硅稳压二极管稳压电路

图16.04 串联型稳压电路方框图
(2) 线性串联型稳压电源的工作原理
根 据 图 16.04 分 两种情况来加以讨论。
1．输入电压变化， 负载电流保持不变
输入电压VI的增加，必然会使输出电压VO有所 增加，输出电压经过取样电路取出一部分信号Vf与基 准源电压VREF比较，获得误差信号ΔV。误差信号经 放大后，用VO1去控制调整管的管压降VCE增加，从 而抵消输入电压增加的影响。
VI↑→VO↑→Vf↑→VO1↓→VCE↑→VO↓
2．负载电流变化，输入电压保持不变
负载电流IL的增加，必然会使输入电压VI有所 减小，输出电压VO必然有所下降，经过取样电路取 出一部分信号Vf与基准源电压VREF比较，获得的误 差信号使VO1增加，从而使调整管的管压降VCE下降， 从而抵消因IL增加，使输入电压减小的影响。
16.4.2 集成开关型稳压器(简介）
16.3.1 线性串联型稳压电路的工作原理
16.3.2 稳压电路的保护环节
16.3.3 三端集成稳压器
16.3.1 线性串联型稳压电路的工作原理
(1) 线性串联型稳压电源的构成
线性串联稳压电源的工作原理可用图16.03来说明。
显 然 ，VO =VI-VR，当
VI增加时，R 受控制而增加，
使 VR增 加 ， 从 而 在 一 定 程
2 Co
1 W7915
Co 2
同时输出正、负电压电路
+ Uo _ Uo
提高输出电压的电路
1 +
UI
Ci
_
W78XX 3
2 UXX UZ
R Co
DZ
UXX: 为W78XX固定输出电压 Uo=UXX+UZ
+ Uo
_
（4）利用三端集成稳压器组成恒流源
三端集成稳压器可 做恒流源使用,电路见 图16.11和16.12。
16.09应用电路(固定)
图16.10应用电路(可调)
可调输出三端集成稳压器的内部，在输出端和公共端之 间是1.25 V的参考源，因此输出电压可通过电位器调节。
VO
= VREF
+ VREF R1
RP

Ia RP
1.25 (1
RP ) R1
同时输出正、负电压的电路
+
1
Ci
UI Ci
_ 3
W7815 3
稳定电压(V) 工作电流(mA) 电压温度系数(10 -6/ ℃)
典 MC1403
2.5±1％
1.2
10～100
.
型 LM136/236/336 2.5
的 TL431
5.0 2.5～36
10
10 0.4～100
30
30
.
50
.
基 LM3999
±6.95±5％
10
准
AD2710K/L MAX676
10.000±1mV 4.096±0.01％
保护的方法
反馈保护型
温度保护型
截流型
限流型
利用集成电路制造工艺，在调整 管旁制作PN结温度传感器。当温度超 标时，启动保护电路工作，工作原理 与反馈保护型相同。
截流型
当发生短路时，通过保 护电路使调整管截止，从而 限制了短路电流，使之接近 为零。截流特性见图16.05。
限流型
是当发生短路时，通过电 路中取样电阻的反馈作用，输 出电流得以限制。限流特性见 图16.06。
(a)小电流恒流源
图16.11稳压器做恒流源
(b)大电流恒流源
图16.12可调稳压器做恒流源电路
16.4 开关型稳压电源
为解决线性稳压电源功耗较大的缺点，研制 了开关型稳压电源。开关型稳压电源效率可达 90%以上，造价低，体积小。现在开关型稳压电 源已经比较成熟，广泛应用于各种电子电路之中。 开关型稳压电源的缺点是纹波较大，用于小信号 放大电路时，还应采用第二级稳压措施。
要特别注意，不同 型号，不同封装的集成 稳压器，它们三个电极 的位置是不同的，要查 手册照确片定。
图16.08 外形图
2. 外形及 引脚功能
塑料封装 TO--220
2 — 输出端 3 — 公共端 1— 输入端
W7800系列稳压器外形
2 — 输出端 3— 输入端 1 — 公共端
W7900系列稳压器外形
=
VImax VZ I Zmax I Lmin
Rmin < R Rmax
16.2.3 基准源
基准源
一般是指击穿电压十分稳定，电压
也称为参考源 温度系数经过补偿了的稳压二极管。
这种稳压二极管采用一种埋层工艺，稳压性能优良，有的 还加有温度控制电路，使其温度系数可小到几个10-6/℃。
型号

1 T
(VD
)toff
+
1 T
(VI
周期的百分比。
VCES )ton
VI
ton T
VI q
在输入电压一定时，输出 电压与占空比成正比。
可以通过改变比较器输出方波的宽度 （占空比）来控制输出电压值。这种控制方 式称为脉冲宽度调制(PWM)。
由以上分析可以得出如下结论：
1．调整管工作在开关状态，功耗大大降低， 电源效率大为提高； 2．调整管在开关状态下工作，为得到直流输 出，必须在输出端加滤波器； 3．可通过脉冲宽度的控制方便地改变输出电 压值； 4．在许多场合可以省去电源变压器； 5．由于开关频率较高，滤波电容和滤波电感 的体积可大大减小。
IL↑→IR↑→VR↑→VZ↓（VO↓）→IZ↓→IR↓→VR↓→VO↑
16.2.2稳压电阻的计算
稳压二极管稳压电路的稳压性能与稳压二极管击穿特性的 动态电阻有关，与稳压电阻R 的阻值大小有关。
稳压二极管的动态电阻越小，稳压电 阻R越大，稳压性能越好。
稳压电阻 R 的作用
将稳压二极管电流的变化转换为电压的变化， 从而起到调节作用，同时R也是限流电阻。
根据电路图的接线，当三角波的幅度小于比较
放大器的输出时，比较器输出高电平，对应调整管 的导通时间为ton；反之输出为低电平，对应调整管 的截止时间toff。
为了稳定输出电压，应按电压负反馈方式引入 反馈，以确定基准源和比较放大器的连线。设输出 电压增加，FVO增加，比较放大器的输出Vf减小，比 较器方波输出的toff增加，调整管导通时间减小，输 出电压下降。起到了稳压作用。
CW217--/CW217M--/CW217L--CW317--/CW317M--/CW317L4. 可调负输出集成稳压器，国标型号为CW137--/CW137M—
CW137L-CW237--/CW237M--CW237L--CW337--/CW337MCW337L-5. 三端低压差集成稳压器 6. 大电流三端集成稳压器
模拟电子技术基础
第十九讲
主讲 ：黄友锐 安徽理工大学电气工程系
16.2 硅稳压二极管稳压电路
16.2.1 硅稳压二极管稳压电路的原理 16.2.2 稳压电阻的计算 16.2.3 基准源
16.2.1 硅稳压二极管稳压电路的原理
硅稳压二极管稳压电路的电路图如图16.02所示。
它是利用稳压 二极管的反向击穿 特性稳压的，由于 反向特性陡直，较 大的电流变化，只 会引起较小的电压 变化。
电阻应小于最大稳值压。二即极管在使用时
一能定使R要 它m串 的ax 入 功=限 耗I ZV流 超mImi电 过nin阻 规I， 定VLm不值Zax，
(2) 当输否入则电会压最造大成，损负坏载！电流最小时，流过稳
压二极管的电流最大。此时IZ不应超过IZmax，由此
可计算出稳压电阻的最小值。即
Rmin
图16.02 硅稳压二极管稳压电路
(1) 当输入电压变化时如何稳压
根据电路图可知 VO = VZ = VI VR VI IR R
IR = IL + IZ
输入电压VI的增加，必然引起VO的增加，即VZ增 加，从而使IZ增加，IR增加，使VR增加，从而使输出 电压VO减小。这一稳压过程可概括如下：
16.4.1 开关型稳压电路的工作原理
16.4.2 集成开关型稳压器
16.4.1 开关型稳压电路的工作原理
开关型稳压电源的原理可用图16.13的电路加以 说明。它由调整管、滤波电路、比较器、三角波发 生器、比较放大器和基准源等部分构成。
图16.13 开关型稳压电源原理图
三角波发生器通过比较器产生一个方波，去控制 调整管的通断。调整管导通时，向电感充电。当调整 管流二截极止管时D，即必可须起给到电这感个中电相作电相电平当用平当流最方输最方输，大波出提小波出有值不波供值存波利的存形的在形一于部在中部的中个分的电保分 部电泄，部位护，分位放对分水对。水调方。平通方平整波低波高路管而于而于。。言低言高续，，
VI↑→VO↑→VZ↑→IZ↑→IR↑→VR↑→VO↓
图16.02 硅稳压二极管稳压电路
这里VO减小应理解为由于输入电压VI的增加，在 稳压二极管的调节下，使VO的增加没有那么大而已。 VO还是要增加一点的，这是一个有差调节系统。
(2) 当负载电流变化时如何稳压
负载电流IL的增加，必然引起IR的增加，即VR增 加，从而使VZ=VO减小，IZ减小。IZ的减小必然使IR 减小，VR减小，从而使输出电压VO增加。这一稳压过 程可概括如下：
各点波形见图16.14。由于调整管发射极输出为 方波，有滤波电感的存在，使输出电流iL为锯齿波， 趋于平滑。输出则为带纹波的直流电压。
图16.14 开关电源波形图
忽略电感的直流电阻，输出电压VO即为vE的平 均分量。于是有
VO
=
1 T
t1
0
vE
dt

1 T
T
t1
vE
dt
q称为占空
比方波高电平 的时间占整个
度上抵消了VI增加对输出电
压的影响。若负载电流IL增
加，R受控制而减小，使VR
减小，从而在一定程度上抵
消了因IL增加，使VI减小，
图图161.60.303串串联联稳压稳电压源电
源
示意图
对输出电压减小的影响。
在实际电路中，可变电阻R是用一个三极管来替
代的，控制基极电位，从而就控制了三极管的管压降 VCE，VCE相当于VR 。要想输出电压稳定，必须按电压 负反馈电路的模式来构成串联型稳压电路。典型的串 联型稳压电路如图 16.04 所示。它由调整管、放大环 节、比较环节、基准电压源几个部分组成。
以上1---为军品级；2---为工业品级；3---为民品级。 军品级为金属外壳或陶瓷封装，工作温度范围-55℃～150℃； 工业品级为金属外壳或陶瓷封装，工作温度范围-25℃～150℃； 民品级多为塑料封装，工作温度范围0℃～125℃。
(3) 应用电路
三端固定输出集成稳压器的 三端可调输出集成稳压器的 典型应用电路如图16.09所示。 典型应用电路如图16.10所示。
显然R 的数值越大，较小IZ的变化就可引起足够大 的VR变化，就可达到足够的稳压效果。
但R 的数值越大，就需要较大的输入电压VI值，损 耗就要加大。
稳压电阻的计算如下
(1) 当输入电压最小，负载电流最大时，流过稳
压二极管的电流最小。此时IZ不应小于IZmin，由
此可计算出稳压电阻的最大值，实际选用的稳压
10 5
源
677
5.000±0.01％
5
5
.
2/1
.
1
1
678 10.000±0.01％
5
1
பைடு நூலகம்
.
16.3 线性串联型稳压电源
稳压二极管的缺点是工作电流较小，稳定电压 值不能连续调节。线性串联型稳压电源的工作电流 较大，输出电压一般可连续调节，稳压性能优越。 目前这种稳压电源已经制成单片集成电路，广泛应 用在各种电子仪器和电子电路之中。线性串联型稳 压电源的缺点是损耗较大，效率低。
图16.05 截流型特性 图16.06 限流型特性
16.3.3 三端集成稳压器
(1)概述
将串联稳压电源和保护电路集成在一起就是集成稳压器。 早期的集成稳压器外引线较多，现在的集成稳压器只有三个： 输入端、输出端和公共端，称为三端集成稳压器。它的电路 符号见图16.07，外形如图16.08所示。
图16.07 集成稳压器符号
(2) 线性三端集成稳压器的分类
三端集成稳压器有如下几种：
1. 固定正输出集成稳压器，国标型号为CW78--/CW78M--/CW78L-2. 固定负输出集成稳压器，国标型号为CW79--/CW79M--/CW79L-3. 可调正输出集成稳压器，国标型号为CW117--/CW117M—CW117L-
IL↑→VI↓→VO↓→Vf↓→VO1↑→VCE↓→VO↑
3.输出电压调节范围的计算
根据图16.04可知 Vf≈VREF
VO
VO1
=
(1+
R1 R3
R'2 R"2
)VREF
调节R2显然可以改变输出电压。 （动画16-2） （动画16-1）
16.3.2 稳压电路的保护环节
串联型稳压电源的内阻很小，如果输出端短 路，则输出短路电流很大。同时输入电压将全部 降落在调整管上，使调整管的功耗大大增加，调 整管将因过损耗发热而损坏，为此必须对稳压电 源的短路进行保护。过载也会造成损坏。