第10章直流稳压电源(修改稿)

1、第10章直流稳压电源前面几章介绍的各种电子电路，通常都需要直流电源来供电，一般电子设备中最常用的直流稳压电源是通过把交流电源经过降压、整流、滤波和稳压电路变换后而获得的。直流稳压电源概述直流稳压电源的组成与分类直流稳压电源的作用是能够将频率为50Hz、有效值为220V的交流电压转换成输出幅值稳定的直流电压。直流稳压电源是由变压器、整流电路、滤波电路和年I压电路4部分组成,如图10.1所示，这四个部分主要的功能介绍如下。图10.1直流稳压电源的组成.变压器电网提供的交流电一般是220V,而各种电子设备需要的直流稳压电源幅值各不相同。因此，常常需要将电网电压先经过电源变压器，然后将变换以后的二次电

2、压再去整流、滤波和稳压，最后得到所需要的直流电压幅值。.整流电路整流电路的作用是利用具有单向导电性能的整流元件，一般是二极管，将正负交替的正弦交流电压整流为单方向的脉动电压。但是，这种单相脉动电压往往包含着很大的脉动成分。.滤波器滤波器主要由电容、电感等储能元件组成。它的作用是尽可能地将单相脉动电压中的脉动成分滤掉，使输出电压成为比较平滑的直流电压。.稳压电路当电网电压或负载电流发生变化时，滤波器输出直流电压的幅值也将随之改变，因此需要采取相应的措施，使输出的直流电压保持稳定。0.1.2直流稳压电源的主要指标直流稳压电源的主要指标分为两种：一种是特性指标，包括输出电压、输出电流及输出电压调节范

3、围等；另一种是质量指标，用来衡量输出直流电压的稳定程度，包括稳压系数、输出电阻、温度系数及纹波电压等。这些指标的含义，可简述如下：.特性指标(1)输出电压范围符合直流稳压电源工作条件情况下，能够正常工作的输出电压范围。(2)最大输入一输出电压差该指标表征在保证直流稳压电源正常工作条件下，所允许的最大输入输出之间的电压差值，其值主要取决于直流稳压电源内部调整晶体管的耐压指标。(3)最小输入一输出电压差该指标表征在保证直流稳压电源正常工作条件下，所需的最小输入输出之间的电压差值。(4)输出电流调节范围输出电流范围又称为输出负载电流范围，在这一电流范围内，稳压器应能保证符合指标规范中所给出的指标。.

4、质量指标(1)稳压系数Sr用输出电压和输入电压的相对变化量之比来表征电源的稳压性能，被称之为稳压系数。按定义可记作Vo/VOSr0-o,(T0,I0)(10.1.1)Vi/Vi(2)输出电阻Ro在输入电压和温度不变的情况下，输出电压变化量和负载电流变化量之比，定义为输出电阻，记作Ro-Vo,(T0,Vi0)(10.1.2)0式中，负号表示Vo与Io变化方向相反。(3)温度系数St在输入电压和负载电路均不变的情况下，单位温度变化引起的输出电压变化就是稳压电源的温度系数或称温度漂移，记作cVOSt,(Vi0,Io0)(10.1.3)(4)纹波电压Vop在额定工作电流的情况下，输出电压中的交流分量值

5、，称为纹波电压。.10.2整流电路将正弦交流电变为脉动直流电的过程叫做整流。利用二极管的单相导电性可以组成整流电路。在小功率直流电源中，经常采用单相半波、单相全波和单相桥式整流电路。下面分别介绍单相半波整流电路、单相全波整流电路和单相桥式整流电路的组成、工作原理、工作波形和主要参数。.单相半波整流电路单相半波整流电路如图10.2(a)所示。其中T为变压器，D为整流二极管，设其为理想二极管，即正向导通时电阻为0,反偏时电阻无穷大，RL为负载电阻，v2为变压器副边电压，设V2疝2sint,Vd为二极管两端电压，Vl为负载两端电压，iD为流过二极管的电流，Vo为输出电压，io为输出电流。(1)工作原

6、理当V2处于正半周时，其极性为上正下负，即A点为正，B点为负，此时二极管外加正向电压，处于导通状态，电流方向是从A点经过二极管D,负载电阻Rl、回到B点。又因为D为理想二极管，所以Vd0,VlV2,ioiD也。R当V2处于负半周时，其极性为下正上负，即B点为正，A点为负，此时二极管外加反相电压，处于截止状态，电路断开，ioiD0,所以V2全部加在二极管两端，Vo0,工作波形如图10.2(b)所示。(2)主要参数U O(AV)、 输出电流平均值 IO(AV)、脉动系数S和二极管承受的最大反相电压UR max o输出电压平均值Vo(av)。输出电压在一个周期内的平均值，即:VO(AV)兀12 Tt

7、Q.2V2sin td( t)2V2 0.45V2Tt(10.2.1)输出电流平均值IO(AV) o输出电流在一个周期内的平均值，即:VO(AV)0.45V2I O (AV) -Z-RLRL(10.2.2)在图10.2所示的单相半波整流电路中，由于二极管 管的电流平均值与输出电流平均值相等，即D和负载电阻串联，所以流过二极VO(AV)ID(AV) Io(AV) Rl0.45V2Rl(10.2.3)通常用于描述整流电路性能好坏的主要参数为：输出电压平均值脉动系数So脉动系数S是用于衡量整流电路输出电压平滑程度的参数，其定义为整流输出电压的基波峰值 Voim与输出电压平均值Vo为非正弦周期信号，其

8、傅里叶展开式为Vo(AV)之比。如图10.2 (b)所示，输出电压Vo,2V2(- 1sin22 t 3cos t L )(10.2.4)2V2由式(10.2.1)可得:(10.2.5)所以:_VO1MS VO (AV )2V2 22V221.57(10.2.6)二极管承受的最大反相电压VRmax。图10.2 (a)所示的电路中，当V2处于负半周时,二极管即D外加反向电压，二极管所承受的最大反向电压就是变压器副边电压v2的最大值,VRmax2V2(10.2.7)AB220V50HzDVdvoRlio(a)电路图u2t(b)波形图图10-2单相半波整流电路半波整流电路的优点是结构简单，使用的元件

9、少。但也有明显缺点：输出波形脉动大、直流成分比较低、变压器有半个周期不导电、利用率低。往往此种电路只用在输出电流较小,要求不高的场合。.单相全波整流电路单相全波整流电路如图10.3(a)所示。其中T为变压器，Di、D2为整流二极管，设其为理想二极管，R为负载电阻，vi为变压器原边电压，V2为变压器副边电压，设v242V2sint,Vdi、VD2为极管两端电压，iD1、iD2为流过极管的电流，VO为输出电压，i。为输出电流。(1)工作原理单相全波整流电路的原理是利用中间抽头变压器和两个二极管，获取正、负半周信号。当输入波形在正半周时，变压器次级电压极性A点“正”B点“负”，二极管D1导通，D2截

10、止，负载Rl上得到由上至下的电流；当输入波形在负半周时，变压器次级电压极性A点“负”B点“正”，二极管D2导通，D1截止，负载Rl上仍然得到由上至下的电流，由此利用了负半周的信号，使整流效率提高。(b)波形图图10.3单相全波整流(2)主要参数输出电压平均值Uo(AV)o全波整流电路的整流输出电压是半波整流电路的两倍，因此有：22V2VO20.9V2(10.2.8)输出电流平均值Io(av)。I O(AV)Vo(AV)0.9V2Rl Rl脉动系数S。全波整流电路输出电压Vo为非正弦周期信号，其傅里叶展开式为:Uo(10.2.10)244一U2(2cos2tcostL)315基波频率为2 ,基波

11、最大值是UO1m,则脉动系数为:U O1mUo2.2U20.67(10.2.11)(4)二极管承受的最大反相电压相电压为2同2,同理负半周，VD2URmax O在正半周 VD1导通，VD2此时承受的反导通，VD1全波整流的优点是整流效率比半波整流提高了, 了，并且需要中间抽头变压器。承受的反相电压也为2T2U 2。缺点是整流二极管的耐压要求提高3单相桥式整流电路为了提高电源利用率， 降低输出电压的脉动,引入单相桥式整流电路，如图10-4 (a)所示。其中T为变压器，VD1、VD2、VD3、 极管，R为负载电阻，U1为变压器原边电压， Uo为输出电压，io为输出电流。1)工作原理当U2处于正半周

12、时，其极性为上正下负，即 VD3导通，VD2和VD4截止，电流方向是从VD4为整流二极管，并设它们均为理想二U2为变压器副边电压， 设U2 亚U 2sinA点为正，B点为负，此时二极管A点经过二极管 VD1、负载电阻Rl、VD1和二极管VD1、VD3 和 VD2、VD4 轮流导 即能够在负载电阻 R获得单相脉通，所以整个周期都有同一方向的电流流过负载电阻Rl,10-4 (b)所示。220V50HzVD3回到B点，又因为VD1和VD3均为理想二极管，所以uoU2,iou0/R,且io是从上至下流经负载电阻Rl。当U2处于负半周时，其极性为下正上负，即B点为正，A点为负，此时二极管VD2和VD4导

13、通，VD1和VD3截止，电流方向是从B点经过二极管VD2、负载电阻Rl、二极管VD4回到A点，又因为VD2和VD4均为理想二极管，所以uoU2,ioUo/R,且io仍是从上至下流经负载电阻Rl的。可见，在U2的整个周期内,动的直流电，其工作波形如图2)主要参数(1)输出电压平均值(2)输出电流平均值(b)图10-4单相桥式整流电路(a)电路图；(b)波形图U o(AV) 0U O(AV)2 2U20.9U2(10.2.12)IO(AV)。I O(AV)U O( AV)Rl0.9U2Rl(10.2.13)在U2的整个周期内，由于 VD1、VD3和VD2、 管电流的平均值为输出电流平均值的一半，即

14、：1I D(AV) 2 I o(AV)VD4轮流导通，所以流过每个二极0.45U2Rl(10.2.14)(3)脉动系数So单相桥式整流电路的脉动系数与单相全波整流电路的脉动系数相同，即：(10.2.15)UO1m42U230.67(4)二极管承受的最大反向电压时，二极管 VD1和VD3导通，VD2 所承受的反相电压就是变压器副边电压Uo2、25URmax。图10-4(外所示的电路中，当U2处于正半周和VD4截止，二极管VD2和VD4加反向电压，它们U2的最大值。同理当叱处于负半周时，二极管VD2和VD4导通，VD1和VD3截止，二极管VD1和VD3加反向电压，它们所承受的反向电压也是变压器副边

15、电压E的最大值。可见图10-4(a)所示的单相桥式整流电路中，每个二极(10.2.16)R等于100管说承受的最大反向电压均为变压器副边电压u2的最大值，即:URmax2U2【例10.2.1】某电子装置要求电压值为15V的直流电源，已知负载电阻试问：(1)如果选用单相桥式整流电路，则变压器副边电压U2应为多大？整流二极管的正向平均电流ID(AV)和最大反向峰值电压URmax等于多少？输出电压的脉动系数S等于多少？(2)如果改用单相半波整流电路，则U2、I D(AV)、U R max 和S各等于多少?解：(1)由式(10-15)可知 TOC o 1-5 h z U2匕空型16.70.90.9根据

16、给定条件，可得输出直流电流为UO(AV)15AIO(AV)一0.15A150mARl100则由式(10-17)和(10-19)可得11ID(AV)2IO(AV)-150mA75mAURmax.2U2216.7V23.6V此时脉动系数为S0.6767%15V 33.4V0.45150mA(2)如果改用单相半波整流电路，则UO(AV)U20.45ID(AV)IO(AV)URmax2U2233.4V47.2VS1.57157%10.2.2滤波电路经过整流后所得到的输出波形虽然是单相脉动直流电压，但由于其脉动过大，不能直接作为直流稳压电源使用。需要将整流后的输出送到滤波电路，以获得比较平滑的直流电压。

17、滤波电路的作用是能够滤去整流后所得到的单相脉动直流电压中的交流成分，使输出电压平滑。电容和电感都是基本的滤波元件，利用它们的储能作用，在二极管导电时将一部分能量储存在电场或磁场中，然后再逐渐释放出来，从而在负载上得到比较平滑的波形。从另一个角度看，电容和电感对于交流成分和直流成分呈现的阻抗是不同的，如果把它们合理的安排在电路终中，可以达到降低交流成分，保留直流成分的目的，实现滤波作用。常用的滤波电路有电容滤波电路、电感滤波电路和复式滤波电路等。1电容滤波电路如图10-5 (a)所示。在整流电路负载电阻的两端并联一个电容就能构成电容滤波电路,电容滤波电路主要是利用电容的充放电作用，使输出电压趋于

18、平滑。1)电容滤波原理(b)图10-5电容滤波电路(a)电路图(b)波形图没有接电容时，整流二极管VD1、VD3在此的正半周导电，负半周时VD2、VD4导电，输出电压的波形如图10-5(b)中虚线所示。并联电容以后，在u2的正半周VD1、VD3导通时，流过二极管的电流一部分io流过负载R,另外一部分电流ic向电容充电，电容电压Uc的极性为上正下负。若忽略二极管两端压降，则在二极管导通时，uc等于变压器副边电压U2。当U2达到最大值以后开始下降，此时电容上的电压Uc也将由于放电而逐渐下降。当U2Uc时，二极管VD1、VD3被反向偏置，于是Uc以一定的时间常数按指数规律下降，直到下个半周，当鼠uc

19、时，二极管VD2、VD4导通，U2再次对电容充电，Uc上升到U2的峰值后又开始下降，下降到一定数值时VD2、VD4变为截止，电容对负载R放电，Uc按指数规律下降，放电都一定数值时VD1、VD3导通重复上述过程。输出电压的波形如图10-5(b)中实线所示。2)输出电压平均值加了电容滤波电路以后，输出电压的直流成分提高了。不接电容时，桥式整流电路的输出电压为半个正弦波的形状。在负载上并联电容以后，输出电压波形包围的面积比原来虚线部分包围的面积增大了，所以输出电压的平均值提高了。若将图10-5(b)所示的输出电压u0的波形用锯齿波近似，可以推导出滤波电路输出电压平均值的估算公式为：Uo(AV)2U2

20、(1(10.2.17)式(10-20)中，T为电网电压的周期。由于电网电压的频率为50Hz,所以T0.02s。由式（10-20）可以看出：滤波电路的输出电压平均值Uo（AV）的大小与RC有关，RLC越大，Uo（av）越大。当负载开路，即 RlC时，Uo（av） 回2,此时输出电压平均值 Uo（av）最大；当电容C开路，即无电容时，图 10-5所示的电路为单相桥式电路，Uo（av） 0.9U2,此时输出电压平均值 Uo（av）最小。当RlC （3: 5）叮2时，Uo（av） 1.2U2O实际滤波电路中，所选择的滤波电容的容值要尽量满足条件Equation Chapter 1 Section 4R

21、lC （3 : 5）T 2（10.4.1）以便获得较好的滤波效果，本书在无特别说明时，出现的电容滤波电路都是满足此条件的。 电容滤波电路简单，输出电压平均值高，适用于负载电流较小且其变化也较小的场合。3）脉动系数S若将图10-5所示输出电压Uo的波形用锯齿波近似，可以推导出滤波电路脉动系数的估 算公式为：4RlC(10.4.2)T 若满足条件 RlC （3: 5）T/2,则S约为20%10%左右。【例10.2.2】已知桥式整流电容滤波电路（如图 10-5（a）中负载电阻Rl 20 ,交流电源 频率为50Hz ,要求输出电压Uo av 12V，试求变压器二次电压有效值 U2,并选择整流二极 管和

22、滤波电容。解：变压器二次电压的有效值为U2UO AV1.212V 10V1.2通过二极管的平均电流D AV1 U o AV2Rl12 A 0.3A2 20二极管承受的最高反向电压为URmax 2U22 10 14V所以，可选择ID 2: 3 IDAV 0.60.94只1N4001二极管组成桥式整流电路。由于一般要求 RlC3 5 T/2 ,现取RlCA、URmax 14V的二极管，查手册知，可用4T/2 ,所以可得4T 2C - Rl4 2 50 F200.002F2000 F由于滤波电容C承受的最大电压为 72U2 14V,因此可选用2000 F、25V的铝电解电容器。2电感滤波电路图10-

23、6电感滤波电路电感滤波电路如图10-6所示。根据电感的特点，当输出电流发生变化时，电感中将感应出一个反电势，此电势将阻止输出电流发生变化。在半波整流电路中，这个反电势将使整流管的导电角大于180。但是，在桥式整流电路中，虽然L上的反电势有延长整流管导电角的趋势，但是VD1、VD3和VD2、VD4不能同时导电。例如，当E的极性由正变负后，L上的反电势有助于VD1、VD3继续导电，但是，由于此时VD2、VD4导电，变压器副边电压全部加到VD1、VD3两端，其极性将使VD1、VD3反向偏置，因此VD1、VD3截止。所以在桥式整流电路中，虽然采用电感滤波，整流管仍然每管导电180,图中A点的电压波形就

24、是桥式整流的输出波形，与纯阻负载时相同。经过桥式整流后所得到的单相脉动直流电中既有直流成分，又有交流成分。电感滤波电路是利用电感的通直隔交来实现滤波作用的。由于电感对交流呈现一定的阻抗，整流后所得到得单相脉动直流电中的交流成分将降落在电感上。感抗越大，降落在电感上的交流成分越多。若忽略电感的电阻，电感对于直流没有压降，所以整流后所得到的单相脉动直流电中的直流成分经过电感，全部落在负载电阻上，从而使得负载电阻上得到的输出电压的脉动减小，达到滤波目的。若忽略电感线圈的电阻，电感滤波电路的输出电压平均值U（AV）0.9U2。电感滤波电路的导通角较大，对于整流二极管来说，没有电流冲击。由于感抗越大，降

25、落在电感上的交流成分越多，滤波效果越好。为了使感抗大，须选用L值大的铁芯电感，但铁芯电感的体积大且笨重，容易引起电磁干扰，且输出电压平均值低。3复式滤波电路采用单一的电容或电感滤波时，电路虽然简单，但滤波效果欠佳，为了进一步减小输出电压的脉动程度，可以用电容和铁芯电感组成各种形式的复式滤波电路，最简单的形式如图10-7所示，即LC滤波电路。图10-7中整流输出电压中的交流成分绝大部分降落在电感上，电容C又对交流接近于短路，故输出电压中的交流成分很少，几乎是一个平滑的直流电压。由于整流后先经电感L滤波，总特性与电感滤波电路相近，故又称为电感型LC滤波电路，若将电容C平移到电感L之前，则为电容型L

26、C滤波电路。LC滤波电路的直流输出电压和电感滤波电路一样，U00.9U2o与电容滤波电路比较，LC滤波电路的优点是：外特性比较好，输出电压对负载影响小，电感元件限制了电流的脉动峰值，减小了对整流二极管的冲击。它主要适用于电流较大，要求电压脉动较小的场合。图10-7LC滤波电路为了更进一步减小输出的脉动成分，可在LC滤波电路的输出端再加一只滤波电容就组成了LC型滤波电路，如图10-8(a)所示，整流输出电压先经电容C1,滤除了交流成分后，再经电感L上滤波电容C2上的交流成分极少，因此这种LC型滤波电路的输出电流波形更加平滑。但由于铁芯电感体积大、笨重、成本高、使用不便。当负载电阻Rl值较大，负载

27、电流较小时，可将铁芯电感换成电阻，组成RC型滤波电路，如图10-8(b)所示。电阻R对交流和直流成分均产生压降，故会使输出电压下降，但只要R?11(C2),电容C1滤波后的输出电压绝大多数降在电阻Rl上，Rl越大，C2越大，滤波效果越好。(b)图10-8型滤波电路(a)LC型滤波电路；(b)RC滤波电路10.3稳压管稳压电路虽然整流滤波电路能将正弦交流电压变换成较为平滑的直流电压，但是当电网电压波动或负载电流变化时，输出电压会随之改变。电子设备一般都需要稳定的电源电压。如果电源电压不稳定，将会引起直流放大器的零点漂移，交流噪声增大，测量仪表的测量精度降低。为了获得稳定性好的直流电压，必须采取稳

28、压措施。稳压管稳压电路及稳压原理如图10-9所示为硅稳压管稳压电路的原理图。其输入电压UI是整流滤波后的电压，稳压管VDz与负载电阻Rl并联。为了保证工作在反向击穿区，稳压管要处于反向接法。限流电阻R也是稳压电路必不可少的组成元件，当电网电压波动或负载电流变化时，通过调节R上的压降来保持输出电压基本不变。UiIrIzIoNS uRl图10-9硅稳压管稳压电路对任何稳压电路都应从两个方面考察其稳压特性，一是设电网电压波动，研究其输出电压是否稳定；二是设负载变化，研究其输出电压是否稳定。下面从两个方面来分析其稳压原理。(1)当负载电阻R保持不变时，电网电压升高使Ui升高，导致输出电压U。也将随之升

29、高，而Uo=Uzo根据稳压管的特性，当Uz升高一点时，Iz也将显著增加，这样使电阻R上的压降增大，吸收了Ui的增加部分，从而保持U0不变。上述过程简单表述如下：UoUiUrIrIlIzUiUoUzIzIrURUo500Q,又要求R400Q,则说明在给定条件下已超出稳压管的工作范围，需限制输入电压Ul或负载电流Il的变化范围，或选用更大容量的稳压管。1例10.3.1在图10-9所示电路中，已知Ui12V,电网电压允许波动范围为10%;稳压管的稳压电压UZ5V,最小稳定电流Izmin5mA,最大稳定电流Izmax30mA,负载电阻R250:350。试求解：(1)R的取值范围；(2)若限流电阻短路，

30、则将产生什么现象?解：(1)首先求出负载电流的变化范围：IlUz/Rl(5/250)A0.02AmaxminIlUz/Rl(5/350)A0.0143Aminm-max再求出R的最大值和最小值RmaxUiminUz0.9125IzminIlmax0.0050.02RminUimaxUz1.1125Zmax1Lmin0.030.0143232185所以，R的取值范围是185:232。(2)若限流电阻短路，则Ui全部加在稳压管上，使之因电流过大而烧坏。10.3.3稳压管稳压电路的特点稳压管稳压电路简单，工作可靠，稳压效果也较好。缺点是输出电压的大小要由稳压管的稳压值来决定，不能根据需要加以调节；负

31、载电流Io变化时，要靠Iz的变化来补偿，而Iz的变化范围仅在Izmin和Izmax之间，负载变化小；另外稳压管稳压电路电压稳定度不够高，动态内阻还比较大(约几欧到几十欧姆)。串联型稳压电路所谓串联型直流稳压电路，实际上就是在输入直流电压与负载之间串联一个调整管，当Ui或Rl波动引起输出电压Uo变化时，Uo的变化将反映到三极管的输入电压Ube,于是Uce也随之改变，从而调整Uo,保持输出电压基本稳定。电路组成串联型直流稳压电路如图10-10所示，电路包括采样电阻、放大电路、基准电压和调整管四部分。其中电阻R、R2和R3组成采样电阻，当输出电压发生变化时，采样电阻对变化量进行采样，并传达到放大电路

32、的反相输入端；放大电路A的作用是将采样电阻送来的变化量进行放大，然后送到调整管的基极；基准电压由稳压管VDz提供，接在放大电路的同相输入端，采样电压与基准电压进行比较，得到的差值再由放大电路进行放大；调整管VT接在输入直流电压Ui和输出端的负载电阻Rl之间，当输出电压Uo发生波动时，调整管的集-射电压产生相应的变化，使输出电压基本保持稳定。R2增大或Il减小而导致输出电压Uf也按比例地增长，但同相输Uid Uz Uf将减小，于是放大则调整管的集电极电路 I c随之减电路分析卜面分析串联型直流稳压电路的稳压原理。假设由于Uo增大，则通过采样以后反馈到放大电路反相输入端的电压入端的基准电压Uz保持

33、不变，故放大电路的差模输入电压电路的输出电压减小，使调整管的基极输入电压Ube减小,小，同时集电极电压Uce增大，最后使输出电压Uo保持基本不变。以上稳压过程可简明表示如下：Ui或IlUfUidUbeIcUceUo4由此看出，串联型直流稳压电路稳压过程，实质上是通过电压负反馈使输出电压保持基本稳定的过程。【例10.4.1设图10-10所示串联型直流稳压电路中，稳压管为2CW14,其稳定电压为Uz=7V,采样电阻R3K,R2K,R3K，试估算输出电压的调节范围。解：假设放大电路A是理想运放，且工作在线性区，则可以认为其两个输入端“虚短”，即UU,在本电路中UUz,而且两个输入端不取电流，则由图可

34、得所以当R2的滑动端调至最上端时,U OminUzUo(R2RR2-R3而当R2的滑动端调至最下端时,U OmaxR2R3R1R2R3UoR1R2R3 UR20,R2R33Uz旦R3UZR2, UO达到最小值，此时7 V 11.2VR20,3 2 33Uo达到最大值，可得7 V 18.7V(11.2: 18.7) V。因此，稳压电路输出电压的调节范围是集成三端稳压电路及应用集成三端稳压器三端集成稳压器有3个引脚：输入端、输出端和公共端。按照功能不同可分为：三端固定稳压器和三端可调稳压器。三端固定稳压器的输出电压是固定的，不能进行调节；三端可调稳压器是可以通过外接元件使输出电压能够在很宽的范围内

35、调节。1.三端固定稳压器三端固定稳压器有W7800和W7900两种系列。W7800系列集成稳压器的外形和符号，如图10-11所示。W7800系列的引脚1为输入端，引脚2为输出端，引脚3为公共端。W7800系列集成稳压器能够输出正电压，分别可输出5V、6V、8V、12V、15V、18V、24V七种电压，型号后面的两位数字表示输出电压的幅值。三端固定稳压器的输出电流分为1.5A、0.5A和0.1A三档，按照输出电流的不同，又分为W7800、W78M00、W78L00三种系列。W7800系列的输出电流为1.5A,W78M00系列的输出电流为0.5A,W78L00系列的输出电流为0.1A。如W7805

36、型号的三端固定稳压器的输出电压为+5V,输出电流为1.5A。W78M06型号的三端固定稳压器的输出电压为+6V,输出电流为0.5A。W7900系列集成稳压器的外形和符号如图10-1所示。W7900系列的引脚1为公共端，引脚2为输出端，引脚3为输入端。W7900系列集成稳压器能够输出负电压，分别可输出-5V、-6V、-8V、-12V、-24V电压，型号后面的两位数字表示输出电压的幅值。按照三端固定式稳压电路的输出电流的不同，又可分为W7900、79M00、79L00三种系列。W79M00系列的输出电流为0.5A,W79L00系列的输出电流为0.1A。如W7905型号的三端固定稳压器的输出电压-5

37、V,输出电流为1.5A。W78L06型号的三端固定稳压器的输出电压为-6V,输出电流为0.1A。(b)输入端 公共端 输出端W7900-o3输入端输出端调整端(a)(c)(d)图10-11三端固定集成稳压器(a)W7800系列外形图；(b)W7800系列电路符号(c)W7900系列外形图；(d)W7900系列电路符号2.三端可调稳压器三端可调稳压器也分为三端可调正电压输出稳压器和三端可调负电压输出稳压器。三端可调正电压输出稳压器有W117、W217和W317三种系列，这三种系列具有相同的引出端、相同的基准电压和相似的内部电路，所不同的是它们的工作温度范围，分别是-55：150C、-25：150

38、C和0：125C。相应地三端可调负电压输出稳压器有W137、W237和W337三种系列。三端可调稳压器W117系列的输出电压为1.25：37V连续可调，最大输出电压可达1.5A。如图10-12示出了W117系列稳压器的外形及其电路符号W117(b)图10-12三端输出可调稳压器外形及电路符号(a)外形图；(b)电路符号10.5.2集成三端稳压器的应用.基本应用三端集成稳压器最基本的应用电路如图10-13所示。整流滤波后得到的直流输入电压UI接在输入端和公共端之间，在输出端即可得到稳定的输出电压UO。为了改善纹波电压，常在输入端接入电容Ci。同时，在输出端接上电容CO,以改善负载的瞬态响应。一般

39、Ci容量为0.33pF,CO的容量为0.1F。两个电容均应直接接在集成稳压器的引脚处。若输出电压比较高，应在输入端和输出端之间跨接一个保护二极管VD。如图10-11中的虚线所示。其作用是在输入端短路时，使Co通过二极管放电，以便保护集成稳压器内部的调整管。VDW780030.1 F0.33 FT2000 f RlUO00图10-13集成三端稳压器的基本应用一.扩大输出电流三端式集成稳压器的输出电流有一定限制，例如1.5A、0.5A或0.1A等，如果希望在此基础上进一步扩大输出电流则可以通过外接大功率三极管的方法实现，电路接法如图10-12所示。在图10-14中，负载所需的大电流由大功率VT提供

40、，而三极管的基极由三端集成稳压器驱动。电路中接入一个二极管VD,用以补偿三极管的发射极电压UBE，使电路的输出电压U。基本上等于三端集成稳压器输出电压UOo由图可得UOUOUbeUdUO(10.4.9)调节电阻R的阻值可以改变流过二极管的电流，二极管两端的电压UDUBE。接入二极管也补偿了温度对三极管Ube的影响，使输出电压比较稳定。电容C2的作用是滤掉二极管VD两端的脉动电压，以减小输出电压的脉动成分。UiCi0.33 FW7800VDWVT200UoUoC3C,25 FC20.1 F图10-14扩大集成三端稳压器的输出电流.提高输出电压如果实际工作中要求得到更高的输出电压，也可以在原有的三

41、端集成稳压器输出电压的基础上加以提高，电路如图10-13(a)和(b)所示。图10-13(a)中的电路利用稳压管VDz来提高输出电压。由图可见，电路的输出电压UoUoUz(10.4.10)电路中输出端的二极管VD是保护二极管。正常工作时，VD处于截止状态，一旦输出电压低于Uz或输出端短路，二极管VD将导通，于是输出电流被旁路，从而保护集成稳压电路的输出级免受损坏。图10-13(b)中的电路利用电阻来提升输出电压。假设流过电阻R、R2的电流比三端集成稳压器的静态电流I (约为Uo即输出电压为Uo5mAi大得多，则可认为RUo(10.4.11)R R2R212 Uo(10.4.12)R此种提高输出

42、电压的电路比较简单，但稳定性能将有所降低。W7800U1C1Uo丁 0.33 F西vD0.1 FUoVDz2S力(a)it-W7800CoCi0.33 FUo0.1 FUiUo(b)图10-15集成三端稳压器输出电压的电路(a)利用稳压管来提升输出电压；(b)利用电阻来提升输出电压4.输出电压可调W780喇W790叫为固定输出的三端集成稳压器，如果希望得到可调的输出电压，可以选用可调输出的集成稳压器，也可以将固定输出集成稳压器接成图10-16所示的电路。电路成电压跟随器形式，它的输出电压Ua等于其输出电压，即UaR2R3UoR3(10.4.13)中接入了一个集成运放A以及采样电阻R2和R3,其

43、中R2为电位器。不难看出，集成运放接由10-14图可得:UoUoUa(10.4.14)R2RR3R2R3UoUo(10.4.15)则电路的输出电压为Uo UoR3R2R3 .U o(10.4.16)由上式可知，只需移动电位器图10-16输出电压可调的稳压电路R2的滑动端，即可调节输出电压的大小。但要注意，当输出电压Uo调得很低时，集成稳压器的1、2两端之间的电压UiUo很高，使内部调整管的管压降增大，同时调整管的功率损耗也随之增大，此时应防止其管压降和功耗超过额定值，以保证安全。10.6开关式稳压电路随着电子技术的发展，电子系统的应用领域越来越广泛，电子设备的种类也越来越多，对电源的要求更加灵

44、活多样。电子设备的小型化和低成本化使电源以轻、薄、小和高效率为发展方向。传统的晶体管串联调整稳压电源是连续控制的线性稳压电源，这种稳压电源技术比较成熟，并且已有大量集成化的线性稳压电源模块，具有稳定性能好、输出纹波电压小、使用可靠等特点。但其通常都需要体积大且笨重的工频变压器作隔离之用，其中滤波器的体积和重量也很大。而调整管工作在线性放大状态，为了保证输出电压稳定，其集电极与发射极之间必须承受较大的电压差，从而导致调整管功耗较大，电源效率很低，一般只有45%左右。另外，由于调整管上消耗较大的功率，所以需要采用大功率调整管并装有体积很大的散热器，因此，它很难满足电子设备发展的要求，但却促成了高效

45、率、体积小、重量轻的开关电源的迅速发展。开关稳压电路的特点和分类开关稳压电路的特点开关型稳压电源就是采用功率半导体器件作为开关，通过控制开关的占空比调整输出电压。当开关管饱和导通时，集电极和发射极两端的压降接近零；在开关管截止时，其集电极电流为零。所以其功耗小，散热器也随之减小，效率可高达70%-95%开关型稳压电源直接对电网电压进行整流滤波调整，并由开关调整管进行稳压，不需要电源变压器；此外，开关管工作频率在几十千赫，滤波电容器、电感器数值较小。因此开关电源具有重量轻、体积小等特点。由于功耗小，机内温升低，整机的稳定性和可靠性以及对电网的适应能力也有较大的提高。一般串联稳压电源允许电网波动的

46、范围为220V+10%而开关型稳压电源在电网电压从110260V范围内变化时，都可获得稳定的输出电压。由于开关型稳压电源在电路的可靠性和稳定性上具有的优势，近年来得到了广泛的运用。开关稳压电路的分类开关型稳压电路的分类方式很多。按调整管与负载的连接方式可分为串联型和并联型；按稳压的控制方式可分为脉冲宽度调制型（PWM）、脉冲频率调制型（PFM）和混合调制型（即脉宽-频率调制）；按调整管是否参与振荡可分为自激式和他激式；按使用开关管的类型可分为晶体管、VMO密和晶闸管型。开关稳压电路的工作原理如图10-17给出了串联型自激脉宽控制式开关稳压电路结构示意图。调整管VT始终工作在开关状态。电感L和电

47、容C组成滤波电路，用于削减输出电压中的纹波量。二极管VD为电感L的续流二极管，也是滤波电路的一部分。电阻R1和R2实现对输出电压的采样。运放A实现对采样电压UF与基准电压的UREF比较放大，产生信号UA。比较器C在自激信号uT和Ua的作用下，实现对脉冲宽度的控制，从而调整三极管VT的开关时间。把调整管VT和滤波电路统称为开关电源的主回路，把采样电路、基准电压、运放A、比较器C和自激振荡器统称为开关电源的控制电路。LVTUi图10-17串联型自激脉宽控制式开关稳压电路结构示意图开关稳压电路是利用调整管的饱和导通时间ton与通断的工作周期丁(如骁)的比值来实现稳压的。在控制电路的作用下，若输出电压

48、Uo因负载电阻减小而降低，则比较器C的输出电压Uc呈高电平Uh的时间如变长，即Uc脉冲的占空比Da/T也就变大，从而稳定了输出电压Uo值。反之亦然。主回路是开关电路的核心。调整管在脉冲波Uc的作用下，作为滤波电路的开关，抑制输出电压的变化。当调整管VT的基极电压为高电平Uh时，管子饱和导通，发射极电流iE即为电感电流iLo此电流一方面给负载Rl提供功率，另一方面对电容充电。这就是图10-18(a)中所示的情况。L(a)(a)调整饱和管导通；(b)调整管截止当调整管VT的基极电压为低电平Ul时，管子截止，电感L产生反电动势使二极管VD导通，为电感电流1继续向负载供电和向电容充电提供了通路。这一通

49、路在图10-18(b)中表示为实线。随着反电动势的降低，二极管不再导通，电容C会向负载Rl放电，以补充负载所需电流。这一通路在图10-18(b)中用虚线表示。由以上分析可知，尽管调整管始终工作在开关状态，但利用电感和电容的储能作用，即使在调整管截止时，也能在输出得到连续的直流电压。调整管饱和导通的时间口越长，电感和电容获得的能量越多，输出电压越高。上述过程可描述为UoUftonVDUo这一负反馈过程是利用输出电压变化量来控制调整管的导通时间ton,从而抑制输出电压的变化，达到稳定输出电压的目的。在深度负反馈条件下，有Uo(1L)Uref(10.4.17)R2并联型开关稳压电路的主回路如图10-19所示，其工作原理与串联型基本相同，读者VD+Uo可自行分析。LL+UiuC图10-19并联型开关电路的主回路小结各种电子设备通常都需要有直流电流电源供电。比较经济实用的获得直流电流的方法，是利用电网提供的交流电流经过整流、滤波和稳压以后得到。.利用二极