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模拟电子技术基础

模拟电子技术基础. 课件制作：. . 郑恒秋. §10.4 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 : 1 、由于输出电压平均值取决于变压器副边电压有效值，所以当电网电压波动时，输出电压平均值将随之产生相应的波动； 2 、由于整流滤波电路内阻的存在，当负载变化时，内阻上的电压将产生变化，于是输出电压平均值也将随之产生相反的变化。. 为了获得稳定性好的直流电压，必须采取稳压措施。. 一 . 稳压管稳压电路. 1. 稳压原理 —— 利用稳压管的反向击穿特性。.

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  1. 模拟电子技术基础 课件制作：  郑恒秋

  2. §10.4 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: • 1、由于输出电压平均值取决于变压器副边电压有效值，所以当电网电压波动时，输出电压平均值将随之产生相应的波动； • 2、由于整流滤波电路内阻的存在，当负载变化时，内阻上的电压将产生变化，于是输出电压平均值也将随之产生相反的变化。 • 为了获得稳定性好的直流电压，必须采取稳压措施。

  3. 一. 稳压管稳压电路 1. 稳压原理——利用稳压管的反向击穿特性。 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。

  4. Ui Uo UZ Uo UR I IZ 稳压原理： 由图知： (1) 当输入电压变化时

  5. IL Uo UR IZ IR Uo (2)当负载电流变化时 稳压过程：

  6. 2、限流电阻的计算 （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。即

  7. 所以： （2）当输入电压最大，负载电流最小时，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

  8. 3、稳压管稳压电路的性能指标 Sr表明电网电压波动的影响。 • （1）、稳压系数Sr （2）、输出电阻RO RO表明负载电阻对稳压性能的影响。 在仅考虑变化量时，稳压管稳压电路的等效电路如右图所示：

  9. 其中rz为稳压管的动态电阻。因而 • 稳压管稳压电路的输出电阻为

  10. 在一些文献中，也常用电压调整率和电流调整率来描述稳压性能。在一些文献中，也常用电压调整率和电流调整率来描述稳压性能。 • ⑴电压调整率SV在额定负载且输入电压产生最大变化的条件下，输出电压产生的相对变化量UO/ UO称为电压调整率； • ⑵电流调整率SI在输入电压一定且负载电流产生最大变化的条件下，输出电压产生的相对变化量UO/ UO称为电流调整率。

  11. 4、电路参数的选择 （1）、稳压电路输入电压UI的选择 （2）、稳压管的选择 （3）．限流电阻R的选择

  12. 例 4、电路如图所示，已知 UI＝ 15 V，负载电流为10～20 mA；稳压管的稳定电压UZ＝6 V，最小稳定电流IZ=5 mA，最大稳定电流 IZM＝ 40 mA，动态电阻 rz＝ 15 。 • （1）求解R的取值范围； • （2）若 R=250 ，则稳压系数及和输出电阻 RO各为多少？ • （3）为使稳压性能好一些，在允许范围内，R的取值应当偏大些，还是偏小些？为什么？

  13. 解：（1）求解R的取值范围 （2）求 R=250 时的稳压系数Sr和输出电阻 RO。 （3）在允许范围内，R的取值应当偏大些。因为当其余参数确定的情况下，R愈大，Sr愈小，RO愈接近rz。

  14. 例 5．电路如图所示，已知 UI＝ 12 V，电网电压允许波 动范围为± 10％；稳压管的稳定电压 UZ＝ 5 V，最 小稳定电流 IZ＝ 5 mA，最大稳定电流IZM=30 mA， 负载电阻R L ＝ 250～350 。试求解： • （l）R的取值范围； • （2）设滤波电容足够大，变压器副边电压有效值U2约为多少。

  15. 解：（1）首先求出负载电流的变化范围： 再求出R的最大值和最小值： • （2）当 C足够大时，可以近似认为U2 UI /1.2=10 V。

  16. 二. 串联式稳压电源 稳压管稳压电路的缺点： （1）带负载能力差 （2）输出电压不可调 改进： （1）提高带负载能力——在输出端加一射极输出器 UO=UZ-0.7V

  17. 改进： （2）使输出电压可调——在射极输出器前加一带有负反馈的放大器。 调节反馈系数即可调节放大倍数 UO=AufUZ-0.7V

  18. 改进： （3）为了进一步稳定输出电压，将反馈元件接到输出端。 UO=AufUZ

  19. 1. 串联型稳压电源的构成 由四部分组成： 基准电压、调整管、取样电路、放大比较环节。

  20. Ui Uo Uo1 Uf Uo UCE 2.工作原理 实质：电压负反馈 （1）输入电压变化时

  21. IL Uo UCE Uf Uo1 Uo （2）负载电流变化时

  22. 3.输出电压的计算 用负反馈的理论计算： 可见，调节R1或R2可以改变输出电压。 由于调整管与负载相串联，故称这类电路为串联型稳压电源；由于调整管工作在线性区，故称这类电路为线性稳压电源。

  23. 举例：分立元件组成的串联式稳压电源

  24. Uo UB3 Uo UBE3=（UB3-UZ） UC3 （UB2 ） 稳压原理 当Ui增加或输出电流减小使Uo升高时

  25. 因为： 所以： (3) 输出电压的调节范围

  26. 将参数代入，可求出输出电压的调节范围。

  27. 4．调整管的选择 • 在串联型稳压电路中，调整管是核心元件，它的安全工作是电路正常工作的保证。调整管一般为大功率管，因而选用原则与功率放大电路中的功放管相同。 实际选用时，不但要考虑一定的余量，还应按手册上的规定采取散热措施。

  28. 休息

  29. 例6．电路如图所示，已知输入电压UI的波动范围为± 10％，调整管的饱和管压降 UCES= 2 V，输出电 压UO的调节范围为 5～ 20 V，R1= R3＝ 200 。 试问： • （1）稳压管的稳定电压UZ和R2的取值各为多少？ • （2）为使调整管正常工作，在电网电压为 220 V时， UI的值至少应取多少？

  30. 解：（1）输出电压最小值和最大值为 将UOmin＝5V，UOmax＝20V、R1＝R3＝200代入上二式，解二元方程，可得R2＝600 ， UZ＝ 4 V。 （2）所谓调整管正常工作，是指在输入电压波动和输出电压改变时调整管应始终工作在放大状态。

  31. 研究电路的工作情况可知，在输入电压最低且输出电压最高时管压降最小，若此时管压降大于饱和管压降，则在其它情况下管子一定会工作在放大区。研究电路的工作情况可知，在输入电压最低且输出电压最高时管压降最小，若此时管压降大于饱和管压降，则在其它情况下管子一定会工作在放大区。

  32. 例7．对图示电路，已知集成运放输出电流IO最大值为2mA，调整管的电流放大倍数为30。试问：例7．对图示电路，已知集成运放输出电流IO最大值为2mA，调整管的电流放大倍数为30。试问： • （ 1）最大负载电流 ILmax约为多少？ • （2）若稳压电路的输出电流为1A，应采取什么办 • 法？画出改进部分的电路图来。

  33. 解：（1）最大负载电流ILmax IEmaxICmax＝ IO＝ 30  2 mA＝ 60 mA。 • （2）可以将调整管采用复合管，如下图所示

  34. 三、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。 保护的方法 反馈保护型 温度保护型 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 限流型

  35. 1、限流型过流保护电路 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 性见下图。

  36. 限流型过流保护电路如下图所示。T1为调整管， T2和RO构成保护电路，右图为集成稳压电路中的画法。 RO为电流取样电阻。 IOmaxIEmax UBE2/ RO

  37. 2、截流型过流保护电路 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。截流特性下图。

  38. 截流型过流保护电路如下图所示。T1为调整管， RO为电流取样电阻，它与 T2、 R1和R2构成保护电路，右图为集成稳压电路中的画法。

  39. 四、集成稳压器电路 • 1、 固定式正压输出三端稳压器 • 基本型号为78××，前边的字头依生产厂家不同而不同，如W 78×× 、LM 78×× 、CA 78××等等。顾名思义，它只有三个端点，输出电压是固定的。 • 按输出电压分成7805、7806、7809、7812、7815、7818和7824七个档次，型号后面的两个数字表示输出电压值。

  40. 按输出电流分成六个档次： • 78P ×× 10A • 78H ×× 5A • 78T ×× 3A • 78 ×× 1.5A • 78M ×× 0.5A • 78L ×× 0.1A • 它因性能稳定、价格低廉而得到广泛的应用。

  41. 主要参数 • 在温度为 25°C条件下 W7805的主要参数如下表 所示：

  42. 2、固定式负压输出三端稳压器 • 基本型号为79××，前边的字头依生产厂家不同而不同，如W 79×× 、LM 79×× 、CA 79××等等。顾名思义，它只有三个端点，输出电压是固定的。 • 与78××一样，按输出电压也分成7905、7906、7909、7912、7915、7918和7924七个档次，型号后面的两个数字表示输出电压值。 • 与78××一样，按输出电流分成六个档次：

  43. 与78××一样，按输出电流分成六个档次： • 79P ×× 10A • 79H ×× 5A • 79T ×× 3A • 79 ×× 1.5A • 79M ×× 0.5A • 79L ×× 0.1A

  44. 3、可调式正压输出三端稳压器 • Wll7为可调式正压输出三端稳压器。 • ⑴．原理框图 因为调整端的电流很小，约为 50 A，所以输出电压为 其中UREF的典型值为1.25V。

  45. ⑵．主要参数 • Wll7、Wll7M和Wll7L的最大输出电流分别为1.5 A、0.5 A和 0.1A。 Wll7、W217和 W317的工作温度范围依次为一55～150℃、－25～150℃、0～125℃。它们在25℃时主要参数如下表所示。

  46. 4、可调式负压输出三端稳压器 • 与可调式正压输出三端稳压器相对应，可调式负压输出三端稳压器的型号分别是137、237和337，电流也分1.5A、0.5A、0.1A。

  47. 五、三端稳压器的应用 • 1、三端稳压器的外形和方框图

  48. 2. 三端固定式集成稳压器的使用 （1）. 基本使用方法 +20V +15V C1、C2的作用：防止自激振荡，减小高频噪声、改善负载的瞬态响应。 注意：输入电压Ui一般应比输出电压端Uo高3V以上。

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