串联型稳压电路
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§10-5 串联型稳压电路
为克服稳压管稳压电路输出电流较小,
输出电压不可调的缺点。引入串联型 稳压电路。 串联型稳压电路以稳压管稳压电路为 基础,利用晶体管的电流放大作用增大 负载电流,并在电路中引入深度电压负 反馈使输出电压稳定,通过改变网络参 数使输出电压可调.
1
一. 串联式直流稳压电路的基本形式
作业：P557~558 13、15
33
U REF U BE2 U Z
（UZ<4V的稳压管为负温度系数； UZ>7V的稳压管为正温度系数； 4V≤UZ≤7V的稳压管正负温度系数均有）
15
由于T2具有负温度系数，当温度 变化时选择元件参数使得两者变化大 小相等变化趋势相反，从而维持UREF 基本不变。同时该电路引入电压并联 负反馈能更加稳定UREF的值，并使RO 减小，提高电路带负载能力。
UI 33V
1
W7805
2
3
Uo 7 2
3 4 10k R1 Co
CI 0.33
6
F007
R2
0.1µ
31
UI 33V
1
W7805
2
3
Uo
7 2 3 4 10k R1 R2
CI 0.33
6 Uo1 F007
Co
0.1µ
运算放大器作为电压跟随器使用, 它的电源就借助于稳 压器的输入直流电压。由于运放的输入阻抗很高 ,输出 阻抗很低，可以克服稳压器受输出电流变化的影响。 R2 R2 U O1 U U UO U O U XX (1 ) R1 R2 R1 U O U O1 U XX 32 (UXX=5V)
RL
UO
_
1）稳压原理 当 UI 增加或输出电流减小使 Uo升高时 Uo UB2 UBE2( = UB2-UZ） UC2
10
Uo
+
R3
T1
T2 UZ
R RW1
R1 RW RL
+
UI _
RW2 UB2 R 2
UO _
2）输出电压的确定和调节范围
R1 R2 RW UO UZ RW R2
18
五、稳压电源中的保护电路
为避免在使用中因非正常原因造成输出短路或 过载，致使调整管流过很大的电流，使之损坏。故 需有快速保护措施。常见保护电路有：过流保护； 调整管安全保护；过热保护等。 1．过流保护 1）限流型：当调整管的电流超过额定值时，对调整管 的基极电流进行分流，使发射极电流不至于过大。 IL 当IL不超过额定值时， R T’1截止；
27
2、应用电路
1、输出为固定电压的电路
输出为固定正压时的接法如图所示。 1
+
W7800
2
3
+
UI
_
CI 0.1~1F
Co 1µ F
Uo
_
W7800系列稳压器 基本接线图
注意：输入与输出端之间的电压不得低于3V！
28
2 、输出正负电压的电路
+ 1 CI W78XX 2 3 CO + UO
UI _
3
在稳压管稳压条件下，
R + UI DZ
I’L + IL RL UO
I I Zmax I Zmin
' L
而
I L ( 1 )I
' L
∴ ILmax=(1+β) (Izmax - Iz ) UO =UZ - UBE
调整管T工作在放大区， 即线性区，故称为线性稳 压电路，又因为调整管与 负载相串联，所以称为串 联型稳压电源。
2. 流过稳压管的电压随 UI 波动，使UZ 不稳定， 降低了稳压精度。 3. 温度变化时，T2组成的放大电路产生零点 漂移时，输出电压的稳定度变差。
12
4）改进措施 1. 选用差动放大器或运放构成的放大器代替T2管构 成的放大器，可以解决零点漂移的问题。
T R1
R ~220V DZ
A
+
Rw RL
Uo -
+
R2
调整管为核心元件，与选用一般大功率管的原则相同，应 考虑其极限参数ICM 、U(BR)CEO 、 PCM
13
T R
UF
A V +
R1
RW R2 RL Uo
UI
UZ
串联反馈式稳压电路
2. 采用辅助电源(比较放大部分的电源)。 3. 用恒流源负载代替集电极电阻以提高增益。 4. 调整管采用复合三极管以扩大输出电流的范围。
T1
T'1 R为一小电阻，用于检测负载电流。
当IL超过额定值时， T'1导通，其集电极 从T1的基极分流。 19
2）截流型: 过流时使调整管截止或接近截止。应用于 大功率电源电路中。
输出电流在额定值内时：
三极管T2截止，这时， 电压负反馈保证电 路正常工作。 输出电流超出额定值时： UB电压上升，三极管T2导通，使UO 迅速下降 ， 由于R1、R2>>RO，故UB的下降速度慢于UO，使 UO迅速下降到0，实现了截流作用。
2 CI
1
W79XX
CO 3
_ UO
正负电压同时输出电路
29
3、提高输出电压的电路
1
+
W78XX
2
3
UXX UZ R +
UI
_
CI
CO
DZ _
UO
UXX : 为W78XX固定输出电压 UO = UXX + UZ
30
4、输出电压可调式电路
用三端稳压器也可以实现输出电压可调，下图是用 W7805组成的7－30V可调式稳压电源。
'' 2
R1 R2 R3 U Omin UZ R2 R3 R1 R2 R3 U Omax UZ R3 6
一般可以将串联式稳压电路分成由基准电压、 比较放大、取样电路和调整元件四部分组成。
调整元件 + + _ 基 准 U R T UI – 比 取 较 放 FUO 样 大 +
U REF
EQ q
1.205V
EQ为Si元素的禁带宽度电压；q为电子电荷。 该电路又称为禁带宽度基准电压电路（或 能带间隙基准电压电路）。 该电路输出电压较低但温度稳定性好，故常用 于低电压电源电路中。常用的有： LM285（1.2V）、LM236（1.2V）、MC1403 （2.5V）、LM336（2.5V）、LM385（2.5V）等。 这类基准电压电路还可方便地转换成1.2V~10V 的基准电压电路，使之广泛应用于集成稳压器；数 据转换（A/D、D/A）及集成传感器中。
调整元件
+
+ 基 _ 准 U R
T
UI 比 取 较 放 FUO 样 大 + _C2
+
RL UO –
–
因调整管与负载接成射极输出器形式， 为深度串联电压负反馈，故称之为串 联反馈式稳压电路。
9
三、一种实际的串联式稳压电源
+
R3 T1 R RW1 R1 +
UI _
T2 UZ
RW2 UB2 R 2
RW
调整管T
R + UI DZ IO RL +
+ UI DZ R I’L + IL RL UO
IL=(1+β) I’L
UO
-
在稳压管后增加一级共集放大电路。稳压原理： 当电网电压波动时：
UI UE UBE （UBE=UB-UE） IB IE UO
当负载变化时：
RL UE UBE （UBE=UB-UE） IB IE UO
24
25
1
2
3
1端: 输入端 2端: 公共端 3端: 输出端
1
2
3
1端: 公共端 2端: 输入端 3端: 输出端
W7800系列稳压器外形
W7900系列稳压器外形
26
1、集成稳压电源的分类
可调式 三端集成 稳压器 固定式 负稳压W79XX 正稳压W78XX
注：型号后XX两位数字代表输出电压值
输出电压额定电压值有: 5V、9V、12V 、18V、 24V等 。
T通过对电流的调整实现UO的稳定，故称T为调整管。 2
+
T
+ iL
RL
UI iR
– iZ
UZ
UO
–
实际上是射极输出器，Uo=UZ -UBE 。但带负载 的能力比稳压管强。
iR 0, iZ iB iL iE (1 )iB
负载电流的变化量可以比稳压管工作电流的变 化量扩大（1+）倍。
R1 R2 RW U O max UZ R2 R1 R2 RW U O min UZ RW R2
11
+
R3
T1
T2 UZ
R RW1
R1 RW RL
+
UI _
RW2 UB2 R 2
UO _
3）影响稳压特性的主要因素 1. 电路对电网电压的波动抑制能力较差。例： UIVC2 Uo
14
四、稳压电源中的基准电压电路
串联型稳压电路中UO由DZ上的基准电压经电压 放大器放大后得到。故基准电压的稳定决定了输出 电压的稳定。 采用稳压二极管作为基准电压的电路结构简单， 但其输出电阻较大，噪声影响和温度影响也较大。 所以要获得好的稳压性能，就必需要有稳定的基准 电压。 1、具有温度补偿作用的基准电压电路 电路中增加了T2，采用正温度系 数的稳压二极管，使基准电压为：
20
2．调整管安全区保护电路
21
3．调整管过热保护电路
22
六、串联反馈式稳压电路缺点
调整管工作在线性放大区，当负载电流较大时:
损耗 (P=UCE IL) 大 电源的效率 ( =Po/Pi=UoIL/UiIi) 较低 为了提高效率，可采用开关型稳压电源。
23
七、集成稳压电源
随着半导体工艺的发展，现在已生产并广泛应 用的单片集成稳压电源，具有体积小，可靠性高， 使用灵活，价格低廉等优点。最简单的集成稳压电 源只有输入，输出和公共引出端，故称之为三端集 成稳压器。 本节主要介绍常用的W7800系列三端集成稳压 器，其内部也是串联型晶体管稳压电路。 该组件的外形如下图，稳压器的硅片封装在普 通功率管的外壳内，电路内部附有短路和过热保护 环节。
+ R R'2 UI － DZ R3 + A R''2 R2 R1 T
IL RL
利用同相比例电路稳定输 出电压，并用电位器调节 比例系数，射随器的作用 + 是放大输出电流。UO由同 UO - 比放大器决定：
稳压原理：
UO UO UN UN UB UB UO UO
输出电压的调节范围：
R1 R U O (1 )U Z R '2 R3
+ _C2 R L UO
–
7
调整元件 + T + _ 基 准 U R + + _C2
UI
比 取 较 放 样 大 FUO
RL UO
–
–
调整元件T：与负载串联，通过全部负载电流。可以 是单个功率管，复合管或用几个功率管并联。
比较放大器：可以是单管放大电路，差动放大电路， 集成运算放大器。
基准电压：可由稳压管稳压电路组成。取样电路取出 8 输出电压UO的一部分和基准电压相比较。
+ R UI DZ IL + UO
RL -
4
+ UI iR – iZ
T UZ
+
பைடு நூலகம்iL RL
UO –
串联式直流稳压电路的基本形式 两个主要缺点： (1) 稳压效果不好。 Uo=UZ –UBE (2) 输出电压不可调。 改进的方法：在稳压电路中引入带电压负 反馈的放大环节。
5
二. 具有放大环节的串联型稳压电路
在集成电路中很容易制成三极管， 因此利用该思想在UREF上下各连接多 个作为二极管使用的温度系数相反的 三极管就可以实现零温度系数的基准 电压电路。
16
2、能隙基准电压电路 电路如图所示，基准电压为：
U REF U BE3 I 2 RC2
由于UBE3具有负温度系数 （随T升高UBE3降低），因此用 一个正温度系数的电压I2RC2来 补偿（随T升高UBE3增大），可 写为：
UT I2 R 3 I C1 ln I C2 U REF
合理选择 的值，即可利用正温度系数电压补 偿负温度系数电压，使得UREF的温度系数为0，此时： EQ U REF 1.205V 17 q
I C1 R2 I C2 和 R3
U T R2 I C1 U BE3 ln I R3 C2
为克服稳压管稳压电路输出电流较小,
输出电压不可调的缺点。引入串联型 稳压电路。 串联型稳压电路以稳压管稳压电路为 基础,利用晶体管的电流放大作用增大 负载电流,并在电路中引入深度电压负 反馈使输出电压稳定,通过改变网络参 数使输出电压可调.
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一. 串联式直流稳压电路的基本形式
作业：P557~558 13、15
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U REF U BE2 U Z
（UZ<4V的稳压管为负温度系数； UZ>7V的稳压管为正温度系数； 4V≤UZ≤7V的稳压管正负温度系数均有）
15
由于T2具有负温度系数，当温度 变化时选择元件参数使得两者变化大 小相等变化趋势相反，从而维持UREF 基本不变。同时该电路引入电压并联 负反馈能更加稳定UREF的值，并使RO 减小，提高电路带负载能力。
UI 33V
1
W7805
2
3
Uo 7 2
3 4 10k R1 Co
CI 0.33
6
F007
R2
0.1µ
31
UI 33V
1
W7805
2
3
Uo
7 2 3 4 10k R1 R2
CI 0.33
6 Uo1 F007
Co
0.1µ
运算放大器作为电压跟随器使用, 它的电源就借助于稳 压器的输入直流电压。由于运放的输入阻抗很高 ,输出 阻抗很低，可以克服稳压器受输出电流变化的影响。 R2 R2 U O1 U U UO U O U XX (1 ) R1 R2 R1 U O U O1 U XX 32 (UXX=5V)
RL
UO
_
1）稳压原理 当 UI 增加或输出电流减小使 Uo升高时 Uo UB2 UBE2( = UB2-UZ） UC2
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Uo
+
R3
T1
T2 UZ
R RW1
R1 RW RL
+
UI _
RW2 UB2 R 2
UO _
2）输出电压的确定和调节范围
R1 R2 RW UO UZ RW R2
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五、稳压电源中的保护电路
为避免在使用中因非正常原因造成输出短路或 过载，致使调整管流过很大的电流，使之损坏。故 需有快速保护措施。常见保护电路有：过流保护； 调整管安全保护；过热保护等。 1．过流保护 1）限流型：当调整管的电流超过额定值时，对调整管 的基极电流进行分流，使发射极电流不至于过大。 IL 当IL不超过额定值时， R T’1截止；
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2、应用电路
1、输出为固定电压的电路
输出为固定正压时的接法如图所示。 1
+
W7800
2
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+
UI
_
CI 0.1~1F
Co 1µ F
Uo
_
W7800系列稳压器 基本接线图
注意：输入与输出端之间的电压不得低于3V！
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2 、输出正负电压的电路
+ 1 CI W78XX 2 3 CO + UO
UI _
3
在稳压管稳压条件下，
R + UI DZ
I’L + IL RL UO
I I Zmax I Zmin
' L
而
I L ( 1 )I
' L
∴ ILmax=(1+β) (Izmax - Iz ) UO =UZ - UBE
调整管T工作在放大区， 即线性区，故称为线性稳 压电路，又因为调整管与 负载相串联，所以称为串 联型稳压电源。
2. 流过稳压管的电压随 UI 波动，使UZ 不稳定， 降低了稳压精度。 3. 温度变化时，T2组成的放大电路产生零点 漂移时，输出电压的稳定度变差。
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4）改进措施 1. 选用差动放大器或运放构成的放大器代替T2管构 成的放大器，可以解决零点漂移的问题。
T R1
R ~220V DZ
A
+
Rw RL
Uo -
+
R2
调整管为核心元件，与选用一般大功率管的原则相同，应 考虑其极限参数ICM 、U(BR)CEO 、 PCM
13
T R
UF
A V +
R1
RW R2 RL Uo
UI
UZ
串联反馈式稳压电路
2. 采用辅助电源(比较放大部分的电源)。 3. 用恒流源负载代替集电极电阻以提高增益。 4. 调整管采用复合三极管以扩大输出电流的范围。
T1
T'1 R为一小电阻，用于检测负载电流。
当IL超过额定值时， T'1导通，其集电极 从T1的基极分流。 19
2）截流型: 过流时使调整管截止或接近截止。应用于 大功率电源电路中。
输出电流在额定值内时：
三极管T2截止，这时， 电压负反馈保证电 路正常工作。 输出电流超出额定值时： UB电压上升，三极管T2导通，使UO 迅速下降 ， 由于R1、R2>>RO，故UB的下降速度慢于UO，使 UO迅速下降到0，实现了截流作用。
2 CI
1
W79XX
CO 3
_ UO
正负电压同时输出电路
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3、提高输出电压的电路
1
+
W78XX
2
3
UXX UZ R +
UI
_
CI
CO
DZ _
UO
UXX : 为W78XX固定输出电压 UO = UXX + UZ
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4、输出电压可调式电路
用三端稳压器也可以实现输出电压可调，下图是用 W7805组成的7－30V可调式稳压电源。
'' 2
R1 R2 R3 U Omin UZ R2 R3 R1 R2 R3 U Omax UZ R3 6
一般可以将串联式稳压电路分成由基准电压、 比较放大、取样电路和调整元件四部分组成。
调整元件 + + _ 基 准 U R T UI – 比 取 较 放 FUO 样 大 +
U REF
EQ q
1.205V
EQ为Si元素的禁带宽度电压；q为电子电荷。 该电路又称为禁带宽度基准电压电路（或 能带间隙基准电压电路）。 该电路输出电压较低但温度稳定性好，故常用 于低电压电源电路中。常用的有： LM285（1.2V）、LM236（1.2V）、MC1403 （2.5V）、LM336（2.5V）、LM385（2.5V）等。 这类基准电压电路还可方便地转换成1.2V~10V 的基准电压电路，使之广泛应用于集成稳压器；数 据转换（A/D、D/A）及集成传感器中。
调整元件
+
+ 基 _ 准 U R
T
UI 比 取 较 放 FUO 样 大 + _C2
+
RL UO –
–
因调整管与负载接成射极输出器形式， 为深度串联电压负反馈，故称之为串 联反馈式稳压电路。
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三、一种实际的串联式稳压电源
+
R3 T1 R RW1 R1 +
UI _
T2 UZ
RW2 UB2 R 2
RW
调整管T
R + UI DZ IO RL +
+ UI DZ R I’L + IL RL UO
IL=(1+β) I’L
UO
-
在稳压管后增加一级共集放大电路。稳压原理： 当电网电压波动时：
UI UE UBE （UBE=UB-UE） IB IE UO
当负载变化时：
RL UE UBE （UBE=UB-UE） IB IE UO
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1
2
3
1端: 输入端 2端: 公共端 3端: 输出端
1
2
3
1端: 公共端 2端: 输入端 3端: 输出端
W7800系列稳压器外形
W7900系列稳压器外形
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1、集成稳压电源的分类
可调式 三端集成 稳压器 固定式 负稳压W79XX 正稳压W78XX
注：型号后XX两位数字代表输出电压值
输出电压额定电压值有: 5V、9V、12V 、18V、 24V等 。
T通过对电流的调整实现UO的稳定，故称T为调整管。 2
+
T
+ iL
RL
UI iR
– iZ
UZ
UO
–
实际上是射极输出器，Uo=UZ -UBE 。但带负载 的能力比稳压管强。
iR 0, iZ iB iL iE (1 )iB
负载电流的变化量可以比稳压管工作电流的变 化量扩大（1+）倍。
R1 R2 RW U O max UZ R2 R1 R2 RW U O min UZ RW R2
11
+
R3
T1
T2 UZ
R RW1
R1 RW RL
+
UI _
RW2 UB2 R 2
UO _
3）影响稳压特性的主要因素 1. 电路对电网电压的波动抑制能力较差。例： UIVC2 Uo
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四、稳压电源中的基准电压电路
串联型稳压电路中UO由DZ上的基准电压经电压 放大器放大后得到。故基准电压的稳定决定了输出 电压的稳定。 采用稳压二极管作为基准电压的电路结构简单， 但其输出电阻较大，噪声影响和温度影响也较大。 所以要获得好的稳压性能，就必需要有稳定的基准 电压。 1、具有温度补偿作用的基准电压电路 电路中增加了T2，采用正温度系 数的稳压二极管，使基准电压为：
20
2．调整管安全区保护电路
21
3．调整管过热保护电路
22
六、串联反馈式稳压电路缺点
调整管工作在线性放大区，当负载电流较大时:
损耗 (P=UCE IL) 大 电源的效率 ( =Po/Pi=UoIL/UiIi) 较低 为了提高效率，可采用开关型稳压电源。
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七、集成稳压电源
随着半导体工艺的发展，现在已生产并广泛应 用的单片集成稳压电源，具有体积小，可靠性高， 使用灵活，价格低廉等优点。最简单的集成稳压电 源只有输入，输出和公共引出端，故称之为三端集 成稳压器。 本节主要介绍常用的W7800系列三端集成稳压 器，其内部也是串联型晶体管稳压电路。 该组件的外形如下图，稳压器的硅片封装在普 通功率管的外壳内，电路内部附有短路和过热保护 环节。
+ R R'2 UI － DZ R3 + A R''2 R2 R1 T
IL RL
利用同相比例电路稳定输 出电压，并用电位器调节 比例系数，射随器的作用 + 是放大输出电流。UO由同 UO - 比放大器决定：
稳压原理：
UO UO UN UN UB UB UO UO
输出电压的调节范围：
R1 R U O (1 )U Z R '2 R3
+ _C2 R L UO
–
7
调整元件 + T + _ 基 准 U R + + _C2
UI
比 取 较 放 样 大 FUO
RL UO
–
–
调整元件T：与负载串联，通过全部负载电流。可以 是单个功率管，复合管或用几个功率管并联。
比较放大器：可以是单管放大电路，差动放大电路， 集成运算放大器。
基准电压：可由稳压管稳压电路组成。取样电路取出 8 输出电压UO的一部分和基准电压相比较。
+ R UI DZ IL + UO
RL -
4
+ UI iR – iZ
T UZ
+
பைடு நூலகம்iL RL
UO –
串联式直流稳压电路的基本形式 两个主要缺点： (1) 稳压效果不好。 Uo=UZ –UBE (2) 输出电压不可调。 改进的方法：在稳压电路中引入带电压负 反馈的放大环节。
5
二. 具有放大环节的串联型稳压电路
在集成电路中很容易制成三极管， 因此利用该思想在UREF上下各连接多 个作为二极管使用的温度系数相反的 三极管就可以实现零温度系数的基准 电压电路。
16
2、能隙基准电压电路 电路如图所示，基准电压为：
U REF U BE3 I 2 RC2
由于UBE3具有负温度系数 （随T升高UBE3降低），因此用 一个正温度系数的电压I2RC2来 补偿（随T升高UBE3增大），可 写为：
UT I2 R 3 I C1 ln I C2 U REF
合理选择 的值，即可利用正温度系数电压补 偿负温度系数电压，使得UREF的温度系数为0，此时： EQ U REF 1.205V 17 q
I C1 R2 I C2 和 R3
U T R2 I C1 U BE3 ln I R3 C2