低功耗可调直流稳压电源解读

1、精选优质文档倾情为你奉上精选优质文档倾情为你奉上专心专注专业专心专注专业精选优质文档倾情为你奉上专心专注专业摘 要采用三端集成LM338正电压输出可调式稳压器和LM324运算放大器，输出电压在030V之间连续可调电压供功率放大器使用。该稳压电源具有性能稳定，结构简单、电压、电流指标精度高，调节方便等优点。三端可调稳压器具有体积小，稳定性高，输出阻抗小，温度性能好等优点。但是在实际应用中，可调式稳压器随着输入输出压差的增大，增大了稳压器的功耗，缩短了稳压器的使用寿命。稳压器的功耗分为有载功耗和无载功耗，有载功耗大于无载功耗，这是在设计和使用稳压器时需要特别注意的。稳压器工作时的功耗主要取决于稳压

2、器调整管的压差和流经的电流。所以在实际应用中，稳压器的压差应在允许值范围内越小越好。为了实现电压连续可调，并降低稳压器的功耗，可采用外界取样电路，自动进行调控的设计方案。输入电压分为几个档位，从而降低稳压器的压差，电路简单、调试方便。价格低廉，并可大大降低稳压器的功耗，提高了稳压器的使用寿命和工作稳定性。本文介绍了运算放大器对集成稳压器的输入输出压差进行实时控制的基本原理，并介绍了30V/5A低功耗可调稳压电源的电路设计方法。关键词：稳压器；变压器；可调电源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 目录1 引言11.1 论文研究背景与意义11.2 本课题研究内容与目标12 线性稳压器22.1 线性稳压器的主要特点22.2 标准集成线性稳压器的产品

9、分类32.2.1 三端固定式集成稳压器的分类及工作原理32.2.2三段可调式集成线性稳压器的分类及工作原理72.2.3多端集成线性稳压器 PAGEREF _Toc h 112.2.4 跟踪式正、负压对称输出集成线性稳压器112.2.5 其他集成线性稳压器112.3 集成稳压器的选择112.4 集成稳压器的主要技术参数 PAGEREF _Toc h 142.5 线性稳压器外部保护电路工作原理 PAGEREF _Toc h 162.5.1 反向偏压保护 PAGEREF _Toc h 162.5.2 输出端反极性电压保护电路162.5.3 瞬态过电压保护电路173 其他元器件的选型193.1 运算放

10、大器193.1.1 运算放大器的作用及工作原理193.1.2 运算放大器构成的电压比较器193.1.3 运算放大器LM324 PAGEREF _Toc h 213.2 开关三极管223.2.1 开关三极管的简单介绍223.2.2 开关三极管的工作原理233.2.3 开关三极管的特点及应用 PAGEREF _Toc h 233.3 稳压二极管 PAGEREF _Toc h 243.4 电压继电器 PAGEREF _Toc h 244 稳压电路的设计264.1直流稳压电源的基本原理264.1.1直流稳压电源设计思路264.1.2直流稳压电源264.2可调试集成稳压电源的设计274.2.1.可调试三

11、端集成稳压电源的设计基础274.2.2 基本单元电路的设计304.2.3 电路结构图设计314.2.4 功耗计算 PAGEREF _Toc h 334.2.5 集成稳压器的散热器设计 PAGEREF _Toc h 335 电源的安装与仿真调试375.1 元器件375.1.1.电解电容的引脚375.1.2.电阻375.1.3 整流桥385.1.4 二极管395.1.5 三端可调稳压器395.2 安装与调试396 结语41致 谢42参考文献43附录一 电器主接线图44 1 引言1.1 论文研究背景与意义随着电子技术的发展，电子设备在人们的生活和生产中的地位也越来越重要，许多的电子设备对所需的电源也

12、提出了更高的要求。而这其中相当多的电子设备不能直接使用公用电网提供的交流电源, 而是需要稳定的直流电源，因此对直流电源的性能、体积、重量等的要求也不断提高，再加上当今世界能源贫乏，于是对稳压电源的功率损耗也提出了更严格的要求；同时，电子设备种类的不断增加，使得其对直流电源输出电压值、电流值的需求也越来越多。从上世纪九十年代末起，随着对系统更高效率和更低功耗的需求，电信与数据通讯设备的技术更新推动电源行业中直流/直流电源转换器向更高灵活性和智能化方向发展。在80年代的第一代分布式供电系统开始转向到20世纪末更为先进的第四代分布式供电结构以及中间母线结构，直流/直流电源行业正面临着新的挑战，即如何

13、在现有系统加入嵌入式电源智能系统和数字控制。早在90年代中，半导体生产商们就开发出了数控电源管理技术，而在当时，这种方案的性价比与当时广泛使用的模拟控制方案相比处与劣势，因而无法被广泛采用。由于板载电源管理的更广泛应用和行业能源节约和运行最优化的关注，电源行业和半导体生产商们便开始共同开发这种名为“数控电源”的新产品。 现今随着直流电源技术的飞跃发展, 整流系统由以前的分立元件和集成电路控制发展为微机控制, 从而使直流电源智能化, 具有遥测、遥信、遥控的三遥功能, 基本实现了直流电源的无人值守。1.2 本课题研究内容与目标在业余条件下进行电子制作，拥有一个可调节输出电压的稳压电源是非常有用的，

14、市面上所售的成品可调稳压电源价格一般都在百元以上，外表看上去是挺好看的，但对于业余电子爱好者来说，实用是最主要的。本文介绍的这款可调稳压电源，采用三端集成LM338正电压输出输出的可调式稳压器来实现输出电压在030V之间连续可调电压供功率放大器使用。要求器件具有足够的散热条件。2 线性稳压器2.1 线性稳压器的主要特点稳压器使输出电压保持稳定的供电装置，根据调整管的工作状态，直流稳压电源可分为两类：线性稳压电源和开关稳压电源。此外，还有一种使用稳压管的小功率直流稳压电源。线性稳压器（Linear Voltage Regulator,简称Linear Regulator）,是最早使用的一中直流稳

15、压电源，因其调整管工作在线性工作区而得名。换言之，调整管的压降是连续可变的，它工作在线性状态，并且调整管的压降就等于输入电压与输出电压的差值。与之相反，开关稳压器中的调整管（一般称作开关管）则工作在开、关（即通、断）状态下。显然不属于线性电源。线性稳压器的特点就是稳压性能好、输出波纹电压小、工作时产生的噪声低、响应速度快、电路简单,成本低廉。标准线性稳压器主要缺点是调整管压降大，功耗高，容易发热，稳压电源的效率低，一般仅为35%-45%。因此，线性稳压器特别适用于系统对电源效率要求不高，但要求低波纹、低噪声，例如射频电路。高品质的音频及视频放大电路、模/数(A/D)转换器及数/模（D/A）转换

16、器等领域。集成化的标准线性稳压器与开关稳压器的比较，详见表2-1。表2-1 集成化的标准线性稳压器与开关稳压器的比较稳压器类型标准线性稳压器开关稳压器内部功能管的结构双极型NPN达林顿调整管双极型MOSFET功率开关管控制特性采用电流控制型一般采用脉宽调制（PWM）型电源噪声及输出波纹电源噪声及输出波纹很低，特别适用于对噪声敏感的电子设备输出噪声及波纹电压高，不适合用作射频装置（如手机）的电源电磁干扰（EMI）基本不产生电磁干扰容易产生电磁干扰稳压性能稳压性能好稳压性能较好电压调整率电压调整率SV可达0.02%电压调整率一般为0.5%-2%负载调整率负载调整率SI可达0.1%负载调整率一般为1

17、%-5%稳压器类型标准线性稳压器开关稳压器瞬态响应速度对负载变化的瞬态响应速度快对负载变化的瞬态响应速度较慢续表稳压器类型标准线性稳压器开关稳压器电源效率由于调整管可能等效于一直可调电阻，电流流过时会发热，因此工作在线性状态下的调整管所产生的热量，导致电源效率不高。标准线性稳压器的输入-输出压差大于2V，电源效率一般尽为40%左右由于内部器件工作在高频开关状态，因此它本身消耗的能量很低，电源效率可比普通线性稳压电源提高将近一倍，一般为70%-90%对电网的适应能力对电网的适应能力较差，一般允许电网波动的范围是220V10%对电网的适应能力强，许多AC/DC变换器允许电网波动范围是85265V保

18、护电路一般具有过流保护、调整管安全工作区保护和过热保护电路一般具有过电流、保护过热保护电路，有的还增加了过电压保护，欠电压保护、等电路体积需要安装尺寸较大的散热器，体积较大安装密度高，体积小2.2 标准集成线性稳压器的产品分类目前国内外生产的集成线性稳压器多达数千种，产品主要包括两种：固定输出式（含三段固定式、多段固定式、低压差固定式），可调输出式（含三段可调式、多频段可调式、低压差可调式）。按照输出电压的特点来划分，又有正压输出，负压输出，跟踪式正、负压输出共三种形式。2.2.1 三端固定式集成稳压器的分类及工作原理美国仙童（Fairchild）半导体公司于20世纪70年代初首先推出A780

19、0系列和A7900系列三段固定式集成线性稳压器。它的问世是电源集成电路的一大革命。它极大的简化了电源的设计与应用，能以最简方式（类似于三极管）接入电路，并具有较完整的过电流、过电压、过热保护功能。目前，7800系列和7900系列已成为世界通用系列，也是用途最广、销量最大的集成线性稳压器。其优点是使用方便，不需作任何调整，外围电路简单，工作安全可靠，适合制作通用型、标称输出的稳压电源。其缺点是输出电压不能调整，不能直接输出非标称值电压，电压稳定度还不够高。(1)三段固定式集成线性稳压器的产品分类三段固定式集成线性稳压器的产品分类见表2-2。表中。冠以CW的为国标产品。国外型号及主要生产厂家如下：

20、KA（美国飞兆公司）、LM（美国国家半导体公司NSC、飞兆公司）、A（美国仙童公司、TI公司）、MC（美国摩托罗拉公司、安森美公司）、TA（日本东芝公司）、PC（日电NEC）、KIA（韩国KEC公司）、HA（日立）、L（意-法半导体有限公司ST）。目前，国产7800系列中没有7、8、10V这三种规格。表2-2 三段固定式集成稳压器产品分类特点国产系列或型号最大输出电流IOM（A）输出电压UO（V）国外对应系列或型号正压输出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特点国产系列或型号最大输出电流IOM（A）输出电压UO（V）国外对应系列或型号正压输出CW78T00系列35/12/18/24MC78T00CW78H00系列55、12、24A78H0078P00系列105、12A78P05,LM396,A78P12-15、12、15LM14

22、0,LM340续表特点国产系列或型号最大输出电流IOM（A）输出电压UO（V）国外对应系列或型号负压输出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系列三段固定式线性稳压器的工作原理7800系列束宇正压输出式线性稳压器，即输出端对公共段（地）的电压为正，这是目前最流行的一种线性稳压器。7800系列的最大输出电流为1.

23、5A（部分产品为1A），峰值电流可达3.5A（或2.2A）。7805-7818的最高输入电压为35V，7824的最高输入电压为40V。最小输入输出电压差为2V，为工作可靠期间，一般应选4-6V。输出电压值允许有5%的偏差，电压调整率SV=0.1%,负载调整率SI=0.8%。以国产CW7800系列产品为例，其主要技术指标见表2-3。表2-3 CW7800系列的主要技术指标参数名称符号单位7805C7806C7809C7812C7815C7818C输入电压的典型值UIV101114192326推荐输入电压范围UIV8129181220162220262228最小输入电压UI(MIN)V781114

24、1720最大输入电压UI(MAX)V353535353535参数名称符号单位7805C7806C7809C7812C7815C7818C允许输入电压偏差-%555555电压调整率SV(UO)mV253045607590负载调整率SI(UO)mV100100100120150180续表参数名称符号单位7805C7806C7809C7812C7815C7818C波纹抑制比SRdB405070100150150输出噪声电压URmV4650607590110输出阻抗ZOm171717181922最大额定输出电流IOMA1.51.51.51.51.51.5峰值输出电流IOPA3.53.53.53.53.

25、53.5输出电压温漂STmV/-1.0-1.0-1.0-1.2-1.5-1.8根据器件本身功耗的大小，7800系列产品封装形式主要有TO-220塑料封装、TO-3金属壳封装，二者最大允许功耗（PDM）分别为10、20W（安装合适的散热器）。7800系列的引脚排列分别如图2-1所示。INPUT（UI）为输入端，OUTPUT（UO）为输出端，GND是公共端（地）。图2-1 7800系列产品封装形式7800系列集成线性稳压器的内部框图如图2-2所示。主要包括启动电路、基准电压源、恒流源、误差放大器、NPN型调整管、调整管安全工作区保护电路、过热保护电路、取样电路（R1和R2，其中R2为固定值，R1的

26、阻值与产品型号有关）。此外还有过流保护电路（图中未画）。启动电路仅在刚通电时起作用，帮助恒流源建立工作点，一旦线性稳压器工作正常后消失。7800系列采用带隙基准电压源。它首先通过电阻R1、R2获得取样电压UQ，再经过误差放大器进行电压比较和放大，输入误差电压Ur，然后用Ur去调节调整管的压降，从未达到稳压目的。图2-2 7800系列集成稳压器内部框图当由于某种原因导致UI升高时，UO也按比例地升高，进而使UQ升高，Ur降低，NPN型调整管的基极电位UB也随之降低，使输出电压UO降低，最终可维持UO不变。其稳压关系可表达为UIUOUQUrUBUO反之 UIUOUQUrUBUO同理，当负载电阻RL

27、发生变化时RLUOUQUrUBUO反之 RLUOUQUrUBUO这就是7800系列集成线性稳压器的稳压原理。对7800系列集成线性稳压器而言，其电位分布如下UIUOUGND(0V)其电流途径为：UI内部调整管UO外部负载RLGND。输出电流IO是从UO端流出的。2.2.2三段可调式集成线性稳压器的分类及工作原理这是20世纪70年代末至80年代初发展起来的、由美国国家半导体公司（NSC）首创的第二代三端集成线性稳压器。它既保留了三段固定式线性稳压器结构简单之优点，又克服了电压不可调整的缺点，并且在电压稳定度上比前者提高了一个数量级。适合制作实验室电源及多种供电方式的直流稳压电源。他也可以设计成固

28、定式输出，以代替三段固定式线性稳压器，进一步改善稳压性能。(1)三段可调式集成稳压器的产品分类三段可调式集成线性稳压器的产品分类见表2-4，W表示国内厂标。表2-4三段式可调集成稳压器的产品分类特点国产型号最大输出电流IOM（A）输出电压UO（V）国内对应系列或型号正压输出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(高压线性稳压器)特点国产型号最大输出电流IOM（A）输出电压UO（V）国内对应系列或型号负压输出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)三段可调式线性稳压器的工作原理尽管三段固定式线性稳压器的问世极大的简化了线性稳压电源的设计与制作，但其输出电压是固定的，使用时仍有不便。三段固定式线性稳压器虽然也能接成可调式输出，却需要增加外部元器件，这会导致稳压性能降低。人们期待有一种可调式三段线性稳压器，美国国家半导体公司首创的三段可调式线性集成稳压器正好满足了这一需要。由于它稳压性能好，输出电压连续可调，因此被誉为第二代三段线性稳压器，可构成各种精密可调的线性稳压电源。下面以LM317为例介绍一下三段可调式线性稳压器。LM317型三段可调式集成线性稳压器的引脚排列

31、及内部结构框图如图2-3所示，adj为调整端。TO-220封装和TO-3封装的最大允许功耗分别为7.5、15W（安装合适的散热器）。与7800系列产品相比，它把内部电路（包括误差放大器、50A的“超级”恒流源、偏执电路等）的接地端改接到的输出端，使之在输入-输出压差下工作，因此LM317没有接地端。此外，它内部的1.25V基准电压源接在误差放大器同相输入端adj之间。LM317的主要技术指标为UI=240V，UO=1.2537V，IOM=1.5A。其电压调整率及负载调整率比7800系列提高了近一个数量级。图2-3（b）中的RS为过电流检测电阻。特别情况下若将adj端接地，LM317就构成了一个

32、输入电压UO=1.25V的固定式三段线性稳压器，即使这样，其稳压性能仍远优于7800。（a） （b）图2-3 LM317的引脚排解（a）及内部结构框图（b）(3)LM338的基本参数和基本结构下面介绍一下本设计将要用到的LM338稳压器的基本参数、基本结构和典型应用。LM338可调三端稳压器提供5A的平均输出，输出电压范围为1.2V至32V连续可调。LM338内置过载保护电路，自动限制功耗。此保护电路允许瞬态负载强电流通过，A以内的瞬态电流不会实施保护，以利于某些设备的顺利启动。 LM338稳压器特性1.输出电流：5A；2.允许瞬态电流：12A；3.输出电压：1.2V32V；4.最高输入输出压

33、差：35V；5.线路调整率：0.005%；6.负载调整率：0.1%；7.工作温度：0； 使用注意事项1.LM338是串联调整型的稳压电源，所以它在输出小电压大电流的时候管压降很大，管子功耗相应也大，温度会很高，所以使用时要加大的散热器。2.电源的滤波电容要大，并且要关联一个小的电容器以便对高频进行滤波，电容尽量靠近管脚。 3.由于保护电路和关系，输出端尽量不要接大的电容和容性负载，否则保护电路可能误动作。LM338有两种封装，分别是TO-3金属封装、TO-220塑料封装，封装外形和引脚排列如图2-4（a）和图2-4（b）所示。图2-4（a）TO-220塑料封装 图2-4（b） TO-3金属封装

34、LM338内部电路示意图如图2-5所示。图2-5 LM338内部电路示意图典型应用LM338的典型应用电路如图2-6所示。输入电压UI28V。R1、R2为取样电阻。取R1=120时，最小负载电流IL=10mA。R2选用5k可调电阻。调整可获得1.2530V的稳压输出，最大输出电流为5A。图2-6 LM338典型应用电路图输出电压的计算公式为 （2-1）其中。2.2.3多端集成线性稳压器 这类线性稳压器以早期产品居多，亦有固定式、可调式之分。2.2.4 跟踪式正、负压对称输出集成线性稳压器其特点是当正电压输出因某种原因而发生变化时，负电压输出能自动跟踪并产生相应的变化，使二者的绝对值仍相等。跟踪

35、特性对于采用双电源供电的精密运算放大器尤为重要，可防止运算放大器因正、负电源电压不对称而产生零漂。2.2.5 其他集成线性稳压器主要有低压差线性稳压器、高压线性稳压器、大电流输出式线性稳压器、专用线性稳压器、多路输出式及复合式线性稳压器。复合式线性稳压器内含线性稳压器和开关稳压器，建有线性稳压器稳压性能好、开关稳压器电源效率高等优点。2.3 集成稳压器的选择目前，国内生产的集成线性稳压器产品多达数千种，他们的工作原理、输出形式、调整方法、电路结构、技术参数和引出端数目也不尽相同。因此，在设计线性稳压器是，应从实际出发，尽量选择既符合使用要求，价格又较低的产品，做到物尽其用，切忌因片面追求高指标

36、而造成浪费。在选择方法上也有两种，一种是对功能、性能指标、外围电路复杂程度、外形尺寸及价格等因素，进行综合评价，折衷选择，另一种则是突出其中一、两项关键性指标作为选择的主要依据。一般情况下采用前一种方法。首先考虑所选择的集成线性稳压器应满足仪器或设备对稳压电源性能的要求，主要包括：电压调整率（亦称线性调整率）、负载调整率（亦称电流调整率）、波纹抑制比（亦称电源抑制比）及输出电压温度系数；输入电压范围、输出电压及最大输出电流；保护功能；允许环境温度。由此确定稳压器型号。然后根据具体情况，选择能满足输出电流、输出电压、专用功能等需要的应用电路，并确定外围元器件的种类、型号及数量等。最后用选的好的稳

37、压器芯片及其应用电路进行初步设计，再根据对电源成本、外形尺寸、电路的复杂程度等具体要求进行调整，以便更好地满足设计者的要求。若标准线性稳压器难以满足设计要求，建议采用低压差线性稳压器（LDO）来代替标准线性稳压器实现优化设计。例如，要想设计多路输出式获跟踪式线性稳压器，从标准线性稳压器中很难找到合适的器件，因为这类稳压器大多属于早就定型的老产品，缺少合适的型号。相反，低压差或超低压差线性稳压器属于新产品，不仅具有很高的性价比，而且产品规格齐全，功能更强，很容易找到合适的型号。例如，多路输出式超低压差线性稳压器就有双路输出（TC1301/TC1302系列、LM2935、CAT6221和LP296

38、6）、三路输出（R5320X系列及MIC2215）、四路输出（AS1352，一次性可编程）、五路输出（MAX1798/1799，带串行接口）等。要设计具有排序与跟踪功能的稳压器，推荐采用MIC68200型低压差稳压器。为降低便携式电子产品的待机功耗，低压差或超低压差线性稳压器大多具有通/断控制功能，这是传统的线性稳压器所不具备的。表2-5列出了选择集成线性稳压器的方法。表2-5 选择集成线性稳压器的方法选择标准具体选项类型选择输出电压能否调整固定式正压输出式78L00、78N00、78M00、7800、78T00、78H00、78P00负压输出式7900L、7900M、7900固定输出式低压差

39、线性稳压器LP2950CN-5.0V（正压输出）、LM2990T-5.0（负压输出）等可调式正压输出式LM317等负压输出式LM337等可调输出式低压差线性稳压器TPS7301等输出电流不扩展电流0.1A、0.3A、0.5A、1.0A、1.5A、3A、5A、10A参数选择性能指标扩展电流选择合适的扩流电路电压调整率，负载调整率、波纹抑制比、输出电压精度、输出电压温度系数等。工作参数最高输入电压、最大输出电流、最大功耗等环境温度类（-55+150），类（-25+150），类（0+125）保护功能选择过电流保护、短路保护调整管安全工作区保护过热保护输入极性反接保护2.4 集成稳压器的主要技术参数1

40、电压调整率电压调整率（SV）亦称线性调整率，一般用百分数表示，但也有用mV来表示。它表示当输入电压在规定范围内变化时，输出电压的变化率。测量电压调整率的方法是给线性稳压器接上额定负载，首先测出在标称输入电压时的输出电压值UO，然后连续调节输入电压，使之从规定的最小值一直变化到最大值，记下输出电压与标称值的最大偏差UO（可取绝对值）醉后带入下式计算电压调整率 （2-2）2负载调整率负载调整率（SI）亦称电流调整率，一般用百分数表示，但也可用mV表示。它是衡量线性稳压器在负载电流发生变化时，输出电压保持恒定的一种能力。测量负载调整率的方法是将输入电压调整至标称值，分别测出线性稳压器在满载与空载时的

41、输出电压值U1、U2，在带入下式计算负荷调整率 （2-3）3输出电压精度输出电压精度亦称准确度，它主要受线性稳压器的电压调整率、负载调整率、内部基准电压的温度漂移量（以下简称温漂）、误差放大器的温漂、取样电阻的精度及温度系数的影响。由于基准电压和误差放大器对温度的变化比较敏感，因此温度对线性稳压器输出电压影响最大，其次是取样电阻的精度。电压调整率、负载调整率和增益误差对精度的影响只有1%3%。输出电压精度表达式为 （2-4）式中 输出电压精度； 电压调整率（取绝对值）； 负载调整率（取绝对值）； 基准电压的精度所引起输出电压的变化量； 增益误差所引起输出电压的变化量； 取样电阻的精度所引起输出

42、电压的变化量； 当环境温度从最低温度变化到时，对输出电压的影响。4静态电流静态电流IQ是指在规定的输入电压UI下，线性稳压器所消耗的电流，即稳压器内部流向地的总电流。静态电流IQ=II-IO,他等于空载时的芯片电流。5功耗功耗是指线性稳压器本身的功率损耗，计算公式为（）6效率效率是指电源转换效率，即输出功率与输入功率的比值，通常用百分数表示。对于串联调整式线性电源，若忽略其静态工作电流IQ，则输入电流与输出电流相等，即II=IO，因此电源转换效率为 （2-6）7波纹抑制比亦称电源抑制比，它表示输入波纹电压与输出波纹电压的比值，常用分贝（dB）表示。8输出噪声电压输出噪声电压UR是指在规定频率范

43、围内输出噪声电压的有效值，也有的用峰-峰值表示。9输出电压温度系数 在规定温度范围内当输出电压的输出电流保持不变时，由环境温度化引起输出电压的相对变化量。设环境温度从T1到T2，输出电压变化量为UO2-UO1，则输出电压温度系数为 （2-7）2.5 线性稳压器外部保护电路工作原理2.5.1 反向偏压保护当线性稳压器7800的输出电压超过25V，或者稳压器的输出端接有大负载电容CL(CL25F)时，应增加反相偏电压保护电路。保护二极管VD应反极性并联在UI端与UO端之间，正常情况下VD截至，不起作用；一旦输入端发生短路（例如滤波后电容短路后可造成此故障），是输入端接近于地电位，VD立即导通，CL

44、上积存的电荷就通过VD迅速泄放到地，可防止向内部调整管的发射结放电而损坏芯片。利用保护二极管给负载电容提供放电回路的电路图如图2-7所示。图2-7 利用保护二极管给负载电容提供放电回路当稳压器的输出过电压时，输入电压突然发生短路故障，若输出电压超过7V，则内部调整管的发射结就会被击穿损坏。此时也应给线性稳压器增加反相保护电路。两种反向偏压保护电路如图2-8（a）、（b）所示，图（a）为三段固定输出式线性稳压器的反向偏置电压保护电路。VD为保护二极管。图（b）为三段可调输出式线性稳压器的反向偏压保护电路，VD1为保护二极管。当输入端发生短路故障时，VD1可将输出电压钳位在0.7V左右。(a) (

45、b)图2-8 两种反向偏压保护电路2.5.2 输出端反极性电压保护电路设计运算放大器电平转换器时，经常采用正、负压对称的双电源供电方式。此时线性稳压器的负载RL并不接地，而是在两个极性相反的电源（+UO、- UO）之间。这就需要在两个稳压器的输出端与地之间分别街上钳位二极管VD1和VD2，构成如图2-9所示的输出端反极性电压保护电路。在启动电压器或发生短路故障时，一旦稳压器的输出端存在反极性电压，VD1或VD2就立即导通，起到钳位作用，使输出端电压接近于0V，可对稳压器起到保护作用。钳位二极管可选用1N4001型1A/50V的硅整流管。图2-9输出端反极性电压保护电路2.5.3 瞬态过电压保护

46、电路如果瞬态电压超过额定输入电压的最大值或者低于地电位0.8V以下，并且具有足够的能量，也许会损坏稳压器。特别是输入端距离滤波电容较远时，更容易发生此类故障。解决方法是在输入端与地之间并联一只0.33F的电容CI，来吸收瞬态高频电压；在输出端与地之间并联一只0.1F电容CO，利用其两端压降不能突变的特性可改善负载的瞬态响应。7800系列、7900系列的瞬态过电压保护电路分别如图2-10（a）、（b）所示。220V交流电首先经过电压源变压器降压，然后经整流滤波后变成直流电压，送至稳压器的输入端，从输入端即可获得稳定的直流电压。(a) (b)图2-10 7800系列、7900系列的瞬态过电压保护电

47、路3 其他元器件的选型3.1 运算放大器3.1.1 运算放大器的作用及工作原理 运放有两个输入端a（反相输入端）,b(同相输入端)和一个输出端o.也分别被称为倒向输入端非倒向输入端和输出端.当电压加U-加在a端和公共端(公共端是电压为零的点,它相当于电路中的参考结点.)之间,且其实际方向从a 端高于公共端时,输出电压U实际方向则自公共端指向o端,即两者的方向正好相反.当输入电压U+加在b端和公共端之间,U与U+两者的实际方向相对公共端恰好相同.为了区别起见,a端和b 端分别用-和+号标出,但不要将它们误认为电压参考方向的正负极性.电压的正负极性应另外标出或用箭头表示.一般可将运放简单地视为：具

48、有一个信号输出端口（Out）和同相、反相两个高阻抗输入端的高增益直接耦合电压放大单元，因此可采用运放制作同相、反相及差分放大器。运放的供电方式分双电源供电与单电源供电两种。对于双电源供电运放，其输出可在零电压两侧变化，在差动输入电压为零时输出也可置零。采用单电源供电的运放，输出在电源与地之间的某一范围变化。运放的输入电位通常要求高于负电源某一数值，而低于正电源某一数值。经过特殊设计的运放可以允许输入电位在从负电源到正电源的整个区间变化，甚至稍微高于正电源或稍微低于负电源也被允许。这种运放称为轨到轨（rail-to-rail）输入运算放大器。运算放大器的输出信号与两个输入端的信号电压差成正比，在

49、音频段有：输出电压=A0（E1-E2），其中，A0 是运放的低频开环增益（如 100dB，即 倍），E1 是同相端的输入信号电压，E2 是反相端的输入信号电压。运算放大器有信号放大，大小比较，精密整流，阻抗变换，滤波，电压信号变电流信号，电流信号变电压信号，电压信号变成频率信号，频率信号变电压信号等作用。3.1.2 运算放大器构成的电压比较器当集成运算放大器处于开环或正反馈状态时，由于运算放大器的开环放大倍数很高，若运算放大器两个输入端的电压略有差异，输出电压不是最高就是最低，输出电压不再随输入电压连续性变化。当u-u+时，输出为最低值-UOM（低电平）；当u-u+时，输出为最高值+UOM(高

50、电平)，此时运算放大器为非线性状态。运算放大器的非线性应用最常见就是电压比较器。电压比较器（简称比较器）是信号处理电路，其功能是比较两个电压的大小，通过输出电压的高电平或低电平，表示两个输入电压的大小关系。在自动控制和电子测量中，常用于鉴幅。模数转换、各种非正弦波形的产生和变换电路中。(1)电压比较器的特点电压比较器的输入信号通常是两个模拟量。一般情况下，其中一个输入信号是固定不变的参考电压UREF，另一个输入信号则是变化的信号ui。输出只有两种可能状态：正饱和值+UOM或负饱和值-UOM。可以认为，比较器的输入信号是连续变化的模拟量，而输出信号则是数字量，即0或1。电压比较器中集成运算放大器

51、通常工作在非线性区，既满足如下关系：当u-u+时，UO=-UOM，负向饱和；当u-=u+时，-UOMUO+UOM，状态不定。上述关系表明，工作在非线性区的运算放大器，当u-u+时，其输出状态都保持不变，只有当u-=u+时，输出状态才能发生跳变。反之，若输出状态发生跳变，必定发生在u-=u+的时刻。(2)电压比较器有以下三个要素比较器的阀值。比较器的输出状态发生跳变的时刻，所对应的输出电压值称作比较器的阀值电压，简称阀值或门限电压，也可以简称为门限，记作UTH。比较器的传输特性。比较器的输出电压UO与输入电压UI之间的对应关系称作比较器的传输特性，它可用曲线表示，也可用方程式表示。比较器的组态。

52、若输入电压ui从运算放大器的“-”端输入，则称为反相比较器；若从“+”端输入，则称为同相比较器。电压比较器的基本结构见图3-1。图3-1 电压比较器的基本结构图3.1.3 运算放大器LM324 LM324系列器件带有真差动输入的四。与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。该四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。每一组运算可用图1所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输

53、出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。 LM324的引脚排列见图3-2。图3-2 LM324引脚排列图(1)参数与描述1.运放类型:低功率；2.放大器数目:4；3.带宽:1.2MHz；4.针脚数:14；5.:0C+70C；6.封装类型:SOIC；7.3dB带宽增益乘积:1.2MHz；8.变化斜率:0.5V/s；9.器件标号:324；10.器件标记:LM324AD；11.增益带宽:1.2MHz；12.工作温度最低:0C；13.工作温度最高:70C；14.放大器类型:低功

54、耗；15.电源电压最大:32V；16.电源电压最小:3V；17.芯片标号:324；18.表面安装器件:表面安装；19.输入偏移电压最大:7mV；20.运放特点:高增益频率补偿运算；21.逻辑功能号:324；22.额定电源电压:+15V；(2)特点1.短路保护输出；2.真差动输入级；3.可单电源工作：3V-32V；4.低偏置电流：最大100nA；5.每封装含四个运算放大器；6.具有内部补偿的功能；7.共模范围扩展到负电源；8.行业标准的引脚排列；9.输入端具有静电保护功能； 这个是最常用的运算放大器1，2，3脚是一组5，6,7脚是一组，8，9，10脚是一组，12，13,14脚是一组，剩下的两个脚

55、是电源，1，7,8,14是各组放大器的输出脚，其它的就是输入脚。至于使用地方，那就是你需要比较器和运算放大器的所有地方你都可以用，只是当你所需要用到运算放大器的地方对运算放大器的性能要求很高的时候那你就得看看LM324是不是满足性能要求了！ 根据LM324的上述特点，本设计采用LM324运算放大器做电压比较器。3.2 开关三极管3.2.1 开关三极管的简单介绍开关三极管的外形与普通三极管外形相同，它工作于截止区和饱和区，相当于电路的切断和导通。由于它具有完成断路和接通的作用，被广泛应用于各种开关电路中，如常用的开关电源、驱动电路、高频振荡电路、模数转换电路、脉冲电路及输出电路等。开关三极管的基

56、本电路图如图3-3所示。 图3-3开关三极管的基本电路图负载被直接跨接于三极管的集电极与电源之间，而位居三极管主电流的回路上，输入电压UI则控制三极管开关的开启与闭合动作，当三极管呈开启状态时，负载电流便被阻断，反之，当三极管呈闭合状态时，电流便可以流通。 详细的说，当UI为低电压时，由于基极没有电流，因此集电极亦无电流，致使连接于集电极端的负载亦没有电流，而相当于开关的开启，此时三极管乃工作于截止区。 同理，当UI为高电压时，由于有基极电流流动，因此使集电极流过更大的放大电流，因此负载回路便被导通，而相当于开关的闭合，此时三极管乃工作于饱和区。 3.2.2 开关三极管的工作原理(1)截止状态

57、当加在三极管发射结的电压小于的导通电压，基极电流为零，集电极电流和发射极电流都为零，三极管这时失去了电流放大作用，集电极和发射极之间相当于开关的断开状态，即为三极管的截止状态。开关三极管处于截止状态的特征是发射结，集电结均处于反向偏置。 (2)饱和导通状态当加在三极管发射结的电压大于PN结的导通电压，并且当基极的电流增大到一定程度时，集电极电流不再随着基极电流的增大而增大，而是处于某一定值附近不再怎么变化，此时三极管失去电流放大作用，集电极和发射极之间的电压很小，集电极和发射极之间相当于开关的导通状态，即为三极管的导通状态。开关三极管处于饱和导通状态的特征是发射结，集电结均处于正向偏置。而处于

58、放大状态的三极管的特征是发射结处于正向偏置，集电结处于反向偏置。这也是可以使用电压表测试发射结，集电结的电压值判定三极管工作状况的原理。开关三极管正是基于三极管的开关特性来工作的。 3.2.3 开关三极管的特点及应用开关三极管具有寿命长、安全可靠、没有机械磨损、开关速度快、体积小等特点。开关三极管可以用很小的电流，控制大电流的通断，有较广泛的应用。小功率开关管可以用在电源电路、驱动电路、开关电路等；大功率管可用于彩色电视机、通信设备的开关电源；也可用于低频功率放大电路、电流调整等；高反压大功率开关管可用于彩色电视机行输出管。3.3 稳压二极管稳压管实质上就是一个二极管，但它通常工作在反向击穿区

59、。只要击穿后的反向电流不超过允许范围，稳压管就不会发生热击穿损坏。为此，必须在电路中串接一个限流电阻。反向击穿后，当流过稳压管的电流在很大范围内变化时二极管两端的电压几乎不变，从而获得一个稳定的电压。可以利用稳压二极管来稳定电压比较器的反向端输入电压。由硅稳压管组成的简单稳压电路如图3-4所示。硅稳压管DW与负载Rfz并联，R1为限流电阻。若电网电压升高，整流电路的输出电压Usr也随之升高，引起负载电压Usc升高，由于稳压管DW与负载Rfz并联，Usc只要有一点增长，就会使流过稳压管的电流急剧增加，是的I1也增大，限流电阻R1上的电压降增大，从而抵消了Usr的下降，保持负载电压Usc基本不变。

60、若Usr不变而负载电流增加，则R1上的压降增加，造成负载电压Usc下降。Usc只要下降一点点，稳压管中的电流就迅速见效，使Rfz上的压降再减小下来，从而保持Rfz上的压降基本不变，使负载电压Usc得以稳定。图 3-4 稳压管的工作原理图综上所述可以看出，稳压管起到自动调节作用，而限流电阻起着电压调整作用，稳压管的动态电阻越小，限流电阻越大，输出电压的稳定性越好。3.4 电压继电器继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。