在許多電子設備中，通常都需要電壓穩定的直流電源。在本章前面已講過，通過整流濾波後得到的電壓仍為不穩定的三角波形，會随電網電壓産生波動，同時電子設備工作時負載電流的變化及溫度的變化等都會引起輸出電壓不穩定，這将嚴重影響設備正常工作。為了使電子設備能正常穩定地工作，就要配置專門的直流穩壓電源。下面主要講述簡單的直流穩壓電源。

穩壓電源電路的形式主要有兩種：一種是并聯型，将調整元器件與負載并聯，如圖2-21a所示；另一種是串聯型，将調整元器件與負載串聯，如圖2-21b所示。

如圖2-22所示為穩壓二極管作調整元器件構成的穩壓電路。電路中調整元器件采用矽穩壓二極管，供電電壓經電阻R限流後，在負載上并聯穩壓二極管。這裡輸出的穩定電壓由穩壓管的穩壓值決定。下面分兩種情況對穩壓二極管構成的穩壓電路工作過程進行分析。

圖2-21　穩壓電路的兩種形式

圖2-22　穩壓二極管構成的穩壓電源

1.負載電流不變、輸入電壓變高時的穩壓過程

當輸入電壓升高時，輸出電壓也略增大，穩壓管的工作電流（IZ）将增大，使流過限流電阻R的電流也增大，同時電阻R上電壓降也增大，而輸出電壓Uo=Ui-UR，由于UR增加，Uo必減小，從而保持輸出電壓Uo基本不變。

2.輸入電壓不變、負載電流變化時的穩壓過程

當負載電流增大時，在R上的壓降增大，引起輸出電壓Uo減小，由于穩壓管的工作電流IZ也減小，所以最後通過R的電流基本不變。

穩壓二極管構成的穩壓電路的優點是電路簡單、穩壓效果好，但是輸出電壓值不能調整，且輸出電流小。

1.電路組成

電路如圖2-23所示，由晶體管VT、電阻R、穩壓二極管VZ組成穩壓電源。Ui為輸入電壓，Uo為輸出電壓。電阻為穩壓二極管提供基礎電流，穩壓二極管提供基準電壓VZ，晶體管Q為調整元器件。從電路中可以得出

Uo＝Ui-Uce

Uo＝VZ-Ube

圖2-23　簡單串聯穩壓電源

2.工作（穩壓）原理

若輸入電壓Ui升高，可能會引起輸出電壓升高，穩壓電源電路将通過自動調整使輸出電壓降低，保證穩定輸出電壓。原理簡述如下：當Uo升高時，根據Uo＝VZ-Ube，UZ不變，因此Ube下降；又根據晶體管的特性，Ube降低使晶體管基極電流Ib減小，晶體管導通程度降低，Ic減小，使Uce升高；根據Uo＝Ui-Uce可知，Uo也将降低，從而使輸出電壓穩定。其穩壓控制過程可簡述為

Ui↑→Uo↑→Ube↓→Ib→Ic↓→Uce↑→Uo↓

相反，當輸入電壓降低時，輸出電壓可能降低，其穩壓控制過程與上述相反。

當負載變重時，會引起輸出電壓降低；當負載減輕時又會使輸出電壓有所升高。同樣，穩壓電源都會通過自動調整使輸出電壓得到穩定。

從穩壓過程可看出，穩壓電源由取樣環節、基準電壓源、比較環節及調整環節等部分組成。輸出電壓Uo被用作樣品（取樣），與基準電壓比較，産生的誤差就是Ube，晶體管VT可根據誤差電壓調整導通程度（改變輸出電流），使輸出電壓穩定。

1.電路組成

參看圖2-24所示。從電路功能上看，該穩壓電源由取樣環節、基準電壓源、比較放大環節及調整環節組成。

圖2-24　具有穩壓環節的直流穩壓電源

（1）取樣環節

取樣環節由電阻R3、VR及電阻R4組成。取樣環節對輸出電壓分壓，在VR的中間端獲得樣品電壓，加到晶體管VT2的基極。該電壓與輸出電壓成比例，即

（2）基準電壓源

電阻R2為穩壓二極管VZ提供基準電流，穩壓二極管為電路提供基準電壓Vz。

（3）比較放大環節

樣品電壓Ub經晶體管VT2的b-e結與基準電壓Vz相比較，産生誤差電壓Ube。誤差電壓被晶體管VT2放大，其導通程度受Ube控制，流過VT2的集電極電流發生改變（Uce改變）。

（4）調整環節

調整電路由晶體管VT1組成。通過控制VT1的基極電流，進而改變VT1的集電極電流，調整Uce使輸出電壓得到控制。

【提示】

2.穩壓控制過程

假設負載變大，引起輸出電壓降低。當輸出電壓Uo降低時，樣品電壓Ub與Uo成比例降低，經VT2的b-e結電壓Ube與基準電壓VZ相比較，因Ub＝VZ Ube，産生的誤差電壓Ube必将減小。減小的Ube使誤差放大晶體管VT2的基極電流Ib減小，引起VT2集電極電流Ic變小（Uce增大）。輸入電壓Ui流經R1進入晶體管VT1的基極電流被VT2集電極電流分流減少，VT2基極電壓升高，使VT2集電極電流增大，Uce減小。根據Uo＝Ui-Uce，輸出電壓Uo将升高，結果輸出電壓被調整升高，彌補負載變重引起的下降，從而使輸出電壓得以穩定不變。

這一過程可簡述如下：

相反，負載變輕引起輸出電壓升高時的穩壓控制過程正與上述過程相反。

随着電子技術的發展，穩壓電路也實現了集成化，最常見的有三端集成穩壓器件，可分為固定式穩壓器件和可調式穩壓器件。

三端固定式集成穩壓器特點是輸出電壓不可調節，其型号主要有：

1）LM78XX系列，為正電壓輸入、正電壓輸出，常見的有LM7805、LM7809、LM7812等。

2）LM79XX系列，為負電壓輸入、負電壓輸出，常見的有LM7905、LM7909、LM7912等。

3）LM78XX系列與LM79XX系列輸入輸出電壓幅值相同，但極性不同，管腳排列也不同。

4）與LM系列相似的還有CW78XX系列、KA78XX系列等，它們可直接替換使用。

三端固定式集成穩壓器型号的後兩位數XX表示輸出穩壓值，最大輸出電流為1.5A。如LM7805為輸出 5V電壓，LM7812為輸出 12V電壓。圖2-25所示為KA7805三端穩壓集成器應用電路原理圖及實物圖。

圖2-25　KA 7805三端穩壓集成電路應用圖及實物圖

【提示】

三端集成穩壓器輸入端電壓大于輸出電壓時，才能輸出規定電壓。

常見的三端可調式集成穩壓器件有LM317。LM317實物圖及其應用電路如圖2-26所示，輸出電壓由R/VR的比值決定，調節VR就可改變輸出電壓。一般情況下，要在LM317輸入與輸出端接入電容器，以穩定輸出電壓。

圖2-26　LM317實物圖及其應用電路

常應用于電路中的TL431就是三端精密穩壓控制器，是一種可控精密電壓比較穩壓器件，相當于一個穩壓值在2.5～36V間可變的穩壓二極管，其外形、符号及内部結構如圖2-27所示。其中，A為陽極，K為陰極，R為門極。

TL431穩壓器的工作原理：加到R兩端的電壓URA在TL431内部通過比較運算放大器與基準電壓（Vref）進行比較，當其高于基準電壓時，運算放大器輸出高電壓使内部晶體管導通加強（即IKA增大），反之，IKA減小。

TL431主要用在穩壓控制電路中。

圖2-27　TL431的外形、符号、内部結構