稳 压 电 路

当交流电网的电压发生波动的时候，或者是用电负载发生较大的变化的时候，直流电源输出电压也会发生改变。当交流电网中的用电设备纷纷打开时，电网中传输的电流显著增加，因此电网本身的电压降落是随负载变化而变化的；从用电高峰到低谷时段，市电电网电压波动的范围可能会达到±10%，此时直流电源电路的变压器二次电压v2也是随电网电压波动的，会直接导致输出的直流电压V2跟随电网电压波动。另一方面，使用直流电源的设备的系统所消耗的电流发生变化时，也会导致直流电源输出电压产生波动。直流电源输出电压随输出电流发生变化的原因主要是由于直流电源的内阻上的电压降随负载电流变化而变化，所以，为了获得稳定性好的直流电压，必须采取稳压措施。下面介绍由稳压管构成的稳压电路和三极管串联稳压电路。

1  稳压管稳压电路

稳压管稳压电路如图7.9（a）所示，由电阻R和稳压二极管DZ组成，稳压电路的输入电压Vi是经过整流滤波后的电压，输出电压Vo等于稳压管的稳定电压VZ，电阻R起限制电流和调整输出电压的作用，称为限电流电阻。稳压二极管DZ由于和负载RL并联，故也称为并联稳压电路。

稳压二极管的伏安特性如图7.9（b）所示。稳压二极管DZ工作在反向击穿的状态，此时二极管所流过的反向击穿电流可以在一个比较大的范围内变化，而反向击穿电压几乎不变，其反向击穿电压为稳压管的稳定电压，输出电压也保持为稳压管的稳定电压。反向击穿的稳压管其动态电阻rZ很小，稳压管稳压性能的好坏直接取决于稳压管的动态电阻，该值越小，稳压性能越好。

1．稳压原理

对任何稳压电路主要应从两个方面考察其稳压特性：一是考虑当电网电压波动时，稳压电路的输出电压是否能够保持稳定；二是考虑当负载发生变化时，其输出电压是否能够保持稳定。

（1）负载电阻RL不变，输入电压Vi随电网电压变化的情况

如图7.9（a）所示，稳压电路的输入电压应比稳压管的稳定电压DZ高出一定的幅度，高出的部分在限电流电阻R上降落，形成电压VR。当电网电压下降时，稳压电路的输入电压Vi随之下降，使输出电压Vo有下降的趋势，引起VZ下降，稳压管DZ由于具有很小的动态电阻，因此，即使是幅度比较小的电压减小，也使得稳压管的电流IZ显著下降，因此总电流I=IZ+Io和限电流电阻R上电压VR也减小，以此补偿了输入电压Vi的减小，使输出端电压Vo保持不变。这个过程可以表示为

当电网电压上升时，各电量的变化与上述过程相反，VR增大会抵消输入电压Vi的增大，使输出端电压Vo保持不变。这个过程可以表示为

由此可见，当电网电压变化时，稳压电路通过限电流电阻R上电压的变化来抵消Vi的变化，即ΔVR=ΔVi，从而使Vo基本垣定不变。

（2）输入电压Vi不变，负载电阻RL（或输出电流Io）变化的情况

当负载电阻RL减小时，Io会增大，使得总电流I和限电流电阻R上电压VR有升高的趋势，在输入电压Vi不变的情况下，会引起输出Vo（VZ）下降。由于稳压管DZ的伏安特性，即使是幅度比较小的电压减小，也使得稳压管的电流IZ显著下降，又会引起I下降，抵消了总电流I的升高，使I基本维持不变，R上的电压VR也就维持不变，从而保证输出电压Vo基本不变。这个过程可以表示为

当负载电阻RL增大（或Io减小）时，各物理量的变化与上述过程相反。

综上所述，稳压管稳压是利用稳压管根据外界的物理量变化，自动调节自身的电流大小，再和限电流电阻R相配合，将电流的变化转换成电压的变化以抵消外界变化的影响，保持输出电压基本恒定不变。

2．稳压电路的主要指标

（1）稳压系数Sr

为了反映电网波动对输出电压的影响，引入指标稳压系数。稳压系数是指在负载固定不变的前提下，输出电压的相对变化量与稳压电路输入电压的相对变化量之比，即

此处稳压电路输入电压Vi就是整流滤波之后的直流电压。稳压系数用来刻画输入的变化所能引起的输出变化的大小，即第一种情况下的稳压效果。

稳压电路交流等效电路如图7.10所示，其中rZ为稳压管动态电阻，则有

可见限电流电阻R越大，稳压管动态电阻rZ越小，则稳压系数越小，稳压效果越好。

（2）输出电阻ro

稳压电路的输出电阻ro反映负载电流的变化对输出电压的影响，该指标可衡量第二种情况稳压电路受负载的影响程度，其值越小越好，输出电阻ro可表示为。

3．稳压电路参数的选择

（1）稳压电路输入电压Vi的选择

首先根据需要确定负载所要求的输出电压Vo，然后再确定稳压电路的输入电压Vi。根据经验，一般选择

Vi确定后，就可以根据此值选择整流滤波电路的元器件参数。

（2）稳压管的选择

稳压管的用途是稳定电压，它的工作范围恰恰是取在二极管的反向击穿区域，所以，稳压管的选择首先就是要确定它的稳定电压。在稳压管稳压电路中，稳压管的反向击穿电压。

（3）限电流电阻R的选择

【例7.2】稳压管稳压电路如图7.9（a）所示。已知整流滤波输出电压Vi＝20V，变化范围为-10％～+10%，稳压管稳压值VZ＝10V，负载电阻RL变化范围为l～2kΩ，稳压管的电流范围为10~50mA。

1）试确定限流电阻R的取值范围。

2）若巳知稳压管DZ的交流等效电阻rZ＝10Ω，试按所选定的电阻值R估算电路的稳压系数和输出电阻。

解：根据题意可知

1）根据式（7.4.5）、式（7.4.6）可以确定限电流电阻的取值范围为

2）选择限电流电阻R=300W，所以根据式（7.4.2）、式（7.4.3）得

稳压管稳压电路的优点是电路简单易用，但能够提供的输出电流小，所以在用电负载小的小型电子设备或局部电路中经常采用这种电路。这种稳压电路缺点是输出电压由稳压管的型号决定，不可随意调节；负载电流受到稳压管工作电流的限制不能太大，一般负载电流只允许在几十毫安以内。

2  串联型稳压电路

1．电路组成

串联型稳压电路是一种比较实用的稳压电路，其组成部分主要包括调整器件、基准电压、采样网络、比较放大电路等几个部分，基本框图如图7.11（a）所示，电路原理图如图7.11（b）所示。实际电路还应包括过载或短路保护、辅助电源等辅助环节。

调整器件T1是整个稳压电路的核心器件，当输出电压Vo发生变化时通过改变它的基极电流来控制其导通状态，进而调整它的电压降Vce1，补偿输出电压Vo变化的数值，使输出电压几乎不变；在这个过程中T1起到了调整、稳定输出电压的作用，故T1称为调整管。通常采样网络的电流比负载电流小得多，所以调整电管T1的电流与负载电流近似相等，可以认为调整电管T1与负载RL形成串联关系，所以这种电路又称串联型稳压电路。

电阻R2和稳压管DZ组成了稳压管稳压电路，为串联稳压电路提供基准电压。当输入电压Vi和负载RL发生改变时，稳压管DZ所提供的基准电压VZ始终保持稳定不变。

电阻R3和R4构成了采样网络，对输出电压进行采样，采样电压Vf为

三极管T2和电阻R1构成了比较放大电路，采样电压Vf和基准电压VZ分别加载到三极管T2的基极和发射极，在此进行比较，并把比较结果进行放大，然后用于控制调整管T1。当输出电压Vo发生变化时，比较放大电路将对调整管T1的基极电位Vb1进行控制，改变集电极-发射极电压降Vce1，从而补偿输出电压Vo的变化。

2．稳压原理

和稳压管稳压电路的分析一样，仍然从电网电压波动引起的输入变化和负载发生变化这两个方面来分析稳压电路的稳定原理。

（1）负载电阻RL不变，输入电压Vi随电网电压变化的情况

若输入电压Vi由于电网电压变化升高时，首先引起输出电压Vo升高；然后通过R3、R4的分压，采样电压Vf以及Vb2随之上升，而T2的发射极电位为稳压二极管两端的稳定电压VZ，因而比较放大管T2的基极-发射极电压降Vbe2增大，故T2的集电极电流Ic2增大，集电极电压Vc2下降；由于调整管T1的基极与比较放大管T2的集电极相连，因此T1的基极电压Vb1下降，所以导致T1的发射极电压以及输出电压Vo下降，从而输出电压Vo的上升幅度被有效地抑制了。这个反馈调节过程可以表示为

同理，当Vi下降时，通过一系列反馈调节过程，电路补偿了其输出电压Vo的减小，使得输出电压几乎不变。

（2）输入电压Vi不变，负载发生变化的情况

若负载电流增大使得输出电压Vo降低时，会导致采样电压Vf减小；然后，比较放大管T2集电极电流Ic2下降、集电极电压Vc2上升，使得调整管T1基极电压Vb1增高，最后使得电路的输出电压Vo回升，补偿了降低的幅度。其反馈调节过程可以表示为

类似地，当负载电流减小时，电路通过一系列反馈调节，抑制了输出电压增高的幅度。

这种电路在工作中为了保证足够大的调整范围，要求输入电压Vi应该比输出电压Vo高出足够的电压差，超出的电压差降落在调整管T1上，当电网电压或负载变化时，通过改变调整管T1的集电极-发射极电压Vce1来补偿输出电压Vo的变化。

3．输出电压的的调节

由图9-4-3（b）所示电路可知

因为，忽略Vbe2，得

因为VZ是固定不变的，所以可以通过改变电阻R3、R4的值来改变输出电压Vo的大小。

图7.12所示中的电路为一个输出电压可调的串联型稳压电路，其中的比较放大电路采用了一个集成运算放大器。采样电阻RS1、RS2之间增加了一个电位器RP来获得采样电压，通过调节电位器RP来改变输出电压；图中对于电位器滑动臂与采样电阻RS1之间的阻值表示为RP1，对于电位器滑动臂与采样电阻RS2之间的阻值表示为RP2。

由图7.12所示电路可得

当RP调至最上端时，输出Vo达到最小值，为

当RP调至最下端时，输出Vo达到最大值，为