这可以说是目前最详细的串联型稳压电路讲解视频教程了，你可能是新手，对这种电路可能还一无所知，也许你是老鸟，对这种基础的电路也早已不屑一顾，然而这个视频里面总会有内容让你觉得有价值。我们从简至繁形象地讲解串联型稳压电路的基本结构与工作。稳压电路为什么需要一个采样电路呢？为什么需要一个基准电压呢？稳压能力是怎么样衡量的呢？转换效率又是怎么样计算的呢？
 
 
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前言
 
        最近在工作中接触了DC24V降压DC18V的电路，使用的是串联稳压电路，网上关于串联稳压的电路非常多，于是本人也想写一下关于串联稳压的简单电路图。
 
电路图
 
        
 
 
 
         本电路所用到的主要元器件有：电阻、电容、NPN型三极管、铝电解电容、稳压管
 
电路原理
 
        输入DC电压12V，这里C1的作用是滤波，利用了电容两端电压不能突破及充电放电的特性来实现的，R2是限流电阻，R1是三极管基极的偏置电阻，主要是提供合适的电压给基极，由于基极的导通，三极管开始工作，基极电压被稳压管钳位在5.7V，而且基极与发射极的导通压降为0.7V，因此Vout得到5V的输出电压，从而实现了12V降压至5V，C2电容的作用是保持输出电压的平稳，三极管处于放大区间，也就是可变电阻区，Vce电压估计在6V左右
 
        当然随着负载的变化，三极管的导通损耗也是不同的，当负载为满载时，恒压输出5V，电流又负载决定，根据P=UI，三极管的导通损耗变大，若负载为轻载时，则反之。
 
电路特点
 
        该电路的优点：简单使用，制作成本低，空载功耗极小
 
        该电路的缺点：稳压管型号较少，稳压管精度影响输出电压的精度，电路损耗会比较高
 
思考与实践
 
        感兴趣的朋友们，不妨做一下仿真或动手搭建电路，抓一下R1，基极，Vce的电压波形
 
 
               
 
 

 
在许多电子设备中，通常都需要电压稳定的直流电源。在本章前面已讲过，通过整流滤波后得到的电压仍为不稳定的三角波形，会随电网电压产生波动，同时电子设备工作时负载电流的变化及温度的变化等都会引起输出电压不稳定，这将严重影响设备正常工作。为了使电子设备能正常稳定地工作，就要配置专门的直流稳压电源。下面主要讲述简单的直流稳压电源。
 
稳压电源电路的形式主要有两种：一种是并联型，将调整元器件与负载并联，如图2-21a所示；另一种是串联型，将调整元器件与负载串联，如图2-21b所示。
 
稳压二极管构成的稳压电路
 
如图2-22所示为稳压二极管作调整元器件构成的稳压电路。电路中调整元器件采用硅稳压二极管，供电电压经电阻R限流后，在负载上并联稳压二极管。这里输出的稳定电压由稳压管的稳压值决定。下面分两种情况对稳压二极管构成的稳压电路工作过程进行分析。
 

  
  
图2-21　稳压电路的两种形式
 
 

  
  
图2-22　稳压二极管构成的稳压电源
 
 
1.负载电流不变、输入电压变高时的稳压过程
 
当输入电压升高时，输出电压也略增大，稳压管的工作电流(IZ)将增大，使流过限流电阻R的电流也增大，同时电阻R上电压降也增大，而输出电压Uo=Ui-UR，由于UR增加，Uo必减小，从而保持输出电压Uo基本不变。
 
2.输入电压不变、负载电流变化时的稳压过程
 
当负载电流增大时，在R上的压降增大，引起输出电压Uo减小，由于稳压管的工作电流IZ也减小，所以最后通过R的电流基本不变。
 
稳压二极管构成的稳压电路的优点是电路简单、稳压效果好，但是输出电压值不能调整，且输出电流小。
 
简单串联稳压电源
 
1.电路组成
 
电路如图2-23所示，由晶体管VT、电阻R、稳压二极管VZ组成稳压电源。Ui为输入电压，Uo为输出电压。电阻为稳压二极管提供基础电流，稳压二极管提供基准电压VZ，晶体管Q为调整元器件。从电路中可以得出
 
Uo＝Ui-Uce
 
Uo＝VZ-Ube
 

  
  
图2-23　简单串联稳压电源
 
 
2.工作(稳压)原理
 
若输入电压Ui升高，可能会引起输出电压升高，稳压电源电路将通过自动调整使输出电压降低，保证稳定输出电压。原理简述如下：当Uo升高时，根据Uo＝VZ-Ube，UZ不变，因此Ube下降；又根据晶体管的特性，Ube降低使晶体管基极电流Ib减小，晶体管导通程度降低，Ic减小，使Uce升高；根据Uo＝Ui-Uce可知，Uo也将降低，从而使输出电压稳定。其稳压控制过程可简述为
 
Ui↑→Uo↑→Ube↓→Ib→Ic↓→Uce↑→Uo↓
 
相反，当输入电压降低时，输出电压可能降低，其稳压控制过程与上述相反。
 
当负载变重时，会引起输出电压降低；当负载减轻时又会使输出电压有所升高。同样，稳压电源都会通过自动调整使输出电压得到稳定。
 
从稳压过程可看出，稳压电源由取样环节、基准电压源、比较环节及调整环节等部分组成。输出电压Uo被用作样品(取样)，与基准电压比较，产生的误差就是Ube，晶体管VT可根据误差电压调整导通程度(改变输出电流)，使输出电压稳定。
 
具有放大环节的稳压电源
 
1.电路组成
 
参看图2-24所示。从电路功能上看，该稳压电源由取样环节、基准电压源、比较放大环节及调整环节组成。
 

  
  
图2-24　具有稳压环节的直流稳压电源
 
 
(1)取样环节
 
取样环节由电阻R3、VR及电阻R4组成。取样环节对输出电压分压，在VR的中间端获得样品电压，加到晶体管VT2的基极。该电压与输出电压成比例，即
 

  
 
 
(2)基准电压源
 
电阻R2为稳压二极管VZ提供基准电流，稳压二极管为电路提供基准电压Vz。
 
(3)比较放大环节
 
样品电压Ub经晶体管VT2的b-e结与基准电压Vz相比较，产生误差电压Ube。误差电压被晶体管VT2放大，其导通程度受Ube控制，流过VT2的集电极电流发生改变(Uce改变)。
 
(4)调整环节
 
调整电路由晶体管VT1组成。通过控制VT1的基极电流，进而改变VT1的集电极电流，调整Uce使输出电压得到控制。
 
【提示】
 

  
 
 
2.稳压控制过程
 
假设负载变大，引起输出电压降低。当输出电压Uo降低时，样品电压Ub与Uo成比例降低，经VT2的b-e结电压Ube与基准电压VZ相比较，因Ub＝VZ+Ube，产生的误差电压Ube必将减小。减小的Ube使误差放大晶体管VT2的基极电流Ib减小，引起VT2集电极电流Ic变小(Uce增大)。输入电压Ui流经R1进入晶体管VT1的基极电流被VT2集电极电流分流减少，VT2基极电压升高，使VT2集电极电流增大，Uce减小。根据Uo＝Ui-Uce，输出电压Uo将升高，结果输出电压被调整升高，弥补负载变重引起的下降，从而使输出电压得以稳定不变。
 
这一过程可简述如下：
 

  
 
 
相反，负载变轻引起输出电压升高时的稳压控制过程正与上述过程相反。
 
三端集成稳压电源
 
随着电子技术的发展，稳压电路也实现了集成化，最常见的有三端集成稳压器件，可分为固定式稳压器件和可调式稳压器件。
 
三端固定式集成稳压器特点是输出电压不可调节，其型号主要有：
 
1)LM78XX系列，为正电压输入、正电压输出，常见的有LM7805、LM7809、LM7812等。
 
2)LM79XX系列，为负电压输入、负电压输出，常见的有LM7905、LM7909、LM7912等。
 
3)LM78XX系列与LM79XX系列输入输出电压幅值相同，但极性不同，管脚排列也不同。
 
4)与LM系列相似的还有CW78XX系列、KA78XX系列等，它们可直接替换使用。
 
三端固定式集成稳压器型号的后两位数XX表示输出稳压值，最大输出电流为1.5A。如LM7805为输出+5V电压，LM7812为输出+12V电压。图2-25所示为KA7805三端稳压集成器应用电路原理图及实物图。
 

  
  
图2-25　KA 7805三端稳压集成电路应用图及实物图
 
 
【提示】
 
三端集成稳压器输入端电压大于输出电压时，才能输出规定电压。
 
常见的三端可调式集成稳压器件有LM317。LM317实物图及其应用电路如图2-26所示，输出电压由R/VR的比值决定，调节VR就可改变输出电压。一般情况下，要在LM317输入与输出端接入电容器，以稳定输出电压。
 

  
  
图2-26　LM317实物图及其应用电路
 
 
三端精密稳压控制器
 
常应用于电路中的TL431就是三端精密稳压控制器，是一种可控精密电压比较稳压器件，相当于一个稳压值在2.5～36V间可变的稳压二极管，其外形、符号及内部结构如图2-27所示。其中，A为阳极，K为阴极，R为门极。
 
TL431稳压器的工作原理：加到R两端的电压URA在TL431内部通过比较运算放大器与基准电压(Vref)进行比较，当其高于基准电压时，运算放大器输出高电压使内部晶体管导通加强(即IKA增大)，反之，IKA减小。
 
TL431主要用在稳压控制电路中。
 

  
  
图2-27　TL431的外形、符号、内部结构