图4-1-1是简易串联稳压电源,T1是调整管,D1是基准电压源,R1是限流电阻,R2是负载。由于T1基极电压被D1固定在UD1,T1发射结电压(UT1)BE在T1正常工作时基本是一个固定值(一般硅管为0.7V,锗管为0.3V),所以输出电压UO=UD1-(UT1)BE。当输出电压远大于T1发射结电压时,可以忽略(UT1)BE,则UO≈UD1。
假设由于某种原因引起输出电压UO降低,即T1的发射极电压(UT1)E降低,由于UD1保持不变,从而造成T1发射结电压(UT1)BE上升,引起T1基极电流(IT1)B上升,从而造成T1发射极电流(IT1)E被放大β倍上升,由晶体管的负载特性可知,这时T1导通更加充分管压降(UT1)CE将迅速减小,输入电压UI更多的加到负载上,UO得到快速回升。这个调整过程可以使用下面的变化关系图表示:
图4-1-1是简易串联稳压电源的一个实际应用电路,这个电路用在无锡市无线电五厂生产的“咏梅”牌771型8管台式收音机上。其中T8、DZ、R18构成简易稳压电路,B6、D4~D7、C21组成整流滤波电路。由于T8发射结有0.7V压降,为保证输出电压达到6V,应选用稳压值为6.7V左右的稳压管。
由于简易串联稳压电源输出电压受稳压管稳压值得限制无法调节,当需要改变输出电压时必须更换稳压管,造成电路的灵活性较差;同时由输出电压直接控制调整管的工作,造成电路的稳压效果也不够理想。所以必须对简易稳压电源进行改进,增加一级放大电路,专门负责将输出电压的变化量放大后控制调整管的工作。由于整个控制过程是一个负反馈过程,所以这样的稳压电源叫串联负反馈稳压电源。
假设由于某种原因引起输出电压UO降低时,通过R3~R5的取样电路,引起T2基极电压(UT2)O成比例下降,由于T2发射极电压(UT2)E受稳压管D1的稳压值控制保持不变,所以T2发射结电压(UT2)BE将减小,于是T2基极电流(IT2)B减小,T2发射极电流(IT2)E跟随减小,T2管压降(UT2)CE增加,导致其发射极电压(UT2)C上升,即调整管T1基极电压(UT1)B将上升,T1管压降(UT1)CE减小,使输入电压UI更多的加到负载上,这样输出电压UO就上升。这个调整过程可以使用下面的变化关系图表示:
前面我们还说到R3~R5是取样电路,由于取样电路并联在稳压电路的输出端,而取样电压实际上是通过这三个电阻分压后得到。在选取R3~R5的阻值时,可以通过选择适当的电阻值来使流过分压电阻的电流远大于流过T2基极的电流。也就是说可以忽略T2基极电流的分流作用,这样就可以用电阻分压的计算方法来确定T2基极电压(UT2)B。
稳压管D5的稳压值应该小于最小输出电压UOMIN,但是也不能过小,否则会影响稳定度。这里选择稳压值为3V的2CW51,该型稳压管的{zd0}工作电流为71mA,{zd0}功耗为250mW。为保证稳定度,稳压管的工作电流ID5应该尽量选择大一些。而其工作电流ID5=(IT3)CE+IR2,由于(IT3)CE在工作中是变化值,为保证稳定度取IR2>>(IT3)CE,则ID5≈IR2。
由于取样电路同时接入T3的基极,为避免T3基极电流IT3B对取样电路分压比产生影响,需要让IT3B>>IR3。另外为了保证稳压电源空载时调整管能够工作在放大区,需要让IR3大于调整管T1的最小工作电流(IT1)CEMIN。由于3DD155A最小工作电流(IT1)CEMIN为1mA,因此取IR3MIN=10mA。则可得:
通过前面的计算,已经得到了所有元件的参数。可以将这些参数标注到图4-3-1中,这样就得到完整的串联负反馈稳压电源电路图,见图4-3-2。这里计算的其实都还只是初步的参数,实际组装完毕后应该仔细测量电源的各项指标是否符合要求,各部分元件工作是否正常。如果发现问题,应该根据实际情况作出调整。根据调整的结果来修正原理图中的电路参数,最终完成稳压电源的设计。
由于当放大电路的放大倍数越高时,电源的稳定度就越高。一般单管放大电路的放大倍数有限,可以采用增加放大电路级数的方法来提高放大倍数,这样也可以大大提高电源的稳定度。不过增加放大电路的级数后,电路更容易产生自激振荡,在设计放大电路时需要采取手段避免电路产生自激。由于增加电压放大级数不可避免的增加了电路的复杂程度,一般分离元件制作的稳压电源中较少使用此方法。
在基本形式的串联负反馈稳压电路中,放大管T3的集电极电路R1直接连接到经整流滤波后的电压上。由于这个电压不是稳定的电压,当其发生变化时,其变化量会加到调整管的基极,进而影响输出电压稳定度。可以通过将R1接入到一个稳定电压的方法来避免这种影响。图4-4-2中,D2、R6组成辅助稳压电源,负责向R1提供稳定的电压。这种形式的稳压电路通常用在大输出电流的稳压电源中,可以显著提高电源的稳定度。
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