第十章直流電源

1、第十章直流電源圖 10-1 直流穩(wěn)壓電源的組成框圖 10.1 直流穩(wěn)壓電源的組成直流穩(wěn)壓電源的組成 電 源變 壓 器整 流電 路 220 V / 50 Hz濾 波電 路穩(wěn) 壓電 路負(fù) 載 整流電路（rectifier）的作用是將交流電變換成單方向的直流電。 整流電路種類較多， 按整流元件的類型，分二極管整流和可控硅整流；按交流電源的相數(shù)，分單相和多相整流； 按流過負(fù)載的電流波形，分半波和全波整流；按輸出電壓相對(duì)于電源變壓器次級(jí)電壓的倍數(shù)，又分一倍壓、 二倍壓及多倍壓整流等。 10.2 整流電路和濾波電路整流電路和濾波電路 10.2.1 單相半波整流電路單相半波整流電路 1. 工作原理工作原理

2、單相半波整流電路是一種最簡(jiǎn)單的整流電路， 電路組成如圖10 - 2所示。設(shè)二極管VD為理想二極管， RL為純電阻負(fù)載。 交流電網(wǎng)電壓經(jīng)電源變壓器降壓后， 變?yōu)檎麟娐沸枰慕涣麟妷?tUusin222U2為其有效值。在u2正半周，a端電位高于b端電位，故VD導(dǎo)通。 電流流經(jīng)的路徑為a端VDRLb端，若忽略變壓器次級(jí)內(nèi)阻， 則RL端電壓即電路的輸出電壓為 tUuuosin222在u2負(fù)半周，b端電位高于a端電位，故VD截止，且 0ouu2及uo波形如圖8-3所示。由圖可見，正弦交流電壓u2經(jīng)半波整流后變?yōu)閱我环较虻闹绷麟妷簎o。 圖 10-2 單相半波整流電路 220 V50 Hzbu2RLuo

3、aioVD圖 10-3 半波整流電路波形圖 u2OVD導(dǎo)通22U23422UOVD截止VD導(dǎo)通VD截止uott2. 主要參數(shù)主要參數(shù)（1） 輸出電壓平均值Uo。 將圖10-3所示的輸出電壓uo用傅里葉級(jí)數(shù)展開得 tttUuo4cos1522cos32sin21122其中的直流分量即為輸出電壓平均值Uo，即 2245. 02UUUo(10-1) (10-2) Uo越高，表明整流電路性能越好。 （2） 輸出電流平均值Io LLooRURUI245. 0(10-3) （3） 輸出電壓脈動(dòng)系數(shù)S。 由式(10-1)可見，除直流分量外， uo還有不同頻率的諧波分量。如第二項(xiàng)為基波，第三項(xiàng)為二次諧波，它們

4、反映了uo的起伏或者說脈動(dòng)程度。其中基波峰值與輸出電壓平均值之比定義為輸出電壓的脈動(dòng)系數(shù)S（ripple factor）， 則半波整流電路的脈動(dòng)系數(shù)為 57. 1/22/222UUS(10-4) S越小，表明輸出電壓的脈動(dòng)越小，整流電路性能越好。 單相半波整流電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只需一只整流二極管，但輸出電壓脈動(dòng)大，平均值低。將其改進(jìn)之后可得到單相全波整流電路。 10.2.2 單相全波整流電路單相全波整流電路 圖 10-4 單相全波整流電路VD1220 V50 Hzu21RLu22VD2uo圖 10-5 全波整流電路波形圖 OOu21VD1導(dǎo) 通VD2截 止22Uu2234u2222UuoVD2導(dǎo)

5、通VD1截 止VD1導(dǎo) 通VD2截 止VD2導(dǎo) 通VD1截 止tt將uo用傅里葉級(jí)數(shù)展開得 ttUuo4cos1542cos34222(10-5) 故全波整流電路的輸出電壓平均值為 229 . 022UUUo(10-6) 輸出電流平均值為 LLooRURUI29 . 0(10-7) 輸出電壓脈動(dòng)系數(shù)為 67. 0/22)3/(2422UUS(10-8) 10.2.3 單相橋式整流電路單相橋式整流電路 1. 工作原理工作原理 單相橋式整流電路（bridge rectifier circuit）如圖10-6所示。 與單相全波整流電路相比，橋式整流電路的變壓器次級(jí)無(wú)中心抽頭，但二極管數(shù)目增加，由四個(gè)

6、二極管VD1VD4構(gòu)成整流橋。 仍設(shè)，VD1VD4均為理想二極管。 u2正半周，a端電位高于b端電位，故VD1、VD3導(dǎo)通，VD2、 VD4截止，電流流經(jīng)路徑為a端VD1RLVD3b端（如圖中實(shí)心箭頭所指）；u2負(fù)半周，b端電位高于a端電位，VD2、VD4導(dǎo)通， VD1、VD3截止，電流路徑為b端VD2RLVD4a端（流經(jīng)負(fù)載RL時(shí)，方向如圖中空心箭頭所指）。即兩對(duì)交替導(dǎo)通的二極兩對(duì)交替導(dǎo)通的二極管引導(dǎo)正、管引導(dǎo)正、 負(fù)半周電流在整個(gè)周期內(nèi)以同一方向流過負(fù)載負(fù)半周電流在整個(gè)周期內(nèi)以同一方向流過負(fù)載，u2及uo波形如圖10-7所示。 tUusin222圖 10-6 單相橋式整流電路 VD4RLu

7、o 220 V50 Hzabu2VD3VD2VD1io圖 10-7 橋式整流電路波形圖 u2O22U234Ouo22UVD1VD3導(dǎo)通VD2VD4截止VD2VD4導(dǎo)通VD1VD3截止VD1VD3導(dǎo)通VD2VD4截止VD2VD4導(dǎo)通VD1VD3截止tt 2. 二極管的選擇二極管的選擇 橋式整流電路對(duì)整流二極管的參數(shù)要求主要有兩項(xiàng)： （1） 最大整流電流IF。 圖10-6中流過每個(gè)二極管的電流平均值 LoDRUII245. 02(10-9) 再考慮到電網(wǎng)電壓可能有10%的波動(dòng)，故應(yīng)保證 LDFRUII245. 01 . 11 . 1(10-10) （2） 最大反向工作電壓UR。圖10-6中每個(gè)二極

8、管截止時(shí)承受的最大反向電壓為 22UUD考慮到電網(wǎng)電壓可能有10%的波動(dòng)，故應(yīng)保證 221 . 11 . 1UUUDR 為方便對(duì)照，現(xiàn)將單相半波整流、全波整流和橋式整流的主要參數(shù)示于表。由表可知，橋式整流電路的性能最佳。目前市場(chǎng)上有不同性能指標(biāo)的整流橋堆產(chǎn)品，實(shí)際使用時(shí)只需將電源變壓器與整流橋堆相連即可， 非常方便。 表表10.1 三種整流電路主要參數(shù)對(duì)比三種整流電路主要參數(shù)對(duì)比 10.2.4 濾波電路濾波電路 整流電路的輸出雖為單一方向的直流電，但因其含有較大的諧波成分，故波形起伏明顯，脈動(dòng)系數(shù)大，不能適應(yīng)大多數(shù)電子設(shè)備的需要。 一般整流電路之后， 還需接入濾波電路（filters）以濾除諧

9、波成分，使脈動(dòng)的直流電變?yōu)楸容^平滑的直流電。 1. 電容濾波電容濾波 在橋式整流電路的基礎(chǔ)上，輸出端并聯(lián)一個(gè)電容C就構(gòu)成了電容濾波電路（capacitance filter）， 如圖10-8(a)所示。 圖 10-8 單相橋式整流電容濾波電路及工作波形 (a) 電路； (b) 理想情況下uo波形； (c) 二極管電流波形 dba(b)OctOiD1, iD3(c)RLVD4220 V50 Hzu2VD3VD2VD1Cuo(a)iDuoiD2, iD4VD1VD3導(dǎo)通VD2VD4導(dǎo)通t 可見，電容濾波是通過電容的儲(chǔ)能作用（充放電過程）， 即在u2升高時(shí)，把部分能量?jī)?chǔ)存起來(lái)（充電），在u2降低時(shí)，

10、 又把儲(chǔ)存的能量釋放出來(lái)（放電），從而在負(fù)載RL上得到一個(gè)比較平滑的、近似鋸齒形的輸出電壓uo，使其脈動(dòng)程度大為降低，并且平均值提高。 若設(shè)整流電路內(nèi)阻（即變壓器次級(jí)內(nèi)阻與二極管導(dǎo)通電阻之和）為R， 則電容C的充電時(shí)間常數(shù) CRCRRLc)/(放電時(shí)間常數(shù) CRL1 通常RLR，故濾波效果取決于放電時(shí)間常數(shù)f。C和RL越大，f就越大，電路的放電過程更緩慢，因而輸出電壓更平滑，平均值更高。一般情況下，可按下式計(jì)算Uo，即 22 . 1 UUo(10-13) 例如已知正弦波頻率f=50 Hz（即T=0.02 s），若設(shè)C=2500 F， RL=1 k，則 %2 . 0102. 0105 . 210

11、4133S可見輸出電壓的脈動(dòng)程度大為降低。 使用電容濾波電路時(shí)還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： （1）電容濾波適用于負(fù)載電流Io較小且變化不大的場(chǎng)合。 原因是，當(dāng)Io=0（即負(fù)載RL開路）時(shí)，電容充電至 后不再放電，故有 ；隨著Io的增大（或負(fù)載RL的減?。?C的放電時(shí)間常數(shù)f減小，放電加速，Uo將明顯減小。 （2）所需電容容量較大，至少應(yīng)滿足RLC(35) 的條件。由于一般采用電解電容，因此使用時(shí)要特別注意正負(fù)極性不能接反， 否則電容會(huì)被擊穿。 22U22UUo （3） 流過每個(gè)二極管的沖擊電流很大。由于增加了電容支路，流過每個(gè)二極管的電流比未并聯(lián)電容之前增大，但每個(gè)二極管的導(dǎo)通時(shí)間反而減小，因此在二極

12、管導(dǎo)通的短暫時(shí)間內(nèi)， 將有很大的沖擊電流流過，如圖 10-8(c)所示。這一點(diǎn)在選擇二極管時(shí)必須注意，應(yīng)選擇最大整流電流IF較大的管子。 【例10-1】橋式整流電容濾波電路如圖10-9所示，已知輸出電壓Uo=-30 V，RL=200 ，電源頻率f=50 Hz。試問 （1）電容C的極性如何？ （2）變壓器次級(jí)電壓u2的有效值為多少？若電網(wǎng)電壓的波動(dòng)范圍為10%，求電容耐壓值。 （3）電容C開路或短路時(shí)，電路會(huì)產(chǎn)生什么后果？ 圖 10-9 例10-1電路圖 u2CVD4RLuo220 V50 HzabVD1VD3VD2 解解（1） 電容C的極性。分析電路可知，負(fù)載電流將自下而上流過RL，所以電容極

13、性應(yīng)上負(fù)下正。 （2）變壓器次級(jí)電壓u2的有效值及電容耐壓值。據(jù)式(10-13)有 VUUo252 . 1302 . 12 電路空載時(shí)電容將承受最大電壓， 再考慮電網(wǎng)電壓的波動(dòng)， 則電容耐壓應(yīng)為 VUUCM9 .382521 . 121 . 12同時(shí)電容容量應(yīng)滿足的要求，若取RLC=2T， 則有 2)53(TCRLFRTCL2005020022所以實(shí)際可選取200 F/50 V的電解電容。 （3） 電容C開路時(shí)，電路變?yōu)閱蜗鄻蚴秸鳎视蠻oU2=0.925=22.5V而當(dāng)電容C短路時(shí)，即負(fù)載被短路，Uo=0 V，VD1VD4將因電流過大而損壞。 2. 電感濾波電感濾波 當(dāng)負(fù)載電流較大時(shí)，電容

14、濾波已不適合，這時(shí)可選用電感濾波（inductance filter），如圖10-10所示（圖中的橋式整流部分采用了簡(jiǎn)化畫法）。 圖 10-10 單相橋式整流電感濾波電路 RLu2L220 V50 Hzuo 電感與電容一樣具有儲(chǔ)能作用。當(dāng)u2升高導(dǎo)致流過電感L的電流增大時(shí)，L中產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)能阻止電流的增大，并且將一部分電能轉(zhuǎn)化成磁場(chǎng)能儲(chǔ)存起來(lái)；當(dāng)u2降低導(dǎo)致流過L的電流減小時(shí)，L中的自感電動(dòng)勢(shì)又能阻止電流的減小，同時(shí)釋放出存儲(chǔ)的能量以補(bǔ)償電流的減小。這樣，經(jīng)電感濾波后，輸出電流和電壓的波形也可以變得平滑，脈動(dòng)減小。顯然，L越大，濾波效果越好。 由于L上的直流壓降很小，可以忽略，故電感濾波電

15、路的輸出電壓平均值與橋式整流電路相同，即 UoU2 3. 復(fù)式濾波復(fù)式濾波 為了進(jìn)一步提高濾波效果，使輸出電壓脈動(dòng)更小，可以采用復(fù)式濾波的方法。圖10-11為幾種常用的復(fù)式濾波電路結(jié)構(gòu)及其輸出特性。 由圖可見，RC-型濾波在Io增加時(shí)，其輸出特性較電容濾波為差；LC-型濾波的輸出特性與電容濾波類似；LC濾波的輸出特性較電感濾波更佳。實(shí)際電路中以電容濾波的應(yīng)用最為廣泛， 它適用于負(fù)載電流較小且變化不大的場(chǎng)合；在電容濾波、RC-型濾波和LC-型濾波中，電容容量的選擇均應(yīng)滿足RLC(35) ；雖然電感濾波和LC濾波的輸出特性較好，帶負(fù)載能力強(qiáng)， 適用于大電流或負(fù)載變化大的場(chǎng)合，但因電感濾波器體積大，

16、十分笨重， 故通常只用于工頻大功率整流或高頻電源中。 2T圖 10-11 復(fù)式濾波電路RC-型濾波電路； (b) LC濾波電路；(a) (c) LC-型濾波電路； (d) 輸出特性曲線 RLu2RC1(b)(a)IOUoO0.9U2電容濾波電感濾波RC-型濾波LC濾波(d)C2uoRLu2CuoRLu2C2uoC1LL(c)22ULC-型濾波10.3 串聯(lián)型穩(wěn)壓電源串聯(lián)型穩(wěn)壓電源 整流濾波電路將交流電變換成了比較平滑的直流電，但輸出電壓Uo仍會(huì)受到下列因素的影響： (1) 電網(wǎng)電壓通常允許有10%的波動(dòng)，這將造成Uo按相同的比例變化； (2) 輸出電流（即負(fù)載電流）Io通常是作為其它電子電路的

17、供電電流，可能會(huì)經(jīng)常變動(dòng)，Uo將隨Io的變化（或負(fù)載阻值RL的變化）而變化。 穩(wěn)壓電路的作用就是消除上述兩項(xiàng)變動(dòng)因素對(duì)輸出電壓的影響，獲得穩(wěn)定性好的直流電壓。 10.3.1 穩(wěn)壓電路的性能參數(shù)穩(wěn)壓電路的性能參數(shù) 穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓性能主要可通過穩(wěn)壓系數(shù)Sr（coefficient of voltage stabilization）和輸出電阻Ro兩項(xiàng)參數(shù)來(lái)衡量。穩(wěn)壓系數(shù)Sr定義為在固定負(fù)載條件下，輸出電壓變化量Uo與輸入電壓變化量Ui之比, 即 常數(shù)LRiorUUS(10-16) 工程上還有一個(gè)類似的概念，稱為電壓調(diào)整率Su，是指當(dāng)輸入電壓變化10%時(shí)的輸出電壓變化量Uo。 穩(wěn)壓系數(shù)和電壓調(diào)整率穩(wěn)壓

18、系數(shù)和電壓調(diào)整率均表征了穩(wěn)壓電路抗電網(wǎng)電壓波動(dòng)能力的大小均表征了穩(wěn)壓電路抗電網(wǎng)電壓波動(dòng)能力的大小，Sr或Su越小， 電路的穩(wěn)壓性能越好。 輸出電阻定義為在固定輸入電壓條件下，負(fù)載變化產(chǎn)生的輸出電壓變化量Uo與負(fù)載輸出電流變化量Io之比, 即 常數(shù)iUoooIUR(10-17) 工程上也有一個(gè)類似的概念，稱為電流調(diào)整率Si，是指當(dāng)Io在0Iomax范圍內(nèi)變化時(shí)的輸出電壓變化量Uo。輸出電阻和電流調(diào)整輸出電阻和電流調(diào)整率均表征了穩(wěn)壓電路抗負(fù)載變化能力的大小率均表征了穩(wěn)壓電路抗負(fù)載變化能力的大小，Ro或Si越小，電路的穩(wěn)壓性能越好。 【例例10-2】穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路如圖10-12(a)所示。已知Ui=

19、25 V， 波動(dòng)范圍10%。穩(wěn)壓管穩(wěn)定電壓UZ=10 V，穩(wěn)壓管電流IDZ的允許變化范圍為1060 mA。負(fù)載電阻RL的變化范圍為15 k。 （1） 試確定限流電阻R的取值范圍； （2） 若R為400，穩(wěn)壓管動(dòng)態(tài)電阻rZ為10 ，估算電路的穩(wěn)壓系數(shù)Sr和輸出電阻Ro。 圖 10-12 例10-2電路圖(a) 電路； (b) 微變等效電路 rZUiR(b)(a)UzRLuiRIRIDZIoUoRLUo 解解 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路（zener voltage regulator）是一種最簡(jiǎn)單的直流穩(wěn)壓電路。當(dāng)UiUZ 時(shí)，穩(wěn)壓管工作于反向擊穿區(qū)，只要穩(wěn)壓管電流在允許的范圍內(nèi)，其端電壓就能基本保持不變，穩(wěn)

20、壓管的這種電流調(diào)節(jié)作用是其作為穩(wěn)壓電路的工作基礎(chǔ)。 （1）限流電阻R的取值范圍。由圖10-12(a)可知，當(dāng)Ui=Uimax、 Io=Iomin時(shí)，IDZ最大，此時(shí)應(yīng)保證 mAIRUUoZi60minmax即 282002. 006. 0105 .27minmaxmaxoZZiIIUUR當(dāng)Ui=Uimin、Io=Iomax時(shí)，IDZ最小，此時(shí)應(yīng)保證 mAIRUUoZi10maxmin即 62501. 001. 0105 .22maxminminoZZiIIUUR因此，限流電阻R的取值范圍為282625 。 （2） 電路的穩(wěn)壓系數(shù)和輸出電阻 圖10-12(a)的微變等效電路如圖(b)所示。 則有

21、 024. 01040010/ZZLZLZiorrRrRrRRrUUS10/ZZooorrRIUR10.3.2 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作原理串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作原理 由穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路演變而來(lái)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路曾經(jīng)是穩(wěn)壓電源領(lǐng)域中使用最多的一種，雖然目前這種電路已基本上為集成穩(wěn)壓電源所取代，但它的電路原理仍然是集成穩(wěn)壓電源內(nèi)部電路的基礎(chǔ)。 圖10-13是串聯(lián)型穩(wěn)壓電路（series voltage regulator）原理圖。 其中，Ui是經(jīng)整流濾波后的不穩(wěn)定輸入電壓，Uo為穩(wěn)定輸出電壓。電阻R1、R2、R3構(gòu)成取樣電路，采集輸出電壓的變化量； 限流電阻R和穩(wěn)壓管VDZ構(gòu)成基準(zhǔn)電壓電路，為比較放大電路

22、A提供一個(gè)穩(wěn)定性較高的直流基準(zhǔn)電壓UREF；三極管V稱為調(diào)整管， 其管壓降UCE為Ui與Uo之差。由于取樣電路電流IR1遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于負(fù)載電流Io，調(diào)整管V與負(fù)載RL近似串聯(lián)，故稱串聯(lián)型穩(wěn)壓電路串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。 圖 10-13 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路原理圖 VVDZR1R2RuIR1IocbeUREFuiR2R2RLR3UoA 當(dāng)由于某種原因（如電網(wǎng)電壓波動(dòng)或負(fù)載電流變化等）使輸出電壓Uo增大時(shí)，取樣電壓 oURRRRRu3213 2也隨之增大，加在A同相端的UREF與加在反相端的u-相比較，兩者的差值被放大后送至調(diào)整管V的基極，使基極電位UB降低，由于電路為射極輸出形式，故Uo也隨UB的降低而降低，即Uo

23、得到了穩(wěn)定。此時(shí)Ui-Uo增大的部分全部由調(diào)整管V承擔(dān)，這是通過基極電位UB降低，基極電流IB和集電極電流IC隨之減小, 導(dǎo)致CE增大而自動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。整個(gè)過程可概括為 Uou-UBUo當(dāng)Uo減小時(shí)，同理有Uou-UBUo 由上述分析可知，串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓過程實(shí)質(zhì)上是通過負(fù)反饋實(shí)現(xiàn)的，且為電壓串聯(lián)負(fù)反饋。調(diào)整管V在穩(wěn)壓過程中起到了關(guān)鍵作用，其管壓降UCE可隨IC的變化而自動(dòng)調(diào)整，這正是調(diào)整管名稱的由來(lái)。 由圖10-13可得， UB=Aud(UREF-u-)Uo 即 FAAUUududREFo1式中Aud為比較放大電路的電壓增益， 為反饋系數(shù)。 在深度負(fù)反饋條件下，AudF1，所以 3213 2

24、RRRRRFREFREFoURRRRUFU232111(10-20) (10-19) 【例10-3】串聯(lián)型穩(wěn)壓電路如圖10-13所示。已知穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓UZ=6 V，R1=2 k， R2=1 k，R3=1 k。試問 （1） 輸出電壓Uo的調(diào)節(jié)范圍？ （2） 若Ui為30 V，RL的變化范圍為100300 ，限流電阻R為400 ，則調(diào)整管V在什么時(shí)刻功耗最大？其值多少？ 解解（1）輸出電壓Uo的調(diào)節(jié)范圍。 當(dāng)R2的滑動(dòng)端位于最上方時(shí)，Uo有最小值Uomin，即 VURRRRRUZo1232321min當(dāng)R2的滑動(dòng)端位于最下方時(shí)，Uo有最大值Uomax，即VURRRRUZo243321max因此

25、，輸出電壓Uo的調(diào)節(jié)范圍為1224 V。 （2） 調(diào)整管的最大功耗。 調(diào)整管功耗可表示為 PC=UCEIC(Ui-Uo)(IR1+Io) 其中, 。min3211,LoooRRUIRRRUI 當(dāng) 0oCdUdP即 0)(min321oLoooidURURRRUUUd(10-22) 時(shí)，PC有最大值。將Ui=30 V，RLmin=100 代入式(10 - 22)， 解之得Uo=15 V即Uo=15 V時(shí)，調(diào)整管V有最大功耗，其值為 WPCM31. 210015400015)1530(10.3.3 三端集成穩(wěn)壓器三端集成穩(wěn)壓器 如果將調(diào)整管、比較放大電路、基準(zhǔn)電源、取樣電路及連接導(dǎo)線等制作在一片硅

26、片上，就構(gòu)成了集成穩(wěn)壓電路。其中， 三端集成穩(wěn)壓器因其體積小、性能穩(wěn)定、價(jià)格低廉、使用方便， 目前得到了廣泛應(yīng)用。 所謂“三端”，就是該集成穩(wěn)壓器只有三個(gè)引出端，因而能以最簡(jiǎn)方式接入電路。三端集成穩(wěn)壓器按功能分為固定式和可調(diào)式兩類，下面以圖10-14所示的W7800和W117為例，分別對(duì)這兩類電路加以介紹。 圖 10-14 三端穩(wěn)壓器的方框圖(a) 固定式W7800； (b) 可調(diào)式W117 W7800(b)(a)123輸出端公共端輸入端W117123輸出端輸入端調(diào)整端 1. W7800三端穩(wěn)壓器三端穩(wěn)壓器 W7800系列芯片的輸出電壓為固定值， 有5 V、 6 V、 9 V、 12 V、 1

27、5 V、 18 V和24 V七種，其型號(hào)的后兩位數(shù)字即表示輸出電壓；輸出電流有1.5 A（W7800）、0.5 A（W78M00）和0.1 A（W78L00）三種。 例如, W7805就表示輸出電壓為5 V， 最大輸出電流為1.5 A。 W7805的簡(jiǎn)化框圖如圖8 -15所示，三個(gè)引出端分別為不穩(wěn)定電壓Ui輸入端（1端）、穩(wěn)定電壓Uo輸出端（2端）以及公共接地端（3端）。主要包括啟動(dòng)電路、基準(zhǔn)電壓電路、比較放大電路、 調(diào)整管、取樣電路和保護(hù)電路等部分。啟動(dòng)電路僅在剛通電時(shí)起作用，幫助恒流源建立工作點(diǎn)，使基準(zhǔn)電壓電路、比較放大電路和調(diào)整管等投入正常工作，一旦輸出電壓Uo建立，啟動(dòng)電路即停止工作。

28、V3、V4、VD5、VD6和R2組成能隙基準(zhǔn)電壓電路（bandgap reference circuit），它能夠?yàn)榉€(wěn)壓電路提供十分穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓。取樣信號(hào)來(lái)自R20和R19的分壓，它與基準(zhǔn)電壓相比較，兩者的差值經(jīng)由V3、V4構(gòu)成的共射放大電路放大，去調(diào)節(jié)由V16、 V17構(gòu)成的調(diào)整管的管壓降，最終達(dá)到穩(wěn)壓目的。保護(hù)電路包括過流保護(hù)、短路保護(hù)、調(diào)整管安全工作區(qū)保護(hù)和芯片過熱保護(hù)等， 其主要目的都是保證調(diào)整管能夠安全工作，不至損壞。 圖 10-15 W7805簡(jiǎn)化框圖 Ui123VD6R2R14Uo基準(zhǔn)電壓電路比較放大電路調(diào)整管輸入端公共端取樣電路輸出端啟動(dòng)電路VD5V3V4IC8保護(hù)電路R17

29、V16V17R11R20R19IC9IC2 2. W117三端穩(wěn)壓器三端穩(wěn)壓器 W117是一種只需外接很少元件就能輸出可調(diào)電壓的三端集成穩(wěn)壓器，輸出電流有1.5 A（W117）、 0.5 A（W117M）和0.1 A（W117L）三種。 其原理框圖如圖10-16所示，三個(gè)引出端分別為不穩(wěn)定電壓Ui輸入端（1端）、穩(wěn)定電壓Uo輸出端（2端）以及調(diào)整端（3端）。由圖可見，該電路仍然是通過電壓負(fù)反饋?zhàn)饔?，將輸出電壓的變化量放大后，反饋控制調(diào)整管的管壓降， 使輸出電壓自動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)， 從而維持穩(wěn)定。 調(diào)整端是基準(zhǔn)電壓調(diào)整端是基準(zhǔn)電壓電路的公共端電路的公共端，由于該端的端電流Iadj很小（約50 A），因

30、而當(dāng)外接調(diào)整電阻R1、R2后，輸出電壓為 (10- 23) 式中, 基準(zhǔn)電壓UREF的典型值為1.25 V。 REFoURRU121圖 10-16 W117的原理框圖 R2Ui123基準(zhǔn)電壓電路保護(hù)電路UREF輸出端輸入端I1I2調(diào)整管Iadj調(diào)整端R1UoA10.3.4 三端集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用三端集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用 1. W7800的應(yīng)用的應(yīng)用基本應(yīng)用電路如圖10-17所示。W7800的輸出電壓Uo為某一固定值， 等于輸出端（2端）與公共端（3端）之間的電位差，即Uo=U23。 其中，Uo允許有5%的偏差。為使三端穩(wěn)壓器能正常工作，Ui與Uo之差應(yīng)大于35 V，且Ui35 V。C1和C2用于防止

31、自激振蕩，減小高頻噪聲和改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)。當(dāng)輸出電壓Uo較高且C2容量較大時(shí)，輸入端和輸出端之間應(yīng)跨接保護(hù)二極管VD， 因?yàn)檩斎攵艘坏┒搪?，C2端電壓將反向作用于調(diào)整管，易造成調(diào)整管的損壞。而加VD之后，當(dāng)輸入端發(fā)生短路時(shí)，C2上的電壓可通過V#-D經(jīng)穩(wěn)壓器內(nèi)部電路放電。此外，還必須注意防止穩(wěn)壓器的公共接地端開路。因?yàn)楫?dāng)接地端斷開時(shí)，輸出電壓接近于不穩(wěn)定的輸入電壓，即Uo=Ui，可能使負(fù)載過壓受損。 圖 10-17 W7800的基本應(yīng)用電路 123UiRLVDC2C1W7800Uo 由于W7800的輸出電流有限（只有1.5 A、0.5 A、0.1 A三種），若所需負(fù)載電流IL超過穩(wěn)壓器的最大

32、輸出電流Iomax，可采用外接功率管的方法來(lái)擴(kuò)大輸出電流，如圖10-18所示。外接功率管V為NPN型硅管，若其發(fā)射結(jié)壓降為UBE，電流放大系數(shù)為， 則負(fù)載電流最大可達(dá)ILmax=(1+)(Iomax-IR) 二極管VD的作用是為抵消UBE對(duì)Uo的影響，維持輸出電壓的穩(wěn)定。因?yàn)楫?dāng)UBE=UD時(shí)，Uo=IRR=U23。 圖10-18 以上輸出電壓Uo均為正值。許多電子設(shè)備均需正、負(fù)雙電源供電，此時(shí)可將W7800和W7900配合使用，如圖10-19所示。 W7900系列屬于負(fù)壓輸出，即輸出端對(duì)公共端呈負(fù)電壓，它的電路結(jié)構(gòu)和工作原理與W7800類似。W7900的輸出電壓有-5 V、 -6 V、-9 V

33、、-12 V、-15 V、-18 V和-24 V等七種，輸出電流有1.5 A、 0.5 A和0.1 A等三種。圖中由于負(fù)載與電源公共地未接通， 因此需增加二極管VD、VD起保護(hù)作用。需要特別注意的是， 當(dāng)采用TO-3封裝的7800系列時(shí)，其金屬外殼為地端，而同樣封裝的7900系列，其金屬外殼為負(fù)壓輸入端。因此，由兩者構(gòu)成多路穩(wěn)壓電源時(shí)，若將7800的外殼接印制板的公共地，7900系列的外殼及散熱器就必須與印制板的公共地絕緣，否則將造成電源短路。 圖 10-19 正、負(fù)輸出穩(wěn)壓電路 VD UiW7800C1RLW7900 UiC1C2C2VD Uo Uo 【例10-4】圖10-20為三端集成穩(wěn)壓

34、器W7805構(gòu)成的輸出電流為1 A的恒流源電路。已知芯片2端和3端之間的電位差為5 V，穩(wěn)壓器的電壓調(diào)整率Su為10 mV/V。 （1） 若IW可忽略，求電阻R的阻值； （2） 求恒流源的輸出動(dòng)態(tài)電導(dǎo)。 圖10-20 例10-4電路圖 UoC1Ui123RIWW7805C2RLIo解解 (1）電阻R的阻值。由于U23=5 V，且IW可忽略，故 ARRUIo1523即R=5 。 （2） 恒流源的輸出動(dòng)態(tài)電導(dǎo)。 ooodUdIg將代入上式，得 RUIo2350012510132323mSRSRdUdURdUdUguoo即電路可等效為一個(gè)輸出電流為 1 A、內(nèi)阻為500 的恒流源。 2. W117的

35、應(yīng)用的應(yīng)用 W117的主要應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)輸出電壓可調(diào)的穩(wěn)壓電路。 【例10-5】由W117組成的可調(diào)穩(wěn)壓電路如圖10 - 21所示。已知UREF=1.25 V，R1=240 。為獲得37 V的輸出電壓，試求R2的最大阻值。 圖 10-21 例10-5電路圖 C1123UiR1W117R2C3IadjC2Uo 解解 圖10-21電路中，為保證穩(wěn)壓器空載時(shí)也能正常工作， R1一般取為240 。R2的大小則可根據(jù)輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍來(lái)確定：當(dāng)其滑動(dòng)端位于最下方時(shí)，R2=0，Uo=U23=1.25 V；當(dāng)其滑動(dòng)端位于最上方時(shí)，R2最大, 如要使Uo=37 V，則由于 212125. 125. 1RRRIRUUUadjREFREFo即 224025. 125. 137R所以 kR86. 62*10.4 開關(guān)型穩(wěn)壓電路開關(guān)型穩(wěn)壓電路 開關(guān)型穩(wěn)壓電路（switching mode regulating circuit）可克服上述不足。它的調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)開關(guān)狀態(tài)，要么飽和導(dǎo)通，要么截止。調(diào)整管飽和導(dǎo)通時(shí)，雖電流較大，但管壓