模拟电子技术基础课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,模拟电子技术基础,安徽理工大学电气工程系,主讲：黄友锐,第十九讲,模拟电子技术基础安徽理工大学电气工程系主讲：黄友锐第十九讲,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 硅稳压二极管稳压电路16.2.1 硅稳压二极管稳压,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。,图16.02,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,输入电压,V,I,的增加，必然引起,V,O,的增加，即,V,Z,增加，从而使,I,Z,增加，,I,R,增加，使,V,R,增加，从而使输出电压,V,O,减小。这一稳压过程可概括如下：,这里,V,O,减小应理解为由于输入电压,V,I,的增加，在稳压二极管的调节下，使,V,O,的增加没有那么大而已。,V,O,还是要增加一点的，这是一个有差调节系统。,V,I,V,O,V,Z,I,Z,I,R,V,R,V,O,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 输,(2),当负载电流变化时如何稳压,负载电流,I,L,的增加，必然引起,I,R,的增加，即,V,R,增加，从而使,V,Z,=,V,O,减小，,I,Z,减小。,I,Z,的减小必然使,I,R,减小，,V,R,减小，从而使输出电压,V,O,增加。这一稳压过程可概括如下：,I,L,I,R,V,R,V,Z,（,V,O,）,I,Z,I,R,V,R,V,O,(2)当负载电流变化时如何稳压 负载电流IL的增,16.2.2稳压电阻的计算,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。,显然,R,的数值越大，较小,I,Z,的变化就可引起足够大的,V,R,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,V,I,值，损耗就要加大。,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。,16.2.2稳压电阻的计算稳压二极管的动态电阻越小，稳压电阻,稳压电阻的计算如下,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,I,Z,不应小于,I,Zmin,，由此可计算出,稳压电阻的最大值,，实际选用的稳压电阻应小于最大值。即,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,I,Z,不应超过,I,Zmax,，由此可计算出,稳压电阻的最小值,。即,(1),(2),稳压二极管在使用时,一定要串入限流电阻，不,能使它的功耗超过规定值，,否则会造成损坏！,稳压电阻的计算如下 当输入电压最小，负载电流最大时，,16.2.3 基准源,基准源,一般是指击穿电压十分稳定，电压,温度系数经过补偿了的稳压二极管,。,也称为,参考源,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 稳定电压(V)工作电流(mA)电压温度系数(10,-,6,/),MC1403 2.51 1.2 10100 .,LM136/236/336 2.5 10 30,5.0 10 30 .,TL431 2.536 0.4100 50 .,LM3999 6.955 10 5 .,AD2710K/L 10.0001mV 10 2/1 .,MAX676 4.0960.01 5 1,677 5.0000.01 5 1,678 10.0000.01 5 1 .,典型的基准源,16.2.3 基准源基准源 一般是指击穿电压十分稳定，电,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。,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 线性串联型稳压电源 稳压二极管的缺,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，,V,O,=,V,I,-,V,R,，当,V,I,增加时，,R,受控制而增加，使,V,R,增加，从而在一定程度上抵消了,V,I,增加对输出电压的影响。若负载电流,I,L,增加，,R,受控制而减小，使,V,R,减小，从而在一定程度上抵消了因,I,L,增加，使,V,I,减小，对输出电压减小的影响。,图16.03,串联稳压电源,图16.03,串联稳压电源,示意图,16.3.1 线性串联型稳压电路的工作原理(1)线性串联型,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,V,CE,，,V,CE,相当于,V,R,。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。,图16.04,串联型稳压电路方框图,在实际电路中，可变电阻R是用一个三极管来替代的，控,(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,V,I,的增加，必然会使输出电压,V,O,有所增加，输出电压经过取样电路取出一部分信号,V,f,与基准源电压,V,REF,比较，获得误差信号,V,。误差信号经放大后，用,V,O1,去控制调整管的管压降,V,CE,增加，从而抵消输入电压增加的影响。,V,I,V,O,V,f,V,O1,V,CE,V,O,(2)线性串联型稳压电源的工作原理 根据图16.04,（,动画16-2,）,2负载电流变化，输入电压保持不变,负载电流,I,L,的增加，必然会使输入电压,V,I,有所减小，输出电压,V,O,必然有所下降，经过取样电路取出一部分信号,V,f,与基准源电压,V,REF,比较，获得的误差信号使,V,O1,增加，从而使调整管的管压降,V,CE,下降，从而抵消因,I,L,增加，使输入电压减小的影响。,I,L,V,I,V,O,V,f,V,O1,V,CE,V,O,3.输出电压调节范围的计算,根据图16.04可知,V,f,V,REF,调节,R,2,显然可以改变输出电压。,（,动画16-1,）,（动画16-2）2负载电流变化，输入电压保持不变,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。,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。,16.3.2 稳压电路的保护环节 串联型稳,截流型,限流型,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,。,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,。,图16.05,截流型特性,图16.06,限流型特性,截流型限流型 当发生短路时，通过保 是当发生短路,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,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，要查手册确定。,图16.08 外形图,照片,16.3.3 三端集成稳压器(1)概述图16.07 集成稳压,2.外形及,引脚功能,W7800系列稳压器外形,1,输入端,3 公共端,2,输出端,78xx,W7900系列稳压器外形,1 公共端,3,输入端,2 输出端,79xx,塑料封装,TO-220,2.外形及W7800系列稳压器外形1 输入端3 公共,(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CW,1,17-/CW,1,17MCW,1,17L-,CW,2,17-/CW,2,17M-/CW,2,17L-CW,3,17-/CW,3,17M-/CW,3,17L-,4.可调负输出集成稳压器，,国标型号,为CW,1,37-/CW,1,37M,CW,1,37L-CW,2,37-/CW,2,37M-CW,2,37L-CW,3,37-/CW,3,37MCW,3,37L-,5.三端低压差集成稳压器,6.大电流三端集成稳压器,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-55150；,工业品级,为金属外壳或陶瓷封装，工作温度范围-25150；,民品级,多为塑料封装，工作温度范围0125。,(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,(3)应用电路,三端固定输出集成稳压器,的典型应用电路如图16.09所示。,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。,16.09应用电路(固定),三端可调输出集成稳压器,的典型应用电路如图16.10所示。,图16.10应用电路(可调),(3)应用电路 三端固定输出集成稳压器的典型应用电路如,同时输出正、负电压的电路,同时输出正、负电压电路,W7815,C,i,U,I,+,_,U,o,1,2,3,+,_,C,i,W7915,1,2,C,o,C,o,3,U,o,同时输出正、负电压的电路同时输出正、负电压电路W7815Ci,提高输出电压的电路,C,o,W78XX,C,i,U,I,+,_,+,_,U,o,1,2,3,U,XX,U,Z,R,D,Z,U,XX,:,为,W78XX,固定输出电压,U,o,=U,XX,+U,Z,提高输出电压的电路CoW78XXCiUI+Uo123UXX,（4）利用三端集成稳压器组成恒流源,图16.11稳压器做恒流源,图16.12可调稳压器做恒流源电路,(a)小电流恒流源,(,b)大电流恒流源,三端集成稳压器可做,恒流源,使用,电路见,图16.11,和,16.12。,（4）利用三端集成稳压器组成恒流源 图16.11稳压器,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。,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 开关型稳压电源 为解决线性稳压电源功耗较,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