串联型线性稳压电源

3.1.2　串联型线性稳压电源

图3-3　整流滤波电路

前面介绍了晶体管串联型线性稳压电源简单的工作原理，下面就详细说明串联型线性稳压电源，主要有晶体管串联式线性稳压电源和串联集成稳压电源电路两种。

1.整流滤波电路

串联线性稳压电源的整流滤波电路如图3-3所示。其中电源变压器T的作用是将220V交流电降为低压交流电，并将市电与低压直流电的“地”隔离，以确保人身安全。

图3-3中的D₁～D₄组成全波桥式整流电路，交流电为正弦波波形，分正负半周。在交流电正半周时，D₂、D₄导通，在交流电负半周时D₁、D₃导通。整流输出为脉动直流电压，再经滤波电容C的作用使脉动直流中的交流成分减小。整流滤波后输出的直流电压，在空载时为电源变压器次级电压U₂的1.4倍，满负载时约为U₂的1.2倍。例如电源变压器次级电压U₂=18V，满负荷时输出直流电压约为21.6V。输出12V直流电的稳压电源其输入电压（即整流输出电压）最低不得小于17V，此时对应市电为187V，这时要求电源变压器次级电压为15V。当市电为220V时，电源变压器的次级电压应为17.6V。由此来看电源变压器的次级电压约在18V左右。

由于单色显示器总电流约为1A，为留有余量整流管的最大整流电流一般要求大于1.5A，反向电压大于50V。滤波电容的容量一般在4700μF左右，耐压选择等于或大于25V。

电路中的电源变压器为了防止漏磁干扰，必须给电源变压器加上屏蔽罩，防止磁场泄漏。结构如图3-4所示。线圈外套的铜箔短路环的作用是使泄漏磁场在铜箔中产生感应电流削弱泄漏磁场。

图3-4　电源变压器的屏蔽

2.晶体管串联式线性稳压电源工作原理

交流220V市电经电源变压器降压整流滤波后得到的直流电是不稳定的，而且随市电的波动而变化，同时整流输出的直流电纹波较大，不能直接供给显示器电路，否则会引起图像不良。要使直流电压稳定（不随市电的变化而变化），且波纹很小（接近稳恒直流），必须采用稳压电路对整流输出的直流电再进行稳压。

稳压电路的作用是当市电电压或负载电阻在一定范围内变化时，保持输出直流电压稳定不变。图3-5是显示器和电视机中常用的晶体管串联线性稳压电源基本原理电路和框图。

图3-5　晶体管串联线性稳压电源电路和框图

该电路分四部分组成，图3-5（a）中的V₁是电源调整管，它的管压降U_ce1受比较放大管的控制。V₂称为比较放大管，它的作用是对直流输出电压的变化量与基准电压进行比较，产生误差信号，经过放大，然后去控制调整管V₁的导通程度。R₁是V₂集电极的负载电阻，也是V₁的基极偏置电阻。V₁的输出电压经R₂降压限流，使稳压管V₁工作在稳压区。ZD₁两端电压U_W不随负载上的电压变化，所以U_W称为基准电压。图3-5（b）中的R_A、R_B称取样分压电阻，输出电压经R_A、R_B分压加到V₂基极，输出电压的变化，就可以反映到V₂基极电压的变化。实际上R_A、R_B是由图3-5（a）中的电阻R₃、R₅和电位器R₄等效而成的，主要便于分析电路。

稳压过程是当市电电压降低时，稳压输入电压u_i随着下降，输出电压u_O跟着下降。由于R_A、R_B的分压作用，V₂基极电压也随之下降，而V₂发射极电压因有稳压管ZD₁的作用而保持不变，于是V₂发射结的正偏电压U_be2减小，导致I_b2电流减小，V₂集电极电流Ic₂减小，V₁集电极电流I_b1上升，并使调整管基极电位上升，V₁的管压降U_ce1减小，即从而使输出电压上升，最终保持输出电压不变。

下面用渐变式方法表示稳压过程：

因某种原因使

从而达到u_O保持不变。

同理，市电电压上升时，会使U_ce1上升，最终仍保持输出电压不变。总之，稳压过程就是调整管自动改变它的管压降以弥补输出电压变化，使输出电压保持不变的过程。

负载电流就是调整管的集电极电流，在显示器中为了提高调整管的电流增益，增强稳压特性，常使用复合管做调整管。

3.晶体管串联式线性稳压电源实际电路应用

图3-6是一款单色显示器低压电源部分电路，交流220V市电经电源变压器T降压为16V。7BG₁～7BG₄组成桥式整流电路，7C₅是滤波电容。稳压部分由7BG₆、7BG₇组成复合式调整管，7BG₅是比较放大管，稳压管7BG₈提供6.2V～7.5V的基准电压，7W₁是为了调整输出电压而设置的可调电位器，7C₈使交流成分直接通过它反馈到7BG₅基极，交流成分而不通过7W₁，这样可以降低波纹电压，消除纹波干扰。7R₃是比较放大管的负载电阻。

图3-6　单色显示器低压电源部分电路

该电源与典型串联稳压电源的最大不同点是，放大管负载电阻7R₃不是接在整流输出端而是接在行输出级升压电容的正极，这里的直流电压约为26V，7R₃接在这里有两点好处：

一是如果行扫描部分出现问题，例如行输出管击穿时，提升电压就等于电源电压，从而使放大管不能工作，电压直流输出电压很低，对电源的调整管起到保护作用。

另外，升压电容上的直流电压纹波电压很低，可以降低直流电源的纹波系数。使用这种方法给放大管供电，在行扫描电路没有工作时，电源不能启动，即无输出电压，而电源无输出电压又不能使行扫描电路工作。

为了启动电源，又设置了启动电阻7R₄，开机后整流输出电压可以通过7R₄使行扫描电路工作，然后稳压电源进入正常工作状态，7R₄就不再起作用了。当负载短路时，7R₄还可对调整管起一定的保护作用，即短路的大电流通过7R₄而不通过调整管。

下面对图3-6单色显示器低压电源部分电路稳压过程分析，首先看这个电路的工作过程。

当市电220V通过K₁闭合加入电源降压变压器初级绕组后产生U₁，通过互感降压得到U₂为16V交流电，经整流滤波后得到脉冲约为20V左右直流电压，经启动电阻7R₄后得到11.5V电源电压，再送到行扫描输出级电路，由行升压电容（图3-6中的B点）升压后变为26V直流电压，再由7R₂、7R₃将合适的直流电压电流分别加到7BG₆的发射极、基极、7BG₅的集电极上。此时整个电路开始工作，7BG₆、7BG₇组成的复合管已经导通，便得了一个稳定的11.5V直流电压，7R₄已经不起作用了。

稳压过程是当某种原因导致11.5V↑→U_A↑→U_be5↑（因7BG₅的发射极电压在7BG₈的作用下不变）→I_b5↑→I_c5↑→I_b6↓(I_7R3=I_b6+I_c5)→I_c6↓(I_c=βI_b)→I_e6↓（I_e=I_b+I_c，I_b很小，即I_c≈βI_e）→I_b7↓→I_c7↓→U_ce7↑→11.5V↓（U_i=U_ce7+11.5V），从而实现11.5V稳定不变。当由此电源电路所组成的整机不工作时，电源就不能启动，即无电压输出。怎样判断是行电路引起电源不工作，还是电源自身故障导致不工作呢？这里需要知道的只要把一个合适的直流电压通过7R₂、7R₃后分别给7BG₆的发射极、基极和7BG₅的集电极加入后，此电源假如本身是好的话，同时也必须将11.5V给负载供电的线路断开时（如果行扫描等电路元器件短路，造成电源不工作）电源能正常工作，关键点B只要连接在7C₅的正极即可实现，必须首先断开11.5V对后级的所有供电，这样即可判断是电源还是行扫描等电路引起目前的电源无输出故障，从而缩小了故障部位范围，便于检修。

4.串联式集成稳压电路

串联集成稳压电路的优点是外围元器件少、性能稳定和不需调整。这种电路广泛应用在各种电子设备电源电路中，下面介绍集成三端稳压器电源电路。

三端稳压器只有输入端、地线和输出端三个引脚，使用十分方便。显示器电源、计算机电源常用78系列和79系列三端稳压器，78系列三端稳压器引脚如图3-7（a）所示。图3-7（b）是78系列稳压器内部方框图。它与一般分立元器件组成的串联线性稳压电源相似，不同的是增设了启动电路、恒流源和保护电路。为了让稳压器能在较大的电压范围内正常工作，在基准电压形成与误差放大电路中增设恒流源电路。启动电路的作用是为恒流源电路建立合适的直流工作点。R_se是过流保护取样电阻，R_A、R_B组成电压取样电路。实际上取样电路是由一个电阻网络经过分压构成，在输出电压不同的稳压器中，取样电阻采用不同的串联、并联接法，形成不同的分压比。通过误差放大之后去控制调整管的工作状态，以形成稳定的一系列预定的输出电压，因此图3-7（b）中将R_A画成可变电阻形式。

78系列稳压器的最大输入电压为35V，使用时不能超过此值，否则损坏此元器件。最大负载电流一般不超过1A。

图3-7　78系列三端稳压器引脚和内部结构图

78系列稳压器按其输出电压共分成9种，即7805、7806、7808、7809、7810、7812、7815、7818和7824，最大输出电流为1A（某些厂家为1.5A）。显示器常用7812作为12V直流稳压电源。79系列与78系列除了输入/输出电压相反外，其余完全相同，这里就以78系列为例进行说明，如图3-8所示。图3-8中，7812集成稳压电路用于显示器12V稳压电源的实际电路。C₂的作用是消除集成稳压器可能产生的自激。

图3-8　78系列三端稳压器构成的稳压电路图

79系列三端稳压器构成的稳压电路，如图3-9所示。主要是负直流电压输入和输出稳压的功能，具体的电路工作原理和78系列相同。

图3-9　79系列三端稳压器构成的稳压电路图