【任务描述】

（1）掌握稳压概念及其分类。

（2）掌握并联型硅稳压管稳压电路、串联型稳压电路、带有放大环节的串联型稳压电路、改进型稳压电路基本组成及分析方法。

【知识学习】

经整流滤波后输出的直流电压，虽然平滑程度较好，但其稳定性较差。其原因主要有以下几个方面：

（1）由于输入电压（市电）不稳定（通常交流电网允许有±10%的波动），而导致整流滤波电路输出直流电压不稳定；

（2）当负载RL变化即负载电流IL变化时，由于整流滤波电路存在一定的内阻，使得输出直流电压发生变化；

（3）当环境温度发生变化时，引起电路元件（特别是半导体器件）参数发生变化，导致输出电压发生变化。

所以，经整流滤波后的直流电压，必须采取一定的稳压措施，才能适合电子设备的需成。常用的稳压电路有并联型和串联型稳压电路两种类型。

一、并联型硅稳压管稳压电路

图6.3.1所示为硅稳压管稳压电路，因稳压元件DZ与负载是并联连接的，故称并联型稳压电路。图中输入电压Ui就是整流滤波电路的输出电压，R是限流、调压电阻，输出电压UL就是稳压管DZ的稳压值UZ通过R的电流I=IZ+IL，且UL=UZ=Ui-IR，稳压管工作于反偏状态。

图6.3.1　并联型硅稳压管稳压电路

该电路的稳压原理是：当电网电压升高时，必然引起整流滤波电路输出电压Ui升高，而Ui的升高又会引起输出电压UL（即UZ）的增大。由稳压管的稳压特性可知，UZ的增大，势必引起IZ的较大增大；限流电阻R上的电流I增大，R上的电压降也增大，这在很大程度上让R承担了Ui的变化，从而使UL基本上趋于稳定（Ui↑→UL↑→IZ↑→I↑→UR↑→UL↓）。反之，当Ui下降而引起UL变小时，也会引起IZ减小，R上的压降UR减小，同样保持了UL的基本稳定。

同理，当负载电流IL变化（即RL变化）时，如IL增大，在Ui在不变的情况下，势必会引起UL（即UZ）的减小，使IZ有较大的下降，因而保持了总电流I（I=IZ+IL）基本不变，使UL基本稳定。

由上分析可见，在这种稳压电路中，稳压管起着电流控制作用。即不论是由于Ui或IL的变化，使输出电压UL发生较小的波动时，IZ都会产生较大的变化或是改变了总电流的大小而调整了R上的压降，或是补偿了IL的变化，结果都使UL维持基本不变。R在电路中起着限流和调压作用。如R=0，则会使Ui（远大于UZ）直接加于DZ两端，引起过大的IZ，使DZ损坏。另外，R=0时，始终是UL=Ui，电路不会有稳压性能。因此，这种电路的稳压作用是稳压管DZ和限流电阻R共同完成的。

二、串联型稳压电路

串联型稳压电路的稳压原理可用图6.3.2（a）所示电路来说明。图中可变电阻R与负载RL相串联。若RL不变，当输入电压Ui增大（或减小）时，增大（或减小）R值使输入电压Ui的变化全部降落在电阻R上，从而保持输出电压UL基本不变。同理，若Ui不变，当负载电流IL变化时（导致UL变化），也相应地调整R的值，以保持R上的压降不变，使输出电压UL也基本不变。

在实际的稳压电路中，则是用晶体三极管来代替可变电阻R，如图6.3.2（b）所示，利用负反馈的原理，以输出电压的变化量控制三极管集射极间的电阻值，以维持输出电压的基本不变。

最简单的串联型稳压电路如图6.3.3所示。晶体管T在电路中起电压调整作用，故称调整管，因它与负载RL是串联联接的，故称串联型稳压电路。图中DZ与Rb组成硅稳压管稳压电路，给晶体管基极提供一个稳定的电压，叫基准电压UZ。Rb又是晶体管的偏流电阻，使晶体管工作于合适的工作状态，由电路可知

图6.3.2　串联型稳压电路的稳压原理

图6.3.3　简单的串联型稳压电路

UL=Ui-UCE

UBE=UB-UE=UZ-UL

该电路的稳压原理如下：当输入电压Ui增加或负载电流IL减小，使输出电压UL增大时，三极管的UBE减小，从而使IB、IC都减小，UCE增加（相当于RCE增大）结果使UL基本不变。这一稳压过程可表示为：

Ui↑（或IL↓）→UL↑→UBE↓→IB↓→IC↓→UCE↑→UL↓

同理，当Ui减小或IL增大，使UL减小时，通过与上述相反的调整过程，也可维持UL基本不变。从放大电路的角度看，该稳压电路是一射极输出器（RL接于T的射极），其输出电压UL是跟随输入电压UB=UZ变化的，因UB是一稳定值，故UL也是稳定的，基本上不受Ui与IL变化的影响。

该稳压电路，由于直接用输出电压的微小变化量去控制调整管，其控制作用较小，所以，稳压效果不好。如果在电路中增加一级直流放大电路，把输出电压的微小变化加以放大，再去控制调整管，其稳压性能便可大大提高，这就是带放大环节的串联型稳压电路。

三、带有放大环节的串联型稳压电路

带有放大环节的串联型稳压电路如图6.3.4所示。晶体管T1为调整管，起电压调整作用。电阻R1与R2，组成分压电路，输出电压变化量△UL通过R1、R2分压，取出一部分，加到三极管T2的基极，所以把R1、R2组成的电路叫取样电路。稳压管DZ与R3组成硅稳压管稳压电路，提供基准电压UZ。晶体管T2起比较与放大信号的作用，T2的集电极输出信号加至T1管的基极，T2构成比较放大级，用放大了的“变化量”去控制调整管。

该电路的稳压过程如下：当输入电压Ui增加，或负载电流减小时，将会引起输出电压UL增加。UL的增加量通过R1、R2分压取样，使T2的基极电压UB2升高，由于T2的射极电压UE2=UZ基本不变，所以，UBE2（UBE2=UB2-UZ）增加，IC2增加，使UC2（UC2=UB1）下降，UBE1减小，导致IC1减小，而UCE1增大，使UL基本上维持稳定。上述稳压过程可表示为：

Ui↑（或IL↓）→UL↑→UBE2↑→IC2↑→UC2↓（UB1↓）→UBE1↓→IC1↓→UCE1↑→UL↓

同理，当Ui减小或IL增大时，UL降低，通过上述调整过程叉会使UL上升，也维持UL基本稳定。

由上述分析可以看出，典型的串联型稳压电路是由调整电路、取样电路、基准电源和比较放大电路四个基本部分组成。其框图如图6.3.5所示。

图6.3.4带有放大环节的串联型稳压电路

图6.3.5　串联型稳压电路方框图

四、改进型稳压电路

为了进一步提高稳压性能，在实际应用中常采用改进型电路，其改进措施如下：

1.改变取样比，以调节输出电压范围

在取样电路中接入电位器RW，如图6.3.6所示。调节RW时，可使输出电压UL在一定范围内连续可调。由图可见：

则：

式中取；样比的取值为0.5～0.8。

2.调整管采用复合管

串联型晶体管稳压电路中，全部负载电流IL都要通过调整管。IL大时调整管的基极电流IB1也要大。比如IL=1 A，β1=50，则IB1=20 mA，这么大的电流要让比较放大管T2的集电极电流提供是很困难的，如果调整管改用复合管这个问题就会得到解决。如图6.3.7所示，T1、T2组成复合管，如β1=β2=50，复合管的β=2500，则复合管的IB1=0.4 mA。只要比较放大管的集电极工作电流为1～2 mA，则完全可以保证提供这么大电流。

图6.3.6　输出电压可调的稳压电路

图6.3.7　调整管采用复合管的稳压电路

【任务实施】

实训6.1　整流、滤波及稳压电路的研究

一、实训目的

（1）学会对整流滤波电路的分析与研究。

（2）稳压管稳压电路的研究。

（3）串联型稳压电源的研究。

二、实训电路和工作原理

（1）图6.3.8所示为组合模块AX1，在它上面可以实现上述三种电路的研究。图中C1和C2为滤波电路（滤中低频谐波），C3亦为滤波电容（滤高频谐波）。

图6.3.8　AX1组合模块

（2）图6.3.9为桥式整流和LCπ型滤波电路。

图6.3.9　LCπ型滤波器(www.daowen.com)

复式滤波器是由电感、电容或电阻、电容组合起来的多节滤波器，它们的滤波效果要比单电容或单电感滤波要好。常见的有LCπ和RCπ型两类复式滤波器。

LCπ滤波器的电路如图6.3.9所示。LCπ型滤波器能使输出直流电的纹波更小，因为脉动直流电先经电容C1滤波，然后再经L和C2的滤波，使交流成分大大降低，在负载RL上得到平滑的直流电压。LCπ型滤波器的滤波效果好，但电感的体积较大、成本较高。

（3）图6.3.10为桥式整流与RCπ型滤波电路。

图6.3.10　RCπ型滤波器

在电流较小、滤波要求不高的情况下，常用电阻R代替π型滤波器的电感L，构成RCπ型滤波器。

RCπ型滤波器成本低、体积小、滤波效果较好。但由于电阻R的存在，会使输出电压降低。

（4）图6.3.11为稳压管稳压电路。

图6.3.11　稳压二极管并联型稳压电路

稳压原理：若负载RL阻值变小而使电流增大时，电阻R上的压降UR将增加，从而造成输出电压UL下降。这时稳压二极管的电压UZ也下降，这导致稳压二极管电流IZ显著减小，这样，流过限流电阻R的电流IR将减小，导致电阻R上的压降UR也减小，从而抵消了输出电压UL的波动。由以上分析可见，流过稳压管的电流IZ犹如一个蓄水库，当外界取用电流增加，而使电压略有下降时，IZ显著减小，原先IZ中的一部分补充了负载取用的电流。

（5）图6.3.12为三极管串联型直流稳压电路。

图6.3.12　为三极管串联型稳压电路

串联型稳压电路的工作原理如下：

设Ui↓（或RL↓、IL↑）→负载电压UL↓→取样电压UB2↓→VT2管的UBE2↓→VT2集电极电流IC2↓→VT2集电极电位VC2↑（即VT1基极VB2）↑→VT1管UBE1↑→IC1↑→UCE1↓→UL↑（从而保持负载电压基本不变）。

由以上稳压过程可见，输出电压的稳定是依靠调整管VT1的管压降改变来进行补偿的。调整管的管压降落差范围愈大，则稳压性能愈好，但调整管的功耗也愈大。

三、实训设备

（1）装置中的交流电源（10 V、14 V），电压表、电流表、示波器、数字万用表。

（2）单元：AX1、R01、R04、R05、R08、R12、RP1、RP10、VS2、VS3、VT1、VT3、L02。

四、实训内容与实训步骤

（1）在AX1模块基础上，添加所需单元，按图6.3.9完成接线。

调节负载电阻RL，（调节可变电阻RP1），使电流由小到大，（从最小到最大，分5挡，取整数），记录对应的负载电压于表6.3.1中，并由示波器观察并记电压波形。

表6.3.1　LC滤波对负载电压的影响

（2）按图6.3.10完成接线。（可在上述实训中将51Ω电阻R取代电感L即可）。重做上述实训，并将相应数据与波形填入表6.3.2中。

表6.3.2　RC滤波对负载电压的影响

（3）按图6.3.11完成接线，可在上述实训中，将稳压管VS［单元VS中的IN4738A（8.2 V）］取代电容C2即可。重做上述实训，并将相应数据与波形填入表6.3.3中。

表6.3.3　采用稳压管稳压加RC滤波后，负载电流对负载电压的影响

（4）按图6.3.12完成接线。可在AX1的基础上，增添一些单元即可完成。其中VT1为单元VT1中的BU406，VT2为单元VT3中的9013，VS为单元VS3中的12 V稳压管，RP为单元RP9，负载可变电阻为单元RP1。完成接线后，将交流电源电压调为14 V，重复上述实训，并将相关数据填入表6.3.4中。

表6.3.4　采用串联型稳压电源、负载电流对负载电压的影响

五、实训注意事项

（1）负载电阻RL中串入10Ω电阻，防止调节时不小心造成短路。

（2）实训时，请注意电阻元件与调整管是否会过热。

六、实训报告要求

（1）完成表6.3.1～表6.3.4的数据和波形。

（2）分析这四种常用的直流整流滤波和稳压电路的优点与不足。

实训6.3.2　直流稳压正、负电源电路的研究

一、实训目的

（1）学会78系列和79系列三端稳压集成电路的应用。

（2）掌握直流稳压正、负电源电路的接线与调试。

二、实训电路与工作原理

（1）三端集成稳压器是将串联型稳压电路中的调整电路，取样电路、基准电路、放大电路、启动及保护电路集成在一块芯片上集成模块。其中有三端固定式的，如7800系列（正电源）和7900系列（负电源）。后两位数字代表输出电压数，如7812代表输出正12 V，7905代表输出负5 V。此外还有三端可调集成稳压器，如117和317（可输出-1.25 V～+37 V可调）及137与337（可输出-1.25 V～-37 V可调）。

图6.3.13为7800系列与7900系列集成电路的管脚。

图6.3.13　78、79系列管脚图

（2）图6.3.14为正、负对称输出两组电源的稳压电路。

图6.3.14　为正、负对称输出两组电源的稳压电路

用7800和7900的三端集成稳压管可组成正、负对称输出两组电源的稳压电路。如图6.3.14所示。图中二极管D5和D6用于保护稳压管。在输出端接负载情况下，如果其中一路稳压管输入UI断开，如图中A点所示，则+UO通过RL作用于2′输出端，使该稳压管输出端对地承受反压而损坏。如今有了D6限幅，反压仅为0.7V左右，从而保护了集成稳压管（7915）。D5和D6通常为开关二极管IN4148。

三、实训设备

（1）装置中带中心抽头的正负17 V电源（或220 V/±17 V带中心抽头的10 VA的变压器）。

（2）单元：AX1（利用它上面的桥式整流与熔断器）、AX12、AX13、R01、三端集成稳压器7815和7915，VD2中的两只IN4148。

四、实训内容与实训步骤

（1）对照图6.3.13认别7815与7915管脚，将7815与7915接入AX12及AX13。

（2）按照图6.3.14完成接线，并用万用电压表测量输出端间的电压及它们对地间的电压，并作记录。

（3）将负载RL1（330Ω/2 W）接在正电源上对地，将负载RL2（51Ω/5 W）接在负电源上对地，分别测量负载上的电压UL1和UL2。

五、实训注意事项

（1）正确识别7815与7915管脚（它们两个并不相同），并正确插入（请注意AX12与AX13印板上接插件的连接线是不同的）。

（2）稳压源输出端负载不能短路。

六、实训报告要求

在图6.3.14上画出负载RL1和RL2的电流IL1和IL2的通路（完整的路线）。