簡明集成穩(wěn)壓器應(yīng)用手冊

1、簡明集成穩(wěn)壓器應(yīng)用手冊集成穩(wěn)壓器的分類：1. 根據(jù)電路穩(wěn)壓穩(wěn)壓原理進(jìn)行分類：l 串聯(lián)調(diào)整式：串聯(lián)調(diào)整式穩(wěn)壓器的調(diào)整元件串聯(lián)在不穩(wěn)定的輸入電壓端與穩(wěn)定的輸出電壓端之間，通過等效電阻的變化來保持輸出電壓的不變。半導(dǎo)體集成穩(wěn)壓器大多屬于串聯(lián)調(diào)整式穩(wěn)壓器。l 并聯(lián)調(diào)整式：并聯(lián)調(diào)整式穩(wěn)壓器的調(diào)整元件與負(fù)載并聯(lián)，通過并聯(lián)元件等效電阻的變化來保持輸出電壓不變。串聯(lián)、并聯(lián)調(diào)整式穩(wěn)壓器統(tǒng)稱為線性集成穩(wěn)壓器。l 開關(guān)調(diào)整式：開關(guān)調(diào)整式穩(wěn)壓器的調(diào)整元件工作在開關(guān)狀態(tài)，一般串接在輸入端與輸出端之間，并通過改變自身的開啟和關(guān)閉時間來保持輸出電壓的不變。2. 根據(jù)穩(wěn)壓器的外形結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類：l 多端式：穩(wěn)壓器的外引出線數(shù)目

2、超過三個的。l 三端式：3. 根據(jù)輸出電壓能否調(diào)整進(jìn)行分類：l 固定輸出電壓式：該類穩(wěn)壓器輸出電壓由制造廠商預(yù)先調(diào)整好（其輸出電壓數(shù)值往往為常用的標(biāo)準(zhǔn)值），使用時輸出電壓不能調(diào)節(jié)。l 可調(diào)輸出電壓式：該類穩(wěn)壓器的輸出電壓可通過少數(shù)外接元件在較大范圍內(nèi)調(diào)整。根據(jù)使用要求調(diào)節(jié)外接元件值，便可獲得所需的輸出電壓。集成穩(wěn)壓器主要電參數(shù)1. 質(zhì)量參數(shù)：l 電壓調(diào)整率Sv：表征穩(wěn)壓器穩(wěn)壓性能優(yōu)劣的主要指標(biāo)，又稱為穩(wěn)壓系數(shù)或穩(wěn)定度。它表征當(dāng)輸入電壓Vi變化時穩(wěn)壓器輸出電壓Vo穩(wěn)定的程度。通常以單位輸出電壓下的輸入和輸出電壓相對變化的百分比表示Vi/(Vo*Vo)×100%，也有以輸出電壓和輸入電壓

3、相對變化的百分比表示的Vi/Vo×100%（當(dāng)穩(wěn)壓器的負(fù)載不變時），此外，也有以輸出電壓變化的絕對值表示的Vo.l 電流變化率Si:是反映穩(wěn)壓器負(fù)載能力的一項主要指標(biāo)，又稱為電流穩(wěn)定系數(shù)，它表征當(dāng)輸入電壓不變時，穩(wěn)壓器對由于負(fù)載電流（輸出電流）的變化而引起的輸出電壓波動的抑制能力。在規(guī)定的負(fù)載電流變化值條件下，通常以單位輸出電壓下的輸出電壓變化率的百分比來表示穩(wěn)壓器的電流調(diào)整率Vo/Vo×100%,或者以輸出電壓變化的絕對值表示|Vo|，（在規(guī)定的負(fù)載電流變化范圍內(nèi)）。l 紋波抑制比SR:反映了穩(wěn)壓器對輸入端引入的市電紋波電壓的抑制能力。當(dāng)穩(wěn)壓器的輸入和輸出條件保持不變時，

4、穩(wěn)壓器的紋波抑制比常以紋波電壓峰-峰值與輸出紋波電壓峰值之比來表示，一般用分貝表示，也有用百分?jǐn)?shù)表示的。l 輸出電壓溫度系數(shù)ST:又稱為輸出電壓溫度變化率。它是指當(dāng)輸入電壓和輸出電流（負(fù)載電流）保持不變時，穩(wěn)壓器輸出電壓隨溫度的變化而變化的大小。通常以由單位溫度變化所引起的輸出電壓的相對變化率（百分?jǐn)?shù)）來表示(Vo/Vo×100%)/l 輸出電壓長期穩(wěn)定性SL:表征輸出電壓值隨時間變化的大小（當(dāng)輸入電壓、輸出電流和環(huán)境溫度保持不變時.）l 輸出噪聲電壓VN:有一些大功率集成穩(wěn)壓器以熱穩(wěn)定性這一指標(biāo)來表征穩(wěn)壓器的熱穩(wěn)定性能。通常以穩(wěn)壓器單位功耗所引起的輸出電壓相對變化的百分比來表示。(

5、Vo/Vo×100%)/Wl 溫度穩(wěn)定性：是以在所規(guī)定的穩(wěn)壓器工作溫度最大變化范圍內(nèi)穩(wěn)壓器輸出電壓的相對變化的百分比值來表示。2. 工作參數(shù)：l 輸出電壓范圍：穩(wěn)壓器能夠正常工作的輸出電壓范圍，這一參數(shù)的上限一般是由穩(wěn)壓器的最大輸入電壓和最小輸入-輸出電壓差所決定的，而其下限則由穩(wěn)壓器內(nèi)部的基準(zhǔn)電壓值決定。l 最大輸入-輸出電壓差：在保證穩(wěn)壓器正常工作條件下穩(wěn)壓器所允許的最大輸入-輸出之間的電壓差值，其值主要取決于穩(wěn)壓器內(nèi)部調(diào)整晶體管的耐壓指標(biāo)。l 最小輸入-輸出電壓差：表征在保證穩(wěn)壓器正常工作條件下穩(wěn)壓器所需的最小輸入-輸出之間的電壓差值。實(shí)際上該參數(shù)反映了穩(wěn)壓器的工作效率。l 輸

6、出負(fù)載電流范圍：又稱為輸出電流范圍，在這一電流范圍內(nèi)，穩(wěn)壓器應(yīng)能保證符合參數(shù)規(guī)范中所給出的指標(biāo)。l 最小輸出泄放電流“又稱為最小輸出負(fù)載電流，或最小負(fù)載電流，也有稱為最小穩(wěn)定電流的。這是指保證穩(wěn)壓器正常工作所需要的最小泄放電流（包括取樣電流及流經(jīng)負(fù)載的泄放電流。l 起始工作電壓;是指保證穩(wěn)壓器能正常工作的最小輸入電流。3. 極限參數(shù)：是指穩(wěn)壓器能夠運(yùn)用的極限工作條件（以穩(wěn)壓器不損壞為原則），對于極限參數(shù)，用戶一般不需檢測，而由制造廠家予以保證。l 最大輸入電壓：保證穩(wěn)壓器安全工作的最大輸入電壓。l 最大輸出電流：又稱最大負(fù)載電流，該參數(shù)表征了穩(wěn)壓器的負(fù)載能力，它與最大輸入電壓一起構(gòu)成了穩(wěn)壓器內(nèi)

7、部調(diào)整晶體管的安全工作區(qū)。l 最大靜態(tài)功耗：當(dāng)穩(wěn)壓器內(nèi)部結(jié)溫達(dá)到所規(guī)定的最高結(jié)溫時穩(wěn)壓器所消耗的功率。該參數(shù)與穩(wěn)壓器的散熱條件和其內(nèi)部調(diào)整晶體管的安全工作區(qū)有關(guān)。l 最大瞬時功耗：是指穩(wěn)壓器在規(guī)定的瞬態(tài)時間內(nèi)能承受的外加最大功率。線性穩(wěn)壓器的組成：線性放大器是一個閉環(huán)的反饋放大系統(tǒng)。1. 基準(zhǔn)電壓源：它能為放大器提供穩(wěn)定的參考電平。2. 誤差放大器：又稱比較放大器，用來比較輸出電壓的取樣信號和基準(zhǔn)電壓，并將差值放大，然后以此放大的差值信號去控制調(diào)整器。3. 調(diào)整器：由放大器控制的、能夠完成由輸入電壓向所需電壓進(jìn)行變換的部件。調(diào)整器是實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓器穩(wěn)定輸出電壓的調(diào)節(jié)部件，一般由功率器件組成，根據(jù)調(diào)整

8、器的工作方式，可將穩(wěn)壓器分成串聯(lián)調(diào)整式、并聯(lián)調(diào)整式和開關(guān)調(diào)整式。4. 取樣元件：用以取出輸出電壓的變化量，并將其送入誤差放大器進(jìn)行放大。組成集成穩(wěn)壓器的基本電路：1. 偏置電路和恒流源（電流源）電路：基本電流源、改進(jìn)型電流源、疊式鏡像電流源、晶體管發(fā)射極周長比不等的電流源、多集電極晶體管電流源、小電流恒流源、發(fā)射極電阻比值決定偏置電流比值的電流源、超級恒流源。場效應(yīng)管偏置電路。2. 基準(zhǔn)電壓源電路：l 補(bǔ)償式基準(zhǔn)電壓電路：利用齊納二極管的齊納效應(yīng)實(shí)現(xiàn)的。通過改變與負(fù)載串聯(lián)的三極管的ce極間壓降去調(diào)節(jié)輸出電壓。l 基本能隙式基準(zhǔn)電壓電路：用電阻上的電壓降的正溫度漂移去補(bǔ)充三極管前向電壓的負(fù)溫度漂

9、移。其特點(diǎn)為：近似于零溫度漂移；熱噪聲電壓僅為微伏級；工藝偏差小，基準(zhǔn)電壓準(zhǔn)確。（注：外推禁帶寬度就是能帶間隙。單位是V）l 復(fù)合式能隙基準(zhǔn)電壓電路：l 兩管式能隙基準(zhǔn)電壓電路：l 四管式能隙基準(zhǔn)電壓電路：3. 有源負(fù)載：在集成穩(wěn)壓器的內(nèi)部等效電路中，放大器的集電極負(fù)載和發(fā)射極跟隨器的發(fā)射極負(fù)載，多數(shù)都被晶體管電流源的輸出阻抗所取代，這種采用有源元件的等效負(fù)載稱為有源負(fù)載。4. 誤差放大器：誤差放大器是集成穩(wěn)壓器的核心，它的好壞直接影響穩(wěn)壓器性能集成穩(wěn)壓器的產(chǎn)品型號的命名規(guī)則：1. 我國集成穩(wěn)壓器的產(chǎn)品型號的命名規(guī)則：以CW7800L為例l C：中國l W：穩(wěn)壓器l 中間的數(shù)字：表示穩(wěn)壓器的具

10、體品種，該數(shù)字號碼與國外同類型的數(shù)字號碼完全相同。l 尾綴字母：L表示小電流，M表示中電流。2. 國外各主要公司所采用的集成穩(wěn)壓器產(chǎn)品型號：7800穩(wěn)壓器為例.l 美國國家半導(dǎo)體公司(NS)：LM7800;l 美國硅通用半導(dǎo)體公司（SG）：SG7800；l 美國仙童公司（FS）：µA7800；l 美國摩托羅拉公司(MOTOROLA)：MC7800；l 美國MULB公司：SA7800；l 美國VALG公司：7800；l 日本電氣公司（NEC）：µPC7800；l 日本產(chǎn)研電氣（株）：FS7800；l 日本東芝公司：TA17800；l 意大利國營電子公司(SGS)：L7800；

11、集成穩(wěn)壓器的選用：1. 選擇穩(wěn)壓器的類型：l 多端可調(diào)輸出電壓集成穩(wěn)壓器；早期產(chǎn)品，有正壓輸出和負(fù)壓輸出兩種。特點(diǎn)：引線較多，外接元件較多保護(hù)功能較少使用不方便；價格便宜，適用于輸出電壓要任意可調(diào)的場合。l 三端固定輸出電壓集成穩(wěn)壓器;中期產(chǎn)品，用途最廣，銷售最大，有正壓輸出和負(fù)壓輸出兩種。只有三個引線，與功率三極管的外形和封裝相同，故稱為三端集成穩(wěn)壓器。三個引線分別為輸入端、輸出端、公共端。特點(diǎn)：使用簡單方便，安裝及散熱方式與功率三極管相同；外接電路極其簡單，無需調(diào)整，內(nèi)部設(shè)置了過流保護(hù)、調(diào)整安全工作區(qū)保護(hù)、芯片過熱保護(hù)電路，使用安全可靠。缺點(diǎn)是輸出電壓固定，不能隨意調(diào)整（與要求的電壓標(biāo)準(zhǔn)值

12、可能有一定偏差）。l 三端可調(diào)輸出電壓集成穩(wěn)壓器：近期產(chǎn)品，也有正壓輸出和負(fù)壓輸出兩種。特點(diǎn)：既保留了固定式輸出型穩(wěn)壓器的三端結(jié)構(gòu)，又克服了固定式輸出型的輸出電壓不可調(diào)的缺點(diǎn)，內(nèi)部電路設(shè)計及集成化工工藝采用了更新和更先進(jìn)的技術(shù)，它的主要性能指標(biāo)比三端固定式穩(wěn)壓器高一個數(shù)量級。電壓在1.2537V范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，穩(wěn)壓精度高，價格也不貴。被稱為標(biāo)準(zhǔn)化和通用化的第二代三端式穩(wěn)壓器。l 正、負(fù)電壓跟蹤集成穩(wěn)壓器：是線性集成穩(wěn)壓器的一個分支，它的正、負(fù)兩組輸出電壓能夠彼此跟蹤變化，并保持平衡。它適用于運(yùn)算放大器一類的負(fù)載使用，它能在任何負(fù)載條件下保持輸出信號正、負(fù)幅度的平衡并能減小失真，雖然我們也可以采

13、用由一個正的和一個負(fù)的穩(wěn)壓器所構(gòu)成的穩(wěn)壓器來替代這種跟蹤型穩(wěn)壓器，但由于正、負(fù)電源的內(nèi)阻不同，電壓變化不能跟蹤，所以性能不如跟蹤型穩(wěn)壓器好。l 浮動式集成穩(wěn)壓器;當(dāng)輸出電壓高于40V的電源時，宜采用浮動式集成穩(wěn)壓器。這種穩(wěn)壓器的輸出高電壓時，本身所承受的電壓并不高，其輸出電壓由外接元件所決定，用它可構(gòu)成輸出電壓高達(dá)一、二百伏的直流高壓穩(wěn)壓源。l 開關(guān)式集成穩(wěn)壓器：此不同于上述幾種集成穩(wěn)壓器，上述串聯(lián)調(diào)整式穩(wěn)壓器的調(diào)整元件工作在直流線性區(qū)域，穩(wěn)壓器調(diào)整率較好，穩(wěn)壓器精度較高，輸出紋波電壓很小，但效率較低，尤其是在低電壓大電流輸出的場合，能源浪費(fèi)嚴(yán)重，為此設(shè)計制作了開關(guān)式集成穩(wěn)壓器，開關(guān)式集成穩(wěn)壓

14、器中的調(diào)整管壓降最?。ㄒ布雌滹柡蛪航岛苄。虼斯拿黠@減小。調(diào)整管的輸出電壓采用電感、電容和三極管解調(diào)成比較平穩(wěn)的直流穩(wěn)定輸出，這時其效率可高達(dá)85%以上。目前該類產(chǎn)品中的控制電路采用脈沖寬度調(diào)制器形式，而大功率高反壓的開關(guān)調(diào)整管多采用外接的方法，只要改變儲能元件的連接方式，就能將開關(guān)式穩(wěn)壓器作為升壓式、降壓式及反轉(zhuǎn)式穩(wěn)壓電源，開關(guān)式穩(wěn)壓器的缺點(diǎn)是精度較低，紋波電壓也較大。注：正、負(fù)穩(wěn)壓器的互換一般情況下，正穩(wěn)壓器用于穩(wěn)定正電壓，負(fù)穩(wěn)壓器用于穩(wěn)定負(fù)電壓，這主要取決于系統(tǒng)接地端的需要，從根本上說，穩(wěn)壓器只保證輸出端與公共端的電位差穩(wěn)定不變（或變化很?。?，如果將低電位端接地，則高電位輸出即為正；

15、如果將高電位端接地，則低電位端輸出即為負(fù)。所以正、負(fù)穩(wěn)壓器之間是可以互換的。正、負(fù)穩(wěn)壓器的區(qū)別主要在于內(nèi)部電路的公共端是高電位還是低電位。如果要求輸入電壓與輸出電壓必須有公共端，那么正電路必須用正穩(wěn)壓器，負(fù)電路必須使用負(fù)穩(wěn)壓器。正、負(fù)穩(wěn)壓器互換使用的時，如果輸入端處于浮動狀態(tài)，則對整機(jī)的信噪比是不利的，這是因?yàn)檩斎攵说脑肼曅盘柌荒芘月返降?，對于高頻信號及高頻電路負(fù)載情況，此矛盾尤其突出，所以非屬必需盡量不要互換。2. 選擇集成穩(wěn)壓器的品種：一般只能在功能、性能指標(biāo)、成本價格、幾何尺寸和外電路的復(fù)雜性等幾個方面作出折衷的選擇。對于所選的穩(wěn)壓器，首先需要考慮的是應(yīng)滿足設(shè)備對穩(wěn)壓電源的性能要求，這主

16、要是指穩(wěn)壓器的電壓調(diào)整率（線性調(diào)整率）、負(fù)載調(diào)整率（電流調(diào)整率），紋波抑制比和輸出電壓的穩(wěn)定系數(shù)是否滿足應(yīng)用要求，然后應(yīng)考慮穩(wěn)壓器在輸出電壓范圍、輸出電流能力和安全工作區(qū)范圍等方面是否滿足所要制作的穩(wěn)壓電源的要求。同時還要考慮穩(wěn)壓器的保護(hù)功能和允許的工作環(huán)境溫度等。當(dāng)穩(wěn)壓器的品種選定后，接著要考慮的是穩(wěn)壓器的應(yīng)用電路。選定合適的應(yīng)用電路是穩(wěn)壓電源能否滿足指標(biāo)的主要一環(huán)。一般可根據(jù)電子設(shè)備系統(tǒng)對電源的要求設(shè)計出初步的電源電路，然后再判斷所選穩(wěn)壓器是否適用，若適用，再確定電路的每一個元件值，并進(jìn)一步完善改進(jìn)，品種選擇可按下列步驟綜合考慮：l 可調(diào)輸出電壓集成穩(wěn)壓器品種選擇：最大輸出電流、集成穩(wěn)壓器

17、型號、輸出電壓范圍、輸入電壓范圍、輸入-輸出電壓差值范圍、最大靜態(tài)功率耗散、電壓調(diào)整率（線性調(diào)整率）、電流調(diào)整率（負(fù)載調(diào)整率）、輸出電壓溫度系數(shù)、最高工作結(jié)溫、封裝形式。l 固定輸出電壓集成穩(wěn)壓器品種的選擇：輸出電壓及其偏差、最大額定輸出電流、集成穩(wěn)壓器型號、最大輸入電壓、最小輸入電壓（起始工作電壓）、電壓調(diào)整率（線性調(diào)整率）、電流調(diào)整率、輸出電壓溫度系數(shù)。l 正、負(fù)電壓跟蹤式集成穩(wěn)壓器品種的選擇：按下面次序選擇：集成穩(wěn)壓器型號、輸出電壓、最大輸出電流、輸入電壓、電壓調(diào)整率、電流調(diào)整率、輸出電壓溫度系數(shù)、最大功率耗散。l 開關(guān)式集成穩(wěn)壓器品種的選擇：主要考慮的指標(biāo)有最大輸入電壓、基準(zhǔn)電壓、工作

18、頻率范圍、脈寬調(diào)制占空比范圍、輸出管輸出電流、輸出管飽和壓降、芯片最大功耗。集成穩(wěn)壓器的輸入設(shè)計：1 由電池組構(gòu)成的輸入電源：主要用于便攜式的電子設(shè)備，設(shè)計比較簡單。2 市電工頻變壓器降壓整流濾波輸入電源：是目前絕大多數(shù)電子設(shè)備中所采用的輸入電源。（注：濾波電路多采用電容輸入式，采用電感電容式的較少）（整流方式有三種：半波整流、全波變壓器中心抽頭式整流和全波橋式整流）電壓和電流的擴(kuò)展：1 輸入電壓的擴(kuò)展：（以CW7800為例）l 采用穩(wěn)壓管加三極管的前向壓降的方法。它可將輸入電壓降低，降壓功率由三極管承受（此擴(kuò)展方法相當(dāng)于電平位移）。l 采用三極管降壓，而利用穩(wěn)壓管和三極管前向壓降作為穩(wěn)壓器輸

19、入電壓值，降壓功率也由三極管承受（具有預(yù)穩(wěn)壓器的作用）l 采用電阻壓降，但這種方法要求穩(wěn)壓器能承受足夠的瞬時過電壓，電路正常工作后，電阻承受降壓功率，這種電路不允許輕載或空載工作，僅適合于額定負(fù)載條件應(yīng)用。l 第一級采用24V輸出的穩(wěn)壓器CW7824，第二級在采用其他穩(wěn)壓器（如CW7805CW7818），因CW7824可以承受比CW7805CW7818高的瞬時輸入電壓。2 輸出電壓的擴(kuò)展：三端固定式集成穩(wěn)壓器輸出電壓的擴(kuò)展：l 升高輸出端的電平。l 升高接地端的電平（接地端先接穩(wěn)壓管再接地）三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器輸出電壓（或輸入電壓的擴(kuò)展）：三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器輸入和輸出電壓的擴(kuò)展比固定式的簡單

20、，它的基本工作原理屬于懸浮式穩(wěn)壓電路，它在工作中承受的電壓是輸入電壓和輸出電壓之差。如果穩(wěn)壓器工作時沒有啟動問題和短路問題，則可以工作在任意的輸入和輸出電壓之下，只要它的輸入輸出電壓差小于規(guī)定值（如CW317，要求小于40V即可）3 輸出電流的擴(kuò)展：三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器的電流擴(kuò)展：該類集成穩(wěn)壓器的取樣電阻全部外接，所以很容易用NPN型大功率晶體管擴(kuò)展輸出電流。三端集成穩(wěn)壓器的輸出電流的擴(kuò)展方法：l 并聯(lián)電阻擴(kuò)展電流方法：采用這種電流擴(kuò)展方法要求負(fù)載有一最小電流值，并聯(lián)電阻接在穩(wěn)壓器的輸入端與輸出端之間，電阻R中流過的電流即是最小負(fù)載電流，否則穩(wěn)壓器不再穩(wěn)壓。l 采用外接PNP型功率管擴(kuò)展電流：三端集成穩(wěn)壓器輸出調(diào)整管的發(fā)射極不能直接引出，所以無法采用NPN型晶體管擴(kuò)展電流，而只能采用PNP型復(fù)合管的方法。對于三端負(fù)壓集成穩(wěn)壓器，擴(kuò)展電流用外接功率管則必須是NPN管。l 并聯(lián)擴(kuò)展電流法：對于三端固定式集成穩(wěn)壓器來說，當(dāng)滿足下述條件時，兩個穩(wěn)壓器可以直接并聯(lián)使用（以CW7805為例）。兩穩(wěn)壓器的輸出電壓偏差3040mV、負(fù)載調(diào)整率SI偏差