大部分都是工作在采樣和反饋的模式下的，使用前饋方法很少，或就是用了，也只是輔助方法而已。

　　讓我們繼續(xù)：如果我們用一個三極管或者場效應(yīng)管，來代替圖中的可變阻器，并通過檢測輸出電壓的大小，來控制這個“變阻器”阻值的大小，使輸出電壓保持恒定，這樣我們就實現(xiàn)了穩(wěn)壓的目的。這個三極管或者場效應(yīng)管是用來調(diào)整電壓輸出大小的，所以叫做調(diào)整管。

　　像圖1所示的那樣，由于調(diào)整管串聯(lián)在電源跟負載之間，所以叫做串聯(lián)型穩(wěn)壓電源。相應(yīng)的，還有并聯(lián)型穩(wěn)壓電源，就是將調(diào)整管跟負載并聯(lián)來調(diào)節(jié)輸出電壓，典型的基準穩(wěn)壓器TL431就是一種并聯(lián)型穩(wěn)壓器。所謂并聯(lián)的意思，就是象圖2中的穩(wěn)壓管那樣，通過分流來保證衰減放大管射極電壓的“穩(wěn)定”，也許這個圖并不能讓你一下子看出它是“并聯(lián)”的，但細心一看，確實如此。不過，大家在此還要注意一下：此處的穩(wěn)壓管，是利用它的非線性區(qū)工作的，因此，如果認為它是一個電源，它也是一個非線性電源。為了便于大家理解，回頭我們找一個理適合的圖來看，直到可以簡明地看懂為止。

　　由于調(diào)整管相當于一個電阻，電流流過電阻時會發(fā)熱，所以工作在線性狀態(tài)下的調(diào)整管，一般會產(chǎn)生大量的熱，導(dǎo)致效率不高。這是線性穩(wěn)壓電源的一個最主要的一個缺點。想要更詳細的了解線性穩(wěn)壓電源，請參看模擬電子線路教科書。這里我們主要是幫助大家理清這些概念以及它們之間的關(guān)系。

　　圖1

　　一般來說，線性穩(wěn)壓電源由調(diào)整管、參考電壓、取樣電路、誤差放大電路等幾個基本部分組成。另外還可能包括一些例如保護電路，啟動電路等部分。下圖是一個比較簡單的線性穩(wěn)壓電源原理圖（示意圖，省略了濾波電容等元件），取樣電阻通過取樣輸出電壓，并與參考電壓比較，比較結(jié)果由誤差放大電路放大后，控制調(diào)整管的導(dǎo)通程度，使輸出電壓保持穩(wěn)定。

　　圖2

　　穩(wěn)壓電源電路圖（一）

　線性直流穩(wěn)壓電源電路圖

　　如圖所示為一種典型的線性直流穩(wěn)壓電源的電路圖，它由電源開關(guān)K、保險管、AC—DC適配器、集成穩(wěn)壓器和后級濾波器組成。當輸入220V交流電且開關(guān)K閉合時，輸出一個穩(wěn)定的直流電壓，且穩(wěn)定輸出在一定范圍內(nèi)不受220V交流電網(wǎng)的波動和電子電路負載輕重的影響。

　　整流器的作用是將降低后的工頻交流電壓變換為直流電壓。圖1.25展示了整流器的工作原理。在交流的正半周，變壓器次級上正下負，電流從正極經(jīng)D1、負載和D3流回變壓器的負極，這樣若忽略二極管的導(dǎo)通電壓，在負載上得到一個大小與變壓器次級相同的電壓波形，極性為上正下負；在交流的負半周，變壓器次級上負下正，電流從正極經(jīng)D2、負載和D4流回變壓器的負極，這樣在負載也得到一個大小與變壓器次級相同的電壓波形，極性與正半周一樣，也為上正下負。因此在交流信號的正負半周的分別作用下，整流器均輸出單極性的脈動電壓，該輸出的直流成份已大于零。

　　穩(wěn)壓電源電路圖（二）

　　圖（a）電路輸出電壓由電位器Rp調(diào)節(jié)，并且具有線性調(diào)節(jié)特性。

　　穩(wěn)壓電源電路圖（三）

　　上圖為簡單穩(wěn)壓電路，由限流電阻Rs和穩(wěn)壓二極管Dz組成。

　　穩(wěn)壓電源電路圖（四）

　　開關(guān)型穩(wěn)壓電路具有體積小、效率高的特點。線性電源的效率為30%～55穩(wěn)壓電路%；而開關(guān)穩(wěn)壓器可達60%～85%，而且可以省去工頻變壓器和巨大的散熱器，體積和重量都大為減小。這種電路已在各種電子設(shè)備中獲得廣泛的應(yīng)用。常用的實現(xiàn)開關(guān)控制的方法；有自激式開關(guān)穩(wěn)壓器、脈寬調(diào)制式開關(guān)穩(wěn)壓器和直流變換式開關(guān)穩(wěn)壓器等。

　　上圖是采用直流變換器的開關(guān)穩(wěn)壓電路的框圖。對工頻電壓直接整流-濾波后獲得的直流電壓，由開關(guān)管變?yōu)楦哳l電壓。后者經(jīng)高頻換流變壓器變?yōu)橐欢ǖ碾妷?，再?jīng)高頻整流－濾波以后給出所需的輸出電壓u0；開關(guān)管的工作受脈沖調(diào)制器和驅(qū)動放大器的控制。

　　當輸出電壓u0發(fā)生變化時，來自輸出端的取樣信號經(jīng)比較電路產(chǎn)生誤差信號，然后通過脈沖調(diào)制器來控制開關(guān)管的開關(guān)工作比，從而使直流變換器的輸出保持穩(wěn)定。開關(guān)管是在飽和區(qū)斷續(xù)工作的，所以功耗較線性電源的調(diào)整管為小，因而效率較高。穩(wěn)壓電路大功率電力穩(wěn)壓器是有補償變壓器，調(diào)壓器，控制電路，檢測電路和操作電路組成。

　　穩(wěn)壓電源電路圖（五）

　　在輸入直流電壓和負載之間串聯(lián)入一個三極管，用三極管的管壓降代替穩(wěn)壓二極穩(wěn)壓電路管電路中的穩(wěn)壓電阻R。當 或 變化引起輸出電壓 變化時， 的變化將反映到三極管的發(fā)射結(jié)電壓 上，引起 的變化，從而調(diào)整 ，以保持輸出電壓的基本穩(wěn)定。根據(jù)三極管所起的作用，稱為調(diào)整管。由于調(diào)整管與負載是串聯(lián)關(guān)系，所以圖15-2-1稱為串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。它主要由基準電壓、比較放大、取樣電路和調(diào)整元件組成。比較放大可以是單管放大電路、差動放大電路、集成運算放大器。調(diào)整元件可以是單個功率管，復(fù)合管或用幾個功率管并聯(lián)，取樣電路取出輸出電壓 的一部分和基準電壓VREF比較。