直流稳压电源技术doc

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1、引言 当今社会人们极大的享受着电子设备带来的便利，但是任何电子设备都有一个共同的电路-电源电路。大到超级计算机、小到袖珍计算器，所有的电子设备都必须 在电源电路的支持下才能正常工作。当然这些电源电路的样式、复杂程度千差万别。超级计算机的电源电路本身就是一套复杂的电源系统。通过这套电源系统，超级计算机各部分都能够得到持续稳定、符合各种复杂规范的电源供应。袖珍计算器则是简单多的电池电源电路。不过你可不要小看了这个电池电源电路，比较新型的电 路完全具备电池能量提醒、掉电保护等高级功能。可以说电源电路是一切电子设备的基础，没有电源电路就不会有如此种类繁多的电子设备。 由于电子技术的特性，电子设备对电源

2、电路的要求就是能够提供持续稳定、满足负载要求的电能，而且通常情况下都要求提供稳定的直流电能。提供这种稳定的直流电能的电源就是直流稳压电源。直流稳压电源在电源技术中占有十分重要的地位。另外，很多电子爱好者初学阶段首先遇到的就是要解决电源问题，否则电路无法工作、电子制作无法进行，学习就无从谈起。第一章 稳压电源的分类一、稳压电源的分类 稳压电源的分类方法繁多，按输出电源的类型分有直流稳压电源和交流稳压电源；按稳压电路与负载的连接方式分有串联稳压电源和并联稳压电源；按调整管的工作状态分有线性稳压电源和开关稳压电源；按电路类型分有简单稳压电源和反馈型稳压电源，等等。如此繁多的分类方式往往让初学者摸不着

3、头脑，不知道从哪里入 手。其实应该说这些看似繁多的分类方法之间有着一定的层次关系，只要理清了这个层次自然可以分清楚电源的种类了。 既然我们谈的是稳压电源的分类，那么首先就应该清楚电源的输出是什么，是输出直流电还是输出交流电。这样第一个层次就出来了，首先应该根据电源的输出类型 来分类。接下来的分类就要麻烦一些，是按稳压电路与负载的连接方式分类还是按调整管的工作状态分类呢？其实了解一下我们身边的电子设备会发现实际应用中稳 压电源有两个区别很大的种类，一种是各种比较简单的电子设备中广泛使用的线性稳压电源，比如收音机、小型音响等；一种是各种复杂电子设备中广泛使用的开关 稳压电源，比如大屏幕彩电、微型计

4、算机等。这样看来第二个层次的分类我们可以根据调整管的工作状态来分类。接下来的第三个层次的分类就是根据稳压电路与负 载的连接方式来分类。再往下面细分由于各种不同的电路特性相差太大，就不好一概而论，应该根据每一个具体类别的特性进行分类区分了。当然这里所谈的分类只 是根据直流稳压电源的特点给出一个大致的分类思路，图111是根据上面的思路划分的稳压电源种类： 二、专题结构介绍 直流稳压电源技术专题将基本根据图111的结构对直流稳压电源进行系统的介绍，主要的内容有： 稳压电源的分类 直流稳压电源基础（基本性能指标、元器件基础、电路基础） 并联稳压电源（硅稳压二极管型、晶体管型） 串联稳压电源（简单串联型

5、、串联反馈型、带放大器的串联反馈型、其他串联型） 集成串联稳压器（三端稳压器、低压差稳压器等） 开关电源原理 各类常见开关电源 集成开关电源第二章 稳压电源基础一、电子元件基础知识 直流稳压电源中主要使用这些电子元件：电阻、电容、变压器、电感、二极管、三极管、场效应管、集成电路等， 有些直流稳压电源可能还有发光二极管、电流表、电压表元件用于工作状态的指示。这些电子元件主要分为无源器件和有源器件两大类。其中无源器件是电阻、电 容、变压器、电感；有源器件是二极管、三极管、场效应管、集成电路。无源器件就不必说了，下面我们主要介绍一下有源器件的基础知识。1、二极管 二极管是我们通常情况下的俗称，它的学

6、名叫晶体二极管或半导体二极管。二极管就是由一个PN结，加上相应的电极引线封装而成。二极管按材料分类有硅材料和 锗材料；按功能分类又可以分为整流二极管、检波二极管、开关二极管、稳压二极管、变容二极管、肖特基二极管、发光二极管等。常用的二极管主要是利用PN结 的单向导电性进行工作。如：整流二极管、检波二极管、开关二极管等。但是二极管还有一些比较特殊的性能，比如稳压二极管反向击穿后两端电压保持不便；变容 二极管PN结间的结电容会随着外加电压的变化而发生变化；发光二极管通电后能够发光。（1）二极管的主要参数 正向电流IF： 在额定功率下，允许通过二极管的电流值。 正向电压降VF： 二极管通过额定正向电

7、流时，在两极间所产生的电压降。 最大整流电流（平均值）IOM：在半波整流连续工作的情况下，允许的最大半波电流的平均值。反向击穿电压VB： 二极管反向电流急剧增大到出现击穿现象时的反向电压值。 正向反向峰值电压VRM： 二极管正常工作时所允许的反向电压峰值，通常VRM为VP的三分之二或略小一些。 反向电流IR： 在规定的反向电压条件下流过二极管的反向电流值。 结电容C： 电容包括电容和扩散电容，在高频场合下使用时，要求结电容小于某一规定数值。 最高工作频率FM： 二极管具有单向导电性的最高交流信号的频率。（2）直流稳压电源中常用的二极管 直流稳压电源中常用的二极管有整流二极管、稳压二极管和发光二

8、极管。整流二极管 将交流电流变为直流电流的二极管叫作整流二极管，它是面结合型晶体二极管，因结电容大，故工作频率低。通常，IF在 1安以上的二极管采用金属壳封装，以利于散热；IF在1安以下的采用塑料封装。由于近代工艺水平的提高，也有一些较大功率的二极管 也采用塑封形式。在电路原理图中整流二极管用图211的符号表示。稳压二极管 稳压二极管是由硅材料制成的面结合型晶体二极管，它是利用PN结反向击穿时的电压基本上不随电流的变化而变化的特点来达到稳压的目的。因为 它能在电路中起稳压作用，故称为稳压二极管（简称稳压管）。在电路原理图中稳压二极管用图212的符号表示。 稳压管的伏安特性曲 线如图213所示。

9、当反向电压达到VZ时，即使电压有一微小的增加，反向电流亦会猛增（反向击穿曲线很徒直）这时，二极管处于 击穿状态，如果把击穿电流限制在一定的范围内，管子就可以长时间在反向击穿状态下稳定工作。2、三极管 三极管的学名叫晶体三极管或半导体三极管，可以说它是电子电路中最重要的器件。三极管最基本的作用是放大作用。它可以把微弱的电信号变成一定强度的信号，当然这种转换仍然遵循能量守恒，它只是把电源的能量转换成信号的能量 罢了。三极管还可以作电子开关，配合其它元件还可以构成振荡器。三极管顾名思义具有三个电极。二极管是由一个PN结构成，而三极管由两个PN结构成。共用的一个电极称为三极管的基 极（用字母b表 示）

10、，其他的两个电极称为集电极（用字母c表示）和发射极（用字母e表示）。由于不同的组合方式，形成了一种是NPN型的三极管，另一种是PNP型的三极管。因此三极管的电路图符号有两种：箭头朝外的是NPN型三极管，而箭头朝内的是PNP型。有一个箭头的电极是发射极，实际 上箭头所指的方向是电流的方向。这两种类型的三极管电路图符号见图：214。 三极管的种类很多，并且不同型号各有不同的用途。前面说PNP型和NPN型是从结构工艺上来分类。按照制造材料分类，有锗管和硅管；按照工作频率分类，有低频管和高频管；一 般低频管用以处理频率在3MHz以下的电路中，高频管的工作频率可以达到几百兆赫。按照允许耗散的功率大小分类

11、，有小功率管和大功率 管；一般小功率管的额定功耗在1W以下，而大功率管的额定功耗可达几十瓦以上。常见的三极管大多采用是塑料封装或金属封装。（1）三极管的主要参数 电流放大系数： 在静态情况下，三极管集电极的直流电流Ic与基极电流Ib的比值，称为三极管的静态电流 放大系数。在动态情况下，集电极电流的变化量Ic与基极电流的变化量Ib的比值，称为三极管的动态电流 放大系数（或交流放大系数）。因为通常情况下三极管的静态电流放大系数与动态电流放大系统相差很小，实际使用时一般混用这两个参数而不加以区别。 集电极反向饱和电流Icbo： 发射极开路，在集电极与基极之间加上一定的反向电压时，所对应的反向电流。

12、穿透电流Iceo： 指基极开路，集电极与发射极之间加一定反向电压时的集电极电流 Icbo与Iceo的关系为：Iceo（1）Icbo Icbo和Iceo都是衡量三极管热稳定性的重要参数。 共射极截止频率f： 三极管的值是频率的函数，中频段=o几乎与频率无关。但是随着频率的增高，值下降。当值下降到中频段 0.707O时，所对应的频率，称为共射极截止频率，用f表示。 特征频率fT： 当三极管的值下降到1时所对应的频率，称为特征频率。在ffT的范围内，值 与f几乎成线性关系，f越高，越小，当工作频率ffT，时，三极管便失去了放大能力。 最大允许集电极耗散功率PCM： PCM 是指三极管集电结受热而引起

13、晶体管参数的变化不超过所规定的允许值时，集电极耗散的最大功率。当实际功耗Pc大于PCM时， 不仅使三极管的参数发生变化，甚至还会烧毁三极管。 最大允许集电极电流ICM： 当IC很大时，值逐渐下降。一般规定在值下降到额定值的23（或12）时所对应的集电极电流为ICM。 当ICICM时，值已减小到不实用的程度，且有烧毁三极管的可能。 反向击穿电压BVCEO与BVCEO： BVCEO是指基极开路时，集电极与发射极间的反向击穿电压。BVCBO是指发射极开路 时，集电极与基极间的反向击穿电压。（2）三极管的三种工作状态 截止状态： 当加在三极管发射结的电压小于PN结的导通电压，基极电流为零，集电极电流和

14、发射极电流都为零，三极管这时失去了电流放大作用，集电极和发射极之间相当于 开关的断开状态，我们称三极管处于截止状态。 放大状态： 当加在三极管发射结的电压大于PN结的导通电压，并处于某一恰当的值时，三极管的发射结正向偏置，集电结反向偏置，这时基极电流对集电极电流起着控制作 用，使三极管具有电流放大作用，其电流放大倍数Ic/Ib，这时三极管处放大状态。 饱和导通状态： 当加在三极管发射结的电压大于PN结的导通电压，并当基极电流增大到一定程度时，集电极电流不再随着基极电流的增大而增大，而是处于某一定值附近不怎么变 化，这时三极管失去电流放大作用，集电极与发射极之间的电压很小，集电极和发射极之间相当于开关的导通状态。三极管的这种状态我们称之为饱和导通状态。3、场效应管 场效应晶体管（FET）简称场效应管，它属于电压控制型半导体器件，具有输入电阻高（108109）、 噪声小、功耗低、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点，现已成为双极型晶体管和功率晶体管的强大竞争者。 场效应管分结型、绝缘栅型两大类。结型场效应管（JFET）因有两个PN结而得名，绝缘栅型场效应管（JGFET）则因栅极与其它电极完全绝缘而得名。目 前在绝缘栅型场效应管中，应用