模拟电路网络课件 第五十节:串联反馈式稳压电源

模拟电路网络课件 第五十节:串联反馈式稳压电源

10.2  串联反馈式稳压电源

一、稳压电源的质量指标

稳压电源的技术指标分为两种：一种是特性指标，包括允许的输入电压、输出电压、输出电流及输出电压调节范围等；另一种是质量指标，用来衡量输出直流电压的稳定程度，包括稳压系数、输出电阻、温度系数及纹波电压等。这些质量指标的含义，可简述如下。

由于输出直流电压VO 随输入直流电压VI（即整流滤波电路的输出电压，其数值可近似认为与交流电源电压成正比）、输出电流IO 和环境温度T（℃）的变动而变动，即输出电压VO = f（V1，IO，T），因而输出电压变化量的一般式可表示为

或                    

式中的三个系数分别定义如下：

输入调整因数           

KV反映了输入电压波动对输出电压的影响，实际上常用输入电压变化DVI时引起输出电压的相对变化来表示，称为电压调整率，即

                     

电压调整率也可定义为：在温度和负载恒定条件下，输入电压变化10%，输出电压的变化，单位为mV。

有时也以输出电压和输入电压的相对变化之比来表征稳压性能，称为稳压系数，其定义可写为

                     

输出电阻            

Ro反映负载电流IO变化对VO的影响。

温度系数            (mV/℃)

上述的系数愈小，输出电压愈稳定，它们的具体数值与电路形式和电路参数有关。

至于纹波电压，是指稳压电路输出端交流分量的有效值，一般为毫伏数量级，它表示输出电压的微小波动。（参见前面的知识点——桥式整流电路的性能分析）

应当指出的是，稳压系数g  较小的稳压电路，它的输出纹波电压一般也较小。

二、工作原理

图1是串联反馈式稳压电路的一般结构图，图中VI是整流滤波电路的输出电压，T为调整管，A为比较放大电路，VREF为基准电压，它由稳压管DZ与限流电阻R串联所构成的简单稳压电路获得（可参见齐纳二极管一节），R1与R2组成反馈网络，是用来反映输出电压变化的取样环节。

这种稳压电路的主回路是起调整作用的三极管T与负载串联，故称为串联式稳压电路。输出电压的变化量由反馈网络取样经放大电路（A）放大后去控制调整管T的c-e极间的电压降，从而达到稳定输出电压VO的目的。稳压原理可简述如下：当输入电压VI增加（或负载电流IO减小）时，导致输出电压VO增加，随之反馈电压VF=R2VO/（R1+R2）=FVVO也增加（FV为反馈系数）。VF与基准电压VREF相比较，其差值电压经比较放大电路放大后使VB和IC减小，调整管T的c-e极间电压VCE增大，使VO下降，从而维持VO基本恒定。

同理，当输入电压VI减小（或负载电流IO增加）时，亦将使输出电压基本保持不变。

从反馈放大电路的角度来看，这种电路属于电压串联负反馈电路。调整管T连接成电压跟随器。因而可得

                   

或                

式中AV是比较放大电路的电压增益，是考虑了所带负载的影响，与开环增益AVO不同。在深度负反馈条件下， 时，可得

                  

上式表明，输出电压VO与基准电压VREF近似成正比，与反馈系数FV 成反比。当VREF 及FV 已定时，VO也就确定了，因此它是设计稳压电路的基本关系式。

值得注意的是，调整管T的调整作用是依靠VF和VREF之间的偏差来实现的，必须有偏差才能调整。如果VO绝对不变，调整管的VCE也绝对不变，那么电路也就不能起调整作用了。所以VO不可能达到绝对稳定，只能是基本稳定。因此，图1所示的系统是一个闭环有差调整系统。

由以上分析可知，当反馈越深时，调整作用越强，输出电压VO也越稳定，电路的稳压系数g和输出电阻Ro也越小。 

三、带隙基准电压源

基准电压VREF是稳压电路的一个重要组成部分，它直接影响稳压电路的性能。为此要求基准电压输出电阻小，温度稳定性好，噪声低。目前用稳压管组成的基准电压源虽然电路简单，但它的输出电阻大。故常采用带隙基准电压源，其电路如图1所示。由图可知，基准电压为

从原理上说，三极管T3的发射结电压VBE3可用作基准电压源，但它具有较高的负温度系数（–2mV/℃），因而必须增加一个具有正温度系数的电压IC2R2来补偿。IC2是由T1、T2和Re2构成的微电流源电路提代。其值为

故基准电压VREF可表示为

如果合理地选择IC1/ IC2和Rc1/ Rc2的值，即可利用具有正温度系数的电压IC2Rc2补偿具有负温度系数的电压VBE3，使得基准电压为

那么基准电压VREF的温度系数恰好为零。式中的q为电子电荷，EG为硅的禁带宽度。因此，上述电路常称为带隙基准电压源电路。这种基准电压源的电压值较低，温度稳定性好，故适用于低电压的电源中。市场上已有这类集成组件可供使用，国产型号有CJ336、CJ329，国外型号有MC1403、AD580等。

这类带隙基准电压源还能方便地转换成1.2V～10V等多档稳定性极高的基准电压，温度系数可达2mV/℃，输出电阻极低，而且近似零温漂及微伏级的热噪声，它广泛用于集成稳压器、数据转换器（A/D、D/A）和集成传感器中。