硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路課件

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)第十九講16.2硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路16.2.1硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路的原理16.2.2穩(wěn)壓電阻的計算16.2.3基準源16.2.1硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路的原理硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路的電路圖如圖16.02所示。

它是利用穩(wěn)壓二極管的反向擊穿特性穩(wěn)壓的，由于反向特性陡直，較大的電流變化，只會引起較小的電壓變化。圖16.02硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路(2)當負載電流變化時如何穩(wěn)壓

負載電流IL的增加，必然引起IR的增加，即VR增加，從而使VZ=VO減小，IZ減小。IZ的減小必然使IR減小，VR減小，從而使輸出電壓VO增加。這一穩(wěn)壓過程可概括如下：

IL↑→IR↑→VR↑→VZ↓（VO↓）→IZ↓→IR↓→VR↓→VO↑16.2.2穩(wěn)壓電阻的計算穩(wěn)壓二極管的動態(tài)電阻越小，穩(wěn)壓電阻R越大，穩(wěn)壓性能越好。穩(wěn)壓電阻

R

的作用將穩(wěn)壓二極管電流的變化轉(zhuǎn)換為電壓的變化，從而起到調(diào)節(jié)作用，同時R也是限流電阻。

顯然R的數(shù)值越大，較小IZ的變化就可引起足夠大的VR變化，就可達到足夠的穩(wěn)壓效果。但R的數(shù)值越大，就需要較大的輸入電壓VI值，損耗就要加大。穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓性能與穩(wěn)壓二極管擊穿特性的動態(tài)電阻有關(guān)，與穩(wěn)壓電阻R的阻值大小有關(guān)。穩(wěn)壓電阻的計算如下

當輸入電壓最小，負載電流最大時，流過穩(wěn)壓二極管的電流最小。此時IZ不應(yīng)小于IZmin，由此可計算出穩(wěn)壓電阻的最大值，實際選用的穩(wěn)壓電阻應(yīng)小于最大值。即當輸入電壓最大，負載電流最小時，流過穩(wěn)壓二極管的電流最大。此時IZ不應(yīng)超過IZmax，由此可計算出穩(wěn)壓電阻的最小值。即(1)(2)穩(wěn)壓二極管在使用時一定要串入限流電阻，不能使它的功耗超過規(guī)定值，否則會造成損壞！16.3線性串聯(lián)型穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓二極管的缺點是工作電流較小，穩(wěn)定電壓值不能連續(xù)調(diào)節(jié)。線性串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的工作電流較大，輸出電壓一般可連續(xù)調(diào)節(jié)，穩(wěn)壓性能優(yōu)越。目前這種穩(wěn)壓電源已經(jīng)制成單片集成電路，廣泛應(yīng)用在各種電子儀器和電子電路之中。線性串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的缺點是損耗較大，效率低。16.3.1

線性串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作原理16.3.2

穩(wěn)壓電路的保護環(huán)節(jié)16.3.3

三端集成穩(wěn)壓器16.3.1線性串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作原理(1)線性串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的構(gòu)成線性串聯(lián)穩(wěn)壓電源的工作原理可用圖16.03來說明。顯然，VO=VI-VR，當VI增加時，R受控制而增加，使VR增加，從而在一定程度上抵消了VI增加對輸出電壓的影響。若負載電流IL增加，R受控制而減小，使VR減小，從而在一定程度上抵消了因IL增加，使VI減小，對輸出電壓減小的影響。圖16.03串聯(lián)穩(wěn)壓電源圖16.03串聯(lián)穩(wěn)壓電源示意圖

在實際電路中，可變電阻R是用一個三極管來替代的，控制基極電位，從而就控制了三極管的管壓降VCE，VCE相當于VR。要想輸出電壓穩(wěn)定，必須按電壓負反饋電路的模式來構(gòu)成串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。典型的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路如圖16.04所示。它由調(diào)整管、放大環(huán)節(jié)、比較環(huán)節(jié)、基準電壓源幾個部分組成。

圖16.04串聯(lián)型穩(wěn)壓電路方框圖（動畫16-2）2．負載電流變化，輸入電壓保持不變

負載電流IL的增加，必然會使輸入電壓VI有所減小，輸出電壓VO必然有所下降，經(jīng)過取樣電路取出一部分信號Vf與基準源電壓VREF比較，獲得的誤差信號使VO1增加，從而使調(diào)整管的管壓降VCE下降，從而抵消因IL增加，使輸入電壓減小的影響。IL↑→VI↓→VO↓→Vf↓→VO1↑→VCE↓→VO↑3.輸出電壓調(diào)節(jié)范圍的計算根據(jù)圖16.04可知Vf≈VREF調(diào)節(jié)R2顯然可以改變輸出電壓。（動畫16-1）16.3.2

穩(wěn)壓電路的保護環(huán)節(jié)

串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的內(nèi)阻很小，如果輸出端短路，則輸出短路電流很大。同時輸入電壓將全部降落在調(diào)整管上，使調(diào)整管的功耗大大增加，調(diào)整管將因過損耗發(fā)熱而損壞，為此必須對穩(wěn)壓電源的短路進行保護。過載也會造成損壞。保護的方法反饋保護型溫度保護型截流型限流型利用集成電路制造工藝，在調(diào)整管旁制作PN結(jié)溫度傳感器。當溫度超標時，啟動保護電路工作，工作原理與反饋保護型相同。截流型限流型當發(fā)生短路時，通過保護電路使調(diào)整管截止，從而限制了短路電流，使之接近為零。截流特性見圖16.05。是當發(fā)生短路時，通過電路中取樣電阻的反饋作用，輸出電流得以限制。限流特性見圖16.06。

圖16.05截流型特性

圖16.06限流型特性2.外形及引腳功能W7800系列穩(wěn)壓器外形1—

輸入端3—公共端2

—輸出端78xxW7900系列穩(wěn)壓器外形1—公共端3—輸入端2—輸出端79xx塑料封裝TO--220(2)線性三端集成穩(wěn)壓器的分類三端集成穩(wěn)壓器有如下幾種：1.固定正輸出集成穩(wěn)壓器，國標型號為CW78--/CW78M--/CW78L--2.固定負輸出集成穩(wěn)壓器，國標型號為CW79--/CW79M--/CW79L--3.可調(diào)正輸出集成穩(wěn)壓器，國標型號為CW117--/CW117M—CW117L-CW217--/CW217M--/CW217L--CW317--/CW317M--/CW317L-4.可調(diào)負輸出集成穩(wěn)壓器，國標型號為CW137--/CW137M—CW137L-CW237--/CW237M--CW237L--CW337--/CW337MCW337L--5.三端低壓差集成穩(wěn)壓器6.大電流三端集成穩(wěn)壓器以上1---為軍品級；2---為工業(yè)品級；3---為民品級。

軍品級為金屬外殼或陶瓷封裝，工作溫度范圍-55℃～150℃；

工業(yè)品級為金屬外殼或陶瓷封裝，工作溫度范圍-25℃～150℃；民品級多為塑料封裝，工作溫度范圍0℃～125℃。(3)應(yīng)用電路三端固定輸出集成穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用電路如圖16.09所示?？烧{(diào)輸出三端集成穩(wěn)壓器的內(nèi)部，在輸出端和公共端之間是1.25

V的參考源，因此輸出電壓可通過電位器調(diào)節(jié)。

16.09應(yīng)用電路(固定)三端可調(diào)輸出集成穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用電路如圖16.10所示。

圖16.10應(yīng)用電路(可調(diào))提高輸出電壓的電路CoW78XXCiUI+_+_Uo123UXXUZRDZUXX:為W78XX固定輸出電壓Uo=UXX+UZ（4）利用三端集成穩(wěn)壓器組成恒流源

圖16.11穩(wěn)壓器做恒流源圖16.12可調(diào)穩(wěn)壓器做恒流源電路

(a)小電流恒流源

(b)大電流恒流源三端集成穩(wěn)壓器可做恒流源使用,電路見圖16.11和16.12。16.4開關(guān)型穩(wěn)壓電源

為解決線性穩(wěn)壓電源功耗較大的缺點，研制了開關(guān)型穩(wěn)壓電源。開關(guān)型穩(wěn)壓電源效率可達90%以上，造價低，體積小?，F(xiàn)在開關(guān)型穩(wěn)壓電源已經(jīng)比較成熟，廣泛應(yīng)用于各種電子電路之中。開關(guān)型穩(wěn)壓電源的缺點是紋波較大，用于小信號放大電路時，還應(yīng)采用第二級穩(wěn)壓措施。16.4.1開關(guān)型穩(wěn)壓電路的工作原理16.4.2集成開關(guān)型穩(wěn)壓器

三角波發(fā)生器通過比較器產(chǎn)生一個方波，去控制調(diào)整管的通斷。調(diào)整管導通時，向電感充電。當調(diào)整管截止時，必須給電感中電流提供一個泄放通路。續(xù)流二極管D即可起到這個作用，有利于保護調(diào)整管。

根據(jù)電路圖的接線，當三角波的幅度小于比較放大器的輸出時，比較器輸出高電平，對應(yīng)調(diào)整管的導通時間為ton；反之輸出為低電平，對應(yīng)調(diào)整管的截止時間toff。輸出波形中電位水平高于高電平最小值的部分，對方波而言，相當方波存在的部分。輸出波形中電位水平低于低電平最大值的部分，對方波而言，相當方波不存在的部分。

為了穩(wěn)定輸出電壓，應(yīng)按電壓負反饋方式引入反饋，以確定基準源和比較放大器的連線。設(shè)輸出電壓增加，F(xiàn)VO增加，比較放大器的輸出Vf減小，比較器方波輸出的toff增加，調(diào)整管導通時間減小，輸出電壓下降。起到了穩(wěn)壓作用。

各點波形見圖16.14。由于調(diào)整管發(fā)射極輸出為方波，有濾波電感的存在，使輸出電流iL為鋸齒波，趨于平滑。輸出則為帶紋波的直流電壓。

圖16.14開關(guān)電源波形圖

可以通過改變比較器輸出方波的寬度（占空比）來控制輸出電壓值。這種控制方式稱為脈沖寬度調(diào)制(PWM)。q稱為占空比方波高電平的時間占整個周期的百分比。在輸入電壓一定時，輸出電壓與占空比成正比。忽略電感的直流電阻，輸出電壓VO即為vE的平均分量。于是有16.4.2集成開關(guān)型穩(wěn)壓器(簡介）典型的開關(guān)電源控制器和開關(guān)電源見下表

型號電源范圍/V最大輸出電流/A內(nèi)部參考源/V輸出級形式TL4947～400.25推挽或單端SG35248～350.15推挽SG35258～350.55推挽LM25753.5～3511.23_

表中前三個是開關(guān)電源控制器，后一個是單片開關(guān)電源穩(wěn)壓器。實際上就是一個脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制器，經(jīng)常也用于其它脈寬調(diào)制場合。集成開關(guān)穩(wěn)壓器，一般有兩大類型。一類是包括調(diào)整管在內(nèi)的集成開關(guān)穩(wěn)壓器;另一類稱為開關(guān)電源控制器，它不包括調(diào)整管。(1)開關(guān)穩(wěn)壓電源概述

利用集成開關(guān)電源控制器可以方便地構(gòu)成開關(guān)電源。SG3524是一個典型的性能優(yōu)良的開關(guān)電源控制器，其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)框圖如圖16.15所示。

(2)開關(guān)穩(wěn)壓電源控制器SG3524圖16.15SG3524的內(nèi)部方框圖

它的內(nèi)部包括有誤差放大器、限流保護環(huán)節(jié)、比較器、振蕩器、觸發(fā)器、輸出邏輯控制電路和輸出三極管等環(huán)節(jié)。SG3524構(gòu)成開關(guān)穩(wěn)壓電源的典型電路如圖16.16所示。圖16.16開關(guān)穩(wěn)壓電源應(yīng)用電路

3524從11和14腳輸出在時間上互相錯開的兩路控制信號，其開關(guān)頻率由6和7腳外接的RT和CT決定。1和2腳是內(nèi)部運算放大器的輸入端，R1和R2構(gòu)成反饋回路。16腳是基準源，由R3和R4給誤差運算放大器提供一個與反饋信號比較的給定電壓。

V3和V4是或非門的輸出，只要或非門的輸入端有高電平，它的輸出即為低電平。V3和V4的輸出由V2、CP、Q或Q決定。因Q和Q只能有一個是高電平，T2和T1不可能同時導通。T1和T2只能按推挽方式工作，輪流交替導通。

SG3524電路控制過程的波形如圖16.17所示。

圖16.17SG3524的波形圖

鋸齒波由振蕩器提供，V1是誤差放大器的輸出，它們一起加到比較器上。V2是比較器的輸出。振蕩器輸出的時鐘驅(qū)動T'觸發(fā)器，CP、Q和V2的或非是V3，決定T1的通斷。CP、Q和V2的或非是V4，決定T2的通斷。由于Q和Q等寬，加上V2的存在，所以V3和V4這兩路信號之間有一定的死區(qū)，以保證T