【文章內容簡介】 負載經常變動，要求輸出電壓連續(xù)可調，穩(wěn)定性能好，就要采用晶體管穩(wěn)壓源。 串聯反饋型晶體管穩(wěn)壓電路串聯反饋型穩(wěn)壓電路比穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路要復雜的多，它是一個閉環(huán)反饋系統。所以必須具有執(zhí)行元件和反饋支路。一般情況下，它包括調整管、取樣電路、基準電壓源及誤差比較放大器等主要部分。調整管是閉環(huán)調節(jié)系統的執(zhí)行機構，其余部分都是反饋控制支路所必需的，原理框圖如圖213所示。從框圖上可以看出輸入電壓經過調整元件調節(jié)之后，變成穩(wěn)定的輸出電壓。 圖213 串聯反饋型穩(wěn)壓電路框圖取樣電路和基準電壓相比較，并把比較后的誤差信號送放大器，增強反饋控制效果，因為取樣得來得是電壓信號，所以這種電壓源實際上是一個以電壓為調節(jié)對象得自動調節(jié)系統。圖中，為調節(jié)系統開環(huán)時的電壓傳遞函數，也就是系統開環(huán)穩(wěn)壓系數；為執(zhí)行機構在系統閉環(huán)時的電壓傳遞函數，也就是調整管電路的電壓放大倍數；K時誤差放大器開環(huán)電壓放大倍數；n為取樣電路的電壓傳遞系數，也就是取樣分壓器的分壓比。根據調節(jié)原理可知，該系統的調節(jié)函數為： （29）由此可知，無論輸入電壓波動還是負載變化對輸出電壓的影響，反饋系統是開環(huán)系統的1/（1+*K*n）倍，更具體點說，就是反饋調整型穩(wěn)壓電源在電網電壓調整率、負載調整率等主要技術性能方面，都是以硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電源為代表的參數型穩(wěn)壓電源的（1+*K*n）倍，這就是反饋調整型穩(wěn)壓電源比參數型穩(wěn)壓電源應用得更普遍得主要原因。 圖214 串聯反饋型穩(wěn)壓電路調節(jié)模式串聯反饋型穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓原理是調整元件的動態(tài)電阻是隨著輸出電壓的變化而自動改變的。其優(yōu)點是，輸出電壓范圍不受調整元件本身耐壓的限制而且各項技術指標可以做的很高。其缺點是線路比較復雜，過載能力差，順時過載會使調整元件損壞，需要過載保護。因此，串聯反饋調整型穩(wěn)壓電源廣泛用在負載變動較大，穩(wěn)壓性能要求較高，輸出電壓可調等場合。（1）簡單的串聯反饋型晶體管穩(wěn)壓電路 圖215是一個最簡單的串聯反饋型晶體管穩(wěn)壓電路。晶體管VT做調整元件，VD做基準電壓源，它給晶體管發(fā)射結提供一個固定的偏壓使其能正常工作。當負載變小或輸入電壓變大，使得負載兩端的輸出電壓增大時，由于基準電壓不變，所以晶體管的基極電位也不變，那么集—射極電壓（＝－）將減小，從而減小，管壓降增大，使輸出電壓＝－減少，抵消了由于電網電壓增加或負載減小引起的的增加，使輸出電壓保持基本不變。如果當輸入電壓減小或負載增大，使得輸出電壓下降時，調節(jié)過程與上述正好相反。 圖215 串聯反饋型晶體管穩(wěn)壓電路從上邊的穩(wěn)壓過程可以看出，當輸入電壓增大或負載變小時，這種穩(wěn)壓電路是通過輸出電壓的變化反過來控制調整管VT的管壓降，從而使輸出電壓保持不變，以達到自動穩(wěn)壓的作用，這實際是一種負反饋，所以這種電路叫做串聯反饋型穩(wěn)壓電路。 該電路存在兩個問題：其一，該電路是用輸出電壓的變化部分直接去控制調整管的基極，故控制作用小，穩(wěn)壓性能較差；其二，輸出電壓固定不可調。（2） 帶有放大器的串聯反饋型晶體管穩(wěn)壓電路 簡單的反饋型晶體管穩(wěn)壓電路，是直接利用輸出電壓的變化量來控制調整管的電壓變化的所以其靈敏度和電壓穩(wěn)定性都不夠理想。采用帶放大器的穩(wěn)壓電路，可以彌補這些不足。，圖中VT1是調整管，接成射極輸出器的形式，負載電阻是它的射極電阻。RR2與并聯組成分壓器，起到取出輸出電壓的作用，叫做取樣電路。VD是硅穩(wěn)壓二極管，它與限流電阻R3一起組成基準電壓源。VT2是比較放大器，R4是它的集電極電阻，同時也是管的偏流電阻。晶體管把從取樣電路送來的輸出電壓上升或下降的變化信號與基準電壓相比較，并把比較結果產生的差值電壓（或者叫做誤差電壓）加以放大，以此來控制調整管的管壓降，從而使輸出電壓基本保持穩(wěn)定。因為放大器的作用，很小的輸出電壓的變化，反應到調整管上就有比較大的變化，大大提高了調整管的靈敏度，提高的輸出電壓的穩(wěn)定性。 圖216 帶有放大器的串聯反饋型晶體管穩(wěn)壓電路當輸入電壓下降或負載增大時，輸出電壓減小，取樣電壓相應的減小，管基極電位也隨之減小，因為硅穩(wěn)壓管兩端的電壓基準不變所以管的基—射極之間的電壓＝（）減小，于是管的集電極電流減小，R4兩端的壓降變小，迫使調整管的基—射極間的電壓＝（）增大，增大，管的壓降下降，結果使得輸出電壓＝（）上升，從而使輸出電壓基本恢復到原來的數值。同理，當輸入電壓上升或負載變小時，升高，當經過反饋調整作用又會使下降，從而使輸出電壓基本保持不變。 以上是對直流穩(wěn)壓電源的核心技術進行的介紹。本次畢設題目是高精度程控穩(wěn)壓電源，硬件核心就是以上介紹的三個部分。首先，利用變壓器進行市電到所需電壓的轉變，在設計中采用220V～24V的變壓器，將市電電壓降低，之后采用橋式整流電路，對電壓進行整流。一方面，橋式電路使用方便簡單，另一方面，有現成的集成元件可用。濾波方面采用簡單的π型RC濾波電路即可。因為設計的電路比較簡單，且直流要求較強，所以選用π型RC濾波電路。穩(wěn)壓方面選用串聯反饋型穩(wěn)壓電路，在比較放大方面選用集成運方代替晶體管，使得電路更加方便，簡單，而且穩(wěn)定可靠。核心電路如圖2－17所示：圖217 核心電路圖第4章 硬件部分外圍電路設計外圍電路包括程控部分（包括D/A和A/D數據轉換部分），保護電路部分，數碼管顯示部分，按鍵控制部分。其中，程控，D/A和A/D是系統的調整核心部分，基準電壓的輸出和反饋電壓的接受與調整都是靠它們來完成。保護電路是保護硬件部分安全的，確保硬件不會因電流過大而毀掉。顯示部分是反饋給人信息的部分，通過它可以用來調整所需電壓，而且可以知道輸出的是否是自己的所需。 程控部分本設計采用了AT89C51作為系統的核心。通過控制D/A轉換來輸出基準電壓，通過控制A/D轉換來讀取反饋電壓，并自動調整D/A的輸出來使輸出電壓穩(wěn)定，達到程控穩(wěn)壓的目的。 8051單片機AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統提供了一種靈活性高且價廉的方案。 D/A和A/D芯片在設計中，需要將數字量轉換成模擬量來控制穩(wěn)壓電路的輸出，同時，也需要將模擬量轉變成數字量來反饋輸出的狀態(tài)，送單片機處理，進行控制。這就需要D/A和A/D芯片。D/A轉換器的指標很多，我們最關心的是 ：分辨率，指輸入單位數字量變化引起的模擬量輸出的變化，是對輸入量變化敏感程度的描述；建立時間，是描述轉換速度快慢的一個參數，用于表明轉換速度；轉換精度，理想情況下，精度與分辨率基本一致，位數越多精度越高。但由于電源電壓、參考電壓、電阻等各種因素存在誤差。嚴格講精度與分辨率并不完全一致，只要位數相同，分辨率則相同，但相同位數的不同轉換器精度會有所不同。本次設計所使用的D/A轉換器是MAX508，它是美國美