用集成运放电路安装的稳压电源

本文介绍一种新颖的用集成运放电路安装的稳压电源，它的突出优点是容量大、效率高、电压调整范围宽、输出纹波电压小。图1电路输出直流电压为±12伏,电流为1安。因为+12伏与-12伏电路基本对称，所以本文仅以+12伏电源为例，讲讲这种电源的电路原理及其制作、调试办法。

在电路总的结构上，和一般用分立元件组装的串联型稳压电源相同。大体可以分为比较放大级、功率扩展级（即调整级）, 取样级以及其它一些辅助电路。

1．用集成运放电路5G26作比较放大级。通用集成运放块一般均有两个输入端和一个输出端。标有“记号的叫反相输入端，信号自这一端输入时，输出电压V\(_{0}\)与输入信号电压VS极性相反，见图2a；标有呛诺慕型嗍淙攵耍藕抛哉庖欢耸淙胧保琕\(_{0}\)与VS极性相同，见图2b。

图2中，R\(_{2}\)为反馈电阻。不管信号从哪一个输入端送入，R2总是从输出端接到反相输入端，也就是说，R\(_{2}\)总是起负反馈作用。因为集成运放电路的增益均较大，输入阻抗也较高（一般有几百千欧），所以在电路具有深度负反馈的情况下，其输出电压V0与输入电压V\(_{S}\)之间的关系仅与外接负反馈电路有关。对图2a来说，V0=-\(\frac{R}{_{2}}\)R1V\(_{S}\)……①；对图2b来说，V0=R\(_{1}\)+R2;R\(_{1}\)·VS……②。

图2中，要求R\(_{3}\)=R1//R\(_{2}\)=R1·R\(_{2}\)R1+R\(_{2}\)，这是因为集成运放电路的输入阻抗和输入对称度很高，要求输入端的外电路也应尽可能对称，否则会使输入级两端电位不平衡，在增益很高的情况下，输出电压产生很大漂移。

如果在图2的输入端分别接入一个稳压二极管，变成图3电路，则对图3a来说，V\(_{0}\)=-R2R\(_{1}\)VZ……③；对图3b来说，V\(_{0}\)=R1+R\(_{2}\);R1·V\(_{Z}\)……④。图1中采用的是图3b形式。可以看出，V0与基准电压V\(_{Z}\)成线性比例关系，其比例系数R+R2R\(_{1}\)仅与外电路反馈电阻的电阻比有关，改变电阻比，就可以达到改变稳压电源输出电压的目的。

图3电路实用价值不大，这是因为它输出电流小，仅有几毫安；另外，输出电压也不能超过集成运放块的最大输出电压（目前能做到±18伏）。因此，必须在反馈回路中增设功率扩展级。

2．功率扩展级。图4a为电原理图，它虽然连接成复合管形式，但与一般稳压电源中的调整复合形式（图4b）有区别。图4a中的BG\(_{2}\)工作在倒相放大状态，但图4b中的BG5却连成射极输出器。

对于图4b电路，复合管的基极电位V\(_{0}\)′=Vbe4+V\(_{be5}\)＋Vbe6+V\(_{0}\)，显然V0′＞V\(_{0}\)。若输出电压V0较高，则集成运放电路输出电压的动态范围满足不了V\(_{0}\)′的要求，电源的稳定度将变差，甚至失控。因此集成运放稳压电源的调整级多采用图4a结构。这种电路的特点，是复合管的基极电位V0′可小于V\(_{0}\)。例如，如果要求V0=12伏，I\(_{0}\)=1安，又知道主调管BG3的β\(_{3}\)≈50，则Ib3=1安／50=20毫安，I\(_{b3}\)是由Ie2供给的。若V\(_{be3}\)≈0.5伏，则Vb3＝12.5伏。R\(_{c1}\)和Rc2是为了给BG\(_{2}\)和BG3建立直流工作点的，一般要求I\(_{c2}\)＞Iceo2，I\(_{c1}\)＞Iceo1，以免在高温、轻载时出现失控现象。BG\(_{2}\)一般采用硅PNP型中功率管，其Iceo2多数在微安数量级，故使I\(_{c2}\)=1～2毫安即可。若选取Ic2=1毫安，则R\(_{c2}\)＝Vb3/I\(_{c2}\)=12.5V/1mA=12.5千欧。为方便起见，Rc2选10千欧，即I\(_{c2}\)=1.25毫安。

若选BG\(_{2}\)的β2=50～100，则I\(_{b2}\)=Ib3+I\(_{b2}\)β2=21.25;(50～100)≈(0.4～0.2)毫安。为了使工作点稳定，要求I\(_{c1}\)＞Ib2，若选L\(_{c1}\)=0.9毫安、Vbe2≈0.6伏，则R\(_{c1}\)＝Vbe2/I\(_{c1}\)=0.6V/0.9mA≈670欧，可取标称值Rc1＝680欧，故I\(_{e1}\)≈Ic1＋I\(_{b2}\)≈1.2毫安。若选取Re1＝1千欧，V\(_{e1}\)＝Ibe1·R\(_{e1}\)≈1.2伏又因Vbe1≈0.6伏，则V\(_{0}\)′＝Vb1＝V\(_{be1}\)＋Ve1≈0.6＋1.2＝1.8伏。

由此可见，复合调整管的基极电位V\(_{0}\)′已被移动到1.8伏，适应于集成运放块的输出。如果采用图4b电路，就要求V0′＞V\(_{0}\)（12V），集成运放块的输出电压难以满足。

3.取样电路。图3中的反馈电路就是取样电路。图3b的反馈系数β=\(\frac{R}{_{1}}\)+R2R\(_{1}\)，取样电路的分压比n=β,因此改变电阻比就能改变输出电压V0。

如果要求固定电压输出，可取R\(_{1}\)=R2，此时n=2，V\(_{0}\)=2VZ。只要选取基准电压V\(_{Z}\)=\(\frac{1}{2}\)V0就行了；如果要求输出电压可调，可在取样电路中如图5a所示串入一个电位器W,这时V0可谓范围为

图5b所示电路，可以在元、器件参数不一致的情况下（例如R\(_{1}\)和R2不完全相等，基准电压V\(_{Z}\)不正好为V0的一半），确保V\(_{0}\)能调到确定值。其中，仍取R1=R\(_{2}\)，R3＞R\(_{W}\)＞R1，故电位器W的作用实际上是改变它与R\(_{3}\)的串联值，来达到微调V0的目的。其可调范围为：

当R\(_{1}\)=R2时，上式可化简为：

图1中的取样电路就采用了图5b所示形成，其中V\(_{Z}\)由稳压管2CW13提供，用图中所标元件数值代入上式，可得到V0的微调范围为1.9V\(_{Z}\)～2.1VZ，因此可确保V\(_{0}\)能准确地调到12伏。

4．其它辅助电路。

①辅助电源：图中1， BG\(_{5}\)、BG10采用中功率管，接成单管稳压电路，输出电压10伏，稳定度优于1％，供集成电路对称电源用。

②消振电路：集成运放电路增益很高，在电源内阻较大、滤波效果又不太好时，容易产生低频自激。有时由于管内极间电容或电路分布电容较大，产生附加相移，则又容易产生高频自激。因此一般集成运放电路常要求在外电路接上消振元件。消振电路常由一些RC元件组成（在集成块出厂说明书中均有规定）。在集成运放块运用于稳压电源时，对频响没有要求，故可只接入一个电容。消振电容在电路中常起并联负反馈作用，因此取值大小以刚能消振就行了，取值太大会降低电路的增益。

③保护电路：图1电路中采取了两个保护措施。其一是在集成运放5G26的输出端与BG\(_{1}\)管基极间串接了一个51欧电阻（可在51～200欧之间选用）。这是因为目前的集成运放块输出电流较小，又无输出保护电路，在输出端短路时极易烧毁。在输出端串上小电阻后，对电路性能影响不大，但确起了保护作用；另一个保护措施是接入了限流保护电路（见图1中的BG4和BG\(_{9}\)），可防止电源输出端短路时烧毁主调管BG3和BG\(_{8}\)。

④电源滤波：图1中，在交流供电输入端加入了一个LC滤波器，其作用是抑制来自电网的干扰。滤波器通常应装在金属屏蔽盒内。电感L采用色码电感。为了简单起见，也可以采用图6更简单的滤波形式。

电源滤波器的截止频率一般设计到10千赫。若截止频率选得太低，LC数值势必增大，体积就要加大。无论采用哪种形式的滤波器，电容器的耐压一定要足够高，电感线圈的线径也一定要满足输入电流的要求。

1．选管：图1中所给出的各种管子的型号可供参考，如果你手边有同类型的其它适当的管子，也完全可以代换使用。同样，5G26也可用其它国产的一些集成运放块代换。表1中列出的几种均可代用。代用时要特别注意不要接错管脚，尤其是正、负电源管脚。表1所列的几种集成块可能管脚数不同，但管脚的位置可按图7中的办法辨认。另外，表1中各种集成块的外电路元件（如消振电路）本文未给出，读者可参考产品说明书。

2.图1中辅助电源的输出电压就是接在BG\(_{5}\)、BG10管集电极上稳压管的V\(_{Z}\)值。要想得到完全对称的电压，应挑选特性一致的稳压管配对使用。最好用晶体管特性图示仪挑选。但在本文中使用时，只要集成块双向供电电压的稳定度小于±1％就行了，对2CW17的对称度要求并不严格。

3.输出电压稳定度的调整：一般说来，只要按图1挑选元件并且焊接无误，电压调整率的试验是很简单的。可用电压表（三用表）监测稳压电源的输出端。调整取样电路的电位器W（22千欧），使V\(_{0}\)=12伏；准备一个1安培的假负载（即假负载阻值为12欧，功率容量应大于12瓦），突然将假负载接至输出端，电压表指示若有变化（下降），则可调整Re1，使V\(_{0}\)不变。并调整W，使V0=12伏。然后按上述步骤反复细调，使电源从空载到满负载变化时，其输出电压一直保持在12伏为止。（金方）