模拟电子技术基础第12章直流稳压电源的课件

1、12.1 直流稳压电源概述直流稳压电源概述12.2单相整流电路单相整流电路12.3 电源滤波电路电源滤波电路12.4线性稳压电路线性稳压电路12.5 集成线性稳压器集成线性稳压器 12.6开关稳压电路开关稳压电路12.7 开关集成稳压器开关集成稳压器12.8 Multisim 仿真仿真三端固定稳压器三端固定稳压器W7805的特性的特性第第12章章 直流稳压电源直流稳压电源第第12章章 直流稳压电源直流稳压电源学习本章后，读者将了解：学习本章后，读者将了解：直流稳压电源的组成框图，直流稳压电源的性能指标：直流稳压电源的组成框图，直流稳压电源的性能指标：电压调整率、输出电阻、温度系数和纹波系数；电

2、压调整率、输出电阻、温度系数和纹波系数；单相整流：半波整流、桥式整流和倍压整流；单相整流：半波整流、桥式整流和倍压整流；电容滤波、电感滤波和复式滤波；电容滤波、电感滤波和复式滤波；线性稳压电路：并联稳压电路（稳压管稳压电路）和串线性稳压电路：并联稳压电路（稳压管稳压电路）和串联稳压电路；联稳压电路；线性集成稳压器：三端固定式稳压器线性集成稳压器：三端固定式稳压器W7800和三端可调和三端可调稳压器稳压器W117；开关稳压电路：串联稳压电路（降压型）、并联稳压电路开关稳压电路：串联稳压电路（降压型）、并联稳压电路（升压型）和反激式稳压电路（升压型）和反激式稳压电路 12.1.1 直流稳压电源的作

3、用和组成框图直流稳压电源的作用和组成框图12.1 直流稳压电源概述直流稳压电源概述整整流流滤滤波波220V50Hz直流直流电压电压图图12.1.1 直流稳压电源框图直流稳压电源框图vacvpVAVVOIO稳稳压压12.1.2 直流稳压电源的主要技术指标直流稳压电源的主要技术指标12.1 直流稳压电源概述直流稳压电源概述1特性指标特性指标输入电压及其变化范围；输入电压及其变化范围；输出电压及调节范围；输出电压及调节范围；额定输出电流以及过流保护电流。额定输出电流以及过流保护电流。 输出电压是输入电压、输出电流和温度（调节元件等的特性与温度有关）输出电压是输入电压、输出电流和温度（调节元件等的特性

4、与温度有关）等的函数，即：等的函数，即：),(TIVfVOIOVI可以是电网电压的有效值可以是电网电压的有效值Vac或者是滤波输出电压或者是滤波输出电压VAV。0, 00, 00, 0IVOTVOOOTIIOIOIITVTIVIVVVV定义：定义：1）电压调整率：）电压调整率：0, 0TIIOOvVVVS2）输出电阻：）输出电阻：0, 0TVOOoIIVR3）温度系数：）温度系数：0, 0IVOTITVSTSIRVSVVTOoIvOO故因此，电压调整率、输出电组和温度系数越小，直流稳压电源的质量越好。因此，电压调整率、输出电组和温度系数越小，直流稳压电源的质量越好。2质量指标质量指标12.1.

5、2 直流稳压电源的主要技术指标直流稳压电源的主要技术指标由于输入是交流电压由于输入是交流电压，在输出端将不可避免地含有交流分量。，在输出端将不可避免地含有交流分量。在交流电压在交流电压有效值、输出电流和温度不变的情况下，纹波电压是指直流稳压电源输出电有效值、输出电流和温度不变的情况下，纹波电压是指直流稳压电源输出电压的交流分量压的交流分量，即纹波电压即纹波电压v：OOVvvvO是输出电压的瞬时值，是输出电压的瞬时值，VO是输出电压的直流分量（即输出直流电压）是输出电压的直流分量（即输出直流电压）。则。则纹波电压的有效值纹波电压的有效值V2(1)(11OO

6、OrmsTOTOOOTOOOOTOOTVVVVdtVvTdtvTdtVVvvTdtVvTdtvTV22OOrmsVVV纹波系数纹波系数通常定义为纹波电压有效值与直流分量的绝对值之比，即：通常定义为纹波电压有效值与直流分量的绝对值之比，即： 122OOrmsOVVVV同样，纹波系数越小，同样，纹波系数越小，直流稳压电源的质量越好。直流稳压电源的质量越好。4）纹波系数）纹波系数12.2单相整流电路单相整流电路1电路组成和工作原理电路组成和工作原理12.2.1单相半波整流电路单相半波整流电路设变压器副绕组的电压为设变压器副绕组的电压为onVVftVtVv22222sin2sin2V2是副绕组的电压有

7、效值，是副绕组的电压有效值，f是电源频率（是电源频率（50Hz），），Von是二极管的导通电压。是二极管的导通电压。) 12(2/sin2022ntnRviitVvvvLOODOD在在v2的负半周内的负半周内(v20)，二极管，二极管D导通。有：导通。有：一体化硅桥一体化硅桥SQLF2000整流桥整流桥1电路组成和工作原理电路组成和工作原理（b）v20的等效电路的等效电路输出直流电压输出直流电压:22022045. 02sin22121VVttdVtdvVOO输出电压有效值输出电压有效值:202220221)sin2(2121VtdtVtdvVOOrms纹波电压有效值纹波电压有效值:22222

8、2545. 024VVVVVOOrms纹波系数纹波系数:21. 1242OVV说明纹波电压大于直流输出电压。说明纹波电压大于直流输出电压。 1电路组成和工作原理电路组成和工作原理流过整流二极管的平均整流电流等于负流过整流二极管的平均整流电流等于负载的直流电流，即载的直流电流，即:LLOODFRVRVII245. 0二极管承受的最大反向电压二极管承受的最大反向电压:22VVDR根据上述参数选择整流二极管，即根据上述参数选择整流二极管，即:max)25 . 1 (DFFIImax)25 . 1 (DRRVV 式中，式中，IF和和VR是二极管的最大平均整流电流和最高反向工作电压参数。是二极管的最大平

9、均整流电流和最高反向工作电压参数。 1电路组成和工作原理电路组成和工作原理整流二极管的选择整流二极管的选择半波整流电路的输出直流电压小，纹波电压大，特性差。此外，变半波整流电路的输出直流电压小，纹波电压大，特性差。此外，变压器仅工作半周，流入变压器和电网的电流是正弦半波，变压器具有直压器仅工作半周，流入变压器和电网的电流是正弦半波，变压器具有直流偏磁（铁芯易磁饱和），对电网造成较大的谐波污染。流偏磁（铁芯易磁饱和），对电网造成较大的谐波污染。 a TrRLu2uLu1RLu2uLbRLu2uLRLuLu212.2.2单相桥式整流电路圆桥圆桥2W06 2W06 排桥排桥KBP306 KBP306

10、 u2t0uLTu2t0u2D D2 2、D D4 4通通D D1 1、D D3 3通通D D1 1、D D3 3通通D D2 2、D D4 4通通uLau1TrRLbu2D1D2D3D4uLa u1TrRLbu2D2D412.2.2单相桥式整流电路单相桥式整流电路2输出直流电压和纹波电压输出直流电压和纹波电压2202209 . 022sin22221VVttdVtdvVOO输出电压有效值：输出电压有效值：2022202)sin2(2221VtdtVtdvVOOrms纹波电压有效值：纹波电压有效值：2222435. 081VVVVOOrms纹波系数：纹波系数：483. 02282OVV说明纹波

11、电压小于直流输出电压。说明纹波电压小于直流输出电压。 12.2.2单相桥式整流电路单相桥式整流电路输出直流电压：输出直流电压：流过整流二极管的平均整流过整流二极管的平均整流电流等于负载直流电流的一流电流等于负载直流电流的一半，即：半，即：LLOODFRVRVII245. 0221二极管承受的最大反向电压：二极管承受的最大反向电压：22VVDR 桥式整流电路的特点：输出直流电压较大，纹波电压较小，特性较好。桥式整流电路的特点：输出直流电压较大，纹波电压较小，特性较好。此外，变压器连续工作，流入变压器和电网的电流是正弦波，变压器没有直此外，变压器连续工作，流入变压器和电网的电流是正弦波，变压器没有

12、直流偏磁，对电网造成的谐波污染较小。流偏磁，对电网造成的谐波污染较小。 3整流二极管的选择整流二极管的选择12.2.2单相桥式整流电路单相桥式整流电路通常用整流桥替代分立元件，其通常用整流桥替代分立元件，其体积减小，成本降低，可靠性高。体积减小，成本降低，可靠性高。 u2uLIou2uLIou2uLu2Iot0uLt0uLt0uL245. 0VVLLI2V2常见的几种整流电路半波半波 全波全波 桥式桥式29 . 0VVL29 . 0VVL2V222V22LI2LI倍压整流：利用二极管的单向导电性为电容提供单极性电压，将倍压整流：利用二极管的单向导电性为电容提供单极性电压，将电容存储的电压（电荷

13、存储效应）累加，形成等于若干倍交流电压峰电容存储的电压（电荷存储效应）累加，形成等于若干倍交流电压峰值的直流输出电压。值的直流输出电压。 12.2.3倍压整流倍压整流(a) 2倍压整流电路倍压整流电路(b) 6倍压整流电路倍压整流电路对对2 2倍压整流电路，有：倍压整流电路，有： tusinV2222V22oV则C1的耐压大于的耐压大于 ，C2的耐压应大于的耐压应大于 。倍压整流电路一般用。倍压整流电路一般用于高电压、小电流（几毫安以下）的直流电源中。于高电压、小电流（几毫安以下）的直流电源中。 电容器电容器C对直流开路，对交流阻抗小，所以对直流开路，对交流阻抗小，所以C应该并联应该并联在负载

14、两端在负载两端; 电感器电感器L对直流阻抗小，对交流阻抗大，因对直流阻抗小，对交流阻抗大，因此此L 应与负载串联。应与负载串联。 对整流电路的滤波，一方面要尽量降低输出电压中的脉对整流电路的滤波，一方面要尽量降低输出电压中的脉动成份，另一方面又要尽量保留其中的直流成分，使输出动成份，另一方面又要尽量保留其中的直流成分，使输出电压接近于理想的直流电压。电压接近于理想的直流电压。 电容器两端的电压不能突变（跃变）和流过电感器的电容器两端的电压不能突变（跃变）和流过电感器的电流不能突变的特性，用电流不能突变的特性，用电容器与负载电阻并联电容器与负载电阻并联或或电感器电感器与负载电阻串联与负载电阻串联

15、构成各种滤波电路。构成各种滤波电路。12.3 电源滤波电路电源滤波电路几种滤波电路几种滤波电路（a）电容滤波电路）电容滤波电路（b）电感电容滤波电路（）电感电容滤波电路（型）型）（c） 型滤波电路型滤波电路12.3 电源滤波电路电源滤波电路设设t1时刻接时刻接通电源通电源t1整流电路为电整流电路为电容充电容充电充电结束充电结束桥式整流桥式整流输出波形输出波形有电容滤波、空载有电容滤波、空载时时v2tvot12.3.1电容滤波电路电容滤波电路桥式整流电容滤波电路桥式整流电容滤波电路1.工作原理：工作原理：负载状态下：负载状态下：在整流电路电压小于在整流电路电压小于电容电压时，二极管电容电压时，二

16、极管截止，电容通过截止，电容通过RL放放电，电，u0逐渐下降。逐渐下降。v2tvot12.3.1电容滤波电路电容滤波电路桥式整流电容滤波电路桥式整流电容滤波电路1.工作原理：工作原理：只有整流电路输出电只有整流电路输出电压大于压大于u0的时间区间，的时间区间，才有充电电流。因此才有充电电流。因此整流电路的输出电流整流电路的输出电流是脉冲波。是脉冲波。整流电路的整流电路的输出电流输出电流RLC较大时较大时v2tvot12.3.1电容滤波电路电容滤波电路桥式整流电容滤波电路桥式整流电容滤波电路1.工作原理：工作原理：12.3.1电容滤波电路电容滤波电路12.3.1电容滤波电路电容滤波电路在在t=0

17、时合上开关时合上开关S，接入负载，接入负载RL。电。电容初始电压容初始电压2220vVvC）（二极管截止，电容器二极管截止，电容器C经经RL放电，放电，放电时间常数放电时间常数:TCRL电容电压电容电压:20)11 (22)()(212TttVeVtvtvtCO （交流电源周期）（交流电源周期）显然，显然， 负载电压的脉动程度与时间常数负载电压的脉动程度与时间常数CRL有关。有关。 电容器电容器C周而复始地进行充放电，负载上输出一个近似锯齿波的电压周而复始地进行充放电，负载上输出一个近似锯齿波的电压vO，负载电压脉动程度大为减小，实现了输出电压的平滑。，负载电压脉动程度大为减小，实现了输出电压

18、的平滑。 特点：特点：A. 二极管的导电角二极管的导电角 ，流过二极管的瞬时电流流过二极管的瞬时电流很大。很大。B. 负载直流平均电压负载直流平均电压 VL 升高升高 d = RLC 越大，越大， VL 越高越高C. 直流电压直流电压 VL 随负载电流随负载电流增加而减少增加而减少当当 d （3 5） 时，时，2TVL = ( 1.1 1.2 )V212.3.1电容滤波电路电容滤波电路2输出直流电压和纹波电压输出直流电压和纹波电压输出平均电压输出平均电压:)41 (2)2211 (2)11 (22/1222/02CRTVTVdttVTVLTO输出电压有效值输出电压有效值:222/022)2(3

19、1212)11 (22/1TTVdttVTVTOrms输出纹波电压输出纹波电压:22222321VTVVVOOrms纹波系数纹波系数:)22(32TTVVO在实际应用中，通常选择在实际应用中，通常选择2)53(TCRL得实际估算公式得实际估算公式:22 . 1 VVO2VVOrms212. 0VV %101 . 0输出平均电压与输出平均电流的关系称为电容滤输出平均电压与输出平均电流的关系称为电容滤波电路的负载特性。波电路的负载特性。 3电容滤波的负载特性电容滤波的负载特性分析知，输出直流电压在分析知，输出直流电压在0.9V2和之间。和之间。22V可见，电容滤波带负载能力较差。可见，电容滤波带负

20、载能力较差。当输出直流电流小（负载电当输出直流电流小（负载电阻大）时，输出电压大；阻大）时，输出电压大；当输出直流电流大（负载电当输出直流电流大（负载电阻小）时，输出电压小。阻小）时，输出电压小。二极管承受的最大反向电压仍为变压器付边交流电压二极管承受的最大反向电压仍为变压器付边交流电压的峰值，即：的峰值，即：22VVDR电容对直流分量相当于开路，所以，电容对直流分量相当于开路，所以，流过整流二极管的平均流过整流二极管的平均整流电流仍然等于负载直流电流的一半，即：整流电流仍然等于负载直流电流的一半，即：LLOODFRVRVII26 . 0221二极管的导通角远小于二极管的导通角远小于1800，

21、并且必须维持一定的负载平均，并且必须维持一定的负载平均电流，故二极管的导通电流大。因此，电流，故二极管的导通电流大。因此，计算二极管的最大平均计算二极管的最大平均整流电流和最高反向工作电压参数的公式修正为：整流电流和最高反向工作电压参数的公式修正为：max) 32(DFFIImax)25 . 1 (DRRVV IDFmax和和VDRmax是二极管工作时的最大平均电流和最高反向电压是二极管工作时的最大平均电流和最高反向电压，可根据变压器的最大付边电压电压有效值和负载电阻确定。，可根据变压器的最大付边电压电压有效值和负载电阻确定。4二极管的选择二极管的选择例例有一单相桥式滤波电路，电源频率有一单相

22、桥式滤波电路，电源频率f=50HZ，负载电阻为，负载电阻为 200 ，要求，要求Uo=24V，试选择整流二极管及滤波电容。，试选择整流二极管及滤波电容。查二极管参数，为了使用安全此项参数选择应比计算值大查二极管参数，为了使用安全此项参数选择应比计算值大一倍左右。选用一倍左右。选用2CP11(Iom=100mA， URM= 50V)。解：解：（1）选择整流二极管选择整流二极管 mAmALRoUoIDI60)(2 . 024212121变压器副边电压有效值变压器副边电压有效值VoUU202 . 0242 . 12故故VUUDRM2820222(2)(2)选择滤波电容选择滤波电容25,2)53(TC

23、RTCRLL取根据ssTCRL05.02501525uFRCL25020005.005.0VUUo2820222空载时故电容可选用故电容可选用250uF250uF、耐压、耐压50V50V的电解电容器的电解电容器实际电源举例实际电源举例-24VN2C1N3N13A 2000 F 50VFU2C21A.047 FFU12CZ12 4直流直流交流交流 24V220V变压器副绕组变压器副绕组N N3 3的的电压约为电压约为20V20V，电源输，电源输出电压为出电压为-24V-24V，电流，电流为为1.8A1.8A。C C2 2：抑制高频干扰；抑制高频干扰；副绕组副绕组N N2 2的电压为的电压为5.5

24、V5.5V，供照明指示灯，供照明指示灯用。用。直流直流24V24V电池的极性可电池的极性可任意接入。任意接入。12.4线性稳压电路线性稳压电路12.4.1线性并联稳压电路线性并联稳压电路12.4.2 线性串联稳压电路线性串联稳压电路12.4.3电压基准电路电压基准电路 稳压电路将变化的直流电压转换成稳定的直流电压，满足稳压电路将变化的直流电压转换成稳定的直流电压，满足高性能电子电路对直流电源的要求。因此，稳压电路是决定直高性能电子电路对直流电源的要求。因此，稳压电路是决定直流稳压电源质量的关键电路。流稳压电源质量的关键电路。 分类：分类：按稳压电路中调节元件与负载的连接方式分，有并联稳压按稳压

25、电路中调节元件与负载的连接方式分，有并联稳压电路和串联稳压电路。电路和串联稳压电路。按稳压电路中调节元件的工作状态分，有线性稳压电路和按稳压电路中调节元件的工作状态分，有线性稳压电路和开关稳压稳压电路。开关稳压稳压电路。在线性稳压电路中，调节元件工作在线性状态；而在开关在线性稳压电路中，调节元件工作在线性状态；而在开关稳压电路中，调节元件工作在开关状态（饱和或截止）。稳压电路中，调节元件工作在开关状态（饱和或截止）。12.4线性稳压电路线性稳压电路1电路组成和工作原理电路组成和工作原理 12.4.1线性并联稳压电路线性并联稳压电路当任何因素，例如当任何因素，例如VI增加，引起增加，引起输出电压

26、输出电压VO增加时，将发生下增加时，将发生下述自动调节过程：述自动调节过程： RRIRIIZOIVIIVVROZ 稳压管特性VOVO=VI - VR即任何因素引起的输出电压的增加量，被电路的自动调即任何因素引起的输出电压的增加量，被电路的自动调节引起的减少量抵消，维持输出电压基本恒定。节引起的减少量抵消，维持输出电压基本恒定。调节元件稳压管是通过自身的特性调节电流实现稳压的。调节元件稳压管是通过自身的特性调节电流实现稳压的。2主要技术指标主要技术指标1）特性指标）特性指标另外，输入电压的最小值必须保证稳压管击穿稳压，故输入电压范围是：另外，输入电压的最小值必须保证稳压管击穿稳压，故输入电压范围

27、是：ZZaxIZVRIVVVmaxIm输出电压不能调节，等于稳压管的稳定电压，即：输出电压不能调节，等于稳压管的稳定电压，即：ZOVV ZZIOIRVVI所以，最大输出电流是：所以，最大输出电流是：maxminmaxminImmaxZZZZZaxOIIIIRVVI由此可以计算整流滤波电路的参数。由此可以计算整流滤波电路的参数。又又ZZaxVRIVmaxIm输出端开路是直流稳压电源经常出现的工况，此时，稳压管的电流达输出端开路是直流稳压电源经常出现的工况，此时，稳压管的电流达到最大值，故到最大值，故输入电压的最大值是输入电压的最大值是 ：稳压管稳压电路的自动调节能力主要取决于稳压管的电流调节范围

28、稳压管稳压电路的自动调节能力主要取决于稳压管的电流调节范围IZmin，IZmax，IZmin是稳定电流，是稳定电流，IZmax是稳压管允许的最大电流，等于额定功耗是稳压管允许的最大电流，等于额定功耗PZ除除以稳定电压以稳定电压VZ。限流电阻。限流电阻R的取值，必须保证稳压管工作在电流调节范围内。的取值，必须保证稳压管工作在电流调节范围内。rZ稳压电路的质量指标是衡量输出电压变化量大小的指标。可以根据交流等稳压电路的质量指标是衡量输出电压变化量大小的指标。可以根据交流等效电路计算。如图效电路计算。如图12.4.2 ，rZ是稳压管的动态电阻，通常远小于限流电阻是稳压管的动态电阻，通常远小于限流电阻

29、R。)(0, 0RrVrVVVSZOZTIIOOv输出电阻：输出电阻：RrIVRZTVOOoI/0, 0温度系数：温度系数：ZIVZIVOTIITVTVS0, 00, 0设滤波电路的纹波系数为设滤波电路的纹波系数为I，则稳压电路输出电压的最大纹波系数（，则稳压电路输出电压的最大纹波系数（负载开路）的计算如下：负载开路）的计算如下：RrrVVVRrrVVRrrVVVZIZZIIIZZOIZZOOOO11式中，式中，VI和和VI分别是滤波电路输出的纹波电压和直流分量（直流输出电压）。分别是滤波电路输出的纹波电压和直流分量（直流输出电压）。可见，限流电阻可见，限流电阻R越大、稳压管的动态电阻越大、稳

30、压管的动态电阻rZ及温度系数及温度系数Z越小，稳压电路的质越小，稳压电路的质量越好。量越好。2）质量指标）质量指标电压调整率：电压调整率：Z是稳压管的温度系数。是稳压管的温度系数。稳压管稳压电路的转换效率为：稳压管稳压电路的转换效率为：)()(2OZIZZIOZIOIRVVVRVVIVPP输出电流越大，转换效率越高。当输出最输出电流越大，转换效率越高。当输出最大电流时，功率转换效率最大。大电流时，功率转换效率最大。)()()(maxmax2maxmax2maxOZZZOZOZIZZIOZIIVRIIVIRVVVRVVIVmaxmaxZZRIV因为因为maxmax1ZZRIV ，所以，3) 功率

31、转换效率功率转换效率稳压电路的输出功率与输入功率之比即是转换效率。稳压电路的输出功率与输入功率之比即是转换效率。最大转换效率为：最大转换效率为：rZ例题：例题：电路如图所示。设整流滤波电路的最大输出直流电压为电路如图所示。设整流滤波电路的最大输出直流电压为12V，纹波系，纹波系数为数为0.1；稳压管的稳定电压是；稳压管的稳定电压是6V，稳定电流是，稳定电流是5mA，额定功率是，额定功率是250mW，动态电阻是动态电阻是15，温度系数是，温度系数是5mV/0C。试选择限流电阻，求直流输出电压、。试选择限流电阻，求直流输出电压、最大输出电流和电路的各项质量指标。最大输出电流和电路的各项质量指标。

32、解：稳压管的最大稳定电流为解：稳压管的最大稳定电流为mAVmWVPIZZZ426250max得：得：143143. 042612maxImkIVVRZZax最大输出电流：最大输出电流：mAIIIZZO37542minmaxmax电压调整率：电压调整率：015. 0)15015(615)(RrVrSZOZv 如果电网电压有效值变化如果电网电压有效值变化10%，则整流滤波输出电压亦变化，则整流滤波输出电压亦变化10%，引起的输出直流电压变化量如下：引起的输出直流电压变化量如下：VVVSVaxOvO11. 0)12%10(6015. 0Immax输出电阻：输出电阻：6 .13150/15/RrRZo

33、可选择可选择R=150。续解：续解：输出电流变化引起的输出电流变化引起的直流电压变化量为直流电压变化量为:VmVIRVOOO5 . 0375 .13maxmax 温度系数为温度系数为CmVSZT0/5如果环境温度变化如果环境温度变化500C，则最大输出电压变化为，则最大输出电压变化为:VCCmVTSVTO25. 050/500max 直流输出电压总变化量为直流输出电压总变化量为:VVVVVOOOO86. 0maxmaxmaxmax 纹波系数为纹波系数为:%2019. 0143151 . 015612ImmaxRrrVVZIZZaxO 综上所述，稳压管稳压电路输综上所述，稳压管稳压电路输出电压固

34、定，不能调节；受稳出电压固定，不能调节；受稳压管额定功率的限制，输出电压管额定功率的限制，输出电流小，输出功率小；质量不够流小，输出功率小；质量不够高。但电路简单，可作为小功高。但电路简单，可作为小功率电子电路的电源。率电子电路的电源。1电路组成和工作原理电路组成和工作原理12.4.2 线性串联稳压电路线性串联稳压电路调整管调整管T工作在放大区，并且与负载工作在放大区，并且与负载RL串联，故称为线性串联稳压电路。串联，故称为线性串联稳压电路。 1电路组成和工作原理电路组成和工作原理12.4.2 线性串联稳压电路线性串联稳压电路 输入电压输入电压VI增加引起输出电压增加引起输出电压VO增加，电路

35、将发生下述自动调整过增加，电路将发生下述自动调整过程（负反馈过程）程（负反馈过程）:ETBVVFOIVVVVVFREF 取样VO VI增加引起输出直流电压增加引起输出直流电压VO的增加量，被电路的自动调节的增加量，被电路的自动调节引起的减少量抵消，维持输出电压引起的减少量抵消，维持输出电压VO基本恒定。基本恒定。 12.4.2 线性串联稳压电路线性串联稳压电路取样电路对运放引入深度负反馈，所以取样电路对运放引入深度负反馈，所以:OPPPFREFVRRRRRRVV221122REFPPOVRRRRRV2221得到 输出电压与基准电压成正比，与取样电阻的分压系数成反比。调整电输出电压与基准电压成正

36、比，与取样电阻的分压系数成反比。调整电位器位器RP，可调整输出直流电压。，可调整输出直流电压。 当当RP2=0时，输出直流电压最大；当时，输出直流电压最大；当RP2=RP时，输出直流电压最小。时，输出直流电压最小。REFPOOOREFPPVRRRRVVVVRRRRR221maxmin2212输出直流电压和调节范围输出直流电压和调节范围即输出电压的调节范围是即输出电压的调节范围是:3最大输出电流最大输出电流CMPOCMRCMOOIRRRVIIIII21max1max式中，式中，ICM是调整管的最大集电极允是调整管的最大集电极允许电流。许电流。 12.4.2 线性串联稳压电路线性串联稳压电路调整管

37、的集射电压为调整管的集射电压为:OICEVVV一方面，调整管一方面，调整管T的集射电压最大值必须小于反向击穿电压，即的集射电压最大值必须小于反向击穿电压，即CEOBROaxCEVVVV)(minImmaxCEOBROaxIVVVV)(minIm式中，式中，V(BR)CEO是调整管集电极与发射极之间的反向击穿电压。是调整管集电极与发射极之间的反向击穿电压。 4输入电压范围输入电压范围另一方面，调整管另一方面，调整管T的集射电压最小值必须大于饱和压降（放大状态），即的集射电压最小值必须大于饱和压降（放大状态），即:CESOinCEVVVVmaxImminCESOinIVVVVmaxIm任何情况下输

38、出电流都应该小于调整管的任何情况下输出电流都应该小于调整管的最大集电极允许电流。最大集电极允许电流。为此，必须增加过流保护电路。为此，必须增加过流保护电路。12.4.2 线性串联稳压电路线性串联稳压电路式中，式中，VCES是整管集电极与发射极之间的饱和电压。是整管集电极与发射极之间的饱和电压。求出求出ICM和和V(BR)CEO,在考虑一定的安全系数在考虑一定的安全系数 (如乘如乘1.5倍倍) 后，可以选择后，可以选择调整管。调整管。5过流保护电路过流保护电路图图(a) 串联稳压电源的限流保护串联稳压电源的限流保护图图(b) 串联稳压电源的截流保护串联稳压电源的截流保护12.4.2 线性串联稳压

39、电路线性串联稳压电路5过流保护电路过流保护电路 图图a是具有限流保护的串联稳压电路，晶体管是具有限流保护的串联稳压电路，晶体管T2和电阻和电阻R0组成限流保护组成限流保护电路。电路。 图图b是具有截流保护的串联稳压电路，晶体管是具有截流保护的串联稳压电路，晶体管T2和电阻和电阻R0、R3、R4组成截流保护电路。组成截流保护电路。 基准电压源是提供准确电压的电路，要求其输出直流电压非常稳基准电压源是提供准确电压的电路，要求其输出直流电压非常稳定，但输出电流却很小。获得准确基准电压的主要途径是采用温度补偿定，但输出电流却很小。获得准确基准电压的主要途径是采用温度补偿稳压二极管基准电压和能隙基准电压

40、。稳压二极管基准电压和能隙基准电压。12.4.3电压基准电路电压基准电路 在深度负反馈的情况下，基准电压的性能对输出电压影响最大。因为在深度负反馈的情况下，基准电压的性能对输出电压影响最大。因为基准电压不在串联稳压电路的反馈环内，反馈对基准电压没有任何影响，所基准电压不在串联稳压电路的反馈环内，反馈对基准电压没有任何影响，所以，必须采用高性能的基准电压源。以，必须采用高性能的基准电压源。温度补偿稳压二极管温度补偿稳压二极管VOVIIO1温度补偿稳压二极管基准源温度补偿稳压二极管基准源在稳压管稳压电路中，如果输在稳压管稳压电路中，如果输出电流很小，则同时采取以下出电流很小，则同时采取以下2条条措

41、施可获得稳定的基准电压：措施可获得稳定的基准电压：1）输入电压）输入电压VI基本不变，或稳基本不变，或稳压管通过恒定的电流；压管通过恒定的电流；2）对稳压管进行温度补偿。）对稳压管进行温度补偿。由温度补偿稳压二极管由温度补偿稳压二极管DZ反反向击穿稳压，提供稳定的向击穿稳压，提供稳定的6.3V基基准电压。准电压。VVO975. 93 . 6)1271 (通过外接电位器通过外接电位器RW可微调输出电压，使输出电压等于可微调输出电压，使输出电压等于10V。电路中。电路中还包含还包含2个精密分压电阻个精密分压电阻RA和和RB，可分压输出，可分压输出5V基准电压。基准电压。RWR1DZ12.4.3电压

42、基准电路电压基准电路1温度补偿稳压二极管基准源温度补偿稳压二极管基准源REF101是基于温度补偿稳压二极是基于温度补偿稳压二极管的单片集成电压基准器件，提供管的单片集成电压基准器件，提供10V的精密基准电压。的精密基准电压。在在0700C范围内，范围内，REF101输出基准电压的最大变化仅为输出基准电压的最大变化仅为0.7mV。5端的输出基准电压为：端的输出基准电压为：温度补偿稳压二极管的稳定电压通常大于温度补偿稳压二极管的稳定电压通常大于5V。如果需要较低的基准电压。如果需要较低的基准电压，则需采用能隙基准电压源。，则需采用能隙基准电压源。TVVGBE0VG0是半导体材料在绝对零度时的能带间

43、隙电压，是半导体材料在绝对零度时的能带间隙电压，是是PN结的电压温度结的电压温度系数。硅材料的能带间隙电压系数。硅材料的能带间隙电压VG0=1.205V，-2.1mV/K。_+R1T1VREF _R3+R2T2T3VI II3I2I1+_VK 能隙基准电压源能隙基准电压源VREF 1.205VI2.能隙基准电压源能隙基准电压源图中，晶体管的发射结电压为：图中，晶体管的发射结电压为：得：得：21322132321222lnlnIIqkTRRIIVRRRVVRIRVTBEBEK213203lnIIqkTRRTVVVVGKBEREFVVVGREF205. 10可见，输出基准电压等于硅材料的能隙电压，

44、故称为能隙基准电压源。可见，输出基准电压等于硅材料的能隙电压，故称为能隙基准电压源。 由由 串联稳压电路适合单片集成电路制造，相应的集成电路产品称串联稳压电路适合单片集成电路制造，相应的集成电路产品称为单片集成线性稳压器，简称集成稳压器。为单片集成线性稳压器，简称集成稳压器。12.5 集成线性稳压器集成线性稳压器 只有只有3个引出端的集成稳压器称为三端稳压器，个引出端的集成稳压器称为三端稳压器，3个引出端分别个引出端分别是输入电压端、输出电压端和公共端或调整端。是输入电压端、输出电压端和公共端或调整端。 输出电压固定的是三端固定稳压器，输出电压可调的是三端可输出电压固定的是三端固定稳压器，输出

45、电压可调的是三端可调稳压器。调稳压器。 图图12.5.1 三端稳压器封装和框图三端稳压器封装和框图 三端集成稳压器的分类三端集成稳压器的分类12.5 集成线性稳压器1.三端固定正输出集成稳压器三端固定正输出集成稳压器 国标型号国标型号:CW78-/CW78M-/CW78L-2.三端固定负输出集成稳压器三端固定负输出集成稳压器 国标型号国标型号:CW79-/CW79M-/CW79L-3.三端可调正输出集成稳压器三端可调正输出集成稳压器 国标型号国标型号:CW117-/CW117M-/CW117L- CW217-/CW217M-/CW217L CW317-/CW317M-/CW317L-4.三端可

46、调负输出集成稳压器三端可调负输出集成稳压器 国标型号国标型号:CW137-/CW137M-/CW137L- CW237-/CW237M-CW237L- CW337-/CW337M-/CW337L-5.三端低压差集成稳压器三端低压差集成稳压器6. 大电流三端集成稳压器大电流三端集成稳压器 型号中型号中代表输出电压的绝对值，代表输出电压的绝对值，一般为：一般为：5V、6V、9V、12V、15V、18V和和24VW78W79Io 1.5AW78MW79MIo 0.5AW78LW79LIo 0.1AW78HW79HIo 5A12.5 集成线性稳压器 三端集成稳压器的参数三端集成稳压器的参数1. 输出电

47、压固定的三端集成稳压器输出电压固定的三端集成稳压器 （正电压（正电压 78 、负电压、负电压 79 ）12.5 集成线性稳压器集成线性稳压器电路由基准电压电路、取样电路、比较放大电路、调电路由基准电压电路、取样电路、比较放大电路、调整电路、保护电路和启动电路组成。整电路、保护电路和启动电路组成。 型号：型号：W7800 1.工作原理工作原理由由D1、D2、R1、R2、R3、T3、DZ2、T4和和R4组成。组成。T4输输出恒定电流使稳压管工作在恒出恒定电流使稳压管工作在恒流稳压状态，输出较稳定的电流稳压状态，输出较稳定的电压压VZ2，基本不受输入电压，基本不受输入电压VI变变化的影响。化的影响。

48、1321232RRRRVVVVBEZBEREFVZ2具有正温度系数，而具有正温度系数，而VBE具有负温度系数。具有负温度系数。 基准电压：基准电压：由由R12和和R13组成，反馈电压为组成，反馈电压为OFVRRRV1312131)基准电压电路基准电压电路2)取样电路取样电路由由T4T11等元件组成。等元件组成。T6T8组成恒流源差分放大电组成恒流源差分放大电路，路，T4和和T5是其恒流源负载，是其恒流源负载，T10将双端输出电压转换调整管将双端输出电压转换调整管驱动电流。驱动电流。T10和和T11组成复合调整管。为组成复合调整管。为保证调整管工作在放大状态，保证调整管工作在放大状态，要求要求V

49、I-VO大于大于3V左右。左右。3)比较放大和调整电路比较放大和调整电路1.工作原理工作原理取样、比较和调整电路形成负反馈，所以，输出电压为取样、比较和调整电路形成负反馈，所以，输出电压为:REFOVRRRV131312为保证为保证W78M15正常工作，正常工作，要求要求VI-VO大于大于3V左右，即左右，即:VVVVOI183稳压器的静态电流稳压器的静态电流IQ（10mA），则），则整流滤波电路的等效负载电阻近似为整流滤波电路的等效负载电阻近似为3501. 05 . 018QOILIIVR滤波电容滤波电容:FFmSRTCL1400857351220)53(12)53(2.应用电路应用电路1）

50、15V/0.5A直流稳压电源直流稳压电源主要电路参数的设计计算如下：主要电路参数的设计计算如下：变压器付边电压有效值变压器付边电压有效值:VVVI5 .162 . 1%)101 (2整流桥二极管的平均电流整流桥二极管的平均电流:mAIIIQODF765. 0510. 02) 32(2.应用电路应用电路1）15V/0.5A直流稳压电源直流稳压电源由此，选择变压器付边电压有效值为由此，选择变压器付边电压有效值为20V ，整流桥为，整流桥为RS101（平均整（平均整流电流流电流1A、反向工作电压、反向工作电压50V），），1500F的电解电容。的电解电容。通常用通常用1F左右的其它介质电容（如云母电

51、容）与电解电容并联，以左右的其它介质电容（如云母电容）与电解电容并联，以消除电解电容的寄生电感对电路的不利影响。消除电解电容的寄生电感对电路的不利影响。C3抑制稳压器输出端的残余纹波，经验值为抑制稳压器输出端的残余纹波，经验值为0.1F。 V2=20V1500F1F0.1FIQ 整流滤波电路在整流滤波电路在2个电容上建立起绝对值相等极性相反的电压，即个电容上建立起绝对值相等极性相反的电压，即VI2=-VI1； 稳压器稳压器W78M15输出输出+15V电压和电压和0.5A电流；而稳压器电流；而稳压器W79M15输出输出-15V电压和电压和-0.5A电流。电流。 2）15V/0.5A直流稳压电源直

52、流稳压电源IO1IO2V2=40V能隙基准电压能隙基准电压VREF =1.25V输出电压输出电压1.工作原理工作原理12.5.2三端可调稳压器三端可调稳压器 除取样电路置于集成电除取样电路置于集成电路外部以外，三端可调稳压器路外部以外，三端可调稳压器的内部电路同样由基准电压电的内部电路同样由基准电压电路、比较放大电路、调整电路、路、比较放大电路、调整电路、保护电路和启动电路组成（图保护电路和启动电路组成（图中未绘出保护电路和启动电中未绘出保护电路和启动电路）。路）。 基准电压电路采用能隙基准电压电路采用能隙基准电压源，恒流源是能隙基基准电压源，恒流源是能隙基准电压源的电流激励。准电压源的电流激

53、励。 REFadjREFadjREFREFOVRRIRVRRRIRVVV)1 ()1 ()(1221221式中，式中，Iadj是调整端的输出电流（通过能隙电压源的电流），等于是调整端的输出电流（通过能隙电压源的电流），等于50A；VREF是是能隙基准电压，等于能隙基准电压，等于1.25V。 输出正电压的三端可调稳压器是输出正电压的三端可调稳压器是W117，输出负电压的三端可调稳压器，输出负电压的三端可调稳压器是是W137。当。当|VI-VO|15V时，输出电流可达时，输出电流可达1.5A。V2=20V3000F1F0.1FRS2013.5k40k输出电压调节范围：输出电压调节范围：VVVVVO

54、25. 1)5 . 3401 (5 .1525. 125. 1)5 . 301 (2应用电路应用电路1）15V/1.0 A可调直流稳压电源可调直流稳压电源由由W117组成的组成的15V/1.0 A可调直流稳压电源如图。可调直流稳压电源如图。2应用电路应用电路整流滤波电路在整流滤波电路在2个电容上建立起绝对值相等极性相反的电压，即个电容上建立起绝对值相等极性相反的电压，即VI2=-VI1；稳压器稳压器W117输出输出+15V可调电压，而稳压器可调电压，而稳压器W137输出输出-15V可调电压。可调电压。IO1IO2V2=40V2）15V可调直流稳压电源可调直流稳压电源12.6 开关稳压电路开关稳

55、压电路线性稳压电路和开关稳压电路的比较：线性稳压电路和开关稳压电路的比较：线性稳压电路线性稳压电路开关稳压电路开关稳压电路输出噪声输出噪声小小大大响应速度响应速度快快慢慢效率效率较低较低较高较高变压器变压器工频（工频（50Hz）变压器，）变压器，体积较大体积较大高频脉冲变压器，高频脉冲变压器，体积很小体积很小射频干扰射频干扰不产生不产生较强较强12.6 开关稳压电路开关稳压电路12.6.2并联开关稳压电路并联开关稳压电路12.6.1开关串联稳压电路开关串联稳压电路12.6.3 开关集成稳压器开关集成稳压器 输入直流电压输入直流电压VI通常是整流滤波电路的输出电压；调整管通常是整流滤波电路的输出

56、电压；调整管T（可以是（可以是场效应管）与负载场效应管）与负载RL串联，基极脉冲电压串联，基极脉冲电压vB驱动调整管工作在开关状态；驱动调整管工作在开关状态；电感电容组成低通滤波器，开关二极管电感电容组成低通滤波器，开关二极管D用于保证电感电流连续，故亦称用于保证电感电流连续，故亦称为续流二极管。为续流二极管。1主电路的工作原理主电路的工作原理12.6.1开关串联稳压电路开关串联稳压电路+vOTCDRL-+-VIiLvB kce+-vO1La 当基极电压当基极电压vB为高电平时，为高电平时，晶体管晶体管T饱和导通，二极管饱和导通，二极管D截截止。输入电压止。输入电压VI使电感和负载使电感和负载

57、电流增加，电容充电。电流增加，电容充电。 当基极电压当基极电压vB为低电平时，晶体管为低电平时，晶体管T截止，电感产生的反电势使二截止，电感产生的反电势使二极管极管D导通，电感电流形成回路。电感释放磁场能量，电流逐渐减小。导通，电感电流形成回路。电感释放磁场能量，电流逐渐减小。OOtttvBvO1VI-VDO图图(b)开关串联稳压电路的工作波形开关串联稳压电路的工作波形TonTiLOtVOvODLCR+-+-vOVIiLakce+-vO1(a) T饱和导通饱和导通DLCRL+-+-vOVIiLakce+-vO1图图(a) 工作等效电路工作等效电路(b) T截止截止电路的工作波形如图：电路的工作

58、波形如图： 1主电路的工作原理主电路的工作原理12.6.1开关串联稳压电路开关串联稳压电路 输出电压的调节方式称为开关稳压电路的控制方式。输出电压的调节方式称为开关稳压电路的控制方式。 输出电压的调节有输出电压的调节有3种控制方式：种控制方式： 1）开关周期）开关周期T不变，调节开关导通时间不变，调节开关导通时间Ton，这种方，这种方式称为脉冲宽度调制（式称为脉冲宽度调制（Pulse Wide Modulation，PWM）；）； 2）开关导通时间）开关导通时间Ton不变，调节开关周期不变，调节开关周期T，这种方，这种方式称为脉冲频率调制（式称为脉冲频率调制（Pulse Frenquency

59、Modulation，PFM）；）； 3）既调节开关周期）既调节开关周期T，又调节开关导通时间，又调节开关导通时间Ton，这，这种方式称为混合调制。种方式称为混合调制。2控制方式控制方式12.6.1开关串联稳压电路开关串联稳压电路+TDLCR+-+-vOVIiLakce+-vO1图图12.6.5 开关串联稳压电路开关串联稳压电路基准基准电压电压三角波三角波发生器发生器+A2 2A1 1VPVREFVFvS vB PWM 电路电路RROOtttvBvSvOOVPvtvO1VI-VDO(b) T截止截止图图12.6.4 开关串联稳压电路开关串联稳压电路TonT（a）(b)(c)(d)VO3PWM开

60、关串联稳压电路开关串联稳压电路12.6.1开关串联稳压电路开关串联稳压电路 控制电路的作用是采用适当的调制方式，产生调整管的开关驱动信控制电路的作用是采用适当的调制方式，产生调整管的开关驱动信号，维持输出直流电压稳定。为此，开关稳压电路形成负反馈系统。号，维持输出直流电压稳定。为此，开关稳压电路形成负反馈系统。3PWM开关串联稳压电路开关串联稳压电路onPVVFOOTVVVIREFF 取样VO维持输出直流恒定。维持输出直流恒定。 当任何因素引起输出直流电压变化时，负反馈将自动调整导通时间当任何因素引起输出直流电压变化时，负反馈将自动调整导通时间Ton，维持输出直流电压恒定。例如，负载电流减小引