整流濾波穩(wěn)壓電源

交流電壓脈動直流電壓整流濾波有波紋的直流電壓穩(wěn)壓直流電壓

穩(wěn)壓電路的工作原理穩(wěn)壓電源類型:以下主要討論線性穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路開關(guān)型穩(wěn)壓電路線性穩(wěn)壓電路常用穩(wěn)壓電路(小功率設(shè)備)電路最簡單，但是帶負(fù)載能力差，一般只提供基準(zhǔn)電壓，不作為電源使用。效率較高，目前用的也比較多。1.整流濾波電路1.1單相整流電路1.2濾波電路1.3倍壓電路電子電路工作時都需要直流電源提供能量，電池因使用費(fèi)用高，一般只用于低功耗便攜式的儀器設(shè)備中。本章討論如何把交流電源變換為直流穩(wěn)壓電源，一般直流電源由如下部分組成：整流電路是將工頻交流電轉(zhuǎn)為具有直流電成分的脈動直流電。濾波電路是將脈動直流中的交流成分濾除，減少交流成分，增加直流成分。

穩(wěn)壓電路對整流后的直流電壓采用負(fù)反饋技術(shù)進(jìn)一步穩(wěn)定直流電壓。直流電源的方框圖如圖1.01所示。1.1.1單相橋式整流電路1.1.2單相半波整流電路1.1.3單相全波整流電路1.1單相整流電路

1.1.1單相橋式整流電路(1)工作原理

單相橋式整流電路是最基本的將交流轉(zhuǎn)換為直流的電路，其電路如圖1.02（a）所示。（a）橋式整流電路（b）波形圖圖1.02單相橋式整流電路在分析整流電路工作原理時，整流電路中的二極管是作為開關(guān)運(yùn)用，具有單向?qū)щ娦?。根?jù)圖10.02(a)的電路圖可知：當(dāng)正半周時二極管D1、D3導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的正半周。在負(fù)載電阻上正負(fù)半周經(jīng)過合成，得到的是同一個方向的單向脈動電壓。單相橋式整流電路的波形圖見圖1.02(b)。當(dāng)負(fù)半周時二極管D2、D4導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的負(fù)半周。（動畫10-1）（動畫10-2）根據(jù)圖1.02（b）可知，輸出電壓是單相脈動電壓。通常用它的平均值與直流電壓等效。輸出平均電壓為（2）參數(shù)計(jì)算流過負(fù)載的平均電流為流過二極管的平均電流為二極管所承受的最大反向電壓

流過負(fù)載的脈動電壓中包含有直流分量和交流分量，可將脈動電壓做傅里葉分析。此時諧波分量中的二次諧波幅度最大，最低次諧波的幅值與平均值的比值稱為脈動系數(shù)S。（3）單相橋式整流電路的負(fù)載特性曲線

單相橋式整流電路的負(fù)載特性曲線是指輸出電壓與負(fù)載電流之間的關(guān)系曲線該曲線如圖1.03所示。曲線的斜率代表了整流電路的內(nèi)阻。圖1.03單相橋式整流電路的負(fù)載特性曲線1.1.2單相半波整流電路單相整流電路除橋式整流電路外，還有單相半波和全波兩種形式。單相半波整流電路如圖1.04(a)所示，波形圖如圖1.04(b)所示。(a)電路圖(b)波形圖圖1.04單相半波整流電路根據(jù)圖1.04可知，輸出電壓在一個工頻周期內(nèi)，只是正半周導(dǎo)電，在負(fù)載上得到的是半個正弦波。負(fù)載上輸出平均電壓為流過負(fù)載和二極管的平均電流為二極管所承受的最大反向電壓

單相全波整流電路如圖1.05(a)所示，波形圖如圖1.05(b)所示。1.1.3單相全波整流電路(a)電路圖圖1.05單相全波整流電路(b)波形圖2/7/2023

根據(jù)圖1.05（b）可知，全波整流電路的輸出，與橋式整流電路的輸出相同。輸出平均電壓為流過負(fù)載的平均電流為

二極管所承受的最大反向電壓

單相全波整流電路的脈動系數(shù)S與單相橋式整流電路相同。注意，整流電路中的二極管是作為開關(guān)運(yùn)用的。整流電路既有交流量，又有直流量，通常對:

輸入（交流）—用有效值或最大值；

輸出（交直流）—用平均值；

整流管正向電流—用平均值；

整流管反向電壓—用最大值。單相橋式整流電路的變壓器中只有交流電流流過，而半波和全波整流電路中均有直流分量流過。所以單相橋式整流電路的變壓器效率較高，在同樣的功率容量條件下，體積可以小一些。單相橋式整流電路的總體性能優(yōu)于單相半波和全波整流電路，故廣泛應(yīng)用于直流電源之中。1.2濾波電路1.2.1電容濾波電路1.2.2電感濾波電路1.2.3其他形式濾波電路1.2.1電容濾波電路

(1)濾波的基本概念

濾波電路利用電抗性元件對交、直流阻抗的不同，實(shí)現(xiàn)濾波。電容器C對直流開路，對交流阻抗小，所以C應(yīng)該并聯(lián)在負(fù)載兩端。電感器L對直流阻抗小，對交流阻抗大，因此L應(yīng)與負(fù)載串聯(lián)。經(jīng)過濾波電路后，既可保留直流分量、又可濾掉一部分交流分量，改變了交直流成分的比例，減小了電路的脈動系數(shù)，改善了直流電壓的質(zhì)量。

（2）電容濾波電路

現(xiàn)以單相橋式電容濾波整流電路為例來說明。電容濾波電路如圖1.06所示，在負(fù)載電阻上并聯(lián)了一個濾波電容C。圖1.06電容濾波電路

當(dāng)v2到達(dá)90°時，v2開始下降。先假設(shè)二極管關(guān)斷，電容C就要以指數(shù)規(guī)律向負(fù)載ＲL放電。指數(shù)放電起始點(diǎn)的放電速率很大。(3)濾波原理

若電路處于正半周，二極管D1、D3導(dǎo)通，變壓器次端電壓v2給電容器C充電。此時C相當(dāng)于并聯(lián)在v2上，所以輸出波形同v2

，是正弦形。

圖1.07電容濾波波形圖

所以，在t1到t2時刻，二極管導(dǎo)電，Ｃ充電，vC=vL按正弦規(guī)律變化；t2到t3時刻二極管關(guān)斷，vC=vL按指數(shù)曲線下降，放電時間常數(shù)為RLC。電容濾波過程見圖10.07。

在剛過90°時，正弦曲線下降的速率很慢。所以剛過90°時二極管仍然導(dǎo)通。在超過90°后的某個點(diǎn)，正弦曲線下降的速率越來越快，當(dāng)剛超過指數(shù)曲線起始放電速率時，二極管關(guān)斷。

需要指出的是，當(dāng)放電時間常數(shù)RLC增加時，t1點(diǎn)要右移，t2點(diǎn)要左移，二極管關(guān)斷時間加長，導(dǎo)通角減小，見曲線3；反之，RLC減少時，導(dǎo)通角增加。顯然，當(dāng)ＲL很小，即IL很大時，電容濾波的效果不好，見圖1.08濾波曲線中的2。反之，當(dāng)ＲL很大，即IL很小時，盡管C較小,RLC仍很大,電容濾波的效果也很好，見濾波曲線中的3。所以電容濾波適合輸出電流較小的場合。問題：有Ｃ無ＲL即空載，此時VC=VL=？圖1.08電容濾波的效果(動畫10-3）(動畫10-4）(4)電容濾波的計(jì)算

電容濾波的計(jì)算比較麻煩，因?yàn)闆Q定輸出電壓的因素較多。工程上有詳細(xì)的曲線可供查閱。一般常采用以下近似估算法：一種是用鋸齒波近似表示，即

另一種是在RLC=(35)T/2的條件下，近似認(rèn)為VL=VO=1.2V2。（或者，電容濾波要獲得較好的效果，工程上也通常應(yīng)滿足RLC≥6~10。）因?yàn)闉V波的過程中含有正弦波、指數(shù)曲線及諧波成分，一般很難用精確的數(shù)學(xué)表達(dá)式進(jìn)行計(jì)算，所以一般使用中多采用近似估算來確定其參數(shù)。輸出電壓可以近似看成鋸齒波，如圖所示。設(shè)uc每次充電到峰值Uomax=U2后按RLC放電的初始斜率線性下降，經(jīng)過τ=RLC放電結(jié)束交于橫軸；并令在（T為正弦波周期）處為電容充放電轉(zhuǎn)換時的電壓值Uomin。則：由相似三角形關(guān)系可得：則：即：Io(AV)=Uo(AV)/RL脈動系數(shù)S：采用近似波形計(jì)算。以（Uomax－Uomin）為基波峰-峰值，則實(shí)際uo的波動沒有近似波形誤差大，故實(shí)際S比計(jì)算值要小。一般取近似估算:Uo(AV)≈1.2U2(b)流過二極管瞬時電流很大RLC越大Uo越高負(fù)載電流的平均值越大;

整流管導(dǎo)電時間越短iD的峰值電流越大(a)輸出電壓平均值Uo與時間常數(shù)RLC有關(guān)RLC愈大電容器放電愈慢Uo(平均值)愈大(c)二極管承受的最高反向電壓：(d)濾波電容應(yīng)選用耐壓>1.1的電解電容。

（5）外特性

整流濾波電路中，輸出直流電壓VL隨負(fù)載電流IO的變化關(guān)系曲線如圖1.09所示。

圖1.09整流濾波電路的外特性uou2uDioDRLTu1Ct0232U2Io

Uo半波整流電容濾波電路的外特性2U20.9U20.45U2(6)半波整流電容濾波電路估算公式:UO=1.0U2

2UDRM=2U2注意:UDRu20*使用條件：整流濾波電路設(shè)計(jì)舉例例設(shè)計(jì)一個橋式整流電容濾波電路，用220V、50Hz交流供電，要求輸出直流電壓Uo＝45V，負(fù)載電流IL＝200mA。橋式整流電容濾波電路解:（1）電路的選擇。(2)整流二極管的選擇。ID＝0.5IL＝0.5×200＝100mAUo＝1.2U2所以U2＝每個二極管承受的最大反向電壓根據(jù)ID和Udrmax進(jìn)行選管?？蛇x用整流二極管2CP31B(最大整流電流為250mA,最大反向工作電壓為100V)。(3)濾波電容C的確定。一般應(yīng)使放電時間常數(shù)RLC大于電容C的充電周期(3～5)倍。對橋式整流來說，C的充電周期等于交流電網(wǎng)周期的一半,即取其中所以可選取200μF耐壓50V的電容器1.2.2電感濾波電路

利用儲能元件電感器Ｌ的電流不能突變的性質(zhì)，把電感Ｌ與整流電路的負(fù)載ＲL相串聯(lián)，也可以起到濾波的作用。

圖1.10電感濾波電路圖1.11波形圖電感濾波電路如圖10.10所示。電感濾波的波形圖如圖10.11所示。當(dāng)v2正半周時，D1、D3導(dǎo)電，電感中的電流將滯后v2。當(dāng)負(fù)半周時，電感中的電流將經(jīng)由D2、D4提供。因橋式電路的對稱性，和電感中電流的連續(xù)性，四個二極管D1、D3；D2、D4的導(dǎo)通角都是180°。（動畫10-5）電感濾波原理對諧波分量:

f越高，XL越大,電壓大部分降在XL上。

因此，在輸出端得到比較平滑的直流電壓。Uo(AV)≈0.9U2當(dāng)忽略電感線圈的直流電阻時，輸出平均電壓:u2u1RLLuo對直流分量:

XL=0相當(dāng)于短路,電壓大部分降在RL上1.2.3其他形式的濾波電路改善濾波特性的方法：采取多級濾波。如：L-C型濾波電路：在電感濾波后面再接一電容。RC–型濾波電路：在電容濾波后再接一級RC濾波電路。性能及應(yīng)用場合分別與電容濾波和電感濾波相似。LC–

型濾波電路：在電容濾波后面再接L-C型濾波電路。１.RC–型濾波器改善濾波特性的方法：采取多級濾波uoRu2u1C1C2uo1′RLRC–

型濾波器uoRu2u1C1C2uo1′RLuo的交流分量的基波的幅值：通常選擇濾波元件的參數(shù)使得：uo的脈動系數(shù)S與uo1的脈動系數(shù)S′的關(guān)系：２、L-C型濾波電路u2u1LuoCRLuo1設(shè)uo1的直流分量為U′O，交流分量的基波的幅值為U′O1m，：通常選擇濾波元件的參數(shù)使得：uo的脈動系數(shù)S與uo1的脈動系數(shù)S′的關(guān)系：３、LC–

型濾波電路u2u1LuoC2RLuo1C1顯然，LC–型濾波電路輸出電壓的脈動系數(shù)比只有LC濾波時更小，波形更加平滑；由于在輸入端接入了電容，因而較只有LC濾波時，提高了輸出電壓。請自行分析LC–

型濾波電路的輸出電壓和脈動系數(shù)等基本參數(shù)。1.3倍壓整流電路利用濾波電容的充放電作用，將多個電容和二極管組合可獲得倍數(shù)于變壓器附邊電壓的輸出電壓。1.3.1二倍壓整流電路u2的正半周時：D1導(dǎo)通，D2截止，理想情況下，電容C1的電壓：u2的負(fù)半周時：D2導(dǎo)通，D1截止，理想情況下，電容C2的電壓：輸出端的電壓：即二倍壓電壓。+–1.3.2多倍壓整流電路+–u2的第一個正半周：u2、C1、D1構(gòu)成回路，C1充電到：u2的第一個負(fù)半周：u2、C2、D2、C1構(gòu)成回路，C2充電到：C1u1u2D1D2D3D4D5D6C3C5C2C4C6+–+–+–+–+–+–C1u1u2D1D2D3D4D5D6C3C5C2C4C6u2的第二個正半周：u2、C1、C3、D3、C2構(gòu)成回路，C1補(bǔ)充電荷，C3充電到：u2的第二個負(fù)半周：u2、C2、C4、D4、C3、C1構(gòu)成回路，C2補(bǔ)充電荷，C4充電到：把電容接在相應(yīng)電容組的兩端，即可獲得所需的多倍壓直流輸出。2穩(wěn)壓電路2.1穩(wěn)壓電路概述2.2硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路2.3線性串聯(lián)型穩(wěn)壓電源2.1穩(wěn)壓電路概述2.1.1

引起輸出電壓不穩(wěn)定的原因2.1.2

穩(wěn)壓電路的技術(shù)指標(biāo)

引起輸出電壓變化的原因是負(fù)載電流的變化和輸入電壓的變化，參見圖1.12。2.1.1引起輸出電壓不穩(wěn)定的原因負(fù)載電流的變化會在整流電源的內(nèi)阻上產(chǎn)生電壓降，從而使輸入電壓發(fā)生變化。圖1.12穩(wěn)壓電源方框圖即2.1.2穩(wěn)壓電路的技術(shù)指標(biāo)用穩(wěn)壓電路的技術(shù)指標(biāo)去衡量穩(wěn)壓電路性能的高低。VI和

IO引起的

VO可用下式表示

(1)穩(wěn)壓系數(shù)Sr定義為有時穩(wěn)壓系數(shù)也用下式定義當(dāng)輸出電流從零變化到最大額定值時，輸出電壓的相對變化值。（4）電流調(diào)整率SI

(3)輸出電阻Ro

(2)電壓調(diào)整率SV一般特指ΔVi/Vi=±10%時的Sr輸入電壓交流紋波峰峰值與輸出電壓交流紋波峰峰值之比的分貝數(shù)。（6）輸出電壓的溫度系數(shù)ST

如果考慮溫度對輸出電壓的影響,則輸出電壓是輸入電壓、負(fù)載電流和溫度的函數(shù)（5）紋波抑制比Srip

2.2硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路2.2.1硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路的原理2.2.2穩(wěn)壓電阻的計(jì)算2.2.3基準(zhǔn)源2.2.1硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路的原理硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路的電路圖如圖1.13所示。

它是利用穩(wěn)壓二極管的反向擊穿特性穩(wěn)壓的，由于反向特性陡直，較大的電流變化，只會引起較小的電壓變化。圖1.13硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路(1)當(dāng)輸入電壓變化時如何穩(wěn)壓根據(jù)電路圖可知

輸入電壓VI的增加，必然引起VO的增加，即VZ增加，從而使IZ增加，IR增加，使VR增加，從而使輸出電壓VO減小。這一穩(wěn)壓過程可概括如下：這里VO減小應(yīng)理解為，由于輸入電壓VI的增加，在穩(wěn)壓二極管的調(diào)節(jié)下，使VO的增加沒有那么大而已。VO還是要增加一點(diǎn)的，這是一個有差調(diào)節(jié)系統(tǒng)。VI↑→VO↑→VZ↑→IZ↑→IR↑→VR↑→VO↓圖1.14硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路(2)當(dāng)負(fù)載電流變化時如何穩(wěn)壓

負(fù)載電流IL的增加，必然引起IR的增加，即VR增加，從而使VZ=VO減小，IZ減小。IZ的減小必然使IR減小，VR減小，從而使輸出電壓VO增加。這一穩(wěn)壓過程可概括如下：

IL↑→IR↑→VR↑→VZ↓（VO↓）→IZ↓→IR↓→VR↓→VO↑2.2.2穩(wěn)壓電阻的計(jì)算穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓性能與穩(wěn)壓二極管擊穿特性的動態(tài)電阻有關(guān)，與穩(wěn)壓電阻R的阻值大小有關(guān)。穩(wěn)壓二極管的動態(tài)電阻越小，穩(wěn)壓電阻R越大，穩(wěn)壓性能越好。穩(wěn)壓電阻R

的作用將穩(wěn)壓二極管電流的變化轉(zhuǎn)換為電壓的變化，從而起到調(diào)節(jié)作用，同時R也是限流電阻。

顯然R的數(shù)值越大，較小IZ的變化就可引起足夠大的VR變化，就可達(dá)到足夠的穩(wěn)壓效果。但R的數(shù)值越大，就需要較大的輸入電壓VI值，損耗就要加大。穩(wěn)壓電阻的計(jì)算如下

當(dāng)輸入電壓最小，負(fù)載電流最大時，流過穩(wěn)壓二極管的電流最小。此時IZ不應(yīng)小于IZmin，由此可計(jì)算出穩(wěn)壓電阻的最大值，實(shí)際選用的穩(wěn)壓電阻應(yīng)小于最大值。即

當(dāng)輸入電壓最大，負(fù)載電流最小時，流過穩(wěn)壓二極管的電流最大。此時IZ不應(yīng)超過IZmax，由此可計(jì)算出穩(wěn)壓電阻的最小值。即(1)(2)穩(wěn)壓二極管在使用時一定要串入限流電阻，不能使它的功耗超過規(guī)定值，否則會造成損壞！2.2.3穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的參數(shù)選擇首先應(yīng)確定輸出電壓UO，輸出電流范圍Iomin、Iomax（或RLmax、RLmin），輸入電壓UI波動范圍（一般為±10%）等，據(jù)此選擇整流、濾波、穩(wěn)壓元件參數(shù)。（1）UI的選擇根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般選擇UI=（2~3）UO確定Ii：該電流的選擇原則為Ii>

Iomax。（2）穩(wěn)壓管的選擇UZ=UOIZM－IZ>Iomax－IominIZM

≥

Iomax

+IZ（3）限流電阻的選擇由得限流電阻的功率：（空載時）

【例】為了保護(hù)穩(wěn)壓管，經(jīng)常在圖1-14所示電路中加一限流電阻。假設(shè)穩(wěn)壓電路的輸入電壓為15V，穩(wěn)壓管的輸出電壓為12V，穩(wěn)壓管的安全工作電流范圍為5～50mA，負(fù)載電流為400Ω，求限流電阻的取值范圍。解:依題意可知流過負(fù)載電阻的電流為因此流過限流電阻的總電流變化范圍為而限流電阻兩端的電壓為3V，便可求得R的范圍為2.3線性串聯(lián)型穩(wěn)壓電源

穩(wěn)壓二極管的缺點(diǎn)是工作電流較小，穩(wěn)定電壓值不能連續(xù)調(diào)節(jié)。線性串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的工作電流較大，輸出電壓一般可連續(xù)調(diào)節(jié)，穩(wěn)壓性能優(yōu)越。目前這種穩(wěn)壓電源已經(jīng)制成單片集成電路，廣泛應(yīng)用在各種電子儀器和電子電路之中。線性串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的缺點(diǎn)是損耗較大，效率低。2.3.1

線性串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作原理2.3.2

穩(wěn)壓電路的保護(hù)環(huán)節(jié)2.3.3

三端集成穩(wěn)壓器2.3.1線性串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作原理（1）基本調(diào)整管電路穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路中，負(fù)載電流最大變化范圍等于穩(wěn)壓管的最大穩(wěn)定電流和最小穩(wěn)定電流之差，即Izmax-Iz。擴(kuò)大負(fù)載電流的最簡單方法是,利用晶體管的電流放電作用。電路采用射極輸出形式，引入了電壓負(fù)反饋，可以穩(wěn)定輸出電壓。ILmax=（1+β)(Izmax-Iz)Uo=Uz–Ube，必須使調(diào)整管工作在放大狀態(tài)。式Uo=Uz–Ube

表明基本調(diào)整管穩(wěn)壓電路輸出電壓仍然不穩(wěn)，因Ube的變化使輸出電壓變化，穩(wěn)定性較差。為了使輸出電壓可調(diào)，也為了加深電壓負(fù)饋，引入放大環(huán)節(jié)。UBE2T2

UCE2R4RLUOUiIO比較放大調(diào)整元件串聯(lián)型穩(wěn)壓電路UZR3DZT1UBE1UCE1基準(zhǔn)電壓采樣環(huán)節(jié)R1R2RPVB2RP"RP'穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓原理若Ui變化使UO增大時，自動調(diào)整過程如下：UiUOVB2UBE2IB2IC2UCE2

UOUCE1

IC1IB1UBE1

UZ不變UBE2T2

UCE2R4RLUOR1R2RPVB2IOT1UBE1UZR3DZUiUCE1RP"RP'IB1穩(wěn)壓電路輸出電壓的大小和調(diào)節(jié)UO=————(UBE2

+

UZ)R1+

RP

+

R2R2+

R'P

————UZR1+

RP

+

R2R2+

R'P

————UZ，R1+

RP

+

R2R2UOmaxUOmin————UZR1+

RP

+

R2R2+

RP

UBE2T2

UCE2R4RLUOR1R2RPVB2IOT1UBE1UZR3DZUCE1UiRP"RP'IB1(2)使用運(yùn)放的穩(wěn)壓電源的工作原理

根據(jù)圖1.18分兩種情況來加以討論。1．輸入電壓變化，負(fù)載電流保持不變

輸入電壓VI的增加，必然會使輸出電壓VO有所增加，輸出電壓經(jīng)過取樣電路取出一部分信號Vf與基準(zhǔn)源電壓VREF比較，獲得誤差信號ΔV。誤差信號經(jīng)放大后，用VO1去控制調(diào)整管的管壓降VCE增加，從而抵消輸入電壓增加的影響。

VI↑→VO↑→Vf↑→VO1↓→VCE↑→VO↓（動畫16-2）2．負(fù)載電流變化，輸入電壓保持不變

負(fù)載電流IL的增加，必然會使輸入電壓VI有所減小，輸出電壓VO必然有所下降，經(jīng)過取樣電路取出一部分信號Vf與基準(zhǔn)源電壓VREF比較，獲得的誤差信號使VO1增加，從而使調(diào)整管的管壓降VCE下降，從而抵消因IL增加，使輸入電壓減小的影響。IL↑→VI↓→VO↓→Vf↓→VO1↑→VCE↓→VO↑3.輸出電壓調(diào)節(jié)范圍的計(jì)算根據(jù)圖1.19可知Vf≈VREF調(diào)節(jié)R2顯然可以改變輸出電壓。（動畫16-1）復(fù)合管串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的改進(jìn)電路RLUOUiIOT1UZR3DZN++T2運(yùn)放1.擴(kuò)大輸出電流和提高靈敏度利用三極管

T1和

T2

構(gòu)成復(fù)合管擴(kuò)大輸出電流；利用運(yùn)放

N

提高穩(wěn)壓電路靈敏度和溫度穩(wěn)定性。R1R2RP2.具有保護(hù)電路的穩(wěn)壓電源R3RPR2R4R5R6R7R8R9R1RT3T1T2DZ2Ui+E輔助電源IOUO+-+-UR9+-UR7+-IRDZ1UBE3虛線框內(nèi)為截流型保護(hù)電路:當(dāng)

IO過載或RL短路時,T3導(dǎo)通,

可使

IO

,從而保護(hù)

T1不被燒毀。RL2.3.2穩(wěn)壓電路的保護(hù)環(huán)節(jié)

串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的內(nèi)阻很小，如果輸出端短路，則輸出短路電流很大。同時輸入電壓將全部降落在調(diào)整管上，使調(diào)整管的功耗大大增加，調(diào)整管將因過損耗發(fā)熱而損壞，為此必須對穩(wěn)壓電源的短路進(jìn)行保護(hù)。過載也會造成損壞。保護(hù)的方法反饋保護(hù)型溫度保護(hù)型截流型限流型利用集成電路制造工藝，在調(diào)整管旁制作PN結(jié)溫度傳感器。當(dāng)溫度超標(biāo)時，啟動保護(hù)電路工作，工作原理與反饋保護(hù)型相同。限流型過流保護(hù)過流時使調(diào)整管發(fā)射極電流限制在某一數(shù)值的電路，稱為限流型保護(hù)。Iomax=Ube2/R特點(diǎn)限流型保護(hù)電路雖然組成簡單，但在保護(hù)電路起作用后，調(diào)整管的Uce值最大，工作電流Ic也是最大，因而就有較大的功耗，所以不適用于大功率電路。截流型過流保護(hù)凡是在過流時使調(diào)整管發(fā)射極電流迅速減小到較小數(shù)值的電路，稱為截流型保護(hù)電路。

圖1.19截流型特性保護(hù)原理因過流使T2導(dǎo)通，導(dǎo)致U+電壓上升，U+↑----UB1

↑----UC1↓（=Uo)--R3--UB2

↓----IC2

↑----U+↑↑----Uo↓↓…..最終導(dǎo)致Uo接近于零，實(shí)現(xiàn)截流作用。2.3.3三端集成穩(wěn)壓器(1)概述

將串聯(lián)穩(wěn)壓電源和保護(hù)電路集成在一起就是集成穩(wěn)壓器。早期的集成穩(wěn)壓器外引線較多，現(xiàn)在的集成穩(wěn)壓器只有三個：輸入端、輸出端和公共端，稱為三端集成穩(wěn)壓器。它的電路符號見圖1.21，外形如圖1.22所示。

圖1.21集成穩(wěn)壓器符號要特別注意，不同型號，不同封裝的集成穩(wěn)壓器，它們?nèi)齻€電極的位置是不同的，要查手冊確定。圖1.22外形圖照片

線性三端集成穩(wěn)壓器的分類三端集成穩(wěn)壓器有如下幾種：1.三端固定正輸出集成穩(wěn)壓器，國標(biāo)型號為CW78--/CW78M--/CW78L--2.三端固定負(fù)輸出集成穩(wěn)壓器，國標(biāo)型號為CW79--/CW79M--/CW79L--3.三端可調(diào)正輸出集成穩(wěn)壓器，國標(biāo)型號為CW117--/CW117M--/CW117L-CW217--/CW217M--/CW217L--CW317--/CW317M--/CW317L--4.三端可調(diào)負(fù)輸出集成穩(wěn)壓器，國標(biāo)型號為CW137--/CW137M--/CW137L-CW237--/CW237M--CW237L--CW337--/CW337M--/CW337L--5.三端低壓差集成穩(wěn)壓器6.大電流三端集成穩(wěn)壓器

以上1---為軍品級；2---為工業(yè)品級；3---為民品級。

軍品級為金屬外殼或陶瓷封裝，工作溫度范圍-55℃～150℃；

工業(yè)品級為金屬外殼或陶瓷封裝，工作溫度范圍-25℃～150℃；

民品級多為塑料封裝，工作溫度范圍0℃～125℃。(2)三端固定集成穩(wěn)壓器CW7800

系列(正電源)CW7900系列(負(fù)電源)5V/6V/9V/12V/15V/18V/24V1、78、79系列的型號命名輸出電流78L

××/79L××—輸出電流100mA78M××/9M××—輸出電流500mA78××/79××—輸出電流1.5A輸出電壓例如：CW7805輸出5V，最大電流1.5ACW78M05輸出5V，最大電流0.5ACW78L05輸出5V，最大電流0.1A注意點(diǎn)輸入電壓Ui一般應(yīng)比輸出電壓端Uo高3V以上。7805---7815Ui≤35V7815---7824Ui≤40V78xx的靜態(tài)電流約5--8mA,79xx的靜態(tài)電流約3mA關(guān)于穩(wěn)壓值以7805為例7V≤Ui≤25V5.0mA≤Io≤1000mAPo≤15W時Vo=4.75—5.25V，典型值Vo=5.0VT17T16T15T13T10T5T6T2T3T4T8T9CW7800三端集成穩(wěn)壓器內(nèi)部電路圖輸入端輸出端公共端T11T12T14T1T7T9DZ1DZ2C123R4R18R8R5R6R9R1R7R13R17R12R11R19R20R14R10R3R2R15R16T9T9取樣電阻R19,R20過流DZ2,T15啟動電壓Dz1,T12,T13比較放大T2，T3,T4,T6電流源T8,T9基準(zhǔn)電壓T3，T4，T5，T62、CW7800的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和基本應(yīng)用電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)+UI取樣電路調(diào)整電路保護(hù)電路基準(zhǔn)電壓比較放大啟動電路+UO基本應(yīng)用電路提高輸出電壓電路W78132CiC2+UO+UI

+UR1R2IQI1I2靜態(tài)電流58mA要求輸出電壓UO>U

提高輸出電壓輸出電壓可調(diào)穩(wěn)壓電路W78C1C2+UI

+U+UOR1R2R3R48(虛短)可產(chǎn)生小于U

的輸出電壓UO輸出正、負(fù)電壓的電路~24V~24V~220VW7815W79151323211000F220F0.33F0.33F0.1F+15V15V++++1000F0.1F220F恒流源電路12+UI=10VW78053+UORRLIQIO0.1F0.33F10輸出正、負(fù)電壓的穩(wěn)壓電路

注意：輸入電壓Ui一般應(yīng)比輸出電壓端Uo高3V以上。7805---7815Ui≤35V7815---7824Ui≤40V78xx的靜態(tài)電流約5--8mA,79xx的靜態(tài)電流約3mA擴(kuò)大輸出電流的電路CW7800123UiUOCiCORLTIoICI2Io=

I2+

IC

>

I2當(dāng)負(fù)載電流

Io

小于穩(wěn)壓器電流

I2

=

15

時，三極管

T

截止

當(dāng)負(fù)載電流

Io

I2

時,

T

導(dǎo)通,R則有(3)三端可調(diào)輸出集成穩(wěn)壓器1、典型產(chǎn)品型號命名CW117/217/317系列(正電源)CW137/237/337系列(負(fù)電源)工作溫度CW117(137)—

-55150CCW217(237)—

-25150CCW317(337)—

0

125C基準(zhǔn)電壓1.25V輸出電流L型—輸出電流100mAM型—輸出電流500mA2、CW117內(nèi)部結(jié)構(gòu)和基本應(yīng)用電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)調(diào)整電路基準(zhǔn)電路誤差放大啟動電路偏置電路保護(hù)電路IREFUIUOADJ123LM317/337外形引腳CW337123UIUOADJCW137123UIUOADJ50ACW117123UIUOADJ基本應(yīng)用電路Uo

CW317123C2++UiC1C30.1F10F33FR1R2C4IOIQIIREF0.1FV1V2V1防止輸入端短路時C4反向放電損壞穩(wěn)壓器V2防止輸出端短路時C2通過調(diào)整端放電損壞穩(wěn)壓器UREF=1.25V使UREF很穩(wěn)定R1=

UREF/

IQ=125靜態(tài)電流IQ(約10mA)從輸出端流出，RL開路時流過R1R2=

02.2k

時，120IREF

50A2.2kUO=

1.2524V030V連續(xù)可調(diào)電路Uo

CW317123++UiC10.33

F10FR1R2C31

FVC2R3+3

k120

680+32

V–10

VAUA=–1.25V當(dāng)R2=0時，UO=0VLM337構(gòu)成穩(wěn)壓電源例已知Uomax=25V,R1=240?,允許加在Uin和Uo之間的電壓為3—40V。問（1）輸出電壓的最小值？（2）R2的取值范圍？（3）若Ui變化±10﹪，為保證Uomax=25V,Ui至少應(yīng)取多少？為保證LM317安全，Ui最大值為多少？解（1）Uo=1.25（1+R2/R1),當(dāng)R2=0時，Uo=1.25V（2）Uo=1.25（1+R2/R1)=25，R1=240

∴R2=4560?(3)Ui(1-10﹪)≥25+3輸入最小,輸出最大Ui(1+10﹪)≤1.25+40輸入最大,輸出最小∴31.1V≤Ui≤37.5V如果Ui(1+10﹪)-----Uomax+最大差壓則Ui(1+10﹪)≤25+40----Ui≤59.1V,此時如果Uo=1.25V,壓差=59.1-1.25＞40VLM317/337構(gòu)成正負(fù)電源LM338大電流可調(diào)集成穩(wěn)壓器LM338可調(diào)三端穩(wěn)壓器提供5A的平均輸出電流，輸出電壓范圍為1.2V至32V連續(xù)可調(diào)。LM338內(nèi)置過載保護(hù)電路，自動限制功耗。此保護(hù)電路允許瞬態(tài)負(fù)載強(qiáng)電流通過，12A以內(nèi)的瞬態(tài)電流不會實(shí)施保護(hù)，以利于某些設(shè)備的順利啟動。最高輸入輸出壓差：35V

線路調(diào)整率：0.005%

負(fù)載調(diào)整率：0.1%

工作溫度：0~125℃

基本應(yīng)用電路基準(zhǔn)電壓源介紹TL431、MC1403、LM399、Max872/874等常用基準(zhǔn)電壓源穩(wěn)壓管穩(wěn)壓值在6V以下具有負(fù)溫度系數(shù)、溫度升高時穩(wěn)壓值減小。擊穿電壓越低則負(fù)溫度系數(shù)越大，例如3V穩(wěn)壓管的溫度系數(shù)約為-1.5mV/℃；6V以上為正溫度系數(shù)、溫度升高時穩(wěn)壓值增大，擊穿電壓越高的溫度系數(shù)越大，例如30V穩(wěn)壓管的溫度系數(shù)約為33mV/℃；而6V左右穩(wěn)壓管的溫度系數(shù)最小、且在正負(fù)之間變化。因而在允許情況下應(yīng)盡可能選用擊穿特性較硬、溫度系數(shù)最小的6V穩(wěn)壓管。這類穩(wěn)壓管的另一個缺點(diǎn)是同一型號管子其擊穿電壓的離散性很大。帶隙基準(zhǔn)電壓源帶隙基準(zhǔn)電壓源的基本原理是：利用雙極性晶體管的基極-發(fā)射極電壓VBE(具有負(fù)溫度系數(shù))與它們的差值VBE(具有正溫度系數(shù))進(jìn)行相互補(bǔ)償，從而達(dá)到電路的溫度系數(shù)為零的目的。如圖所示，其運(yùn)算放大器的作用是當(dāng)電路處于深度負(fù)反饋的情況下，使X、Y兩點(diǎn)的電壓相等。此時若R1=R2，則I1=I2，并滿足：

VBE1=VBE2+I2R3

(1)

I1=I2=(1/R3)(VBE1-VBE2)=(1/R3)VTlnn(2)

VOUT=VBE1+I1R1=VBE1+(R1/R3)VTlnn

(3)

VOUT即為輸出的基準(zhǔn)電壓。從(3)式可知，基準(zhǔn)電壓只與PN結(jié)的正向壓降、電阻的比值以及T1和T2的發(fā)射區(qū)面積比有關(guān)，而與輸入電壓無關(guān)，所以，在實(shí)際的工藝制作中將會有很高的精度。第一項(xiàng)VBE1具有負(fù)的溫度系數(shù)，在室溫時大約為-2mV/℃；第二項(xiàng)VT具有正的溫度系數(shù)，在室溫時大約為+0.085mV/℃，通過設(shè)定合適的工作點(diǎn)，可以使兩項(xiàng)之和在某一溫度下達(dá)到零溫度系數(shù)，從而得到具有較好溫度特性的基準(zhǔn)電壓。適當(dāng)選取R1、R3和n的值，即可得到具有零溫度系數(shù)的輸出電壓VOUT。TL431并聯(lián)穩(wěn)壓器穩(wěn)壓原理某原因Vo↑---Vref↑---比較器輸出高電平---VT導(dǎo)通-----Vo↓TL431應(yīng)用1.VKA=2.500V基準(zhǔn)電壓2.輸出電壓可調(diào)3.4.MC1403MC1403是美國摩托羅拉公司生產(chǎn)的高準(zhǔn)確度、低溫漂、采用激光修正的帶隙基準(zhǔn)電壓源，國產(chǎn)型號為5G1403和CH1403。它采用DIP－8封裝.輸入電壓4.5V----40V輸出電壓2.500V±25mV輸出電流10mA電壓溫度系數(shù)10ppm1/℃基本應(yīng)用電路LM399精密基準(zhǔn)電壓源LM399系列器件采用標(biāo)準(zhǔn)的密封TO--46型封裝,外面加有熱保溫罩。LM199的工作溫度范圍是-55℃到+125℃,LM299的工作溫度范圍是-25℃到+85℃,LM399的工作溫范圍是0℃到+70℃。其中LM399的使用最廣泛,價格也較便宜。其特點(diǎn)如下:●電壓溫度系數(shù)不超過0.5PPM/℃;●動態(tài)阻抗低,典型值為0.5Ω;●擊穿電壓的初始容差為2%;低噪聲;●工作電流0.5mA---10mA，輸入電壓Ui≤40V●低功耗(平衡時),25℃時為300mW;●長期穩(wěn)定性好。

結(jié)構(gòu)圖LM399的內(nèi)部電路簡介

LM399的內(nèi)部電路可分成兩部分:基準(zhǔn)電壓源和恒溫電路。圖1表示了它的管腳排