《电子技术基础》课件第7章

7.1硅稳压管稳压电路

7.2串联型稳压电路

7.3集成稳压器

7.4开关型稳压电源

本章小结

习题第7章直流稳压电源7.1.1硅稳压管稳压电路的工作原理及主要技术指标

图7.1.1所示是一种稳压管稳压电路。7.1硅稳压管稳压电路图7.1.1稳压管稳压电路

1.输出电阻Ro

稳压电路输出电阻定义为输入到稳压电路的直流电压Ui不变时,稳压电路的输出电压变化量与输出电流变化量之比,即

(7.1.1)

2．稳压系数Sr

Sr定义为负载一定时，稳压电路输出电压相对变化量与其输入电压相对变化量之比，即

(7.1.2)7.1.2稳压管和限流电阻的选择

1．稳压管的选择

在稳压管稳压电路中,Uo=UZ,当负载电流变化时，稳压管的电流将产生一个与之相反的变化，即ΔIZ≈－ΔIL，所以稳压管在稳压区所允许的电流变化范围应大于负载电流的变化范围，即IZmax－IZmin>ILmax－ILmin。选择稳压管应满足:

(7.1.3)

若考虑到空载时稳压管流过的电流IZ将与R上的电流IR相等，满载时IZ应大于IZmin,稳压管的最大稳定电流的选取应留有充分的余量，因此还应满足:

IZM>ILmax+IZmin

(7.1.4)

2．限流电阻R的选择

R的选择必须满足两个条件：一是稳压管流过的最小电流IZmin应大于稳压管的最小稳定电流IZ；二是稳压管流过的最大电流IZmax应小于稳压管的最大稳定电流IZM。

1.基本调整管稳压电路

基本调整管稳压电路如图7.2.1所示。7.2串联型稳压电路图7.2.1基本调整管稳压电路(a)稳压管稳压电路；(b)负载电流扩大电路；(c)图(b)的常见画法根据稳压管稳压电路输出电流的分析可知，晶体管基极的最大电流为(IZmax－IZmin)，因而图7.2.1(b)所示的最大负载电流为

ILmax=(1+β)(IZmax－IZmin)(7.2.1)

这也就大大提高了负载电流的调节范围。输出电压为

Uo=UZ－UBE

(7.2.2)

2.具有放大环节的串联型稳压电路

式(7.2.2)表明基本调整管稳压电路的输出电压仍然不可调，且输出电压将因UBE的变化而改变，稳定性较差。

1)电路的构成

若同相比例运算电路的输入电压为稳定电压，且比例系数可调，则其输出电压就可调；同时，为了扩大输出电流，集成运放输出端加晶体管，并保持射极输出形式，就构成了具有放大环节的串联型稳压电路，如图7.2.2(a)所示。

输出电压为

(7.2.3)

图7.2.2(b)所示为其电路的常见画法。图7.2.2具有放大环节的串联型稳压电路(a)原理电路；(b)常见画法

2)稳压原理

当由于某种原因(如电网电压波动或负载电阻的变化等)使输出电压Uo升高(降低)时，采样电路将这一变化趋势送到A的反相输入端，并与同相输入端电位UZ进行比较放大；A的输出电压，即调整管的基极电位降低(升高);因为电路采用射极输出形式，所以输出电压Uo必然降低(升高)，从而使Uo得以稳定。上述过程可简述如下:

Uo↑→UN↑→UB↓→Uo↓

或

Uo↓→UN↓→UB↑→Uo↑

3)输出电压的可调范围

在理想运放条件下，UN=UP=UZ，所以，当电位器R2的滑动端在最上端时，输出电压最小，为

(7.2.4)

当电位器R2的滑动端在最下端时，输出电压最大，为

(7.2.5)7.3.1三端固定式集成稳压器

1.输出电压和输出电流

2.电路原理图分析

W7805的电路原理图如图7.3.1所示，其稳压电路部分如图7.3.2所示。7.3集成稳压器基准电压

UREF=UBE4+UBE3+I2R2+UBE5+UBE6

(7.3.1)

在VT3~VT6特性相同的情况下，得出

UREF=4UBE+I2R2

(7.3.2)

UREF=4.82V

(7.3.3)

输出电压为

(7.3.4)图7.3.1W7805的电路原理图图7.3.2W7805电路中的稳压电路部分在图7.3.1所示电路中，R11、R12、R13、VDZ2和VT15组成如图7.3.3所示的安全工作区保护电路，在过流、过压时保护电路起作用，同时避免了过损耗。VDZ1、VT14、R5

、R6和R7组成如图7.3.4所示的芯片过热保护电路。图7.3.3安全工作区保护电路图7.3.4芯片过热保护电路

VT13的基极电位近似为

(7.3.5)

电阻R5~R7的取值应使

UB13>UBE13+UBE7+UBE1≈2.1V(7.3.6)从而使VT13、VT7、VT1均导通，为VT8和VT9提供基极和集电极电流的通路，建立起稳压电路的工作点。此后，VT13的发射极电位变为

UE13≈UREF－UBE6－UBE5≈3.4V>UB13(7.3.7)

由以上分析可知，电路中的一些元件出现在多个功能电路中，如VDZ1

既作为启动电路的一部分，又作为过热保护电路的一部分。为使各管子的作用更清晰，画出了W7805的原理框图，如图7.3.5所示。图中标注出各部分电路所包含的管子。图7.3.5W7805的原理框图

3.主要参数

在温度为25℃条件下，W7805的主要参数如表7.3.1所示。表7.3.1W7805的主要参数7.3.2三端可调式集成稳压器

W117为三端可调式稳压器。

W117的原理框图如图7.3.6所示。图7.3.6W117的原理框图与一般串联型稳压电路一样，由于W117电路中引入了深度电压负反馈，因此输出电压非常稳定。因为调整端的电流很小，约为50μA，所以输出电压为

(7.3.8)7.3.3集成稳压器的主要参数

与W7800系列产品一样，W117、W117M和W117L的最大输出电流分别为1.5A、0.5A和0.1A。W117、W217和W317具有相同的引出端、相同的基准电压和相似的内部电路，它们的工作温度范围依次为－55℃~150℃，－25℃

~150℃、0~125℃。它们在25℃时的主要参数如表7.3.2所示。表7.3.2W117/W217/W317的主要参数7.4.1开关型稳压电源的基本工作原理

1.换能电路的基本原理

开关型稳压电源的换能电路将输入的直流电压转换成脉冲电压，再将脉冲电压经LC滤波转换成直流电压，图7.4.1(a)所示为其基本原理图。7.4开关型稳压电源图7.4.1换能电路的基本原理图及其等效电路(a)基本原理图；(b)VT饱和导通时的等效电路；(c)VT截止时的等效电路根据上述分析，可以画出uB、uE、电感上的电压uL和电流iL以及输出电压uo的波形，如图7.4.2所示。为使问题简单起见，图中将iL折线化。在uB的一个周期T内，Ton为调整管导通时间，Toff为调整管截止时间，占空比q=Ton/T。图7.4.2换能电路波形分析若将uE视为直流分量和交流分量之和，则输出电压的平均值等于uE的直流分量，即

(7.4.1)

可以写成

Uo≈qUi

(7.4.2)

2.串联开关型稳压电源的组成

串联开关型稳压电源的结构框图如图7.4.3所示。

与图7.4.1所示电路相同，若所有的开关和滤波元件都是无损耗的，则根据能量守恒原理，输出电压Uo与输入电压Ui之间有如下关系:

(7.4.3)图7.4.3串联开关型稳压电源的结构框图

3.串联开关型稳压电源的工作原理

图7.4.4所示为三角波UN2和uB的波形，与图7.4.2所示波形对照，可以进一步理解开关型稳压电路的工作原理。当采样电压UN1<UREF时，占空比大于50%;当UN1>UREF时，占空比小于50%。因而，改变R1与R2的比值，可以改变输出电压的数值。图7.4.4图7.4.3所示电路中的波形目前有多种脉宽调制型开关电源的控制器芯片，有的还将开关管也集成于芯片之中，且含有各种保护电路，因而图7.4.3所示电路可简化成图7.4.5所示电路。图7.4.5开关型稳压电源的简化框图图7.4.6(a)所示为并联开关型稳压电源中的换能电路，输入电压Ui为直流供电电压，晶体管VT为开关管，uB为矩形波，电感L和电容C组成滤波电路，VD为续流二极管。图7.4.6并联开关型换能电路的基本原理图及其等效电路(a)基本原理图；(b)VT饱和导通时的等效电路；(c)VT截止时的等效电路将图7.4.6所示换能电路中加上脉宽调制电路后，便可得到并联开关型稳压电路，如图7.4.8所示，其稳压原理与图7.4.3相同，这里不再重复。图7.4.7换能电路波形图7.4.8并联开关型稳压电路7.4.2三端开关型集成稳压电源

图7.4.9所示为采用CW3524集成控制器的单端输出降压型开关稳压电源实用电路。该稳压源的Uo＝+5V，Io＝1A。图7.4.9采用CW3524集成控制器的单端输出降压型开关稳压电源实用电路图7.4.10CW3524的引脚图

CW3524的内部电路包含基准电源、三角波振荡器、比较放大器、脉宽调制电压比较器、限流保护等主要单元。振荡器的振荡频率由外接元件的参数来确定。

1)引脚说明

2)外接电路说明

3)工作原理及稳压过程

本章介绍了直流稳压电源的组成，各部分电路的工作原理和各种不同类型电路的结构及工作特点、性能指标等。主要内容可归纳如下:

(1)直流稳压电源由整流电路、滤波电路和稳压电路组成。整流电路将交流电压变为脉动的直流电压，滤波电路可减小脉动使直流电压平滑，稳压电路的作用是在电网电压波动或负载电流变化时保持输出电压基本不变。本章小结

(2)稳压管稳压电路结构简单，但输出电压不可调，仅适用于负载电流较小且其变化范围也较小的场合。电路依靠稳压管的电流调节作用和限流电阻的补偿作用，使得输出电压稳定。限流电阻是必不可少的组成部分，必须合理选择阻值，才能保证稳压管既能工作在稳压状态，又不至于因功耗过大而被损坏。

(3)串联型线性稳压电源的基本组成部分包括调整管、基准电压电路、输出电压采样电路和比较放大电路。电路引入深度电压负反馈，使输出电压稳定。基准电压的稳定性和反馈深度是影响输出电压稳定性的重要因素。在集成稳压器和实用的分立元件稳压电路中，还常包含过流、过压、调整管安全区和芯片过热等保护电路。集成稳压器仅有输入端、输出端和公共端(或调整端)三个引出端(故称为三端稳压器)，其使用方便，稳压性能好。W7800(W7700)系列为固定式稳压器，W117/W217/W317(W137/W237/W337)为可调式稳压器。

通过外接电路可扩展输出电流和电压。

由于串联型稳压电路的调整管始终工作在线性区(即放大区)，功耗较大，因而电路的效率低。

(4)开关型稳压电路中的调整管工作在开关状态，因而功耗小，电路效率高，但一般输出的纹波电压较大，适用于输出电压调节范围小、负载对输出纹波要求不高的场合。串联开关型稳压电路是降压型电路，并联开关型稳压电路是升压型电路。脉冲宽度调制式(PWM)开关型稳压电路是在控制电路输出频率不变的情况下，通过电压反馈调整其占空比，从而达到稳定输出电压的目的。学习本章后应达到下列要求:

(1)理解直流稳压电源的组成及各部分的作用。

(2)掌握稳压管稳压电路的工作原理，能够合理选择限流电阻。

(3)理解串联型稳压电路的工作原理，能够计算输出电压的调节范围。

(4)了解集成稳压器的工作原理及使用方法。

(5)了解开关型稳压电路的工作原理及特点。

7.1判断下列说法是否正确：

(1)一般情况下，开关型稳压电路比线性稳压电路效率高。()

(2)直流电源是一种将正弦信号转换为直流信号的波形变换电路。()

习题

(3)直流电源是一种能量转换电路，它将交流能量转换为直流能量。()

(4)在变压器副边电压和负载电阻相同的情况下，桥式整流电路的输出电流是半波整流电路输出电流的2倍。

因此，它们的整流管的平均电流比值为2∶1。