第8章 直流稳压电源.ppt

1、模快模快模快模快8.2 8.2 稳压电路的分析与实践稳压电路的分析与实践稳压电路的分析与实践稳压电路的分析与实践任务内容任务内容 了解稳压电路的主要技术指标了解稳压电路的主要技术指标;熟熟悉悉硅硅稳稳压压管管稳稳压压电电路路,晶晶体体管管串串联联型型稳稳压压电电路路的的组成组成;理解稳压电路的工作原理理解稳压电路的工作原理;熟悉三端固定式稳压器的应用熟悉三端固定式稳压器的应用;能对串联型稳压电路进行安装与测试能对串联型稳压电路进行安装与测试.能力目标：能力目标：硅硅稳稳压压管管稳稳压压电电路路,晶晶体体管管串串联联型型稳稳压压电电路路,集集成成稳压器的分析与实践稳压器的分析与实践任务任务 稳压

2、电路的分析与实践稳压电路的分析与实践许许多多电电子子仪仪器器和和设设备备都都需需要要稳稳定定的的直直流流电电源源供供电电.除除少少数数使使用用化化学学电电源源外外,绝绝大大多多数数是是由由交交流流电电网网供供电电,这这就需要将交流电转换为稳定的直流电就需要将交流电转换为稳定的直流电.直直流流稳稳压压电电源源就就是是完完成成这这种种转转换换的的装装置置,它它一一般般由由电电源源变变压压器器、整整流流电电路路、滤滤波波电电路路和和稳稳压压电电路路等等四四部部分分组成组成.1.1.硅稳压管稳压电路硅稳压管稳压电路硅稳压管稳压电路硅稳压管稳压电路(1)电电源源变变压压器器：将将交交流流电电源源电电压压

3、变变换换为为符符合合整整流流需需要要的的交流电压；交流电压；(2)整流电路整流电路：将交流电压变换为单向脉动直流电压；：将交流电压变换为单向脉动直流电压；(3)滤滤波波电电路路：滤滤掉掉整整流流电电压压中中的的交交流流成成分分，输输出出平平滑滑的的直流电压；直流电压；(4)稳稳压压电电路路：在在交交流流电电源源电电压压波波动动或或负负载载变变动动时时，保保证证输出稳定的电压。输出稳定的电压。ututututut交流电源交流电源变压变压整流整流滤波滤波稳压稳压负载负载整整流流滤滤波波电电路路都都不不能能保保证证输输出出稳稳定定的的直直流流电电压压,其其原原因因主主要要有有两两个个:交交流流电电网

4、网的的电电压压不不稳稳定定,引引起起输输出出电电压压发发生生变变化化和和整整流流滤滤波波电电路路存存在在内内阻阻.当当负负载载变变化化引引起起电电流流变变化化时时,内内阻阻上上产产生生的的压压降降会会随随之之变变化化,使使输输出出的的直直流流电电压压不不稳稳定定.因因此此,为为了了得得到到稳稳定定的的输输出出直直流流电电压压,必必须须在在整整流流滤滤波波电电路路之之后后加加稳稳压压电电路路,以以保保证证当当电电网网电电压压波波动动或或负负载载电电流流变变化化时时,输输出出的的电电压压能能维维持持相相对对稳稳定定.晶晶体体管管稳稳压压电电路路主主要要包包括括硅硅稳稳压压二二极极管管的的稳稳压压电

5、电路路和和晶晶体三极管的稳压电路体三极管的稳压电路.(1)(1)硅稳压管电路的工作原理硅稳压管电路的工作原理硅稳压管电路的工作原理硅稳压管电路的工作原理稳压管稳压电路稳压管稳压电路T+-u2+-u1CUi RLUo IIoR DZIZ稳压过程：稳压过程：Uo IZ I IR Uo 当当交交流流电电网网电电压压升升高高而而引引起起稳稳压压电电路路的的输输入入电电压压Ui升升高高时时,将将引引起起硅硅稳稳压压管管Dz的的端端电电压压Uz,即即输输出出电电压压Uo升升高高.由由稳稳压压二二极极管管的的伏伏安安特特性性可可知知,Uz稍稍一一升升高高,则则通通过过稳稳压压管管的的电电流流Iz显显著著增增

6、大大,限限流流电电阻阻R上上的的电电压压UR=(Iz+Io)R增增加加,而而Uo=Ui-UR,UR的的增增加加补补偿偿了了输输入入电电压压Ui的的变变化化,从从而而使使输输出出电电压压Uo基基本本保保持持不不变变.反反之之,当当Ui下下降降时时,稳稳压压过过程程与与上上述述相相反反,电电路路也也能能基基本本维维持持输输出电压不变出电压不变.T+-u2+-u1CUi RLUo IIoR DZIZ 若若输输入入电电压压 Ui 不不变变,当当负负载载电电阻阻减减小小时时,电电流流 Io 增增大大,R 上上的的压压降降升升高高,使使得得 Uo 下下降降.但但 Uo 稍稍有有下下降降,Iz 将将显显著著

7、减减小小,Iz 减减小小的的部部分分几几乎乎和和 Io 增增大大的的部部分分相相等等.当当负负载载电电流流在在一一定定范范围围内内变变化化时时,可可由由稳稳压压管管的的电电流流来来补补偿偿,结结果果限限流流电电阻阻 R 上上流流过过的的总总电电流流和和电电压压降降不不变变,从而使输出电压从而使输出电压 Uo 基本恒定基本恒定.反之亦然反之亦然.T+-u2+-u1CUi RLUo IIoR DZIZ 由由此此可可见见,在在稳稳压压管管稳稳压压电电路路中中,稳稳压压管管的的电电流流调调节节作作用用和和限限流流电电阻阻的的电电压压调调节节作作用用是是稳稳压压的的关关键键,即即利利用用稳稳压压管管端端

8、电电压压的的微微小小变变化化引引起起较较大大电电流流的的变变化化,再再通通过过 R 的的电电压压调调节节作作用用,保保证证输输出出电电压压的的恒恒定定.由由于于稳稳压压管管与与负负载载 RL 相相并并联联,故故该该电电路路又又称称为为并并联联型型稳稳压压电电路路.这这种种电电路路结结构构简简单单,但但输输出出电电压压不不可可调调,稳稳定定精精度度不不高高,所所以以只只用用在在稳压要求不高和负载电流小的电路中稳压要求不高和负载电流小的电路中.T+-u2+-u1CUi RLUo IIoR DZIZ2.2.晶体管串联型稳压电路晶体管串联型稳压电路晶体管串联型稳压电路晶体管串联型稳压电路(series

9、 voltage(series voltage regulator)regulator)由由于于稳稳压压管管稳稳压压电电路路的的稳稳压压效效果果不不够够理理想想,且且只只能能用用于于负负载载电电流流较较小小的的场场合合,因因此此下下面面介介绍绍串串联联型型晶晶体体管管稳稳压压电电路路,其其电电路路原原理理是是集集成成稳压电源内部电路的基础稳压电源内部电路的基础.右右图图是是一一种种简简单单串串联联型型稳稳压压电电路路.由由一一个个可可变变电电阻阻 R 和和负负载载电阻电阻 RL 组成的串联电路。组成的串联电路。当当输输入入电电压压 Ui 或或输输出出电电流流 Io 发发生生变变化化而而引引起起

10、输输出出电电压压 Uo 变变化化时时,如如果果可可变变电电阻阻 R 的的阻阻值值也也相相应应地地自自动动改改变变,保保持持输输出出电电压压稳稳定定,这这样样就就构构成成了了串串联联型型稳稳压压电电路路.由由于于晶晶体体管管的的基基极极电电流流对对集集电电极极电电流流具具有有控控制制作作用用,使使得得其其集集电电极极与与发发射射极极之之间间具具有有一一个个可可变变电电阻阻的的性性质质,因因此此用用它它作作调调整整电电阻阻,可可以以实实现现稳稳压压目目的的.简单串联型稳压电路简单串联型稳压电路简单串联型稳压电路简单串联型稳压电路RRLUiUo 右右图图是是一一个个简简单单的的串串联联型型稳稳压压电

11、电路路.用用三三极极管管代代替替可可变变电电阻阻 作作为为调调整整元元件件,故故叫叫做做调调整整管管.电电阻阻 R 和和稳稳压压管管 Dz 组组成成简简单单的的稳稳压压管管稳稳压压电电路路,接接到到调调整整管管的的基基极极,使使基基极极电电位位Vb=Vz 保保持持恒恒定定,此电压称为基准电压此电压称为基准电压.其其电电压压稳稳定定过过程程如如下下:当当电电网网电电压压波波动动或或负负载载电电流流变变化化引引起起输输出出电电压压 Uo 升升高高时时，由由于于调调整整管管基基极极电电位位 Vb 是是恒恒定定的的,将将引引起起调调整整管管基基-射射极极之之间间的的电电压压 Ube 下下降降.由由三三

12、极极管管特特性性曲曲线线可可知知,其其基基极极电电流流 Ib 减减小小,集集-射射极极电压电压 Uce上升上升,而而 Uo=Ui-Uce,使输出电压降到原值使输出电压降到原值.RRLUiUoDZUZ 由由于于三三极极管管的的发发射射极极电电流流比比稳稳压压管管的的工工作作电电流流大大得得多多,所所以以这这种种稳稳压压电电路路可可提提供供较较大大的的负负载载电电流流.该该电电路路的的输输出出电电压压 Uo=Uz-Ube,Uo 的的值值取取决决于于稳稳压压管管的的稳稳定定电电压压Uz.如如果果要要改改变变输输出出电电压压,可可更更换换稳稳压压管管.另另外外,用用输输出出电电压压直直接接去去控控制制

13、调调整整管管的的基基极极电电流流,控控制制作作用用不不明明显显,稳稳压压效效果果较较差差.为为提提高高稳稳定定度度,可可以以采采用用带带有有放放大大环环节节的串联稳压电路的串联稳压电路.带带放放大大环环节节的的串串联联型型晶晶体体管管稳稳压压电电路路,将将输输出出电电压压的的变变化化量量 Uo 通通过过直直流流放放大大器器放放大大后后,再再去去控控制制调调整整管管,使使微微小小的的输输出出电电压压变变化化量量产产生生很很强强的的调调整整作作用用,从从而而大大大大提提高高了了输输出出电电压压的的稳稳定定性性.该该稳稳压压电电路路包包括括以以下下四四部部分分:取取样电路样电路,基准电压电路基准电压

14、电路,比较放大器比较放大器和和调整管调整管.带放大环节的串联型稳压电路带放大环节的串联型稳压电路UZT+-u2+-u1+uiCT1T2R4R3R1R1 R2 R2RLUoIo (1)取样电路取样电路 由由 R1,R2 和和 Rp 组组成成的的电电阻阻分分压压器器.将将输输出出电电压压 Uo 的一部取出的一部取出,送到比较放大器送到比较放大器T2的基极的基极.(2)基准电压电路基准电压电路 由由稳稳压压管管 Dz 和和限限流流电电阻阻 R3 构构成成,从从中中取取得得基基准准电电压压 Uz,它它是是一一个个稳稳定定性性较较高高的的直直流流电电压压,作作为为调调整整、比比较的标准较的标准.调整管调

15、整管比较比较放大器放大器基准基准电压电压取样取样电路电路UiUo (3)比较放大器比较放大器 由由晶晶体体管管 T2 构构成成的的直直流流放放大大电电路路,它它的的基基-射射极极电电压压 Ube2 是是取取样样电电压压 Uf 与与基基准准电电压压 Uz 之之差差.将将这这个个电电压压差差值值放放大大后后去去控控制制调调整整管管 T1.R4 是是 T2 的的集集电电极极负负载载电电阻阻,同同时也是时也是T1的基极偏置电阻的基极偏置电阻.(4)调整管调整管 由由工工作作在在线线性性区区的的功功率率管管 T1 组组成成,它它的的基基极极电电流流受受比比较较放放大大器器 T2 集集电电极极输输出出信信

16、号号控控制制,只只要要控控制制基基极极电电流流 Ib1,就就可可以以改改变变集集-射射极极之之间间的的电电压压 Uce1,从从而而调调整整输输出出电电压压Uo.当当输输出出电电压压 Uo 升升高高时时,取取样样电电压压 Uf 随随之之增增大大,T2 的的基基-射射极极电电压压 Ube2 增增大大,其其基基极极电电流流 Ib2 增增大大,集集电电极极电电流流 Ic2 增大增大,集集-射极电压射极电压 Uce2 减小减小.因因此此,T1 的的Ube1=Ub1-Uo=Uz+Uce2-Uo 减减小小,Uce1 增增大大,输输出出电电压压 Uo 下下降降,使使之之保保持持稳稳定定,其其调调整整过过程程可

17、可以以表表示示如如下下:Ube2 Ib2 Ic2 Uce2 Uo Uo Uce1 Ic1 Ib1 Ube1 UZT+-u2+-u1+uiCT1T2R4R3R1R1 R2 R2RLUoIo 可可见见,带带放放大大环环节节的的串串联联型型晶晶体体管管稳稳压压电电路路是是利利用用晶晶体体三三极极管管作作为为调调整整元元件件,从从输输出出电电压压中中取取出出一一部部分分电电压压经经放放大大后后去去调调节节调调整整管管所所呈呈现现的的电电阻阻,维维持持输输出出电电压压不不变变.这这种种稳稳压压电电路路的的稳稳定定度度比比简简单单串串联联型型稳稳压压电电路路提提高高了了很很多多.但但它它的的输输出出电电流

18、流不不够够大大,同同时时还还存存在在较较大大的的温温度度漂漂移移.因因此此要要得得到到更更理理想想的的稳稳定定效效果果,还还应应对对上上述述电电路路采采取取一一些些改改进进措措施施.另另外外,在在稳稳压压电电源源中中,为为了了避避免免负负载载电电流流过过大大或或输输出出短短路路时时被被烧烧毁毁,经经常常采采用限流和减流作用的保护措施用限流和减流作用的保护措施.3.3.集成稳压器集成稳压器集成稳压器集成稳压器(IC voltage regulator)(IC voltage regulator)将将串串联联型型稳稳压压电电路路中中的的各各元元件件集集成成在在一一块块芯芯片片上上就就形形成成了了集

19、集成成稳稳压压器器.采采用用集集成成稳稳压压器器制制作作的的直直流流稳稳压压电电源源称称为为集集成成稳稳压压电电源源.集集成成稳稳压压器器具具有有体体积积小小、可可靠靠性性高高、使使用用灵灵活活、价价格格低低廉廉等等优优点点.为为适适应应不不同同的的应应用用场场合合,集集成成稳稳压压器器有有各各种种类类型型、各各种种型型号号的的片片子子.下面主要介绍三端固定和三端可调集成稳压器下面主要介绍三端固定和三端可调集成稳压器.(1)(1)三瑞固定式集成稳压器三瑞固定式集成稳压器三瑞固定式集成稳压器三瑞固定式集成稳压器 这这种种稳稳压压器器一一般般只只有有输输入入、输输出出、公公共共接接地地三三个个端端

20、子子,输输出出电电压压固固定定,所所以以称称为为三三端端固固定定集集成成稳稳压压器器.其其中中W7800和和W7900两两种种系系列列是是最最常常用用的的,每每一一种种系系列列在在524V范范围围内内有有7种种不不同同的的档档次次,负负载载电电流流可可达达1.5A.7800系系列列输输出出正正电电压压,7900系系列列输输出出负负电电压压.系系列列的的后后两两位位数数字字表表示示稳稳压压器器的的输输出出电电压压值值,如如7805表表示示该该集集成成稳压器的输出电压为稳压器的输出电压为+5V,而而7912表示输出电压为表示输出电压为-12V.集成稳压电源集成稳压电源集成稳压电源集成稳压电源(IC

21、 voltage regulator)(IC voltage regulator)线性集成稳压电路线性集成稳压电路 开关集成稳压电路开关集成稳压电路 小功率小功率 大功率大功率三端固定式集成稳压器三端固定式集成稳压器三端固定式集成稳压器三端固定式集成稳压器 CW7800 系列正电压稳压器系列正电压稳压器.CW7900 系列负电压稳压器系列负电压稳压器.1 3 2 IN GND OUT 78 1 2 3 GND OUT IN 79 输出电压规格：输出电压规格：5V,6V,8V,9V,12V,15V,典型电路典型电路 78 CiCo 1 2 0.33 F 0.1 F Ui Uo 3 1：输入端：输

22、入端 2：输出端：输出端 3：公共端：公共端 18V,24V 79 CiCo 3 2 2.2 F 1 F Ui Uo 1 1：公共端：公共端 2：输出端：输出端 3：输入端：输入端 Ci：抵消输入端接线较长时的电磁效应：抵消输入端接线较长时的电磁效应 CW7800系列：系列：CW7800系列：系列：CW7900系列：系列：CW7900系列：系列：0.33 F 2.2 F 0.1 F 1 F Co：使负载电流瞬时增减时，输出电压：使负载电流瞬时增减时，输出电压不致有较大的波动不致有较大的波动 同时输出正负两组电压的电路同时输出正负两组电压的电路5 V 5 V CW7805Ci1 2 3 CW79

23、051 2 Co 3 Ui CiCoUO(2)(2)三端可调式集成稳压器三端可调式集成稳压器三端可调式集成稳压器三端可调式集成稳压器 可可调调式式集集成成稳稳压压器器有有多多种种类类型型,仅仅以以W317,W337为例介绍三端可调稳压器的工作原理为例介绍三端可调稳压器的工作原理.与与固固定定式式7800和和7900系系列列稳稳压压器器相相比比,W317、W337稳稳压压器器没没有有公公共共接接地地端端,只只有有输输入入,输输出出,调调整整三三个个端端子子,且且内内部部设设有有多多种种保保护护电电路路,工工作作十十分分安安全全.W317输输出出正正电电压压，而而W337输输出出负负电电压压,输输

24、入入与与输输出出的的最最大大电电压压差差为为40V,输输出出电电压压可可在在1.235V(-1.2-35V)之间连续可调之间连续可调,输出电流最大为输出电流最大为1.5A.军品级军品级工业级工业级民品级民品级三端可调式集成稳压器三端可调式集成稳压器 类型：类型：CW117、CW217、CW317(正电压正电压)CW137、CW237、CW337(负电压负电压)输出电流等级：输出电流等级：0.1A,0.5A,1.5A 典型电路：典型电路：CW217 CiCo 3 2 1+C+-Uo+-UiR1R2 CW237 CiCo 2 3 1 C-+Uo-+UiR1R2+输出电压计算公式：输出电压计算公式：

25、Uo=1.25(1+)R2R1 注意注意(1)三三端端稳稳压压器器应应用用时时要要求求Ui比比Uo至至少少高高出出23V,低低于于此此值则失去稳压作用值则失去稳压作用.(2)由由于于芯芯片片内内部部增增益益高高,组组成成闭闭环环后后易易产产生生振振荡荡,特特别别是是当当滤滤波波电电容容远远离离芯芯片片时时,这这时时可可在在芯芯片片输输入入端端附附近近并并联联一一个个电电容容,一一般般在在0.11F之之间间.而而在在稳稳压压器器输输出出端端常常接接一一个个1F的的电电容容Co,当当瞬瞬时时增增减减负负载载电电流流时时不不致引起输出电压有较大的波动致引起输出电压有较大的波动.(3)在在稳稳压压器器

26、输输入入、输输出出端端接接一一个个保保护护二二极极管管,可可防防止止输输入入电电压压突突然然降降低低时时,输输出出电电容容对对输输出出端端放放电电引引起起三三端端集成稳压器的损坏集成稳压器的损坏.(4)大功率稳压电源大功率稳压电源,应在电路上安装足够大的散热器应在电路上安装足够大的散热器.4.4.稳压电源的主要性能指标稳压电源的主要性能指标稳压电源的主要性能指标稳压电源的主要性能指标 稳稳压压电电源源的的性性能能指指标标有有特特性性指指标标和和质质量量指指标标两两种种。前前者者是是指指明明使使用用的的范范围围，如如输输出出电电流流Io的的大大小小、输输出出电电压压Uo的调节范围等；而后者则表明稳压质量的好坏。的调节范围等；而后者则表明稳压质量的好坏。(1).纹波系数纹波系数 (2).稳压系数稳压系数 Sn (3).输出电阻输出电阻 Ro (4).温度系数温度系数 KT