线性串联稳压电源随谈

6N15

虎头蛇尾未尚不可

wjx591010

按照11楼图，我是这样估算，流过负载Rfz电流为lrfz，调整管Q1选最大电流=3XIrfz的，Q1的Ib=Irfz/贝它，Z1的稳定电流取2ma一5㎡a，流过R1的电流近似Z1的稳定电流，Q1的Ib取0.5一1.5ma，R1=(滤波C1端电压一Z1稳定电压)/Z1稳定电流5ma，Q1的e、c端电压大于5V，Q1耗散=Irfz X(C1端电压一输出电压)x5倍，C2取5一10UF，错误之处请指正

旅客

我比较关注稳压电路的瞬时响应能力

旅客

"瞬态响应"

qzlbwang

wjx591010 发表于 2015-9-13 07:59
按照11楼图，我是这样估算，流过负载Rfz电流为lrfz，调整管Q1选最大电流=3XIrfz的，Q1的Ib=Irfz/贝它，Z1的 ...

你这个是我所看见的最有价值的回贴！
1、调整管的选取最起码的要求是最大允许电流不小于最大工作电流，所以您选3倍是合适的。
2、三极管的Ib=Ic/hFE（注意不是β！——虽然都是电流放大倍数，但一个是直流一个是交流）没错，但要注意的是对一个现实存在的三极管来说，hFE的数值与Ic、Vce和温度都有关系。并不能简单地把万用表上的hFE档测试的数据拿来用，在这里是要用最大电流下且Vce在设计规划的最小压差下时的hFE的测试值。
3、关于稳压管的工作电流：一个是最小稳定电流Izmin，工作电流小于这个电流时，其稳压特性会变劣。另一个要注意的是稳压管的功耗不要超过，并且考虑到实际散热条件与标准散热的差别，要留有足够的余量。一般来说，用在其1/3左右还是比较合理的。比如说1/2W的6.2V稳压管，设计其最大工作电流不超过 Izmax=0.5W/3/6.2V=27mA。
4、关于R1的选取，要注意的是C1两端的电压在不同的工况下是不同的！所以要考虑不同的工况下的情况（最坏情况下）：空载时，C1两端的电压最高，达到Ucmax，而此时调整管的Ib=0，也就是说流过R1的电流都需要稳压管消耗掉。那么为保证稳压管的功耗不过大，则R1>(Ucmax-Uz)/Izmax   (Uz为稳压管的稳定电压)。而另一方面，当满载时，C1两端的电压要降低，并且是波动的，为了保证稳压管的稳压性能，我们希望在“谷点电压”Ucmin下流过稳压管的电流不小于最小稳定电流，也就是：R1<(Ucmin-Uz)/(Ibmax+Izmin)。
5、关于调整管两端的电压（压差），我们总是希望小些，但要保证最坏的情况下调整管仍然工作于线性条件下——满载时“谷点电压”时调整管仍然处于线性放大区。也就是说“最小压差”希望尽量低些。
6、调整管的散热主要考虑调整管的最大功耗和散热条件。保证调整管不发生过热而失效。最大功耗往往发生在满载时，其值的计算时压差要用该工况下的平均压差——该工况下Uc的平均值减去输出电压。
7、C2的作用是对通过R1"漏"过来的纹波进行滤波，对于工频全部整流来说，其最主要的成分是100Hz。要想达到比较好的效果，则需要其在100Hz频率下的容抗远小于R1的电阻值。也就是Xc=1000000/(2*3.14*100Hz*C)*K<R1   (K为Xc与R1的倍数，一般取3——20倍)，即：C≥1590K/R1   (式中C的单位是uF,R的单位是Ω，K=3---20)

qzlbwang

旅客 发表于 2015-9-13 10:26
"瞬态响应"

关注“瞬态响应”——动态指标的人一般算对此比较深入了。看来是高手！
不过这里讲的都是基础，所以首先是静态指标。

求知无足

这种基础知识是很有必要再学习一次的。要想真正地把这种直流稳压电源做得好，那还是要有相当的技术内涵的。

qzlbwang

求知无足 发表于 2015-9-13 15:42
这种基础知识是很有必要再学习一次的。要想真正地把这种直流稳压电源做得好，那还是要有相当的技术内涵的。 ...

万丈高楼平地起，基础知识最重要。不搞清楚最基本的电路，而是是懂非懂地去设计所谓的高级（复杂）电路只能是瞎子摸象。这样的所谓设计只能是简单电路堆砌！

qzlbwang

三、具有放大环节（电压负反馈）的线性串联稳压电源：
为了改善最简单的线性串联稳压电源的性能，我们引入电压负反馈，增加电压放大环节。下图就是一个基本的带有放大环节的串联稳压电源。

      对比于11楼的图，我们增加了放大管Q2和分压取样（R3、R4），并将作为电压基准的稳压管移至Q2的发射极，R2接至电压比较稳定纹波必须小的输出端。
R1的作用：1、流过R1的电流分寸两部分：一部分是提供调整管所需的基极电流，另一部分流向放大管的集电极。2、R1是放大管的集电极负载电阻的一部分（Q2的集电极负载电阻是什么待会儿再述）。3、R1两端的电压与调整管的压差有关。4、隔离输入电压的波动对输出的影响，显然电阻越大隔离效果越好。可惜的是R1的选择自由度较小（会受到约束，具体以后再讨论）
R2则提供稳压管的部分工作电流，且保证其不小于最小稳定电流。以确保稳压管的稳压特性不明显劣化。
R3、R4对输出电压分压取样后作为反馈电压加至放大管Q2的基极，与发射极的基准电压作比较，对输出电压进行自动调整。电压负反馈的引入，使得电路的性能指标得以提升，不管是电压调整率还是电流调整率都得到改善。改善的程度与环路增益有关，环路的增益是指整个负反馈环路的增益，在这里除了放大环节是正增益外，其余都是负增益（衰减）——分压取样、调整管的电压增益都是负值。好在它们的衰减都不大。一般来说引入环路增益为K倍的电压负反馈后能使输出的电压波动减小为原来的1/K倍

qzlbwang

三、具有放大环节（电压负反馈）的线性串联稳压电源：
为了改善最简单的线性串联稳压电源的性能，我们引入电压负反馈，增加电压放大环节。下图就是一个基本的带有放大环节的串联稳压电源。

      对比于11楼的图，我们增加了放大管Q2和分压取样（R3、R4），并将作为电压基准的稳压管移至Q2的发射极，R2接至电压比较稳定纹波必须小的输出端。
R1的作用：1、流过R1的电流分寸两部分：一部分是提供调整管所需的基极电流，另一部分流向放大管的集电极。2、R1是放大管的集电极负载电阻的一部分（Q2的集电极负载电阻是什么待会儿再述）。3、R1两端的电压与调整管的压差有关。4、隔离输入电压的波动对输出的影响，显然电阻越大隔离效果越好。可惜的是R1的选择自由度较小（会受到约束，具体以后再讨论）
R2则提供稳压管的部分工作电流，且保证其不小于最小稳定电流。以确保稳压管的稳压特性不明显劣化。
R3、R4对输出电压分压取样后作为反馈电压加至放大管Q2的基极，与发射极的基准电压作比较，对输出电压进行自动调整。电压负反馈的引入，使得电路的性能指标得以提升，不管是电压调整率还是电流调整率都得到改善。改善的程度与环路增益有关，环路的增益是指整个负反馈环路的增益，在这里除了放大环节是正增益外，其余都是负增益（衰减）——分压取样、调整管的电压增益都是负值。好在它们的衰减都不大。一般来说引入环路增益为K倍的电压负反馈后能使输出的电压波动减小为原来的1/K倍


补充内容 (2015-9-14 19:43):
此贴发重，请版主删除次贴！

xzf586

在学习，楼主很好！

qzlbwang

继续：
      流过R1的最小电流必须满足（满载时滤波后的谷点电压下）调整管所需的基极电流。且应略大于。这样满载时Q2才不至于发生截止，保证Q2始终处于线性放大状态。
      空载时流过R1的电流最大，这些电流都要流入Q2的集电极。最终流经Z1，所以必须保证Z1的最大工作电流在合适的区间。
      调整管的压差为R1两端电压Ur1与调整管基极——发射极间电压Ube1之和。所以其最小压差为满载时Ur1+Ube1。这个值与输出电压的和必须不大于“谷点电压”，否则无法保证调整管始终处于线性状态。
      有人说在调整管基极与地间接一个比较大的电容能使得输出纹波得到改善（11楼的电流不就是这样吗？呵呵。。。。。。）。对于象11楼那样没有放大环节的电路确实这样，但是加了放大环节后情况就不同了。加进这个电容干扰了放大管对调整管的自动调节（负反馈）作用，实际起的作用恰恰与期望的相反！
       我们知道对于共射放大器来说，其电压增益与集电极负载电阻的大小密切相关（成正比）。而这里Q2的集电极负载电阻是什么呢？——由两部分并联组成：第一部分就是R1，第二部分就是有输出的负载电阻Rfz经调整管折算到基极的。由于环路的电压增益关系到稳压性能，而环路中能提供电压增益的就是放大环节，所以我们希望其集电极负载电阻尽可能大些。在调整管确定的情况下其输出负载折算过来的等效电阻我们不能左右，所以我们只能希望R1尽可能大些，但是是增大R1要么会增大最小压差，显然这不是我们所希望的，因为这样做会使调整管的发热量大大增加，降低效率不说还会严重影响可靠性。要么造成无法保证我们所需要的输出电流和输出电压。这个问题怎么解决呢？——我们想到了恒流源——恒流源具有交流阻抗非常大的特性，这样一方面大大阻碍了输入电压的波动（包括纹波）传送到调整管的基极，另一方面也消除了原来比较小R1严重降低放大管集电极负载电阻的影响，使得放大环节增益得以提高，从而整个电路的性能指标得以提高。
       哎，说多了，大家没什么兴趣，俺应该快点刹车！下次随便谈谈关于恒流源在稳压电源的应用问题，然后举个简单的设计计算例子就结束本贴。算是个蛇尾吧！

老柳

以前修黑白电视机时，学习过串联式稳压电路，再次重温很亲切。

人的精力有限，专攻方向不同，照葫芦画瓢的人多，弄懂原理的人少。

求知无足

先谢谢楼主。拜读了楼主的帖子，受益匪浅。今天，第一次知道，误差放大管的负载，是由两部分组成的。以前，只知道是R1。

qzlbwang

求知无足 发表于 2015-9-15 08:22
先谢谢楼主。拜读了楼主的帖子，受益匪浅。今天，第一次知道，误差放大管的负载，是由两部分组成的。以前， ...

前面已经提到，调整管其实就是个射极跟随器，其发射极电阻就是Rfz(注：忽略其他次要因素时，严格地说还有其他支路的分流影响——相当于与Rfz并联，会略小于Rfz)。那么其基极等效的输入阻抗是（β+1）Rfz(注：这里忽略了rbe)。故其真实的负载电阻近似为R1//((β+1)Rfz)。而Rfz=Uo/Ifz。在大多数情况下R1要比（β+1）Rfz要小，甚至小得多，故而一般来说用恒流源取代R1会明显提高环路增益。