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1、实用模拟电子技术教程,主编：徐正惠,副主编： 刘希真 张小冰,第三篇 模拟集成电路及其应用 本篇介绍集成电路和模拟集成电路的分类、命名方法、封装方式等基本常识。在此基础上重点介绍集成运算放大电路、集成稳压电路、集成信号测量电路、集成仪表放大电路、集成功率放大电路、集成信号发生电路等。通过介绍和讨论，要求掌握或了解相关集成电路常用的型号、外型、封装、功能、主要性能指标和典型应用电路。要求掌握常用模拟集成电路应用电路的设计方法。,第13章 集成稳压电路,第三篇 模拟集成电路及其应用,学习要求： 掌握稳压电源的组成和集成稳压电路的分类；掌握常用线性集成稳压电路7800系列、7900系列、LM117/
2、217/317系列及LM137/237/337系列的主要特性指标和应用；学会设计线性集成稳压电路组成的稳压电源；了解开关式集成稳压电路的工作原理和特点；了解开关集成稳压电路LM2576、MAX8614的主要特性和用途。,13.1 集成稳压电路的分类,第13章 集成稳压电路,13.1.1 直流稳压电源分类,几乎所有的电子设备都需要电压稳定的直流电源，这种能输出稳定直流电压的装置就称为直流稳压电源。根据供电方式的不同，直流稳压电源可分为两大类：,1、交流供电稳压电源 电子设备是由220V的电网供电时，稳压电源的功能是将220V的交流电转换为直流电，同时要求该直流电的电压稳定。这种将来自电网的220
3、V交流电转换为直流稳定电压输出的稳压电源，称为交流供电稳压电源，如图所示。,13.1 集成稳压电路的分类,2、直流供电稳压电源 许多便携式电子设备，包括手机、MP3、掌上电脑、数码相机、微型收录机等，尽管采用的是电池供电，但由于电池电压在使用过程中会不断下降，仍然需要通过稳压电路提供稳定的电压。这种将未经稳压的直流电压转换为稳定直流电压输出的装置，称为直流供电稳压电源，如图所示。直流供电稳压电源的输出电压可以低于输入电压，也可以高于输入电压。,13.1.2 稳压电源的集成化和集成稳压电路分类,稳压电源的集成化 1、交流供电式的稳压电源的集成化 由于用电安全的考虑，直流输出电压需要与电网隔离，最
4、好的电隔离的办法是使用变压器，而变压器无法集成化，因此大多方案是将稳压电路中的关键性部件制成单片的集成电路，再外接各种必须的元器件（包括变压器）组成完整的稳压电源，这种单片集成电路，称为集成稳压电路。可见，集成稳压电路和稳压电源是两个不同的概念，前者是后者的组成部分，集成稳压电路需要外接各种必须的元器件后才构成完整的稳压电源。,2、直流供电式的稳压电源的集成化 集成化完成得较好，现已制成多种类型的单片集成电路，和交流供电的情况类似，集成稳压电路需外接必需的元器件，才构成完整的直流供电式稳压电源。,13.1.2 稳压电源的集成化和集成稳压电路分类,集成稳压电路品种繁多，可以按照多种方法进行分类。
5、合理的分类将有助集成稳压电路的学习和合理使用。,按工作原理划分，集成稳压电路可分为：,1、线性集成稳压电路：这种稳压电路的特点，是其关键性部件调整管（三极管或场效应管）工作于线性区域，即工作于放大状态；,2、开关式集成稳压电路：这种稳压电路的特点，是其关键性部件调整管（三极管或场效应管）工作于非线性区域，即交替进入截止区和饱和区。三极管（或场效应管）进入饱和导通状态，相当于开关打开，三极管进入截止区相当于开关关闭（断开），因此也可以说，开关式集成稳压电路的特点是其关键性部件调整管（三极管或场效应管）工作于开关状态，开关式集成稳压电路的名称就是这样来的。,13.1.2 稳压电源的集成化和集成稳压
6、电路分类,集成稳压电路品种繁多，可以按照多种方法进行分类。合理的分类将有助集成稳压电路的学习和合理使用。,按照输出方式分类，集成稳压电路可分为：,1、固定式集成稳压电路：这种电路的输出电压是固定的，需要不同的电压，应选用不同型号、规格的稳压电路；,2、可调式集成稳压电路：其输出电压可在一定范围内通过外接电阻来调节。,开关式稳压电路又可以按多种方法分类：,按驱动方式分类，分为自激式和他激式； 按控制方式分类，分为并联脉冲宽度调节型和串联脉冲宽度调节型等。,13.2线性集成稳压电路工作原理,13.2.1 交流供电式稳压电源的组成和工作原理,线性集成稳压电路主要用于组成交流供电式稳压电源。,由线性集
7、成稳压电路组成的交流供电式稳压电源如图所示，它由变压器、整流电路、滤波电路和集成稳压电路组成。,直到目前为止，稳压电源中被集成化的只是稳压电路部分。滤波部分是一个大容量的电容器，变压器包含大容量电感和铁心，都还无法集成化，整流电路部分也都没有制作在集成稳压电路之中。,13.2线性集成稳压电路工作原理,13.2.2 集成稳压电路工作原理,按工作原理划分，稳压电路可分为串联式稳压电路和并联式稳压电路。用于构成交流供电稳压电源的集成稳压电路，都属于串联式稳压电路。因此，我们限于介绍串联式稳压电路的工作原理。,串联式稳压电路的思路是用一个调整元件与用电设备RL相串联，通过调整元件上的电压降的调节来达到
8、稳定输出电压的目的。例如，将电位器RD作为调整元件，让它和负载RL相串联，通过电位器的不断调节就可以达到稳压的目的，如图所示。,调节电位器上的压降可以调控负载上的电压。,13.2线性集成稳压电路工作原理,13.2.2 集成稳压电路工作原理,用电位器实现稳压的原理如下：如果由于某种原因，负载RL两端的电压U0下降而偏低，则可以将电位器电阻RP1调小，从而电位器两端压降UD减小，根据式（1），U0便会增加；反之，当U0过大时，应将电位器电阻RD调大，因此电位器两端压降UD随之变大，U0就会小下来。,如果用一个可以由电来控制的调节元件取代电位器，按照上述思路就能实现电压的自动控制。 现在常用的稳压电
9、路，都用三极管（或场效应管）取代图中的电位器。,（1）,13.2线性集成稳压电路工作原理,13.2.2 集成稳压电路工作原理,用三极管取代图中的电位器后，稳压电路如图1所示,三极管是电流控制元件，控制基极电流就可以控制流过三极管的集电极电流，从而可以控制集电极和发射极之间的压降UCE，如前所述，通过UCE的调整就可以达到稳压的目的。因此，只要将基极电流的变化与输出电压U0联系起来，当输出电压U0 发生变化时，基极电流相应地变化，基极电流的变化使集电极电流相应地发生变化，从而使电压降UCE发生所需要的变化，稳压的目的就能达到。,13.2线性集成稳压电路工作原理,用三极管作为调整元件的一种具体稳压
10、电路如图所示,先假设负载电阻RL不变，电网电压升高引起Ui升高，于是输出电压U0升高。,引起输出电压U0的升高会引发一系列变化： U0Ub2Ube2Ic2Uc2Ub1U0可见电网电压U0升高引起的U0的升高受到了抑制。,13.2线性集成稳压电路工作原理,用三极管作为调整元件的一种具体稳压电路如图所示,同样可以说明电网电压下降引起U0下降是如何受到抑制的。,引起输出电压U0的下降会引发一系列变化： U0Ub2Ube2Ic2Uc2Ub1U0，可见电网电压U0下降引起的U0的下降受到了抑制。,13.2线性集成稳压电路工作原理,再看电网电压不变时负载电阻RL变小引起U0减小的情况。,U0减小后，采样所
11、得的三极管VT2基极电压也下降，VT2发射极接稳压管，该点电压不随U0变化，因此VT2发射结电压Ube2下降，VT2集电极电流减小，集电极电压升高，也即调整管基极电压升高，从而导致其发射极电压U0随之升高，于是抵消了U0的下降。负载电阻RL变大的情况也可类似地加以说明。,13.2线性集成稳压电路工作原理-13.2.3 集成稳压电路的效率,输入集成稳压电路的电能量并不能全部为用电设备所利用，这是因为集成稳压电路工作的时候要消耗能量。我们将负载得到的能量（电功率）在输入集成稳压电路的总能量（电功率）中所占的比例称为集成稳压电路的效率。 集成稳压电路的效率是一个十分重要的指标，特别是将其用于组成直流
12、供电的稳压电源时会起着关键性的作用。,为了获得有关集成稳压电路效率的具体概念，下面通过下图所示的电路进行效率的估算。,13.2线性集成稳压电路工作原理-13.2.3 集成稳压电路的效率,效率的估算,假设集成稳压电路的输入电压为Ui，输入电流为Ii，输出电压（加在负载上的电压）为U0，流过负载的电流为I0。由此可以计算，输入集成稳压电路的总电功率为：,负载得到的电功率等于：,由此可以计算出集成稳压电路的效率为：,13.2线性集成稳压电路工作原理-13.2.3 集成稳压电路的效率,效率的估算,假设输出电压为5V，为了保证调整三极管工作于放大区域，其ce极间电压需大于3V，因此输入电压至少需8V。考
13、虑到电网电压的波动，电网电压下跌时输入电压会下降，需将电网电压正常220V时的输入电压定为10V。,设输出电流和输入电流的比值I0/Ii=0.9 。将上述估计值代入式（1），可求得效率=45%。,这说明，输入的电功率，只有45%为负载所利用，其余的功率消耗在集成稳压电路中，其中大部分电能用来使调整管发热。,（1）,13.3 集成稳压电路的主要技术指标,集成稳压电路的外部特性由各种技术参数描述。和其他模拟集成电路一样，熟悉集成稳压电路的技术参数对于其应用十分重要。集成稳压电路的技术参数可分为两大类：特性指标和质量指标。特性指标回答的是稳压电路能做什么，而不是做得好还是坏；质量指标才回答稳压电路的
14、优劣。,13.3.1 集成稳压电路的特性指标,1、输出电流I0：指集成稳压电路能提供额定输出电流； 2、输出电压U0：正常工作时集成稳压电路输出的电压； 3、输出电压调节范围：对于输出电压可调的电路，其最大输出电压与最小输出电压之差，称为该稳压电路的电压调节范围。,13.3 集成稳压电路的主要技术指标-13.3.2 稳压电源质量指标,1、电压调节率SV,在负载电流和环境温度保持不变的情况下，输入电压变化时，输出电压维持不变的能力，即为稳压电源的电压调整率。,电压调整率可以用输出电压的相对变化率表示，也可以用输出电压的绝对变化量表示。 （1）用绝对变化量表示 用绝对变化量表示，电压调整率SV（U
15、0）定义为在负载电流IL和环境温度T不变的情况下，输入电压在一定范围内（由测试条件给出）从最小值变化到最大值，输出电压的变化量U0。,例如，集成稳压电路MC7805，在输出电流I0=500mA，温度不变情况下，输入电压从8V增加到25V，输出电压的绝对变化量U0=24mV，则该电路的电压调整率为SV（U0）=24mV。,13.3 集成稳压电路的主要技术指标-13.3.2 稳压电源质量指标,1、电压调节率SV,（2）用相对变化量表示 用相对变化量表示时，电压调整率SV定义为在负载电流IL和环境温度T不变的情况下，单位输入电压变化量引起的输出电压变化量（U0/Ui）和输出电压U0的比值，用公式表示
16、：,式中Ui是输入电压变化量，U0是输入电压变化引起的输出电压变化量，U0是输出电压。,例如，稳压电路W117的电压调整率就是用相对变化量表示的。在输出电流I0=500mA，温度不变情况下，该电路的输入电压与输出电压之差（UiU0）从3V增加到40V的范围内，电压调整率为0.1%。,13.3 集成稳压电路的主要技术指标-13.3.2 稳压电源质量指标,2、电流调整率SI,稳压电路在环境温度和输入电压保持不变的情况下，衡量其在负载电流变化时仍能维持输出电压稳定的能力，常用的指标是电流调整率，也称负载调整系数，用符号SL来表示。 和电压调整率一样，电流调整率既可以用输出电流的绝对变化量表示，也可以用输出电流的相对变化量来表示。,（1）用绝对变化量表示 绝对变化量表示，电流调整率定义为在输入电压Ui和环境温度T不变的情况下，输出电流在一定范围内（由测试条件给出）从最小值变化到最大值时，输出电压的变化量U0。,例如
