簡單的穩(wěn)壓電路

交流電經(jīng)過整流可以變成直流電，但是它的電壓是不穩(wěn)定的：供電電壓的變化或用電電流的變化，都能引起電源電壓的波動。要獲得穩(wěn)定不變的直流電源，還必須再增加穩(wěn)壓電路。

要了解穩(wěn)壓電路的工作，得從穩(wěn)壓管說起。

一、有“特異功能”的二極管穩(wěn)壓管

一般三極管都是正向?qū)?，反向截?加在二極管上的反向電壓、如果超過二極管的承受能力，二極管就要擊穿損毀。但是有一種二極管，它的正向特性與普通二極管相同，而反向特性卻比較特殊：當(dāng)反向電壓加到一定程度時，雖然管子呈現(xiàn)擊穿狀態(tài)，通過較大電流，卻不損毀，并且這種現(xiàn)象的重復(fù)性很好;反過來著，只要管子處在擊穿狀態(tài)，盡管流過管子的電在變化很大，而管子兩端的電壓卻變化極小起到穩(wěn)壓作用。這種特殊的二極管叫穩(wěn)壓管。

穩(wěn)壓管的型號有2CW 、2DW 等系列，它的電路符號如圖5-17所示。

穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓特性，可用圖5一18所示伏安特性曲線很清楚地表示出來。

穩(wěn)壓管是利用反向擊多區(qū)的穩(wěn)壓特性進(jìn)行工作的，因此、穩(wěn)壓管在電路中要反向連接。穩(wěn)壓管的反向擊穿電壓稱為穩(wěn)定電壓、不同類型穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓也不一樣，某一型號的穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值固定在口定范圍。例如：2CW11 的穩(wěn)壓值是3.2伏到4.5伏，其中某一只管子的穩(wěn)壓值可能是3.5伏，另一只管子則可能是4，2伏。

在實(shí)際應(yīng)用中，如果選擇不到穩(wěn)壓值符合需要的穩(wěn)壓管，可以選用穩(wěn)壓值較低的穩(wěn)壓管，然后串聯(lián)一辦或幾只硅二極管“枕墊”，把穩(wěn)定電壓提高到所需數(shù)值。這是利用硅二極管的正向壓降為0.6～0.7伏的特點(diǎn)來進(jìn)行穩(wěn)壓的。因此，二極管在電路中必須正向連接，這是與穩(wěn)壓管不同的。

穩(wěn)壓管穩(wěn)壓性能的好壞，可以用它的動態(tài)電阻r來表示：

顯然，對于同樣的電流變化量ΔI，穩(wěn)壓管兩端的電壓變化量ΔU越小 ，動態(tài)電阻越小 ，穩(wěn)壓管性能就越好。

穩(wěn)壓管的動態(tài)電阻是隨工作電流變化的，工作電流越大。動態(tài)電阻越小 。因此，為使穩(wěn)壓效果好，工作電流要選得合。工作電流選得大些，可以減小動態(tài)電阻，但不能超過管子的最大允許電流(或最大耗散功率)。各種型號管子的工作電流和最大允許電流，可以從手冊中查到。

穩(wěn)壓管的穩(wěn)定性能受溫度影響，當(dāng)溫度變化時，它的穩(wěn)定電壓也要發(fā)生變化，常用穩(wěn)定電壓的溫度系數(shù)來表示這種性能例如2CW19 型穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓Uw= 12伏，溫度系數(shù)為0.095%℃ ，說明溫度每升高1℃，其穩(wěn)定電壓升高11.4毫伏。為提高電路的穩(wěn)定性能，往往采用適當(dāng)?shù)臏囟妊a(bǔ)償措施。在穩(wěn)定性能要求很高時，需使用具有溫度補(bǔ)償?shù)姆€(wěn)壓，如2DW7A 、 2DW7W 、 2DW7C 等。

二、硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路

由硅穩(wěn)壓管組成的簡單穩(wěn)壓電路如圖5-l9 (a)所示。硅穩(wěn)壓管DW與負(fù)載Rfz ，并聯(lián)，R1為限流電阻。

這個電路是怎樣進(jìn)行穩(wěn)壓的呢?若電網(wǎng)電壓升高，整流電路的輸出電壓Usr 也隨之升高，引起負(fù)載電壓Usc 升高。由于穩(wěn)壓管DW與負(fù)載Rfz 并聯(lián)，Usc 只要有根少一點(diǎn)增長，就會使流過穩(wěn)壓管的電流急劇增加，使得I1也增大，限流電阻R1上的電壓降增大，從而抵消了Usr 的升高，保持負(fù)載電壓Usc 基本不變。反之，若電網(wǎng)電壓降低，引起Usr 下降，造成Usc 也下降，則穩(wěn)壓管中的電流急劇減小，使得I1減小，R1上的壓降也減小，從而抵消了Usr 的下降，保持負(fù)載電壓Usc 基本不變。

若Usr 不變而負(fù)載電流增加，則R1上的壓降增加，造成負(fù)載電壓Usc 下降。Usc 只要下降一點(diǎn)點(diǎn)，穩(wěn)壓管中的電流就迅速減小，使R1 上的壓降再減小下來，從而保持R1 上的壓降基本不變，使負(fù)載電壓Usc 得以穩(wěn)定。

綜上所述可以看出，穩(wěn)壓管起著電流的自動調(diào)節(jié)作用，而限流電阻起著電壓調(diào)整作用。穩(wěn)壓管的動態(tài)電阻越小，限流電阻越大，輸出電壓的穩(wěn)定性越好。

那么怎樣選擇穩(wěn)壓管和限流電阻呢?

1.因?yàn)榉€(wěn)壓管是與負(fù)載并聯(lián)的，所以穩(wěn)田管的穩(wěn)定電壓應(yīng)該等于負(fù)載直流電壓,即Uw=Usc 。穩(wěn)壓管最大穩(wěn)定電流的選擇，要考慮到特殊情況下穩(wěn)壓管通過的最大電流：一種情況是，當(dāng)負(fù)載電流Ifz =0時，全部最大負(fù)載電流Ifzmax都通過穩(wěn)壓管;另一種情況是，輸入電壓Usr ，升高，也會引起通過穩(wěn)壓管電流增大。一般取穩(wěn)壓管最大電流選用動態(tài)電阻小、電壓溫度系數(shù)小的穩(wěn)壓管，有利于提高電壓的穩(wěn)定度。

2.限流電阻R1可由式中算出：因?yàn)閁sr 、和Ifz 都是變化的，為了保證Ifz=0時Iw不起超過穩(wěn)壓管的最大穩(wěn)定電流，R1 要足夠大，為了保證穩(wěn)定作用，又必須保證在Usr ，最小時，Iw大于穩(wěn)壓管的最小穩(wěn)定電流。綜合上述兩右面的考慮，限流電阻R1 的選擇范圍是：

圖5-l9(A)所示電路簡單可靠，但是穩(wěn)定電壓不能調(diào)整，負(fù)載電流太小，一般多用做電路前級的穩(wěn)壓和其他電源的參考電壓。

采用兩級硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路，可以輸出兩種穩(wěn)定電壓U1和Usc ，并能進(jìn)一步提高穩(wěn)壓效果。電路見圖5-19(b)

三、串聯(lián)型穩(wěn)壓電路

串聯(lián)型穩(wěn)壓電路是比較常用的一種電路。電路如圖5-20(a)所示。

三極管BG 在電路申是調(diào)整元件，它很有“見機(jī)行事”的本領(lǐng)，每當(dāng)由于供電或用電發(fā)生變化，電路輸出電壓波動欲起的時候，它都能及時地加以調(diào)節(jié)，使輸出電壓保持基本穩(wěn)定，因此它被稱做調(diào)整管口因?yàn)樵陔娐分凶鳛檎{(diào)整元件的三極管是與負(fù)載相串聯(lián)的，所以這種電路叫串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓管DW為調(diào)整管提供基準(zhǔn)電壓，使調(diào)整管基極電位不變。R1 是DW的保護(hù)電阻，限制通過DW的電流，起保護(hù)穩(wěn)壓管的作用。Rfz ，是負(fù)載電阻，是BG 的直流通路。

BG 和DW配合“默契”，保證電路格出穩(wěn)定的用壓。電路穩(wěn)壓過程是這佯的：如果輸人電壓Usr 增大，使輸出電壓Usc 。增大時，由于Ub=Uw固定不變，調(diào)整管基棗射間電壓Ube 。=Ub-Usc 將減小，基流Ib隨之減小，而管壓降Uce ，隨之增大，從而抵消了Usc 增大的部分，使Usc ，基本穩(wěn)定。如果負(fù)載電流Isc 增大，使輸出電壓Usc 減小時，由于Ub固定，Ube 將增大，使人增大，Uce 減小，也同樣地使Usc 基本穩(wěn)定。

從上面分析中可以看到，調(diào)整管既象是一個自動的可變電阻：當(dāng)輸出電壓增大時，它的“阻值”就增大，分擔(dān)了大出來的電壓;當(dāng)輸出電壓減小時，它的“阻值”就減小，補(bǔ)足了小下去的電壓。無論是哪種情況，都使電路保持輸出一個穩(wěn)定的電壓。“指揮”調(diào)整管變化的是輸出電壓的變化量?Usc ;正是ΔUsc 控制調(diào)整管的基極電流Ib，才使得調(diào)整管隨著ΔUsc 變化。換句話說，是不穩(wěn)定的輸出電壓，驅(qū)動調(diào)整管去穩(wěn)定輸出電壓。 　　如果把圖5-20(a) 所示穩(wěn)壓電路的形式稍微改變一下，畫成圖5-20(b)樣子的話，不難看出，原來串聯(lián)型穩(wěn)壓電路就是一個射極跟隨器。R1是上偏置電阻，穩(wěn)壓管DW是下偏置電阻，輸出電壓是從發(fā)射極電阻Rfz 上取出的。