《模拟电子技术教程（工作手册式）教学课件（共7章）第7章 直流稳压电源》由会员分享，可在线阅读，更多相关《模拟电子技术教程（工作手册式）教学课件（共7章）第7章 直流稳压电源（71页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、7.1 直流稳压电源主要性能指标 和分立元件稳压电路 7.2 线性集成稳压电路7.3 开关稳压电源1.了解稳压电源主要性能指标，熟悉并联稳压电路组成、特点，会估算元器件参数。2.了解串联反馈型分立元件稳压电路组成、稳压原理及输出电压计算方法。3. 了解三端线性集成稳压器分类、主要参数、引脚排列及使用注意事项；熟悉三端线性集成稳压器的应用，会选用集成稳压器、计算外接元器件参数。4.了解开关电源特点及基本原理。选学开关集成稳压器LM3578A及其应用电路。 直流稳压电源通过变压、整流、滤波等处理，将交流电压转换为平滑的直流电压，再经过稳压电路就可以输出稳定的直流电压。直流稳压电源是一种重要的常用电
2、路，它在实验仪器、家用电器、工业设备等各类电子产品中为其它功能电路提供能量。 普通的镍氢电池充电器如图7.0.1所示，它可对2节5号镍氢充电电池充电。打开外壳取出其内部电路，如图7.0.2所示，可以看到常用于组成直流电源的电源变压器和整流二极管等元器件。 图7.0.1 充电器外观 图7.0.2 充电器内部电路 7.1 直流稳压电源主要性能指标和分立元件稳压电路 7.1.1 稳压电源及其主要性能指标 经过整流、滤波所得到的直流电压较平滑，纹波也较小，但输出的直流电压并不稳定。它会因交流电网电压的波动、负载的变化和温度变化等因素，使输出电压随之变化。显然这种电源在要求较高的场合和对电源电压稳定性较
3、高的电子设备和电子电路是不适用的。所以电子设备中的直流电源和电子电路的供电电源，一般在滤波电路和负载之间加接稳压电路，以达到稳压供电的目的，使电子设备和电子电路稳定可靠地工作。 7.1 直流稳压电源主要性能指标和分立元件稳压电路 稳压电源的主要性能指标包括特性指标和质量指标。 特性指标规定了电源的适用范围，其中包括电源允许输出电流和输出电压（或输出电压可调范围）。质量指标包括稳压系数、输出电阻、温度系数和纹波电压等。 1.稳压系数（Coefficient of Voltage stabilization）显然，S越小，稳压电路输出电压的稳定性越好。 稳压系数定义为负载不变时，输出电压相对变化量
4、和输入电压相对变化量之比，即 在一些参考文献中，用电压调整率Su 和电流（负载）调整率SI 来描述稳压性能。电压调整Su 为： 电流调整率SI 为输入电压和温度不变时输出电流从零度到最大时输出电压相对变化量： 2.输出电阻（Output resistance） Ro的大小反映了当负载变动时，稳压电路保持输出电压稳定的能力。Ro越小，表示它的稳定性能越好。 当输入电压固定时，输出电压相对变化量与负载电流变化量之比，称为输出电阻，即 3. 最大纹波电压与纹波抑制比 叠加在输出电压上的波动分量称为最大纹波电压，常用其峰-峰值UOP-P来表示，一般为毫伏级。 纹波抑制比SR表示，稳压电路输入纹波电压峰
5、-峰值UIP-P与输出纹波电压峰-峰值UOP-P之比，并取其分贝数，即 4. 温度系数（Temperature coefficient） 因稳压管与负载并联而得名，又称硅稳压管稳压电 路（Zener voltage regualator）。图中R为限流电阻（Limiting current resistance）,限制IZ，防止超过IZM而损坏。 图7.1.1 硅稳压二极管稳压电 路 一、电电路组组成 7.1.2 并联稳压电联稳压电 路及其应应用稳压稳压 条件： 稳压管正常工作时必须反偏，且反偏电流IZ必须满足：IZminIZIZM式中，Izmin为使稳压管稳压的最小电流，在元件手册中查得的I
6、Z即为Izmin。 硅稳压管稳压电路中，Ro=rZR，R为限流电阻，rZ为稳压管动态电阻，一般RrZ，所以RorZ。 图7.1.1所示电路，稳压二极管极性接反，该电路能否稳压？输出电压多大？ 二、工作原理 （1）电源不稳定的主要原因 电网电压波动；RL变化。 （2）稳压原理 UI UI 从以上分析可知，硅稳压管电路能稳定输出电压，是稳压管和限流电阻起决定作用，即利用硅稳压管反向击穿时电压稍有变化引起反向击穿电流很大的变化，再通过限流电阻R把电流变化转换成电阻上电压的变化，籍以稳定输出电压。 图7.1.1所示电路，限流电阻被短电路了，电路还能否稳压？为什么？ 稳压二极管组成的并联稳压电源，具有电
7、路结构简单、使用元件少等优点。但存在稳压值取决于稳压管的稳定电压，不能调节。因此，这种稳压电路适用于电压固定、负载电流小、负载变动不大的场合。 7.1.3 并联稳压电路元器件的选择 当输入直流电压最低（UImin）而负载电流最大（ILmax）时，IZ最小，其值应大于Izmin，否则稳压管不能可靠地稳压。 一、限流电阻的选择 当输入直流电压最高(UImax)而负载电流最小时（IL=0），IZ最大，其值小于IZM，否则，会使稳压管过热而损坏。即 二、稳压二极管的选择 1UZ选取UZUO 若一个管子稳压值不够，可用两个或多个稳压管串联。 2IZM选取 IZM(23)ILmax 为使硅稳压二极管稳压电
8、路正常工作，还要考虑在输入电压最低值时稳压二极管的工作电流最小值ILmin大于稳压管工作电流，即ILminIZ，为什么？ 三、滤波电容选择 滤波电容C电容值由下式估算 式中，T为市电频率, T= 0.02S。电容器耐压值UCN取 UCN(1.52)U2式中, U2为变压器二次电压。 四、变压器选择 变压器二次侧电压U2根据式( 1.4.4)估算，二次侧电流I2应大于最大输出电流,即 I2Iomax 二次侧伏安容量P2 P2U2 I2 考虑到变压器效率，在选用变压器时应将P2除以效率。小功率变压器效率表见表7.1.1。 7.1.4 串联反馈型稳压电路 串联反馈型稳压电路因调整元件与负载串联而得名
9、，简称串联型稳压电路（Series voltage regulator）。 一、电路组成图7.1.2 串联型稳压电路(a)原理图 (b)方框图 （1）取样环节由R1、R2构成； （2）基准即基准源（voltage reference）由稳压管VZ和限流电阻R3构成； （3）比较放大器V2组成； （4）V1为调整管（Regulating device）；R4作用：V2的集电极负载电阻，V1的基极偏流电阻，使V1处于线性放大状态。故又称为线性串联型稳压电路。 二、工作原理 当电网电压波动或负载电流IL变化，导致输出电压UO增加时，经R1、R2的取样电压UR2=UOR2/（R1+R2）相应增加，于是
10、V2管基极电压UB2=UR2UREF，UBE2=UR2UREF，式中UREF是稳压管提供的基准电压，其值基本不变，致使UBE2增大，IC2随之增大，V2的集电极电压UC2下降，由于V1的基极电压UB1=UC2。因而IC1减小，V1管压降UCE1增大，使输出电压UO=UIUCE1下降，结果使UO基本保持恒定。上述电压调节过程显然为负反馈过程，串联反馈型稳压电源因此而得名。 反之，因某种原因使UO下降，通过负反馈过程，使UCE1减小，从而使UO增加，结果使UO基本保持恒定。 在图7.1.2（a）中有 =UBE2+UREF=UREF+0.7V 设UREFUBE2，则UR2UREF，则有 式中，n=R
11、2/(R1+R2)称为取样比。 从式（7.1.15）可知，只要改变取样比，即改变R2的阻值就可改变输出电压，若在图7.1.2的R1、R2之间串接电位器RP，组成输出电压可调串联稳压电路如图7.1.3所示。调节RP以改变输出电压UO的大小。 图7.1.3 输出电压可调串联稳压电源 在这种电源中起调节作用的晶体管必须工作于线性放大状态，故称之为线性串联型稳压电源。人们在此基础上制成了集成稳压电源。 在这种稳压 电源中，采用多种措施，使之性能大为提高。例如采用差动放大器作比较放大器，以抑制零点漂移，提高稳压电源的温度稳定性；采用辅助电源构成基准电压源电路提高电源的稳压系数；采用限流保护电路防止调整管
12、电流过大或电压过高超过管耗而损坏等。 1.直流稳压电源有哪些主要性能指标？各自的含义是什么？2.稳压管稳压电路，在无合适反向击穿电压参数的稳压二极管情况下，能否用二个稳管串联来代替？如能，对这二个稳压二管性能参数有什么要求(要详细)？3. 串联型稳压电路一般由哪几部分组成？各起什么作用？4. 串联型稳压电路为什么称为线性稳压电源？ 1集成稳压器优点7.2 三端线性集成稳压电路 集成稳压电路具有体积小、重量轻、可靠性高、使用方便等一系列优点，因而得到广泛应用。 2集成稳压器分类 集成稳压器是稳压电源的核心。 (1)根据对输入电压变换过程划分 线性集成稳压器；开关式集成稳压器。 (2)根据输出电压
13、可调性划分 固定式稳压器，它的输出端电压是固定的；可调式稳压器。 (3)按引脚数量划分 三端式；多端式。 7.2.1 三端固定式线性集成稳压器 一、固定式线性集成稳压器的分类 该种稳压器将所有元器件都集成在一个芯片上，有三个引脚，即输入端、输出端和公共端。 (1)输出正负极性分类 三端固定式线性集成稳压器有输出正电压的7800系列和输出负电压的7900系列。 (2)输出电压、电流的表示 国产三端固定式集成稳压器输出电压有5、6、9、12、15、18、24V等七种。最大输出电流大小用字母表示，字母与最大输出电流对应表见下表。 (3)器件型号规格示例 CW7805为国产三端固定式集成稳压器，输出电
14、压为+5V，最大输出电流为1.5A； LM79M9为美国国家半导体公司生产的-9V稳压器，最大输出电流为0.5A。 CW7800系列、7900系列装上足够大的散热器后，耗散功率可达15W。 二、三端固定式集成稳压器的管脚排列 图8.2.1 三端固定式集成稳压器封装及管脚排列图 (a) TO92(S-1) (b)TO202(S-6B) (c)TO220(S-7) (d)TO3(F-2) 7.2.2 三端固定式集成稳压器应用电路 一、固定电压输出电路 电路如图7.2.2a所示为输出正电压电路。图中C1为抗干扰电容，用以旁路在输入导线过长时窜入的高频干扰脉冲；C2具有改善输出瞬态特性和防止电路产生自
15、激振荡的作用；虚线所接二极管对稳压器起保护作用。图7.2.2 固定电压输出电路（a）输出正电压电路 （b）输出正、负电压电路 图7.2.2 b为输出正、负电压电路。 图中VD5、VD6起保护集成稳压器的作用。 在输出端接负载的情况下，如果其中一路稳压器输入UI断开，如图中79XX的输入端A点断开，则+UO通过RL作用于79XX的输出端，使它的输出端对地承受反向电压而损坏。 有了VD6，在上述情况发生时，VD6正偏导通，使反向电压钳制在0.7V，从而保护了集成稳压器。 某同学装接图7.2.2(b)所示电路时，变压器二次抽头接地端忘了接地，电路能否正常工作，为什么？ 二、扩大输出电压电路图7.2.
16、3 扩大输出电压电路 W7800和W7900系列的输出电压绝对值最大为24V，若要高于此值，可采用图7.2.3所示电路。 三、三端固定式集成稳压器应用及其示例 三端固定式集成稳压器使用时对输入电压有一定要求。若过低，在电网电压下降时不能正常稳压；过高会使集成稳压内部输入级击穿，使用时应查阅手册中输入电压的范围。一般输入电压应大于输出电压23V以上。 本书附录B中，可燃气体测试用传感器要求用+5V电源供电，故图B.2(a)采用LM7805作为稳压器。本电路与传统电路的区别，在LM7805的输出端对地并接一个100F的电解电容，以滤除低频干扰。例7.2.1 采用220V、50Hz市电供电，试设计一固定输出集成稳压电源。其性能指标为：UO=12V，IOmax=800m A,输出纹波电压峰峰值UOP-P8m V，S310-3。图7.2.4 例7.2.1稳压电源电路 7.2.3 三端可调式集成稳压器 三端可调式集成稳压器输出电压可调，稳压精度高，输出纹波小，只需外接两只不同的电阻，即可获得各种输出电压。 一、分类 它分为三端可调正电压集成稳压器和三端可调负电压集成稳压器。 三端可调式集成稳压器产
