模擬電子技術基礎第十九講16.2硅穩壓二極管穩壓電路16.2.1硅穩壓二極管穩壓電路的原理16.2.2穩壓電阻的計算16.2.3基準源16.2.1硅穩壓二極管穩壓電路的原理硅穩壓二極管穩壓電路的電路圖如圖16.02所示。

它是利用穩壓二極管的反向擊穿特性穩壓的，由于反向特性陡直，較大的電流變化，只會引起較小的電壓變化。圖16.02硅穩壓二極管穩壓電路(2)當負載電流變化時如何穩壓

負載電流IL的增加，必然引起IR的增加，即VR增加，從而使VZ=VO減小，IZ減小。IZ的減小必然使IR減小，VR減小，從而使輸出電壓VO增加。這一穩壓過程可概括如下：

IL↑→IR↑→VR↑→VZ↓（VO↓）→IZ↓→IR↓→VR↓→VO↑16.2.2穩壓電阻的計算穩壓二極管的動態電阻越小，穩壓電阻R越大，穩壓性能越好。穩壓電阻

R

的作用將穩壓二極管電流的變化轉換為電壓的變化，從而起到調節作用，同時R也是限流電阻。

顯然R的數值越大，較小IZ的變化就可引起足夠大的VR變化，就可達到足夠的穩壓效果。但R的數值越大，就需要較大的輸入電壓VI值，損耗就要加大。穩壓二極管穩壓電路的穩壓性能與穩壓二極管擊穿特性的動態電阻有關，與穩壓電阻R的阻值大小有關。穩壓電阻的計算如下

當輸入電壓最小，負載電流最大時，流過穩壓二極管的電流最小。此時IZ不應小于IZmin，由此可計算出穩壓電阻的最大值，實際選用的穩壓電阻應小于最大值。即當輸入電壓最大，負載電流最小時，流過穩壓二極管的電流最大。此時IZ不應超過IZmax，由此可計算出穩壓電阻的最小值。即(1)(2)穩壓二極管在使用時一定要串入限流電阻，不能使它的功耗超過規定值，否則會造成損壞！16.3線性串聯型穩壓電源穩壓二極管的缺點是工作電流較小，穩定電壓值不能連續調節。線性串聯型穩壓電源的工作電流較大，輸出電壓一般可連續調節，穩壓性能優越。目前這種穩壓電源已經制成單片集成電路，廣泛應用在各種電子儀器和電子電路之中。線性串聯型穩壓電源的缺點是損耗較大，效率低。16.3.1

線性串聯型穩壓電路的工作原理16.3.2

穩壓電路的保護環節16.3.3

三端集成穩壓器16.3.1線性串聯型穩壓電路的工作原理(1)線性串聯型穩壓電源的構成線性串聯穩壓電源的工作原理可用圖16.03來說明。顯然，VO=VI-VR，當VI增加時，R受控制而增加，使VR增加，從而在一定程度上抵消了VI增加對輸出電壓的影響。若負載電流IL增加，R受控制而減小，使VR減小，從而在一定程度上抵消了因IL增加，使VI減小，對輸出電壓減小的影響。圖16.03串聯穩壓電源圖16.03串聯穩壓電源示意圖

在實際電路中，可變電阻R是用一個三極管來替代的，控制基極電位，從而就控制了三極管的管壓降VCE，VCE相當于VR。要想輸出電壓穩定，必須按電壓負反饋電路的模式來構成串聯型穩壓電路。典型的串聯型穩壓電路如圖16.04所示。它由調整管、放大環節、比較環節、基準電壓源幾個部分組成。

圖16.04串聯型穩壓電路方框圖（動畫16-2）2．負載電流變化，輸入電壓保持不變

負載電流IL的增加，必然會使輸入電壓VI有所減小，輸出電壓VO必然有所下降，經過取樣電路取出一部分信號Vf與基準源電壓VREF比較，獲得的誤差信號使VO1增加，從而使調整管的管壓降VCE下降，從而抵消因IL增加，使輸入電壓減小的影響。IL↑→VI↓→VO↓→Vf↓→VO1↑→VCE↓→VO↑3.輸出電壓調節范圍的計算根據圖16.04可知Vf≈VREF調節R2顯然可以改變輸出電壓。（動畫16-1）16.3.2

穩壓電路的保護環節

串聯型穩壓電源的內阻很小，如果輸出端短路，則輸出短路電流很大。同時輸入電壓將全部降落在調整管上，使調整管的功耗大大增加，調整管將因過損耗發熱而損壞，為此必須對穩壓電源的短路進行保護。過載也會造成損壞。保護的方法反饋保護型溫度保護型截流型限流型利用集成電路制造工藝，在調整管旁制作PN結溫度傳感器。當溫度超標時，啟動保護電路工作，工作原理與反饋保護型相同。截流型限流型當發生短路時，通過保護電路使調整管截止，從而限制了短路電流，使之接近為零。截流特性見圖16.05。是當發生短路時，通過電路中取樣電阻的反饋作用，輸出電流得以限制。限流特性見圖16.06。

圖16.05截流型特性

圖16.06限流型特性2.外形及引腳功能W7800系列穩壓器外形1—

輸入端3—公共端2

—輸出端78xxW7900系列穩壓器外形1—公共端3—輸入端2—輸出端79xx塑料封裝TO--220(2)線性三端集成穩壓器的分類三端集成穩壓器有如下幾種：1.固定正輸出集成穩壓器，國標型號為CW78--/CW78M--/CW78L--2.固定負輸出集成穩壓器，國標型號為CW79--/CW79M--/CW79L--3.可調正輸出集成穩壓器，國標型號為CW117--/CW117M—CW117L-CW217--/CW217M--/CW217L--CW317--/CW317M--/CW317L-4.可調負輸出集成穩壓器，國標型號為CW137--/CW137M—CW137L-CW237--/CW237M--CW237L--CW337--/CW337MCW337L--5.三端低壓差集成穩壓器6.大電流三端集成穩壓器以上1---為軍品級；2---為工業品級；3---為民品級。

軍品級為金屬外殼或陶瓷封裝，工作溫度范圍-55℃～150℃；

工業品級為金屬外殼或陶瓷封裝，工作溫度范圍-25℃～150℃；民品級多為塑料封裝，工作溫度范圍0℃～125℃。(3)應用電路三端固定輸出集成穩壓器的典型應用電路如圖16.09所示。可調輸出三端集成穩壓器的內部，在輸出端和公共端之間是1.25

V的參考源，因此輸出電壓可通過電位器調節。

16.09應用電路(固定)三端可調輸出集成穩壓器的典型應用電路如圖16.10所示。

圖16.10應用電路(可調)提高輸出電壓的電路CoW78XXCiUI+_+_Uo123UXXUZRDZUXX:為W78XX固定輸出電壓Uo=UXX+UZ（4）利用三端集成穩壓器組成恒流源

圖16.11穩壓器做恒流源圖16.12可調穩壓器做恒流源電路

(a)小電流恒流源

(b)大電流恒流源三端集成穩壓器可做恒流源使用,電路見圖16.11和16.12。16.4開關型穩壓電源

為解決線性穩壓電源功耗較大的缺點，研制了開關型穩壓電源。開關型穩壓電源效率可達90%以上，造價低，體積小。現在開關型穩壓電源已經比較成熟，廣泛應用于各種電子電路之中。開關型穩壓電源的缺點是紋波較大，用于小信號放大電路時，還應采用第二級穩壓措施。16.4.1開關型穩壓電路的工作原理16.4.2集成開關型穩壓器

三角波發生器通過比較器產生一個方波，去控制調整管的通斷。調整管導通時，向電感充電。當調整管截止時，必須給電感中電流提供一個泄放通路。續流二極管D即可起到這個作用，有利于保護調整管。

根據電路圖的接線，當三角波的幅度小于比較放大器的輸出時，比較器輸出高電平，對應調整管的導通時間為ton；反之輸出為低電平，對應調整管的截止時間toff。輸出波形中電位水平高于高電平最小值的部分，對方波而言，相當方波存在的部分。輸出波形中電位水平低于低電平最大值的部分，對方波而言，相當方波不存在的部分。

為了穩定輸出電壓，應按電壓負反饋方式引入反饋，以確定基準源和比較放大器的連線。設輸出電壓增加，FVO增加，比較放大器的輸出Vf減小，比較器方波輸出的toff增加，調整管導通時間減小，輸出電壓下降。起到了穩壓作用。

各點波形見圖16.14。由于調整管發射極輸出為方波，有濾波電感的存在，使輸出電流iL為鋸齒波，趨于平滑。輸出則為帶紋波的直流電壓。

圖16.14開關電源波形圖

可以通過改變比較器輸出方波的寬度（占空比）來控制輸出電壓值。這種控制方式稱為脈沖寬度調制(PWM)。q稱為占空比方波高電平的時間占整個周期的百分比。在輸入電壓一定時，輸出電壓與占空比成正比。忽略電感的直流電阻，輸出電壓VO即為vE的平均分量。于是有16.4.2集成開關型穩壓器(簡介）典型的開關電源控制器和開關電源見下表

型號電源范圍/V最大輸出電流/A內部參考源/V輸出級形式TL4947～400.25推挽或單端SG35248～350.15推挽SG35258～350.55推挽LM25753.5～3511.23_

表中前三個是開關電源控制器，后一個是單片開關電源穩壓器。實際上就是一個脈沖寬度調制（PWM）控制器，經常也用于其它脈寬調制場合。集成開關穩壓器，一般有兩大類型。一類是包括調整管在內的集成開關穩壓器;另一類稱為開關電源控制器，它不包括調整管。(1)開關穩壓電源概述

利用集成開關電源控制器可以方便地構成開關電源。SG3524是一個典型的性能優良的開關電源控制器，其內部的結構框圖如圖16.15所示。

(2)開關穩壓電源控制器SG3524圖16.15SG3524的內部方框圖

它的內部包括有誤差放大器、限流保護環節、比較器、振蕩器、觸發器、輸出邏輯控制電路和輸出三極管等環節。SG3524構成開關穩壓電源的典型電路如圖16.16所示。圖16.16開關穩壓電源應用電路

3524從11和14腳輸出在時間上互相錯開的兩路控制信號，其開關頻率由6和7腳外接的RT和CT決定。1和2腳是內部運算放大器的輸入端，R1和R2構成反饋回路。16腳是基準源，由R3和R4給誤差運算放大器提供一個與反饋信號比較的給定電壓。

V3和V4是或非門的輸出，只要或非門的輸入端有高電平，它的輸出即為低電平。V3和V4的輸出由V2、CP、Q或Q決定。因Q和Q只能有一個是高電平，T2和T1不可能同時導通。T1和T2只能按推挽方式工作，輪流交替導通。

SG3524電路控制過程的波形如圖16.17所示。

圖16.17SG3524的波形圖

鋸齒波由振蕩器提供，V1是誤差放大器的輸出，它們一起加到比較器上。V2是比較器的輸出。振蕩器輸出的時鐘驅動T'觸發器，CP、Q和V2的或非是V3，決定T1的通斷。CP、Q和V2的或非是V4，決定T2的通斷。由于Q和Q等寬，加上V2的存在，所以V3和V4這兩路信號之間有一定的死區，以保證T