低功耗可調(diào)直流穩(wěn)壓電源解讀

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔傾情為你奉上專心專注專業(yè)專心專注專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔傾情為你奉上專心專注專業(yè)摘 要采用三端集成LM338正電壓輸出可調(diào)式穩(wěn)壓器和LM324運(yùn)算放大器，輸出電壓在030V之間連續(xù)可調(diào)電壓供功率放大器使用。該穩(wěn)壓電源具有性能穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、電壓、電流指標(biāo)精度高，調(diào)節(jié)方便等優(yōu)點(diǎn)。三端可調(diào)穩(wěn)壓器具有體積小，穩(wěn)定性高，輸出阻抗小，溫度性能好等優(yōu)點(diǎn)。但是在實(shí)際應(yīng)用中，可調(diào)式穩(wěn)壓器隨著輸入輸出壓差的增大，增大了穩(wěn)壓器的功耗，縮短了穩(wěn)壓器的使用壽命。穩(wěn)壓器的功耗分為有載功耗和無載功耗，有載功耗大于無載功耗，這是在設(shè)計(jì)和使用穩(wěn)壓器時(shí)需要特別注意的。穩(wěn)壓器工作時(shí)的功耗主要取決于穩(wěn)壓

2、器調(diào)整管的壓差和流經(jīng)的電流。所以在實(shí)際應(yīng)用中，穩(wěn)壓器的壓差應(yīng)在允許值范圍內(nèi)越小越好。為了實(shí)現(xiàn)電壓連續(xù)可調(diào)，并降低穩(wěn)壓器的功耗，可采用外界取樣電路，自動(dòng)進(jìn)行調(diào)控的設(shè)計(jì)方案。輸入電壓分為幾個(gè)檔位，從而降低穩(wěn)壓器的壓差，電路簡(jiǎn)單、調(diào)試方便。價(jià)格低廉，并可大大降低穩(wěn)壓器的功耗，提高了穩(wěn)壓器的使用壽命和工作穩(wěn)定性。本文介紹了運(yùn)算放大器對(duì)集成穩(wěn)壓器的輸入輸出壓差進(jìn)行實(shí)時(shí)控制的基本原理，并介紹了30V/5A低功耗可調(diào)穩(wěn)壓電源的電路設(shè)計(jì)方法。關(guān)鍵詞：穩(wěn)壓器；變壓器；可調(diào)電源ABSTRACTSummary of three-Terminal integrated LM338 voltage adjustable

3、 voltage regulator and LM324 op-amp output voltage adjustable 030V voltage for the amplifier to use. The regulated power supply with stable performance, simple structure, high precision voltage and current specifications, convenient adjustment and so on. Three-Terminal adjustable regulator with smal

4、l size, high stability, small output impedance, temperature as well as good performance. But in practice, adjustable regulator with input-output voltage increases, increasing the power of the regulator, shortening the life span of the regulator. Regulator-power is divided into on-load and no-load po

5、wer consumption power consumption, have power greater than the no load power consumption, which is designed and used regulators need to pay special attention. Regulator power mainly depends on the voltage regulator to adjust when pipe pressure differential and flow through the current. So in practic

6、e, differential pressure regulator should be well within the range of allowed values is smaller.In order to achieve continuous voltage can be adjusted, and reduce power consumption by regulators, using outside sample circuit, automatic control design. Input voltage is divided into several stalls, th

7、ereby reducing the differential pressure regulators, circuit is simple, easy to debug. Prices are low, and can greatly reduce the voltage of power consumption, improving the stability of the regulators life and work. Describes the integrated operational amplifier input-output voltage regulator funda

8、mentals of pressure difference control in real time, and introduced the 30V/5A adjustable regulated power supply circuit design method of low power consumption. Key word: Regulators; Transformer; Adjustable power TOC o 1-3 u 目錄1 引言11.1 論文研究背景與意義11.2 本課題研究?jī)?nèi)容與目標(biāo)12 線性穩(wěn)壓器22.1 線性穩(wěn)壓器的主要特點(diǎn)22.2 標(biāo)準(zhǔn)集成線性穩(wěn)壓器的產(chǎn)品

9、分類32.2.1 三端固定式集成穩(wěn)壓器的分類及工作原理32.2.2三段可調(diào)式集成線性穩(wěn)壓器的分類及工作原理72.2.3多端集成線性穩(wěn)壓器 PAGEREF _Toc h 112.2.4 跟蹤式正、負(fù)壓對(duì)稱輸出集成線性穩(wěn)壓器112.2.5 其他集成線性穩(wěn)壓器112.3 集成穩(wěn)壓器的選擇112.4 集成穩(wěn)壓器的主要技術(shù)參數(shù) PAGEREF _Toc h 142.5 線性穩(wěn)壓器外部保護(hù)電路工作原理 PAGEREF _Toc h 162.5.1 反向偏壓保護(hù) PAGEREF _Toc h 162.5.2 輸出端反極性電壓保護(hù)電路162.5.3 瞬態(tài)過電壓保護(hù)電路173 其他元器件的選型193.1 運(yùn)算放

10、大器193.1.1 運(yùn)算放大器的作用及工作原理193.1.2 運(yùn)算放大器構(gòu)成的電壓比較器193.1.3 運(yùn)算放大器LM324 PAGEREF _Toc h 213.2 開關(guān)三極管223.2.1 開關(guān)三極管的簡(jiǎn)單介紹223.2.2 開關(guān)三極管的工作原理233.2.3 開關(guān)三極管的特點(diǎn)及應(yīng)用 PAGEREF _Toc h 233.3 穩(wěn)壓二極管 PAGEREF _Toc h 243.4 電壓繼電器 PAGEREF _Toc h 244 穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)264.1直流穩(wěn)壓電源的基本原理264.1.1直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)思路264.1.2直流穩(wěn)壓電源264.2可調(diào)試集成穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)274.2.1.可調(diào)試三

11、端集成穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)274.2.2 基本單元電路的設(shè)計(jì)304.2.3 電路結(jié)構(gòu)圖設(shè)計(jì)314.2.4 功耗計(jì)算 PAGEREF _Toc h 334.2.5 集成穩(wěn)壓器的散熱器設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc h 335 電源的安裝與仿真調(diào)試375.1 元器件375.1.1.電解電容的引腳375.1.2.電阻375.1.3 整流橋385.1.4 二極管395.1.5 三端可調(diào)穩(wěn)壓器395.2 安裝與調(diào)試396 結(jié)語41致 謝42參考文獻(xiàn)43附錄一 電器主接線圖44 1 引言1.1 論文研究背景與意義隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子設(shè)備在人們的生活和生產(chǎn)中的地位也越來越重要，許多的電子設(shè)備對(duì)所需的電源也

12、提出了更高的要求。而這其中相當(dāng)多的電子設(shè)備不能直接使用公用電網(wǎng)提供的交流電源, 而是需要穩(wěn)定的直流電源，因此對(duì)直流電源的性能、體積、重量等的要求也不斷提高，再加上當(dāng)今世界能源貧乏，于是對(duì)穩(wěn)壓電源的功率損耗也提出了更嚴(yán)格的要求；同時(shí)，電子設(shè)備種類的不斷增加，使得其對(duì)直流電源輸出電壓值、電流值的需求也越來越多。從上世紀(jì)九十年代末起，隨著對(duì)系統(tǒng)更高效率和更低功耗的需求，電信與數(shù)據(jù)通訊設(shè)備的技術(shù)更新推動(dòng)電源行業(yè)中直流/直流電源轉(zhuǎn)換器向更高靈活性和智能化方向發(fā)展。在80年代的第一代分布式供電系統(tǒng)開始轉(zhuǎn)向到20世紀(jì)末更為先進(jìn)的第四代分布式供電結(jié)構(gòu)以及中間母線結(jié)構(gòu)，直流/直流電源行業(yè)正面臨著新的挑戰(zhàn)，即如何

13、在現(xiàn)有系統(tǒng)加入嵌入式電源智能系統(tǒng)和數(shù)字控制。早在90年代中，半導(dǎo)體生產(chǎn)商們就開發(fā)出了數(shù)控電源管理技術(shù)，而在當(dāng)時(shí)，這種方案的性價(jià)比與當(dāng)時(shí)廣泛使用的模擬控制方案相比處與劣勢(shì)，因而無法被廣泛采用。由于板載電源管理的更廣泛應(yīng)用和行業(yè)能源節(jié)約和運(yùn)行最優(yōu)化的關(guān)注，電源行業(yè)和半導(dǎo)體生產(chǎn)商們便開始共同開發(fā)這種名為“數(shù)控電源”的新產(chǎn)品。 現(xiàn)今隨著直流電源技術(shù)的飛躍發(fā)展, 整流系統(tǒng)由以前的分立元件和集成電路控制發(fā)展為微機(jī)控制, 從而使直流電源智能化, 具有遙測(cè)、遙信、遙控的三遙功能, 基本實(shí)現(xiàn)了直流電源的無人值守。1.2 本課題研究?jī)?nèi)容與目標(biāo)在業(yè)余條件下進(jìn)行電子制作，擁有一個(gè)可調(diào)節(jié)輸出電壓的穩(wěn)壓電源是非常有用的，

14、市面上所售的成品可調(diào)穩(wěn)壓電源價(jià)格一般都在百元以上，外表看上去是挺好看的，但對(duì)于業(yè)余電子愛好者來說，實(shí)用是最主要的。本文介紹的這款可調(diào)穩(wěn)壓電源，采用三端集成LM338正電壓輸出輸出的可調(diào)式穩(wěn)壓器來實(shí)現(xiàn)輸出電壓在030V之間連續(xù)可調(diào)電壓供功率放大器使用。要求器件具有足夠的散熱條件。2 線性穩(wěn)壓器2.1 線性穩(wěn)壓器的主要特點(diǎn)穩(wěn)壓器使輸出電壓保持穩(wěn)定的供電裝置，根據(jù)調(diào)整管的工作狀態(tài)，直流穩(wěn)壓電源可分為兩類：線性穩(wěn)壓電源和開關(guān)穩(wěn)壓電源。此外，還有一種使用穩(wěn)壓管的小功率直流穩(wěn)壓電源。線性穩(wěn)壓器（Linear Voltage Regulator,簡(jiǎn)稱Linear Regulator）,是最早使用的一中直流穩(wěn)

15、壓電源，因其調(diào)整管工作在線性工作區(qū)而得名。換言之，調(diào)整管的壓降是連續(xù)可變的，它工作在線性狀態(tài)，并且調(diào)整管的壓降就等于輸入電壓與輸出電壓的差值。與之相反，開關(guān)穩(wěn)壓器中的調(diào)整管（一般稱作開關(guān)管）則工作在開、關(guān)（即通、斷）狀態(tài)下。顯然不屬于線性電源。線性穩(wěn)壓器的特點(diǎn)就是穩(wěn)壓性能好、輸出波紋電壓小、工作時(shí)產(chǎn)生的噪聲低、響應(yīng)速度快、電路簡(jiǎn)單,成本低廉。標(biāo)準(zhǔn)線性穩(wěn)壓器主要缺點(diǎn)是調(diào)整管壓降大，功耗高，容易發(fā)熱，穩(wěn)壓電源的效率低，一般僅為35%-45%。因此，線性穩(wěn)壓器特別適用于系統(tǒng)對(duì)電源效率要求不高，但要求低波紋、低噪聲，例如射頻電路。高品質(zhì)的音頻及視頻放大電路、模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器及數(shù)/模（D/A）轉(zhuǎn)換

16、器等領(lǐng)域。集成化的標(biāo)準(zhǔn)線性穩(wěn)壓器與開關(guān)穩(wěn)壓器的比較，詳見表2-1。表2-1 集成化的標(biāo)準(zhǔn)線性穩(wěn)壓器與開關(guān)穩(wěn)壓器的比較穩(wěn)壓器類型標(biāo)準(zhǔn)線性穩(wěn)壓器開關(guān)穩(wěn)壓器內(nèi)部功能管的結(jié)構(gòu)雙極型NPN達(dá)林頓調(diào)整管雙極型MOSFET功率開關(guān)管控制特性采用電流控制型一般采用脈寬調(diào)制（PWM）型電源噪聲及輸出波紋電源噪聲及輸出波紋很低，特別適用于對(duì)噪聲敏感的電子設(shè)備輸出噪聲及波紋電壓高，不適合用作射頻裝置（如手機(jī)）的電源電磁干擾（EMI）基本不產(chǎn)生電磁干擾容易產(chǎn)生電磁干擾穩(wěn)壓性能穩(wěn)壓性能好穩(wěn)壓性能較好電壓調(diào)整率電壓調(diào)整率SV可達(dá)0.02%電壓調(diào)整率一般為0.5%-2%負(fù)載調(diào)整率負(fù)載調(diào)整率SI可達(dá)0.1%負(fù)載調(diào)整率一般為1

17、%-5%穩(wěn)壓器類型標(biāo)準(zhǔn)線性穩(wěn)壓器開關(guān)穩(wěn)壓器瞬態(tài)響應(yīng)速度對(duì)負(fù)載變化的瞬態(tài)響應(yīng)速度快對(duì)負(fù)載變化的瞬態(tài)響應(yīng)速度較慢續(xù)表穩(wěn)壓器類型標(biāo)準(zhǔn)線性穩(wěn)壓器開關(guān)穩(wěn)壓器電源效率由于調(diào)整管可能等效于一直可調(diào)電阻，電流流過時(shí)會(huì)發(fā)熱，因此工作在線性狀態(tài)下的調(diào)整管所產(chǎn)生的熱量，導(dǎo)致電源效率不高。標(biāo)準(zhǔn)線性穩(wěn)壓器的輸入-輸出壓差大于2V，電源效率一般盡為40%左右由于內(nèi)部器件工作在高頻開關(guān)狀態(tài)，因此它本身消耗的能量很低，電源效率可比普通線性穩(wěn)壓電源提高將近一倍，一般為70%-90%對(duì)電網(wǎng)的適應(yīng)能力對(duì)電網(wǎng)的適應(yīng)能力較差，一般允許電網(wǎng)波動(dòng)的范圍是220V10%對(duì)電網(wǎng)的適應(yīng)能力強(qiáng)，許多AC/DC變換器允許電網(wǎng)波動(dòng)范圍是85265V保

18、護(hù)電路一般具有過流保護(hù)、調(diào)整管安全工作區(qū)保護(hù)和過熱保護(hù)電路一般具有過電流、保護(hù)過熱保護(hù)電路，有的還增加了過電壓保護(hù)，欠電壓保護(hù)、等電路體積需要安裝尺寸較大的散熱器，體積較大安裝密度高，體積小2.2 標(biāo)準(zhǔn)集成線性穩(wěn)壓器的產(chǎn)品分類目前國內(nèi)外生產(chǎn)的集成線性穩(wěn)壓器多達(dá)數(shù)千種，產(chǎn)品主要包括兩種：固定輸出式（含三段固定式、多段固定式、低壓差固定式），可調(diào)輸出式（含三段可調(diào)式、多頻段可調(diào)式、低壓差可調(diào)式）。按照輸出電壓的特點(diǎn)來劃分，又有正壓輸出，負(fù)壓輸出，跟蹤式正、負(fù)壓輸出共三種形式。2.2.1 三端固定式集成穩(wěn)壓器的分類及工作原理美國仙童（Fairchild）半導(dǎo)體公司于20世紀(jì)70年代初首先推出A780

19、0系列和A7900系列三段固定式集成線性穩(wěn)壓器。它的問世是電源集成電路的一大革命。它極大的簡(jiǎn)化了電源的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，能以最簡(jiǎn)方式（類似于三極管）接入電路，并具有較完整的過電流、過電壓、過熱保護(hù)功能。目前，7800系列和7900系列已成為世界通用系列，也是用途最廣、銷量最大的集成線性穩(wěn)壓器。其優(yōu)點(diǎn)是使用方便，不需作任何調(diào)整，外圍電路簡(jiǎn)單，工作安全可靠，適合制作通用型、標(biāo)稱輸出的穩(wěn)壓電源。其缺點(diǎn)是輸出電壓不能調(diào)整，不能直接輸出非標(biāo)稱值電壓，電壓穩(wěn)定度還不夠高。(1)三段固定式集成線性穩(wěn)壓器的產(chǎn)品分類三段固定式集成線性穩(wěn)壓器的產(chǎn)品分類見表2-2。表中。冠以CW的為國標(biāo)產(chǎn)品。國外型號(hào)及主要生產(chǎn)廠家如下：

20、KA（美國飛兆公司）、LM（美國國家半導(dǎo)體公司NSC、飛兆公司）、A（美國仙童公司、TI公司）、MC（美國摩托羅拉公司、安森美公司）、TA（日本東芝公司）、PC（日電NEC）、KIA（韓國KEC公司）、HA（日立）、L（意-法半導(dǎo)體有限公司ST）。目前，國產(chǎn)7800系列中沒有7、8、10V這三種規(guī)格。表2-2 三段固定式集成穩(wěn)壓器產(chǎn)品分類特點(diǎn)國產(chǎn)系列或型號(hào)最大輸出電流IOM（A）輸出電壓UO（V）國外對(duì)應(yīng)系列或型號(hào)正壓輸出CW78L00系列0.15、6、7、8、9、10、12、15、18、20、24LM78L00, A78L00,MC78L0078N00系列0.3PC78N00,HA78N0C

21、W78M00系列0.5LM78M00,MC78M00 L78M00,TA78M00CW7800系列1.55、6、7、8、9、10、12、15、18、20、24LM7800,MC7800,L7800,TA7800,HA7800,KA7800KIA780078DL00系列0.255、6、8、9、10、12、15TA78DL00特點(diǎn)國產(chǎn)系列或型號(hào)最大輸出電流IOM（A）輸出電壓UO（V）國外對(duì)應(yīng)系列或型號(hào)正壓輸出CW78T00系列35/12/18/24MC78T00CW78H00系列55、12、24A78H0078P00系列105、12A78P05,LM396,A78P12-15、12、15LM14

22、0,LM340續(xù)表特點(diǎn)國產(chǎn)系列或型號(hào)最大輸出電流IOM（A）輸出電壓UO（V）國外對(duì)應(yīng)系列或型號(hào)負(fù)壓輸出CW79L00系列0.1-5、-6、-8、-9、-12、-15、-18、-24LM79L00,MC79L0079N00系列0.3PC79N00CW79M00系列0.5LM79M00, MC79MOO,TA79M00CW7900系列1.5LM7900,MC7900-1.5-5、-12、-15LM120,LM320(2)7800系列三段固定式線性穩(wěn)壓器的工作原理7800系列束宇正壓輸出式線性穩(wěn)壓器，即輸出端對(duì)公共段（地）的電壓為正，這是目前最流行的一種線性穩(wěn)壓器。7800系列的最大輸出電流為1.

23、5A（部分產(chǎn)品為1A），峰值電流可達(dá)3.5A（或2.2A）。7805-7818的最高輸入電壓為35V，7824的最高輸入電壓為40V。最小輸入輸出電壓差為2V，為工作可靠期間，一般應(yīng)選4-6V。輸出電壓值允許有5%的偏差，電壓調(diào)整率SV=0.1%,負(fù)載調(diào)整率SI=0.8%。以國產(chǎn)CW7800系列產(chǎn)品為例，其主要技術(shù)指標(biāo)見表2-3。表2-3 CW7800系列的主要技術(shù)指標(biāo)參數(shù)名稱符號(hào)單位7805C7806C7809C7812C7815C7818C輸入電壓的典型值UIV101114192326推薦輸入電壓范圍UIV8129181220162220262228最小輸入電壓UI(MIN)V781114

24、1720最大輸入電壓UI(MAX)V353535353535參數(shù)名稱符號(hào)單位7805C7806C7809C7812C7815C7818C允許輸入電壓偏差-%555555電壓調(diào)整率SV(UO)mV253045607590負(fù)載調(diào)整率SI(UO)mV100100100120150180續(xù)表參數(shù)名稱符號(hào)單位7805C7806C7809C7812C7815C7818C波紋抑制比SRdB405070100150150輸出噪聲電壓URmV4650607590110輸出阻抗ZOm171717181922最大額定輸出電流IOMA1.51.51.51.51.51.5峰值輸出電流IOPA3.53.53.53.53.

25、53.5輸出電壓溫漂STmV/-1.0-1.0-1.0-1.2-1.5-1.8根據(jù)器件本身功耗的大小，7800系列產(chǎn)品封裝形式主要有TO-220塑料封裝、TO-3金屬殼封裝，二者最大允許功耗（PDM）分別為10、20W（安裝合適的散熱器）。7800系列的引腳排列分別如圖2-1所示。INPUT（UI）為輸入端，OUTPUT（UO）為輸出端，GND是公共端（地）。圖2-1 7800系列產(chǎn)品封裝形式7800系列集成線性穩(wěn)壓器的內(nèi)部框圖如圖2-2所示。主要包括啟動(dòng)電路、基準(zhǔn)電壓源、恒流源、誤差放大器、NPN型調(diào)整管、調(diào)整管安全工作區(qū)保護(hù)電路、過熱保護(hù)電路、取樣電路（R1和R2，其中R2為固定值，R1的

26、阻值與產(chǎn)品型號(hào)有關(guān)）。此外還有過流保護(hù)電路（圖中未畫）。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)，一旦線性穩(wěn)壓器工作正常后消失。7800系列采用帶隙基準(zhǔn)電壓源。它首先通過電阻R1、R2獲得取樣電壓UQ，再經(jīng)過誤差放大器進(jìn)行電壓比較和放大，輸入誤差電壓Ur，然后用Ur去調(diào)節(jié)調(diào)整管的壓降，從未達(dá)到穩(wěn)壓目的。圖2-2 7800系列集成穩(wěn)壓器內(nèi)部框圖當(dāng)由于某種原因?qū)е耈I升高時(shí)，UO也按比例地升高，進(jìn)而使UQ升高，Ur降低，NPN型調(diào)整管的基極電位UB也隨之降低，使輸出電壓UO降低，最終可維持UO不變。其穩(wěn)壓關(guān)系可表達(dá)為UIUOUQUrUBUO反之 UIUOUQUrUBUO同理，當(dāng)負(fù)載電阻RL

27、發(fā)生變化時(shí)RLUOUQUrUBUO反之 RLUOUQUrUBUO這就是7800系列集成線性穩(wěn)壓器的穩(wěn)壓原理。對(duì)7800系列集成線性穩(wěn)壓器而言，其電位分布如下UIUOUGND(0V)其電流途徑為：UI內(nèi)部調(diào)整管UO外部負(fù)載RLGND。輸出電流IO是從UO端流出的。2.2.2三段可調(diào)式集成線性穩(wěn)壓器的分類及工作原理這是20世紀(jì)70年代末至80年代初發(fā)展起來的、由美國國家半導(dǎo)體公司（NSC）首創(chuàng)的第二代三端集成線性穩(wěn)壓器。它既保留了三段固定式線性穩(wěn)壓器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單之優(yōu)點(diǎn)，又克服了電壓不可調(diào)整的缺點(diǎn)，并且在電壓穩(wěn)定度上比前者提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)。適合制作實(shí)驗(yàn)室電源及多種供電方式的直流穩(wěn)壓電源。他也可以設(shè)計(jì)成固

28、定式輸出，以代替三段固定式線性穩(wěn)壓器，進(jìn)一步改善穩(wěn)壓性能。(1)三段可調(diào)式集成穩(wěn)壓器的產(chǎn)品分類三段可調(diào)式集成線性穩(wěn)壓器的產(chǎn)品分類見表2-4，W表示國內(nèi)廠標(biāo)。表2-4三段式可調(diào)集成穩(wěn)壓器的產(chǎn)品分類特點(diǎn)國產(chǎn)型號(hào)最大輸出電流IOM（A）輸出電壓UO（V）國內(nèi)對(duì)應(yīng)系列或型號(hào)正壓輸出CW117L/217L/317L0.11.2537LM117/217L/317LCW117M/217M/317M0.51.2537LM117M/217M/317MCW117/217/3171.51.2537A117，LM117,TA117, PC117CW117HV/217HV/317HV1.51.2557LM117HV/2

29、17HV/317HVW150/250/35031.233LM150/250/350W138/238/33851.232LM138/238/338W196/296/396101.2515LM196/296/396-0.7+1.25125VTL783(高壓線性穩(wěn)壓器)特點(diǎn)國產(chǎn)型號(hào)最大輸出電流IOM（A）輸出電壓UO（V）國內(nèi)對(duì)應(yīng)系列或型號(hào)負(fù)壓輸出CW137L/237L/337L0.1-1.25-37LM137L/237L/337LCW137M/237M/337M0.5-1.25-37LM337M/237M/337MCW137/237/3371.5-1.25-37LM137,TA137,SG137,

30、 FS137, PC137-3-1.25-32LM133,LM333(2)三段可調(diào)式線性穩(wěn)壓器的工作原理盡管三段固定式線性穩(wěn)壓器的問世極大的簡(jiǎn)化了線性穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)與制作，但其輸出電壓是固定的，使用時(shí)仍有不便。三段固定式線性穩(wěn)壓器雖然也能接成可調(diào)式輸出，卻需要增加外部元器件，這會(huì)導(dǎo)致穩(wěn)壓性能降低。人們期待有一種可調(diào)式三段線性穩(wěn)壓器，美國國家半導(dǎo)體公司首創(chuàng)的三段可調(diào)式線性集成穩(wěn)壓器正好滿足了這一需要。由于它穩(wěn)壓性能好，輸出電壓連續(xù)可調(diào)，因此被譽(yù)為第二代三段線性穩(wěn)壓器，可構(gòu)成各種精密可調(diào)的線性穩(wěn)壓電源。下面以LM317為例介紹一下三段可調(diào)式線性穩(wěn)壓器。LM317型三段可調(diào)式集成線性穩(wěn)壓器的引腳排列

31、及內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖2-3所示，adj為調(diào)整端。TO-220封裝和TO-3封裝的最大允許功耗分別為7.5、15W（安裝合適的散熱器）。與7800系列產(chǎn)品相比，它把內(nèi)部電路（包括誤差放大器、50A的“超級(jí)”恒流源、偏執(zhí)電路等）的接地端改接到的輸出端，使之在輸入-輸出壓差下工作，因此LM317沒有接地端。此外，它內(nèi)部的1.25V基準(zhǔn)電壓源接在誤差放大器同相輸入端adj之間。LM317的主要技術(shù)指標(biāo)為UI=240V，UO=1.2537V，IOM=1.5A。其電壓調(diào)整率及負(fù)載調(diào)整率比7800系列提高了近一個(gè)數(shù)量級(jí)。圖2-3（b）中的RS為過電流檢測(cè)電阻。特別情況下若將adj端接地，LM317就構(gòu)成了一個(gè)

32、輸入電壓UO=1.25V的固定式三段線性穩(wěn)壓器，即使這樣，其穩(wěn)壓性能仍遠(yuǎn)優(yōu)于7800。（a） （b）圖2-3 LM317的引腳排解（a）及內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖（b）(3)LM338的基本參數(shù)和基本結(jié)構(gòu)下面介紹一下本設(shè)計(jì)將要用到的LM338穩(wěn)壓器的基本參數(shù)、基本結(jié)構(gòu)和典型應(yīng)用。LM338可調(diào)三端穩(wěn)壓器提供5A的平均輸出，輸出電壓范圍為1.2V至32V連續(xù)可調(diào)。LM338內(nèi)置過載保護(hù)電路，自動(dòng)限制功耗。此保護(hù)電路允許瞬態(tài)負(fù)載強(qiáng)電流通過，A以內(nèi)的瞬態(tài)電流不會(huì)實(shí)施保護(hù)，以利于某些設(shè)備的順利啟動(dòng)。 LM338穩(wěn)壓器特性1.輸出電流：5A；2.允許瞬態(tài)電流：12A；3.輸出電壓：1.2V32V；4.最高輸入輸出壓

33、差：35V；5.線路調(diào)整率：0.005%；6.負(fù)載調(diào)整率：0.1%；7.工作溫度：0； 使用注意事項(xiàng)1.LM338是串聯(lián)調(diào)整型的穩(wěn)壓電源，所以它在輸出小電壓大電流的時(shí)候管壓降很大，管子功耗相應(yīng)也大，溫度會(huì)很高，所以使用時(shí)要加大的散熱器。2.電源的濾波電容要大，并且要關(guān)聯(lián)一個(gè)小的電容器以便對(duì)高頻進(jìn)行濾波，電容盡量靠近管腳。 3.由于保護(hù)電路和關(guān)系，輸出端盡量不要接大的電容和容性負(fù)載，否則保護(hù)電路可能誤動(dòng)作。LM338有兩種封裝，分別是TO-3金屬封裝、TO-220塑料封裝，封裝外形和引腳排列如圖2-4（a）和圖2-4（b）所示。圖2-4（a）TO-220塑料封裝 圖2-4（b） TO-3金屬封裝

34、LM338內(nèi)部電路示意圖如圖2-5所示。圖2-5 LM338內(nèi)部電路示意圖典型應(yīng)用LM338的典型應(yīng)用電路如圖2-6所示。輸入電壓UI28V。R1、R2為取樣電阻。取R1=120時(shí)，最小負(fù)載電流IL=10mA。R2選用5k可調(diào)電阻。調(diào)整可獲得1.2530V的穩(wěn)壓輸出，最大輸出電流為5A。圖2-6 LM338典型應(yīng)用電路圖輸出電壓的計(jì)算公式為 （2-1）其中。2.2.3多端集成線性穩(wěn)壓器 這類線性穩(wěn)壓器以早期產(chǎn)品居多，亦有固定式、可調(diào)式之分。2.2.4 跟蹤式正、負(fù)壓對(duì)稱輸出集成線性穩(wěn)壓器其特點(diǎn)是當(dāng)正電壓輸出因某種原因而發(fā)生變化時(shí)，負(fù)電壓輸出能自動(dòng)跟蹤并產(chǎn)生相應(yīng)的變化，使二者的絕對(duì)值仍相等。跟蹤

35、特性對(duì)于采用雙電源供電的精密運(yùn)算放大器尤為重要，可防止運(yùn)算放大器因正、負(fù)電源電壓不對(duì)稱而產(chǎn)生零漂。2.2.5 其他集成線性穩(wěn)壓器主要有低壓差線性穩(wěn)壓器、高壓線性穩(wěn)壓器、大電流輸出式線性穩(wěn)壓器、專用線性穩(wěn)壓器、多路輸出式及復(fù)合式線性穩(wěn)壓器。復(fù)合式線性穩(wěn)壓器內(nèi)含線性穩(wěn)壓器和開關(guān)穩(wěn)壓器，建有線性穩(wěn)壓器穩(wěn)壓性能好、開關(guān)穩(wěn)壓器電源效率高等優(yōu)點(diǎn)。2.3 集成穩(wěn)壓器的選擇目前，國內(nèi)生產(chǎn)的集成線性穩(wěn)壓器產(chǎn)品多達(dá)數(shù)千種，他們的工作原理、輸出形式、調(diào)整方法、電路結(jié)構(gòu)、技術(shù)參數(shù)和引出端數(shù)目也不盡相同。因此，在設(shè)計(jì)線性穩(wěn)壓器是，應(yīng)從實(shí)際出發(fā)，盡量選擇既符合使用要求，價(jià)格又較低的產(chǎn)品，做到物盡其用，切忌因片面追求高指標(biāo)

36、而造成浪費(fèi)。在選擇方法上也有兩種，一種是對(duì)功能、性能指標(biāo)、外圍電路復(fù)雜程度、外形尺寸及價(jià)格等因素，進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，折衷選擇，另一種則是突出其中一、兩項(xiàng)關(guān)鍵性指標(biāo)作為選擇的主要依據(jù)。一般情況下采用前一種方法。首先考慮所選擇的集成線性穩(wěn)壓器應(yīng)滿足儀器或設(shè)備對(duì)穩(wěn)壓電源性能的要求，主要包括：電壓調(diào)整率（亦稱線性調(diào)整率）、負(fù)載調(diào)整率（亦稱電流調(diào)整率）、波紋抑制比（亦稱電源抑制比）及輸出電壓溫度系數(shù)；輸入電壓范圍、輸出電壓及最大輸出電流；保護(hù)功能；允許環(huán)境溫度。由此確定穩(wěn)壓器型號(hào)。然后根據(jù)具體情況，選擇能滿足輸出電流、輸出電壓、專用功能等需要的應(yīng)用電路，并確定外圍元器件的種類、型號(hào)及數(shù)量等。最后用選的好的穩(wěn)

37、壓器芯片及其應(yīng)用電路進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，再根據(jù)對(duì)電源成本、外形尺寸、電路的復(fù)雜程度等具體要求進(jìn)行調(diào)整，以便更好地滿足設(shè)計(jì)者的要求。若標(biāo)準(zhǔn)線性穩(wěn)壓器難以滿足設(shè)計(jì)要求，建議采用低壓差線性穩(wěn)壓器（LDO）來代替標(biāo)準(zhǔn)線性穩(wěn)壓器實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)。例如，要想設(shè)計(jì)多路輸出式獲跟蹤式線性穩(wěn)壓器，從標(biāo)準(zhǔn)線性穩(wěn)壓器中很難找到合適的器件，因?yàn)檫@類穩(wěn)壓器大多屬于早就定型的老產(chǎn)品，缺少合適的型號(hào)。相反，低壓差或超低壓差線性穩(wěn)壓器屬于新產(chǎn)品，不僅具有很高的性價(jià)比，而且產(chǎn)品規(guī)格齊全，功能更強(qiáng)，很容易找到合適的型號(hào)。例如，多路輸出式超低壓差線性穩(wěn)壓器就有雙路輸出（TC1301/TC1302系列、LM2935、CAT6221和LP296

38、6）、三路輸出（R5320X系列及MIC2215）、四路輸出（AS1352，一次性可編程）、五路輸出（MAX1798/1799，帶串行接口）等。要設(shè)計(jì)具有排序與跟蹤功能的穩(wěn)壓器，推薦采用MIC68200型低壓差穩(wěn)壓器。為降低便攜式電子產(chǎn)品的待機(jī)功耗，低壓差或超低壓差線性穩(wěn)壓器大多具有通/斷控制功能，這是傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓器所不具備的。表2-5列出了選擇集成線性穩(wěn)壓器的方法。表2-5 選擇集成線性穩(wěn)壓器的方法選擇標(biāo)準(zhǔn)具體選項(xiàng)類型選擇輸出電壓能否調(diào)整固定式正壓輸出式78L00、78N00、78M00、7800、78T00、78H00、78P00負(fù)壓輸出式7900L、7900M、7900固定輸出式低壓差

39、線性穩(wěn)壓器LP2950CN-5.0V（正壓輸出）、LM2990T-5.0（負(fù)壓輸出）等可調(diào)式正壓輸出式LM317等負(fù)壓輸出式LM337等可調(diào)輸出式低壓差線性穩(wěn)壓器TPS7301等輸出電流不擴(kuò)展電流0.1A、0.3A、0.5A、1.0A、1.5A、3A、5A、10A參數(shù)選擇性能指標(biāo)擴(kuò)展電流選擇合適的擴(kuò)流電路電壓調(diào)整率，負(fù)載調(diào)整率、波紋抑制比、輸出電壓精度、輸出電壓溫度系數(shù)等。工作參數(shù)最高輸入電壓、最大輸出電流、最大功耗等環(huán)境溫度類（-55+150），類（-25+150），類（0+125）保護(hù)功能選擇過電流保護(hù)、短路保護(hù)調(diào)整管安全工作區(qū)保護(hù)過熱保護(hù)輸入極性反接保護(hù)2.4 集成穩(wěn)壓器的主要技術(shù)參數(shù)1

40、電壓調(diào)整率電壓調(diào)整率（SV）亦稱線性調(diào)整率，一般用百分?jǐn)?shù)表示，但也有用mV來表示。它表示當(dāng)輸入電壓在規(guī)定范圍內(nèi)變化時(shí)，輸出電壓的變化率。測(cè)量電壓調(diào)整率的方法是給線性穩(wěn)壓器接上額定負(fù)載，首先測(cè)出在標(biāo)稱輸入電壓時(shí)的輸出電壓值UO，然后連續(xù)調(diào)節(jié)輸入電壓，使之從規(guī)定的最小值一直變化到最大值，記下輸出電壓與標(biāo)稱值的最大偏差UO（可取絕對(duì)值）醉后帶入下式計(jì)算電壓調(diào)整率 （2-2）2負(fù)載調(diào)整率負(fù)載調(diào)整率（SI）亦稱電流調(diào)整率，一般用百分?jǐn)?shù)表示，但也可用mV表示。它是衡量線性穩(wěn)壓器在負(fù)載電流發(fā)生變化時(shí)，輸出電壓保持恒定的一種能力。測(cè)量負(fù)載調(diào)整率的方法是將輸入電壓調(diào)整至標(biāo)稱值，分別測(cè)出線性穩(wěn)壓器在滿載與空載時(shí)的

41、輸出電壓值U1、U2，在帶入下式計(jì)算負(fù)荷調(diào)整率 （2-3）3輸出電壓精度輸出電壓精度亦稱準(zhǔn)確度，它主要受線性穩(wěn)壓器的電壓調(diào)整率、負(fù)載調(diào)整率、內(nèi)部基準(zhǔn)電壓的溫度漂移量（以下簡(jiǎn)稱溫漂）、誤差放大器的溫漂、取樣電阻的精度及溫度系數(shù)的影響。由于基準(zhǔn)電壓和誤差放大器對(duì)溫度的變化比較敏感，因此溫度對(duì)線性穩(wěn)壓器輸出電壓影響最大，其次是取樣電阻的精度。電壓調(diào)整率、負(fù)載調(diào)整率和增益誤差對(duì)精度的影響只有1%3%。輸出電壓精度表達(dá)式為 （2-4）式中 輸出電壓精度； 電壓調(diào)整率（取絕對(duì)值）； 負(fù)載調(diào)整率（取絕對(duì)值）； 基準(zhǔn)電壓的精度所引起輸出電壓的變化量； 增益誤差所引起輸出電壓的變化量； 取樣電阻的精度所引起輸出

42、電壓的變化量； 當(dāng)環(huán)境溫度從最低溫度變化到時(shí)，對(duì)輸出電壓的影響。4靜態(tài)電流靜態(tài)電流IQ是指在規(guī)定的輸入電壓UI下，線性穩(wěn)壓器所消耗的電流，即穩(wěn)壓器內(nèi)部流向地的總電流。靜態(tài)電流IQ=II-IO,他等于空載時(shí)的芯片電流。5功耗功耗是指線性穩(wěn)壓器本身的功率損耗，計(jì)算公式為（）6效率效率是指電源轉(zhuǎn)換效率，即輸出功率與輸入功率的比值，通常用百分?jǐn)?shù)表示。對(duì)于串聯(lián)調(diào)整式線性電源，若忽略其靜態(tài)工作電流IQ，則輸入電流與輸出電流相等，即II=IO，因此電源轉(zhuǎn)換效率為 （2-6）7波紋抑制比亦稱電源抑制比，它表示輸入波紋電壓與輸出波紋電壓的比值，常用分貝（dB）表示。8輸出噪聲電壓輸出噪聲電壓UR是指在規(guī)定頻率范

43、圍內(nèi)輸出噪聲電壓的有效值，也有的用峰-峰值表示。9輸出電壓溫度系數(shù) 在規(guī)定溫度范圍內(nèi)當(dāng)輸出電壓的輸出電流保持不變時(shí)，由環(huán)境溫度化引起輸出電壓的相對(duì)變化量。設(shè)環(huán)境溫度從T1到T2，輸出電壓變化量為UO2-UO1，則輸出電壓溫度系數(shù)為 （2-7）2.5 線性穩(wěn)壓器外部保護(hù)電路工作原理2.5.1 反向偏壓保護(hù)當(dāng)線性穩(wěn)壓器7800的輸出電壓超過25V，或者穩(wěn)壓器的輸出端接有大負(fù)載電容CL(CL25F)時(shí)，應(yīng)增加反相偏電壓保護(hù)電路。保護(hù)二極管VD應(yīng)反極性并聯(lián)在UI端與UO端之間，正常情況下VD截至，不起作用；一旦輸入端發(fā)生短路（例如濾波后電容短路后可造成此故障），是輸入端接近于地電位，VD立即導(dǎo)通，CL

44、上積存的電荷就通過VD迅速泄放到地，可防止向內(nèi)部調(diào)整管的發(fā)射結(jié)放電而損壞芯片。利用保護(hù)二極管給負(fù)載電容提供放電回路的電路圖如圖2-7所示。圖2-7 利用保護(hù)二極管給負(fù)載電容提供放電回路當(dāng)穩(wěn)壓器的輸出過電壓時(shí)，輸入電壓突然發(fā)生短路故障，若輸出電壓超過7V，則內(nèi)部調(diào)整管的發(fā)射結(jié)就會(huì)被擊穿損壞。此時(shí)也應(yīng)給線性穩(wěn)壓器增加反相保護(hù)電路。兩種反向偏壓保護(hù)電路如圖2-8（a）、（b）所示，圖（a）為三段固定輸出式線性穩(wěn)壓器的反向偏置電壓保護(hù)電路。VD為保護(hù)二極管。圖（b）為三段可調(diào)輸出式線性穩(wěn)壓器的反向偏壓保護(hù)電路，VD1為保護(hù)二極管。當(dāng)輸入端發(fā)生短路故障時(shí)，VD1可將輸出電壓鉗位在0.7V左右。(a) (

45、b)圖2-8 兩種反向偏壓保護(hù)電路2.5.2 輸出端反極性電壓保護(hù)電路設(shè)計(jì)運(yùn)算放大器電平轉(zhuǎn)換器時(shí)，經(jīng)常采用正、負(fù)壓對(duì)稱的雙電源供電方式。此時(shí)線性穩(wěn)壓器的負(fù)載RL并不接地，而是在兩個(gè)極性相反的電源（+UO、- UO）之間。這就需要在兩個(gè)穩(wěn)壓器的輸出端與地之間分別街上鉗位二極管VD1和VD2，構(gòu)成如圖2-9所示的輸出端反極性電壓保護(hù)電路。在啟動(dòng)電壓器或發(fā)生短路故障時(shí)，一旦穩(wěn)壓器的輸出端存在反極性電壓，VD1或VD2就立即導(dǎo)通，起到鉗位作用，使輸出端電壓接近于0V，可對(duì)穩(wěn)壓器起到保護(hù)作用。鉗位二極管可選用1N4001型1A/50V的硅整流管。圖2-9輸出端反極性電壓保護(hù)電路2.5.3 瞬態(tài)過電壓保護(hù)

46、電路如果瞬態(tài)電壓超過額定輸入電壓的最大值或者低于地電位0.8V以下，并且具有足夠的能量，也許會(huì)損壞穩(wěn)壓器。特別是輸入端距離濾波電容較遠(yuǎn)時(shí)，更容易發(fā)生此類故障。解決方法是在輸入端與地之間并聯(lián)一只0.33F的電容CI，來吸收瞬態(tài)高頻電壓；在輸出端與地之間并聯(lián)一只0.1F電容CO，利用其兩端壓降不能突變的特性可改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)。7800系列、7900系列的瞬態(tài)過電壓保護(hù)電路分別如圖2-10（a）、（b）所示。220V交流電首先經(jīng)過電壓源變壓器降壓，然后經(jīng)整流濾波后變成直流電壓，送至穩(wěn)壓器的輸入端，從輸入端即可獲得穩(wěn)定的直流電壓。(a) (b)圖2-10 7800系列、7900系列的瞬態(tài)過電壓保護(hù)電

47、路3 其他元器件的選型3.1 運(yùn)算放大器3.1.1 運(yùn)算放大器的作用及工作原理 運(yùn)放有兩個(gè)輸入端a（反相輸入端）,b(同相輸入端)和一個(gè)輸出端o.也分別被稱為倒向輸入端非倒向輸入端和輸出端.當(dāng)電壓加U-加在a端和公共端(公共端是電壓為零的點(diǎn),它相當(dāng)于電路中的參考結(jié)點(diǎn).)之間,且其實(shí)際方向從a 端高于公共端時(shí),輸出電壓U實(shí)際方向則自公共端指向o端,即兩者的方向正好相反.當(dāng)輸入電壓U+加在b端和公共端之間,U與U+兩者的實(shí)際方向相對(duì)公共端恰好相同.為了區(qū)別起見,a端和b 端分別用-和+號(hào)標(biāo)出,但不要將它們誤認(rèn)為電壓參考方向的正負(fù)極性.電壓的正負(fù)極性應(yīng)另外標(biāo)出或用箭頭表示.一般可將運(yùn)放簡(jiǎn)單地視為：具

48、有一個(gè)信號(hào)輸出端口（Out）和同相、反相兩個(gè)高阻抗輸入端的高增益直接耦合電壓放大單元，因此可采用運(yùn)放制作同相、反相及差分放大器。運(yùn)放的供電方式分雙電源供電與單電源供電兩種。對(duì)于雙電源供電運(yùn)放，其輸出可在零電壓兩側(cè)變化，在差動(dòng)輸入電壓為零時(shí)輸出也可置零。采用單電源供電的運(yùn)放，輸出在電源與地之間的某一范圍變化。運(yùn)放的輸入電位通常要求高于負(fù)電源某一數(shù)值，而低于正電源某一數(shù)值。經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)的運(yùn)放可以允許輸入電位在從負(fù)電源到正電源的整個(gè)區(qū)間變化，甚至稍微高于正電源或稍微低于負(fù)電源也被允許。這種運(yùn)放稱為軌到軌（rail-to-rail）輸入運(yùn)算放大器。運(yùn)算放大器的輸出信號(hào)與兩個(gè)輸入端的信號(hào)電壓差成正比，在

49、音頻段有：輸出電壓=A0（E1-E2），其中，A0 是運(yùn)放的低頻開環(huán)增益（如 100dB，即 倍），E1 是同相端的輸入信號(hào)電壓，E2 是反相端的輸入信號(hào)電壓。運(yùn)算放大器有信號(hào)放大，大小比較，精密整流，阻抗變換，濾波，電壓信號(hào)變電流信號(hào)，電流信號(hào)變電壓信號(hào)，電壓信號(hào)變成頻率信號(hào)，頻率信號(hào)變電壓信號(hào)等作用。3.1.2 運(yùn)算放大器構(gòu)成的電壓比較器當(dāng)集成運(yùn)算放大器處于開環(huán)或正反饋狀態(tài)時(shí)，由于運(yùn)算放大器的開環(huán)放大倍數(shù)很高，若運(yùn)算放大器兩個(gè)輸入端的電壓略有差異，輸出電壓不是最高就是最低，輸出電壓不再隨輸入電壓連續(xù)性變化。當(dāng)u-u+時(shí)，輸出為最低值-UOM（低電平）；當(dāng)u-u+時(shí)，輸出為最高值+UOM(高

50、電平)，此時(shí)運(yùn)算放大器為非線性狀態(tài)。運(yùn)算放大器的非線性應(yīng)用最常見就是電壓比較器。電壓比較器（簡(jiǎn)稱比較器）是信號(hào)處理電路，其功能是比較兩個(gè)電壓的大小，通過輸出電壓的高電平或低電平，表示兩個(gè)輸入電壓的大小關(guān)系。在自動(dòng)控制和電子測(cè)量中，常用于鑒幅。模數(shù)轉(zhuǎn)換、各種非正弦波形的產(chǎn)生和變換電路中。(1)電壓比較器的特點(diǎn)電壓比較器的輸入信號(hào)通常是兩個(gè)模擬量。一般情況下，其中一個(gè)輸入信號(hào)是固定不變的參考電壓UREF，另一個(gè)輸入信號(hào)則是變化的信號(hào)ui。輸出只有兩種可能狀態(tài)：正飽和值+UOM或負(fù)飽和值-UOM。可以認(rèn)為，比較器的輸入信號(hào)是連續(xù)變化的模擬量，而輸出信號(hào)則是數(shù)字量，即0或1。電壓比較器中集成運(yùn)算放大器

51、通常工作在非線性區(qū)，既滿足如下關(guān)系：當(dāng)u-u+時(shí)，UO=-UOM，負(fù)向飽和；當(dāng)u-=u+時(shí)，-UOMUO+UOM，狀態(tài)不定。上述關(guān)系表明，工作在非線性區(qū)的運(yùn)算放大器，當(dāng)u-u+時(shí)，其輸出狀態(tài)都保持不變，只有當(dāng)u-=u+時(shí)，輸出狀態(tài)才能發(fā)生跳變。反之，若輸出狀態(tài)發(fā)生跳變，必定發(fā)生在u-=u+的時(shí)刻。(2)電壓比較器有以下三個(gè)要素比較器的閥值。比較器的輸出狀態(tài)發(fā)生跳變的時(shí)刻，所對(duì)應(yīng)的輸出電壓值稱作比較器的閥值電壓，簡(jiǎn)稱閥值或門限電壓，也可以簡(jiǎn)稱為門限，記作UTH。比較器的傳輸特性。比較器的輸出電壓UO與輸入電壓UI之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系稱作比較器的傳輸特性，它可用曲線表示，也可用方程式表示。比較器的組態(tài)。

52、若輸入電壓ui從運(yùn)算放大器的“-”端輸入，則稱為反相比較器；若從“+”端輸入，則稱為同相比較器。電壓比較器的基本結(jié)構(gòu)見圖3-1。圖3-1 電壓比較器的基本結(jié)構(gòu)圖3.1.3 運(yùn)算放大器LM324 LM324系列器件帶有真差動(dòng)輸入的四。與單電源應(yīng)用場(chǎng)合的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點(diǎn)。該四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的電源下，靜態(tài)電流為MC1741的靜態(tài)電流的五分之一。共模輸入范圍包括負(fù)電源，因而消除了在許多應(yīng)用場(chǎng)合中采用外部偏置元件的必要性。每一組運(yùn)算可用圖1所示的符號(hào)來表示，它有5個(gè)引出腳，其中“+”、“-”為兩個(gè)信號(hào)輸入端，“V+”、“V-”為正、負(fù)電源端，“Vo”為輸

53、出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的相位相同。 LM324的引腳排列見圖3-2。圖3-2 LM324引腳排列圖(1)參數(shù)與描述1.運(yùn)放類型:低功率；2.放大器數(shù)目:4；3.帶寬:1.2MHz；4.針腳數(shù):14；5.:0C+70C；6.封裝類型:SOIC；7.3dB帶寬增益乘積:1.2MHz；8.變化斜率:0.5V/s；9.器件標(biāo)號(hào):324；10.器件標(biāo)記:LM324AD；11.增益帶寬:1.2MHz；12.工作溫度最低:0C；13.工作溫度最高:70C；14.放大器類型:低功

54、耗；15.電源電壓最大:32V；16.電源電壓最小:3V；17.芯片標(biāo)號(hào):324；18.表面安裝器件:表面安裝；19.輸入偏移電壓最大:7mV；20.運(yùn)放特點(diǎn):高增益頻率補(bǔ)償運(yùn)算；21.邏輯功能號(hào):324；22.額定電源電壓:+15V；(2)特點(diǎn)1.短路保護(hù)輸出；2.真差動(dòng)輸入級(jí)；3.可單電源工作：3V-32V；4.低偏置電流：最大100nA；5.每封裝含四個(gè)運(yùn)算放大器；6.具有內(nèi)部補(bǔ)償?shù)墓δ埽?.共模范圍擴(kuò)展到負(fù)電源；8.行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的引腳排列；9.輸入端具有靜電保護(hù)功能； 這個(gè)是最常用的運(yùn)算放大器1，2，3腳是一組5，6,7腳是一組，8，9，10腳是一組，12，13,14腳是一組，剩下的兩個(gè)腳

55、是電源，1，7,8,14是各組放大器的輸出腳，其它的就是輸入腳。至于使用地方，那就是你需要比較器和運(yùn)算放大器的所有地方你都可以用，只是當(dāng)你所需要用到運(yùn)算放大器的地方對(duì)運(yùn)算放大器的性能要求很高的時(shí)候那你就得看看LM324是不是滿足性能要求了！ 根據(jù)LM324的上述特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用LM324運(yùn)算放大器做電壓比較器。3.2 開關(guān)三極管3.2.1 開關(guān)三極管的簡(jiǎn)單介紹開關(guān)三極管的外形與普通三極管外形相同，它工作于截止區(qū)和飽和區(qū)，相當(dāng)于電路的切斷和導(dǎo)通。由于它具有完成斷路和接通的作用，被廣泛應(yīng)用于各種開關(guān)電路中，如常用的開關(guān)電源、驅(qū)動(dòng)電路、高頻振蕩電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、脈沖電路及輸出電路等。開關(guān)三極管的基

56、本電路圖如圖3-3所示。 圖3-3開關(guān)三極管的基本電路圖負(fù)載被直接跨接于三極管的集電極與電源之間，而位居三極管主電流的回路上，輸入電壓UI則控制三極管開關(guān)的開啟與閉合動(dòng)作，當(dāng)三極管呈開啟狀態(tài)時(shí)，負(fù)載電流便被阻斷，反之，當(dāng)三極管呈閉合狀態(tài)時(shí)，電流便可以流通。 詳細(xì)的說，當(dāng)UI為低電壓時(shí)，由于基極沒有電流，因此集電極亦無電流，致使連接于集電極端的負(fù)載亦沒有電流，而相當(dāng)于開關(guān)的開啟，此時(shí)三極管乃工作于截止區(qū)。 同理，當(dāng)UI為高電壓時(shí)，由于有基極電流流動(dòng)，因此使集電極流過更大的放大電流，因此負(fù)載回路便被導(dǎo)通，而相當(dāng)于開關(guān)的閉合，此時(shí)三極管乃工作于飽和區(qū)。 3.2.2 開關(guān)三極管的工作原理(1)截止?fàn)顟B(tài)

57、當(dāng)加在三極管發(fā)射結(jié)的電壓小于的導(dǎo)通電壓，基極電流為零，集電極電流和發(fā)射極電流都為零，三極管這時(shí)失去了電流放大作用，集電極和發(fā)射極之間相當(dāng)于開關(guān)的斷開狀態(tài)，即為三極管的截止?fàn)顟B(tài)。開關(guān)三極管處于截止?fàn)顟B(tài)的特征是發(fā)射結(jié)，集電結(jié)均處于反向偏置。 (2)飽和導(dǎo)通狀態(tài)當(dāng)加在三極管發(fā)射結(jié)的電壓大于PN結(jié)的導(dǎo)通電壓，并且當(dāng)基極的電流增大到一定程度時(shí)，集電極電流不再隨著基極電流的增大而增大，而是處于某一定值附近不再怎么變化，此時(shí)三極管失去電流放大作用，集電極和發(fā)射極之間的電壓很小，集電極和發(fā)射極之間相當(dāng)于開關(guān)的導(dǎo)通狀態(tài)，即為三極管的導(dǎo)通狀態(tài)。開關(guān)三極管處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)的特征是發(fā)射結(jié)，集電結(jié)均處于正向偏置。而處于

58、放大狀態(tài)的三極管的特征是發(fā)射結(jié)處于正向偏置，集電結(jié)處于反向偏置。這也是可以使用電壓表測(cè)試發(fā)射結(jié)，集電結(jié)的電壓值判定三極管工作狀況的原理。開關(guān)三極管正是基于三極管的開關(guān)特性來工作的。 3.2.3 開關(guān)三極管的特點(diǎn)及應(yīng)用開關(guān)三極管具有壽命長(zhǎng)、安全可靠、沒有機(jī)械磨損、開關(guān)速度快、體積小等特點(diǎn)。開關(guān)三極管可以用很小的電流，控制大電流的通斷，有較廣泛的應(yīng)用。小功率開關(guān)管可以用在電源電路、驅(qū)動(dòng)電路、開關(guān)電路等；大功率管可用于彩色電視機(jī)、通信設(shè)備的開關(guān)電源；也可用于低頻功率放大電路、電流調(diào)整等；高反壓大功率開關(guān)管可用于彩色電視機(jī)行輸出管。3.3 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓管實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)二極管，但它通常工作在反向擊穿區(qū)

59、。只要擊穿后的反向電流不超過允許范圍，穩(wěn)壓管就不會(huì)發(fā)生熱擊穿損壞。為此，必須在電路中串接一個(gè)限流電阻。反向擊穿后，當(dāng)流過穩(wěn)壓管的電流在很大范圍內(nèi)變化時(shí)二極管兩端的電壓幾乎不變，從而獲得一個(gè)穩(wěn)定的電壓。可以利用穩(wěn)壓二極管來穩(wěn)定電壓比較器的反向端輸入電壓。由硅穩(wěn)壓管組成的簡(jiǎn)單穩(wěn)壓電路如圖3-4所示。硅穩(wěn)壓管DW與負(fù)載Rfz并聯(lián)，R1為限流電阻。若電網(wǎng)電壓升高，整流電路的輸出電壓Usr也隨之升高，引起負(fù)載電壓Usc升高，由于穩(wěn)壓管DW與負(fù)載Rfz并聯(lián)，Usc只要有一點(diǎn)增長(zhǎng)，就會(huì)使流過穩(wěn)壓管的電流急劇增加，是的I1也增大，限流電阻R1上的電壓降增大，從而抵消了Usr的下降，保持負(fù)載電壓Usc基本不變。

60、若Usr不變而負(fù)載電流增加，則R1上的壓降增加，造成負(fù)載電壓Usc下降。Usc只要下降一點(diǎn)點(diǎn)，穩(wěn)壓管中的電流就迅速見效，使Rfz上的壓降再減小下來，從而保持Rfz上的壓降基本不變，使負(fù)載電壓Usc得以穩(wěn)定。圖 3-4 穩(wěn)壓管的工作原理圖綜上所述可以看出，穩(wěn)壓管起到自動(dòng)調(diào)節(jié)作用，而限流電阻起著電壓調(diào)整作用，穩(wěn)壓管的動(dòng)態(tài)電阻越小，限流電阻越大，輸出電壓的穩(wěn)定性越好。3.4 電壓繼電器繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動(dòng)開關(guān)”。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。