一、 直流穩壓電源概述
直流穩壓電源是電子系統中的乙個必備部分，除了應用蓄電池以外，絕大多數的電子系統都使用直流穩壓電源。小功率穩壓電源一般由電網供電，再經整流、濾波、穩壓三個主要環節，將電網交流電變換成電子系統所需的穩定的低壓直流。
常用的穩壓電路有：併聯型穩壓電路、串聯型穩壓電路、整合穩壓電路等。
併聯型穩壓電路結構簡單，設計容易，但是輸出電壓不可調，輸出電流較小。
串聯型穩壓電路使輸出電壓可調節輸出電流加大，因此多數電子系統應用中都使用串聯行穩壓電路或根據此原理實現的整合穩壓器來實現的。
二、 直流穩壓電源的主要技術指標
直流穩壓電源的主要技術指標分效能指標和工作引數兩類，效能引數是衡量直流穩壓電源質量優劣的重要依據，工作引數是穩壓電源安全穩定工作的條件。
1、 效能引數
1） 穩壓係數sr
穩壓係數sr又稱位電壓調整率，它用來衡量當輸入電壓變化而負載不變的條件下，穩壓電源抗輸入電壓變化的能力，是直流穩壓電源最主要的效能引數。其定義是當負載和溫度不變時，輸出電壓的相對變化量與輸入電壓的相對變化量之比。
sr=2） 輸出電阻r0
輸出電阻又稱位負載調整率，它用來衡量當負載變化（即輸出電流變化）而輸入電壓不變的條件下，穩壓電源抗負載變化的能力，也是直流穩壓電源最主要的效能引數，其定義為當輸入電壓和溫度不變時，輸出電流變化⊿i以及所引起的輸出電壓變化⊿u之比。
r0=3） 紋波抑制比srip
交流電壓經過整流、濾波後送入穩壓電路，因此穩壓電路的輸入除了直流成分外，還含有週期的紋波電壓，紋波抑制比體現了穩壓電路對交流紋波電壓的抑制能力，其定義為
srip=20lg
其中urip-p和urop-p為穩壓電路輸入和輸出紋波電壓峰-峰值
4） 溫度係數st
溫度係數st表徵輸出電壓u0隨溫度變化而漂移的大小。定義為
st=2、 工作引數
1) 輸出電壓及調節範圍
可調節輸出的穩壓電源有乙個輸出電壓的調節範圍u0min~u0max
固定輸出的穩壓電源其輸出電壓與設計的標稱輸出電壓相比通常存在有微小的誤差。
2) 最大輸出電流i0max
穩壓電路能夠向負載提供的最大電流
3）功耗p
直流穩壓電源將交流變成穩定直流的過程中要消耗功率，並將其消耗的功率轉換成熱
三、 串聯型穩壓電源設計原理
1、 整流濾波電路的設計
設計乙個小功率整流濾波電路，首先要根據負載要求的輸出電壓、負載電流和紋波電壓的大小，選擇合適的整流電路，做一些簡單的估算，然後選擇合適的元件，最後再經過測試加以調整。
負載電流在ma數量級，對紋波要求不高的場合，可以選用簡單的半波整流電路，其餘一般選用橋式整流電容濾波電路。下面以橋式整流電容濾波為例說明設計過程。
1） 選擇整流二極體
if>ilmax/2
urm>uim
其中uim為輸入交流電壓的最大值
2） 選擇濾波電容
c≥（3~5）t/2rl
其中t位輸入電壓的週期，而且濾波電容的耐壓應大於載入電容器上的最大電壓。
3） 對電源變壓器的要求
根據整流濾波電路輸出直流電壓u0和直流電流il，對變壓器次級電壓和電流的要求是
u0≈1.2u2
i2=(1.5~2)ilmax
其中u2和i2為變壓器次級電壓、電流的有效值
4） 輸出紋波電壓的估算
電容濾波電路的紋波電壓是接近鋸齒波的複雜週期性波形，為了便於估算，將其看成理想的鋸齒波，則紋波電壓的峰-峰urp-p和有效值ur分別為
urp-p≈
ur=2、 串聯型穩壓電路的設計
典型的串聯型穩壓電路組成及工作原理參看教材234頁和235頁所示
穩壓電路各環節分析及設計原則：
1） 調整環節
串聯型穩壓電路的調整環節是由調整管構成的，其基極受比較放大器的輸出電壓控制，通過調整管集電極與發射極之間壓降的變化來抵消輸出電壓的變化，因此必須保證調整管工作在放大區，以實現其調整作用。同時，串聯型穩壓電路的調整管與負載是串聯的，全部負載電流要通過調整管。因此，調整管耗散功率很大，它必須滿足負載電流和功耗要求，保證在最不利的情況下也不至於是器件損壞。
（1）調整管的選擇：
icm≥1.5ilm
bvceo≥udimax－udomin
pcm≥1.5ilm(udimax－udomin)
（2）工作狀態的確定：
為了使調整管起到調整作用，必須保證調整管始終工作在放大區。為此，應選擇輸入電壓udi、調整管發射極電流ie1滿足如下關係：
uce1min=udimin－udomax＞(1.5~2)uces uces是調整管飽和壓降，一般取1~2v
ie1min>iceomaxiceomax是最高工作溫度時穿透電流的最大值
2） 比較環節
比較放大器的作用是把輸出電壓較小的變化進行放大，並送去控制調整管以達到穩定輸出電壓的目的。比較放大器的增益越高，所需要的控制訊號越小，輸出電壓越穩定。因此，要提高電源的穩定性，關鍵在於提高比較放大器的增益。
以教材的典型電路為例：
顯然要提高比較放大器的增益，可以適當加大r1
但是r1的加大是有限度的，當輸入電壓一定的時候其兩端的電壓ur1=(ic2+ib1)r1,為了確定比較放大器對調整管的控制作用，其集電極電流與調整管基極電流之間應有：
ic2min=2ib1max=2il/β1
因此ur1=（3il/β1））×r1
這裡ur1=udi－ube1—udo
所以為了減小調整管的功耗，其集電極-發射極間的管壓降不能太大。通常：
udimin－udomax=uce1min＞(1.5~2)uces
一般只有幾伏，所以r1趨勢很小，僅為幾千歐姆。因此靠加大r1來提高比較放大器的增益是有限度的。
要進一步提高電源穩定度可以考慮採用輔助電源的電路，恆流源負載的電路採用差動放大電路做比較放大器等方法。
3） 基準環節
基準電壓一般是由穩壓管提供的穩定直流電壓。做為比較放大器的比較基準，應當盡量穩定。
基準電壓uz要低於輸出電壓udo，其大小由下式決定
uz= n udo
其中n是取樣分壓比
n=(r4+rw』)/(r4+r3+rw)
n過小會影響電源的穩壓效果，uz的取值應使n在0.5~0.8之間。
為了保證基準電壓恆定，穩壓管必須工作在穩壓區，因此必須適當的選擇限流電阻r2,保證穩壓管工作電流最大時，小於允許電流izmax，工作電流最小時，大於最小穩定工作電流izmin。因此限流電阻r2應滿足
為了減小穩壓管內阻rz以及變化電流對uz的影響，穩壓管工作電流應取大些，一般為10ma左右。
為了減小溫度變化的影響，盡量選用具有零溫度係數的（5~7）v穩壓管，或具有溫度補償的穩壓管。
4） 取樣環節
取樣環節是由取樣電阻r3,r4,rw組成的電阻分壓器。
一方面，r3,r4,rw要使對應的分壓比穩定，就要選用同種材料的電阻、穩定性較高的金屬膜電阻、溫度係數小的錳銅絲等。
另一方面，要盡量減小變化電流ib2對分壓比的影響。所以，r3、r4取值不能太大。
減小r3、r4還可以減小比較放大器的輸入電阻，從而提高au2。但是r3、r4減小將使電路的空耗增加，效率降低，因此，r3、r4的取值在：
一般取ir為20ma左右。兼顧洩放作用可稍大一些。
為了提高電源的穩定度，取樣分壓比n應盡量大些，但總要小於1.（因為n=1時，比較放大器有可能工作在飽和區而失去放大作用。因此n的取值要結合基準電壓uz的選取綜合考慮，一般在0.
5~0.8之間。
由udo=uz/n可知：基準電壓uz一經選定之後，udo由n決定，利用n的變化可以改變udo。
輸出電壓的調節範圍參看教材235頁公式9-31
根據給定的電壓調節範圍，可以定出r3,r4,rw的大小，為了減小電位器可動端受機械振動對輸出電壓的影響，電位器的阻值rw應比r3,r4小的多
5） 保護電路
串聯型穩壓電源，負載電流全部流過調整管。如果輸出短路會過載，可能使調整管的電流或功耗超過允許值造成損壞。
這裡介紹一種限流式的保護電路,如下圖所示
圖中vt3和ro組成限流保護電路。
設計時讓保護管vt3的發射結電壓ube3≈idomaxro小於導通電壓0.7伏，即
ro≈0.7v/idomax
其中idomax是輸出電流額定最大值。
當輸出電流在idomax內工作時，保護管vt3截止，不影響穩壓電路正常工作，而當某種原因使穩壓電路輸出電流ido大於額定最大值時，致使vt3發射結電壓ube3高於0.7v,則vt3導通，對調整管vt1基極分流，從而限制了調整管的導通電流，即輸出電流增長到某一數值後就不再明顯增長了。
選用這種保護電路要注意在輸出短路時，會使全部輸入電壓加在調整管上，造成調整管功耗過大，所以在選擇調整管時要按保護狀態下的功率來選取。要解決這個問題，可以採用截止式保護電路，這裡就不再贅述了。
四、 整合穩壓電源設計參考
用積體電路的形式製造的穩壓電路稱為整合穩壓器。優點是效能穩定可靠，使用方便、**低廉。
整合穩壓器種類有多端式和三端式，輸出電壓有固定式和可調式，正壓、負壓輸出穩壓器等。
三端固定式整合穩壓器都有三個管腳，分別是輸入端、輸出端和公共端。
正電壓輸出的78××系列，負電壓輸出的79××系列。其中××表示固定電壓輸出的數值。如：
7805、7806、7809、7812、7815、7818、7824等，指輸出電壓是+5v、+6v、+9v、+12v、+15v、+18v、+24v。79××系列也與之對應，只不過是負電壓輸出。這類穩壓器的最大輸出電流為1.
5a，塑料封裝(to-220)最大功耗為10w(加散熱器)；金屬殼封裝(to-3)外形，最大功耗為20w(加散熱器)。
78系列三端整合穩壓器內部電路框圖
三端整合穩壓器的典型應用
（1）固定輸出連線
在使用時必須注意：(vi)和(vo)之間的關係，以w7805為例，該三端穩壓器的固定輸出電壓是5v，而輸入電壓至少大於8v，這樣輸入/輸出之間有3v的壓差。使調整管保證工作在放大區。
但壓差取得大時，又會增加整合塊的功耗，所以，兩者應兼顧，即既保證在最大負載電流時調整管不進入飽和，又不致於功耗偏大。
（2）固定雙組輸出連線
（3）輸出電壓可調的連線
設穩壓器輸出電壓，即
，而，得
解得可見，調節r2之值，即可調vo的值。
(4) 三端可調式整合穩壓電路
其型號有正輸出三端可調式、負輸出三端可調式兩種。如lm317型是正電壓輸出型，lm337是負電壓輸出可調式。其輸出電壓可在1.25～40v之間調節。
其中，vref=1.25v，而iadj很小，通常略去，所以，由公式可得，只要調節r2就能在一定範圍調節輸出電壓的大小。
直流穩壓電源設計
目錄前言11.總體設計方案介紹2 1.1 整流濾波電路部分2 1.2 穩壓電路部分2 2.單元模組設計3 2.1 整流濾波電路設計3 2.2 穩壓電路設計4 2.2.1 穩壓電路的基本設計方案及引數4 2.2.2 比較放大器6 2.2.3 取樣電路8 2.2.4 整機電路參考圖及 波形圖9 3 穩壓...
直流穩壓電源
穩定直流電源的電子裝置。直流穩壓電源的供電電源大都是交流電源，當交流供電電源的電壓或負載電阻變化時，穩壓器的直流輸出電壓都會保持穩定。直流穩壓電源隨著電子裝置向高精度 高穩定性和高可靠性的方向發展，對電子裝置的供電電源提出了高的要求。直流穩壓電源按習慣可分為化學電源 線性穩壓電源和開關型穩壓電源。3...
直流穩壓電源設計報告
目錄1 實訓目的3 2 設計要求3 3 方案選擇與論證3 3.1課題分析 3.2穩壓電路方案選擇 3.2.1分立元件串聯型穩壓電路 3.2.2整合穩壓塊穩壓電路 4 單元電路的設計 4.1橋式整流電路 4.2濾波電路 4.3穩壓電路 5 pcb板設計 5.1設計要點 5.2 pcb板的製作 6 安裝...