-diangx-ja-第7章穩(wěn)壓電源1

1、第7章 直流穩(wěn)壓電源本章要求了解一般直流電源電路組成；理解整流、濾波、穩(wěn)壓的工作原理；掌握電路主要指標的估算。本章內(nèi)容直流穩(wěn)壓電源是把交流電變?yōu)橹绷鞣€(wěn)定電壓輸出的電路，其組成主要包括四個部分，即變壓（一般由變壓器實現(xiàn)降壓）、整流、濾波、穩(wěn)壓。直流穩(wěn)壓電源的重點在于整流、濾波、穩(wěn)壓。本章學時4學時7.1 整流與濾波電路本節(jié)學時學時本節(jié)重點單相橋式整流與濾波電路。教學方法結(jié)合理論與實驗，推導出單相橋式整流與濾波電路的計算公式，并掌握單相橋式整流電路的原理，通過例題讓學生了解并掌握單相橋式整流與濾波電路的主要參數(shù)。教學手段以傳統(tǒng)教學手段與電子課件相結(jié)合的手段，讓學生在有限的時間內(nèi)掌握更多的相關(guān)知識。

2、教學內(nèi)容7.1.1 整流電路整流電路的功能是利用二極管的單向?qū)щ娦詫⒄医涣麟妷恨D(zhuǎn)換成單向脈動電壓。整流電路有單相整流和三相整流，有半波整流、全波整流、橋式整流等。這里重點討論單相橋式整流。下面分析整流電路時，為簡單起見。把二極管當作理想元件來處理。即認為它的正向?qū)娮铻榱?，而反向電阻為無窮大。1單相橋式整流電路電路如圖7-2（a）所示，圖中Tr為電源變壓器，它的作用是將交流電網(wǎng)電壓.u變成整流電路要求的交流電壓u=Usin，是要求直流供電的負載電阻，四只整流二極管D1 D4接成電橋的形式，故有橋式整流電路之稱。圖7-2（b）是它的簡化畫法。（a）單相橋式整流電路 （b）簡化畫法 圖7-2

3、單相橋式整流電路圖uou2RLiouoTru2abD3D2D4D1u1iD1,3iD2,4RL 在電源電壓u2的正、負半周內(nèi)(設(shè)a端為正，b端為負時是正半周)電流通路分別用圖7-2（a）中實線和虛線箭頭表示。負載上的電壓uo的波形如圖7-3所示。電流的波形與uo的波形相同。顯然，它們都是單方向的全波脈動波形。圖7-3 單相橋式整流電路波形圖ttiLuoo342tooiD1 iD3iD2 iD4D1 D3D2D4D1 D3D2 D4導通導通導通導通u22橋式整流電路的技術(shù)指標 整流電路的技術(shù)指標包括整流電路的工作性能指標和整流二極管的性能指標。整流電路的工作性能指標有輸出電壓U0和脈動系數(shù)S 。

4、二極管的性能指標有流過二極管的平均電流ID和管子所承受的最大反向電壓UDRM。下面來分析橋式整流電路的技術(shù)指標。（1）輸出電壓的平均值U0 (7-1) 直流電流為 （7-2） （2）脈動系數(shù)S 圖7-3中整流輸出電壓波形中包含有若干偶次諧波分量稱為紋波，它們疊加在直流分量上。我們把最低次諧波幅值與輸出電壓平均值之比定義為脈動系數(shù)。全波整流電壓的脈動系數(shù)約為0.67，故需用濾波電路濾除u0中的紋波電壓。 （3）流過二極管的正向平均電壓ID在橋式整流電路中，二極管D1、D3和 D2、D4是兩兩輪流導通的，所以流經(jīng)每個二極管的平均電流為 = = (7-3)（4）二極管承受的最大反向電壓UDRM二極管

5、在截止時管子承受的最大反向電壓可從圖7-2(a)看出。在u正半周時，D1、D3導通， D2、D4截止。此時D2、D4所承受到的最大反向電壓均為u的最大值，即 = (7-4)同理，在u的負半周D1、D3也承受同樣大小的反向電壓。橋式整流電路的優(yōu)點是輸出電壓高，紋波電壓較小，管子所承受的最大反向電壓較低，同時因電源變壓器在正負半周內(nèi)都有電流供給負載，電源變壓器得到充分的利用，效率較高。因此，這種電路在半導體整流電路中得到了廣泛的應用。電路的缺點是二極管用的較多。目前市場上已有許多品種的半橋和全橋整流電路出售，而且價格便宜，這對橋式整流電路缺點是一大彌補。表7-1給出了常見的幾種整流電路的電路圖、整

6、流電壓的波形，及計算公式。表4-5常見的幾種整流電路類型電路整流電壓的波形整流電壓平均值每管電流平均值每管承受最高反壓單相半波IoUou2uot0.45U2Io單相全波Uou2Iou2uoot0.9 U2單相橋式IoUou2uoot0.9 U2三相半波IoUou2uoot1.17 U2三相橋式IoUou2uoot2.34 U27.1.2 濾波電路濾波電路的作用是濾除整流電壓中的紋波。常用的濾波電路有電容濾波、電感濾波、復式濾波及有源濾波。這里僅討論電容濾波和電感濾波。1電容濾波電路電容濾波電路是最簡單的濾波器，它是在整流電路的負載上并聯(lián)一個電容C。電容為帶有正負極性的大容量電容器，如電解電容、

7、鉭電容等，電路形式如圖7-4（a）所示。（1）濾波原理電容濾波是通過電容器的充電、放電來濾掉交流分量的。圖7-4（b）的波形圖中虛線波形為橋式整流的波形。并入電容C后，在u2>0時，D1、D3導通，D2、D4截止，電源在向RL供電的同時，又向C充電儲能，由于充電時間常數(shù)1很?。ɡ@組電阻和二極管的正向電阻都很?。?，充電很快，輸出電壓uo隨u2上升，當uC =后，u2開始下降u2<uC，t1t2時段內(nèi)，D1D4全部反偏截止，由電容C向RL放電，由于放電時間常數(shù)2較大，放電較慢，輸出電壓uo隨uC按指數(shù)規(guī)律緩慢下降，如圖中的ab實線段。b點以后，負半周電壓 u2> uC，D1、D3

8、截止，D2、D4導通，C又被充電至c點，充電過程形成uo = u2的波形為bc實線段。c點以后，u2<uC，D1D4又截止，C又放電，如此不斷的充電、放電，使負載獲得如圖7-2（b）中實線所示的uo波形。由波形可見，橋式整流接電容濾波后，輸出電壓的脈動程度大為減小。（a）電路 （b）波形 圖7-4 橋式整流電容濾波電路及波形IouoTru2abD3D2D4D1u1RLCtuoobact1t3t2（2）U0的大小與元件的選擇由上討論可見，輸出電壓平均值U0的大小與1、2的大小有關(guān)，1越小，2越大，U0也就越大。當負載RL 開路時，2無窮大，電容C無放電回路，U0達到最大，即Uo= ；若RL

9、很小時，輸出電壓幾乎與無濾波時相同。因此，電容濾波器輸出電壓在范圍內(nèi)波動，在工程上一般采用經(jīng)驗公式估算其大小，RL愈小，輸出平均電壓愈低，因此輸出平均電壓可按下述工程估算取值 （7-5）為了達到式（7-5）的取值關(guān)系，獲得比較平直的輸出電壓，一般要求，即 （7-6）式中T電源交流電壓的周期。對于單相橋式整流電路而言，無論有無濾波電容，二極管的最高反向工作電壓都是U2。關(guān)于濾波電容值的選取應視負載電流的大小而定。一般在幾十微法到幾千微法，電容器耐壓應大于。例7-1 需要一單相橋式整流電容濾波電路，電路如圖7-5所示。交流電源頻率Hz，負載電阻RL=120，要求直流電壓Uo=30V試選擇整流元件及

10、濾波電容。解：（1）選擇整流二極管流過二極管的平均電流CuoRLu2圖7-5 例7-1的圖mA由UO = 1.2U2，所以交流電壓有效值 二極管承受的最高反向工作電壓可以選用2CZ11A（）整流二極管4個。（2）選擇濾波電容C 取 ，而，所以可以選用C = 500F，耐壓值為50V的電解電容器。電容濾波電路結(jié)構(gòu)簡單，輸出電壓較高，脈動較小，但電路的帶負載能力不強，因此，電容濾波通常適合在小電流，且變動不大的電子設(shè)備中使用。 2電感濾波電路在橋式整流電路和負載電阻間串入一個電感器L，如圖7-6所示。利用電感的儲能作用可以減小輸出電壓的紋波，從而得到比較平滑的直流。當忽略電感器L的電阻時，負載上輸

11、出的平均電壓和純電阻(不加電感)負載相同，即 = 0.9 (7-7)圖7-6橋式整流電感濾波電路uoRLu2L電感濾波的特點是，整流管的導電角較大(電感L的反電勢使整流管導電角增大)，峰值電流很小，輸出特性比較平坦。其缺點是由于鐵芯的存在，笨重、體積大，易引起電磁干擾。一般只適用于大電流的場合。3復式濾波器在濾波電容C之前加一個電感L構(gòu)成了LC濾波電路。如圖7-7（a）所示。這樣可使輸出至負載RL上的電壓的交流成分進一步降低。該電路適用于高頻或負載電流較大并要求脈動很小的電子設(shè)備中。為了進一步提高整流輸出電壓的平滑性，可以在LC濾波電路之前再并聯(lián)一個濾波電容C1，如圖7-7（b）所示。這就構(gòu)成

12、了LC濾波電路。CC2RC2C1LLC1（a）LC型濾波器 （b）LC濾波器 （c）RC型濾波器 圖 7-7 復式濾波電路由于帶有鐵芯的電感線圈體積大，價也高，因此常用電阻R來代替電感L構(gòu)成RC濾波電路，如圖7-7（c）所示。只要適當選擇R和C2參數(shù)，在負載兩端可以獲得脈動極小的直流電壓。在小功率電子設(shè)備中被廣泛采用。7.2穩(wěn)壓電路本節(jié)學時：1學時本節(jié)重點：并聯(lián)型穩(wěn)壓電路、串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。教學方法：穩(wěn)壓電路作為直流穩(wěn)壓電源的最后一個組成部分，它的性能好壞對整個電路的影響很大。主要介紹并聯(lián)型穩(wěn)壓電路、串聯(lián)型穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路的組成、穩(wěn)壓原理、技術(shù)指標。教學手段以傳統(tǒng)教學手段與電子課件相結(jié)合的手段，

13、讓學生在有限的時間內(nèi)掌握更多的相關(guān)知識。教學內(nèi)容7.2.1 并聯(lián)型穩(wěn)壓電路并聯(lián)型穩(wěn)壓電路是最簡單的一種穩(wěn)壓電路。這種電路主要用于對穩(wěn)壓要求不高的場合，有時也作為基準電壓源。R IZRLUoDZUiD4IoIRCu2D1D3D2 u1圖7-8 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路圖7-8就是并聯(lián)型穩(wěn)壓電路，又稱穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路，因其穩(wěn)壓管DZ與負載電阻RL并聯(lián)而得名。引起電壓不穩(wěn)定的原因是交流電源電壓的波動和負載電流的變化。而穩(wěn)壓管能夠穩(wěn)壓的原理在于穩(wěn)壓管具有很強的電流控制能力。當保持負載RL不變，Ui因交流電源電壓增加而增加時，負載電壓Uo也要增加，穩(wěn)壓管的電流IZ急劇增大，因此電阻R上的壓降急劇增加，以抵償Ui的增

14、加，從而使負載電壓Uo保持近似不變。相反，Ui因交流電源電壓降低而降低時，穩(wěn)壓過程與上述過程相反。如果保持電源電壓不變，負載電流I0增大時，電阻R上的壓降也增大，負載電壓Uo因而下降，穩(wěn)壓管電流IZ急劇減小，從而補償了I0的增加，使得通過電阻R的電流和電阻上的壓降保持近似不變，因此負載電壓Uo也就近似穩(wěn)定不變。當負載電流減小時，穩(wěn)壓過程相反。選擇穩(wěn)壓管時，一般?。?（7-8）例7-2 有一穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路，如圖7-8所示。負載電阻RL由開路變到3K，交流電壓經(jīng)整流濾波后得出Ui = 45（V）。今要求輸出直流電壓UO = 15（V），試選擇穩(wěn)壓管DZ。解：根據(jù)輸出直流電壓UO = 15（V）的要

15、求，由式(7-8)穩(wěn)定電壓 由輸出電壓VO = 15（v）及最小負載電阻RL = 3K的要求,負載電流最大值 由式(7-8)計算 mA查半導體器件手冊，選擇穩(wěn)壓管2CW20，其穩(wěn)定電壓UZ = (13.517) (V)，穩(wěn)定電流mA， mA。例7-3圖7-9所示電路中，已知UZ =12V, IZmax =18mA ，IZ=5mA ,負載電阻RL =2K，當輸入電壓由正常值發(fā)生±20%的波動時，要求負載兩端電壓基本不變，試確定輸入電壓Ui的正常值和限流電阻R的數(shù)值。圖7-9 例7-3IL IZ RL DZ IUiRUL解:負載兩端電壓UL就是穩(wěn)壓管的端電壓UZ，當Ui發(fā)生波動時，必然使

16、限流電阻R上的壓降和UZ發(fā)生變動，引起穩(wěn)壓管電流的變化，只要在IZmaxIZ范圍內(nèi)變動，可以認為UZ即UL基本上未變動，這就是穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓作用。a） 當Ui向上波動20%，即10.2Ui時,認為IZ = IZmax, =18mA 因此有： mA由KVL得： b） 當Ui向下波動20%,即0.8Ui時，認為IZ = 5 mA因此有:mA由KVL得： 聯(lián)立方程組可得: Ui=26V, R =8007.2.2 串聯(lián)反饋型穩(wěn)壓電路 串聯(lián)型反饋穩(wěn)壓電路克服了并聯(lián)型穩(wěn)壓電路輸出電流小、輸出電壓不能調(diào)節(jié)的缺點，因而在各種電子設(shè)備中得到廣泛的應用。同時這種穩(wěn)壓電路也是集成穩(wěn)壓電路的基本組成。1 穩(wěn)壓電源的主要

17、指標 穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標分為兩種：一種是質(zhì)量指標，用來衡量輸出直流電壓的穩(wěn)定程度，包括電壓調(diào)整率、電流調(diào)整率、溫度系數(shù)及紋波電壓等。一種是工作指標，指穩(wěn)壓器能夠正常工作的工作區(qū)域，以及保證正常工作所必須的工作條件，包括允許的輸入電壓、輸出電壓、輸出電流及輸出電壓調(diào)節(jié)范圍以及極限參數(shù)等。下面只介紹常用的幾種，其它參數(shù)見有關(guān)書籍。（1）電壓調(diào)整率SU 電壓調(diào)整率是表征穩(wěn)壓器穩(wěn)壓性能的優(yōu)劣的重要指標，是指在負載和溫度恒定的條件下，輸出電壓的相對變化量與輸入電壓變化量的百分比，即 工程上還有一個類似的概念，稱為穩(wěn)壓系數(shù)S，是指在負載不變的條件下輸出電壓變化量與輸入電壓變化量之比。（2）電流調(diào)整率SI電

18、流調(diào)整率是反映穩(wěn)壓器負載能力的一項重要指標，又稱為電流穩(wěn)定系數(shù)。它表征當輸入電壓不變時，在規(guī)定的負載電流變化的條件下，輸出電壓的相對變化量，即工程上也有一個類似的概念，稱為輸出電阻R0，定義為負載變化時輸出電壓變化量與負載輸出電流變化量之比。（3）輸出電壓的溫度系數(shù)ST輸出電壓的溫度系數(shù)是指在負載和輸入電壓不變的條件下，輸出電壓的相對變化量與環(huán)境溫度變化量的百分比，即式中的ST表示穩(wěn)壓電路的熱穩(wěn)定性，ST越小表示穩(wěn)壓電路的熱穩(wěn)定性越好。ST單位是ppm/0C。2 串聯(lián)反饋型穩(wěn)壓電路的組成與工作原理圖7-10是串聯(lián)返饋型穩(wěn)壓電路的一般結(jié)構(gòu)圖，圖中UI是整流濾波電路的輸出電壓，T為調(diào)整管，A為比較

19、放大器，UREF為基準電壓，R1與R2組成反饋網(wǎng)絡用來反映輸出電壓的變化(取樣)。這種穩(wěn)壓電路的主回路是工作于線性狀態(tài)的調(diào)整管T與負載串聯(lián)， 故稱為串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。 輸出電壓的變化量由反饋網(wǎng)絡取樣經(jīng)放大器放大后去控制調(diào)整管T的ce極間的電壓降，從而達到穩(wěn)定輸出電壓UO的目的。穩(wěn)壓原理可簡述如下：當輸入電壓UI增加(或負載電流IO減小)時，導致輸出電壓UO增加，隨之反饋電壓UF= R2UO/(R1+R2) = FUUO也增加(FU為反饋系數(shù))。UF與基準電壓UREF相比較，其差值電壓經(jīng)比較放大器放大后使UB和IC減小，調(diào)整管T的ce極間的電壓UCE增大，使UO下降，從而維持UO基本恒定。同理，當

20、輸入電壓UI減小(或負載電流IO增加)時，亦將使輸出電壓基本保持不變。圖7-10 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的一般結(jié)構(gòu)圖UBTUREFUFR1取樣R2UoRL調(diào)整基準電壓源比較放大-+Ui-+從反饋放大器的角度來看，這種電路屬于電壓串聯(lián)負反饋電路。調(diào)整管T連接成射極跟隨器。因而可得 或 式中是比較放大器的電壓放大倍數(shù)，是考慮了所帶負載的影響的，與開環(huán)放大倍數(shù)AUO不同。在深度負反饋條件下，>>1時，可得 上式表明，輸出電壓UO與基準電壓UREF近似成正比，與反饋系數(shù)成反比。當UREF及FU已定時，UO也就確定了。因此它是設(shè)計穩(wěn)壓電路的基本關(guān)系式。 值得注意的是，調(diào)整管T的調(diào)整作用是依靠FU和U

21、REF之間的偏差來實現(xiàn)的，必須有偏差才能調(diào)整。如果UO絕對不變，調(diào)整管的UCE也絕對不變，那么電路也就不能起調(diào)整作用了。所以UO不可能達到絕對穩(wěn)定，只能是基本穩(wěn)定。因此，圖7-10所示的系統(tǒng)是一個閉環(huán)有差調(diào)整系統(tǒng)。 由以上分析可知，當反饋越深時，調(diào)整作用越強，輸出電壓UO也越穩(wěn)定，電路的穩(wěn)壓系數(shù)和輸出電阻RO也越小。7.3 集成穩(wěn)壓器本節(jié)學時：0.5學時本節(jié)重點： 線性集成穩(wěn)壓器教學方法：針對工程上常見的三端固定集成穩(wěn)壓器重點加以介紹。教學手段以傳統(tǒng)教學手段與電子課件相結(jié)合的手段，讓學生在有限的時間內(nèi)掌握更多的相關(guān)知識。教學內(nèi)容7.3.1 三端固定式集成穩(wěn)壓器三端固定集成穩(wěn)壓器有三個端子：輸入

22、端Ui、輸出U0和公共端COM。輸入端接整流濾波電路，輸出端接負載；公共端接輸入、輸出的公共連接點。其內(nèi)部由采樣、基準、放大、調(diào)整和保護等電路組成。保護電路具有過流、過熱及短路保護功能。圖7-11三端穩(wěn)壓電路的典型應用電路CIC2IN(TAB)2OUT3LM7905UIUO+_+_.12C3+_UIUO+_C1IN1OUTLM78052三端固定集成穩(wěn)壓器有許多品種。常用的是7800/7900系列。7800系列輸出正電壓，其輸出電壓有5V、6V、8V、10V、12V、15V、18V、20V、24V等品種。該系列的輸出電流分5檔，7800系列是1.5A，78M00是0.5A，78 L00和是0.1

23、 A，78T00是3A，78H00是5A。 7900系列與7800系列所不同的是輸出電壓為負值。圖7-11為三端集成穩(wěn)壓器LM7805和LM7905作為固定輸出電壓的典型應用。正常工作時，輸入、輸出電壓差23V。C1為輸入穩(wěn)定電容，其作用是減小紋波、消振、抑制高頻和脈沖干擾，C1一般為0.10.47f。C2為輸出穩(wěn)定電容，其作用是改善負載的瞬態(tài)響應， C2一般為1F。使用三端穩(wěn)壓器時注意一定要加散熱器，否則是不能工作到額定電流。 7.3.2 三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器IN1OUT3ADJ2LM317C2C1R1電壓調(diào)節(jié)UiUo100F240R2.100FUREF1三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器組成與應用三端可

24、調(diào)式集成穩(wěn)壓器是在固定式集成穩(wěn)壓器基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。它的三個端子為輸入端Ui，輸出端U0，可調(diào)端ADJ。其特點是可調(diào)端ADJ的電流非常小，用很少外接元件就能方便地組成精密可調(diào)的穩(wěn)壓電路和恒流源電路。圖7-12 三端可調(diào)穩(wěn)壓器的典型電路三端集成穩(wěn)壓器也有正電壓輸出LM117、LM217和LM317系列，負電壓輸出LM137、LM237和LM337系列。輸出電壓在1.2537V范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。LM317是三端可調(diào)穩(wěn)壓器的一種，它具有輸出1.5A電流的能力，典型應用的電路見圖7-12。圖中R1、R2組成可調(diào)輸出電壓網(wǎng)絡，輸出電壓經(jīng)過R1、R2分壓加到ADJ端。其中 UREF=1.25V，R2為可變電

25、位器。當R2變化時，U0在1.2537V之間連續(xù)可調(diào)。C2起濾除紋波的作用。2低壓差三端穩(wěn)壓器前述三端穩(wěn)壓器的缺點是輸入輸出之間必須維持23V的電壓差才能正常的工作，在電池供電的裝置中不能使用，例如，7805在輸出1.5A時自身的功耗達到4.5W，不僅浪費能源還需要散熱器散熱。Micrel公司生產(chǎn)的三端穩(wěn)壓電路MIC29150，具有3.3V、5V和12V三種電壓，輸出電流1.5A，具有和7800系列相同的封裝，與7805可以互換使用。該器件的特點是：壓差低，在1.5A輸出時的典型值為350mV，最大值為600mV；輸出電壓精度；最大輸入電壓可達26V，輸出電壓的溫度系數(shù)為20ppm/，工作溫度

26、40125；有過流保護、過熱保護、電源極性接反及瞬態(tài)過壓保護（2060V）功能。該穩(wěn)壓器輸入電壓為5.6V，輸出電壓為5.0V，功耗僅為0.9W，比7805的4.5W小的多，可以不用散熱片。如果采用市電供電，則變壓器功率可以相應減小。MIC29150的使用與7805完全一樣。7.3.3 基準電壓源前面介紹的穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路雖說可以做基準電壓源，但它的電壓穩(wěn)定性差，溫度系數(shù)大，噪聲電壓大等缺點，使得穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路不能作為高精度的基準電壓源。而穩(wěn)壓性能好的基準電壓源是當代模擬集成電路極為重要的組成部分，它為串聯(lián)型穩(wěn)壓電路、A/D和D/A轉(zhuǎn)換器提供了基準電壓，也是大多數(shù)傳感器的穩(wěn)壓供電電源或激勵源。另

27、外，基準電壓源也可作為標準電池、儀器表頭的刻度標準和精密電流源。圖7-13 基準集成電路TL431及其應用電路陽極«陰極«參考U0RRR123TL431TD+24V2.524V12PT12C3856D261UIII12（a)（b).REFCATHODEANODE10K1TL431基準電壓源（1）特點與主要參數(shù) TL431是一個性能優(yōu)良的基準電壓集成電路。該器件主要應用于穩(wěn)壓、儀器儀表、可調(diào)電源和開關(guān)電源中，是穩(wěn)壓二極管的良好替代品，其主要特點是：可調(diào)輸出電壓范圍大，為2.536V；輸出阻抗較小，約為0.2， 吸收電流1100mA，溫度系數(shù)30ppm/。該器件的圖形符號見圖7

28、-13（a）。（2）應用圖7-13（b）是使用TL431的 穩(wěn)壓電路。電路的最大穩(wěn)定電流2A，輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍為2.524V。圖中發(fā)光二極管作為穩(wěn)壓管使用，使T2的發(fā)射結(jié)恒定，從而使電流I1恒定，保證當輸入電壓變化時，TL431不會因電流過大而損壞。當輸入電壓變化時，TL431的參考電壓UREF隨之變化，當輸出電壓上升時，TL431的陰極電壓隨UREF上升而下降，輸出電壓隨之下降。UiUi0R3R4R1R2T3T4T5T2T1UiU0GNDMC1403GNDUiU0NCNCNCNCNCMC140387651234（a）管腳排列（b）電路符號（c）內(nèi)部簡化電路圖7-14 MC1403的管腳排列

29、和簡化電路 2MC1403基準電壓源 （1）引腳圖、特點與主要參數(shù) MC1403是一種高精度、低溫漂、采用激光修正的能隙基準源。所謂能隙是指硅半導體材料在熱力學溫度T=0K時的禁帶寬度（能帶間隙），其電壓值記為UGO，UGO=1.205V。MC1403采用DIP-8封裝，管腳排列如圖7-14（a）所示。Ui為4.515V，U0的典型值為2.5V，溫度系數(shù)為10ppm/0C。 （2）應用 MC1403基準電壓源的內(nèi)部電路很復雜,但應用很簡單,只需外接少量元件。圖7-15是它的一般應用。圖中RP為精密電位器，用于精確調(diào)節(jié)輸出的基準電壓值，C為消噪電容。MC1403的輸入/輸出特性列于表7-1。由表

30、中數(shù)據(jù)可知，Ui從10V降低到4.5V時，U0變化0.0001V，變化率僅為0.0018%。表7-1 MC1403的輸入/輸出特性輸入電壓Ui（V）10987654.5輸入電壓U0（V）2.50282.50282.50282.50282.50282.50282.5027UIU06V12345711-6VRIRfMC1403ICL7650圖7-16 提高輸出基準電壓的電路UiU0=2.5VGNDMC14031234.510V0.1µFCRP1kU0=02.5V圖7-15 MC1403的典型應用 圖7-15的電路輸出電壓穩(wěn)定在2.5V，若要獲得高于2.5V的基準電壓源，可采用圖7-16所

31、示的電路。圖中ICL7605為斬波自穩(wěn)零式精密運算放大器，Rf為反饋電阻，R1是反相輸入電阻。R1=Rf=20k。輸出電壓U0為 7.4 串聯(lián)開關(guān)式穩(wěn)壓電源本節(jié)學時：0.5學時本節(jié)重點： 串聯(lián)開關(guān)式穩(wěn)壓電源教學方法：重點介紹串聯(lián)開關(guān)式穩(wěn)壓電源的工作原理。教學手段以傳統(tǒng)教學手段與電子課件相結(jié)合的手段，讓學生在有限的時間內(nèi)掌握更多的相關(guān)知識。教學內(nèi)容7.4.1 串聯(lián)開關(guān)式穩(wěn)壓電源的工作原理串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路由于調(diào)整管工作在線性區(qū)，因此其管耗大、電源效率較低（40%60%），有時還要配備龐大的散熱裝置。而串聯(lián)開關(guān)式穩(wěn)壓電路調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，其具有管耗小、效率高（80%90%）、穩(wěn)壓范圍寬、濾波效

32、果好等優(yōu)點，使的開關(guān)電源在各種儀器設(shè)備和計算機乃至家電產(chǎn)品中得到廣泛的應用。 UIiuTuBT基準電壓三角波發(fā)生器比較放大器比較器uEiLACIoR1uFLUOuAUREFuFCR2RLD脈寬調(diào)制電路圖7-17 開關(guān)型穩(wěn)壓電源原理圖uD 1工作過程開關(guān)型穩(wěn)壓電源電路原理框圖如圖7-17所示。它是由調(diào)整管T、濾波電路LC、脈寬調(diào)制電路(PWM)和采樣電路等組成。當uB為高電平時，調(diào)整管T飽和導通，輸入電壓Ui經(jīng)濾波電感L加在濾波電容C和負載RL兩端，在此期間，iL增大，L和C儲能，二極管D反偏截止。當uB為低電平時，調(diào)整管T由導通變?yōu)榻刂?，電感電流iL不能突變，iL經(jīng)RL和續(xù)流二極管D衰減而釋放

33、能量，此時C也向RL放電，因此RL兩端仍能獲得連續(xù)的輸出電壓。圖7-18畫出了電流iL、電壓uE( uD)和uO的波形。圖中ton是調(diào)整管T的導通時間，toff是調(diào)整管T的截止時間，T=ton+toff是開關(guān)轉(zhuǎn)換周期。顯然，由于調(diào)整管T的導通與截止，使的輸入的直流電壓Ui變成高頻矩形脈沖電壓uE( uD)，經(jīng)LC濾波得到輸出電壓U0。式中q = to n / T稱為脈沖波形的占空比，即一個周期持續(xù)脈沖時間ton與周期T之比值。由此可見，對于一定的Ui值，通過調(diào)節(jié)占空比即可調(diào)節(jié)輸出電壓UO。圖7-17電路是通過保持控制信號的周期T不變，而改變導通時間ton來調(diào)節(jié)輸出電壓U0的大小，這種電路稱為脈

34、寬調(diào)制型開關(guān)穩(wěn)壓電源（PWM）；若保持控制信號的脈寬不變，只改變信號的周期T，同樣也能使輸出電壓U0發(fā)生變化，這就是頻率調(diào)制型開關(guān)電源（PFM）；若同時改變導通時間ton和周期T，稱為混合性開關(guān)穩(wěn)壓電源。tttImintofftonImaxiLoUOIO圖7-18 圖7-6中uE(uD)、iL、uO的波形uO-UDoouE(uD) 2穩(wěn)壓原理當輸入電壓波動或負載電流改變時，都將引起輸出電壓U0的改變，在圖（7-17）中，由于負反饋作用，電路能自動調(diào)整而使U0基本維持不變。穩(wěn)壓過程如下：當Ui U0 uF（uF<UREF） uA為正值 uE輸出高電平變寬(ton ) U0反之：Ui U0

35、uF（uF>UREF） uA為負值 uE輸出高電平變窄(ton ) U0圖7-19 圖7-17中Ui、UO變化時uT、uB、uE的波形uTUA-UDUiuT ,uBuBuE (uB)(b)oottuT ,uBUA-UDuT vTUiuBuE (uB)(a)tt此時 uT、uB、uE的波形如圖7-19所示。7.4.2 采用集成PWM電路的開關(guān)電源集成脈寬調(diào)制器(PWM)電路將基準電壓源、三角波電壓發(fā)生器、比較器等集成到一塊芯片上，制成各種封裝的集成電路，其特點是：能使電路簡化、使用方便、工作可靠、性能提高。使用PWM的開關(guān)電源，既可以降壓，又可以升壓，既可以把市電直接轉(zhuǎn)換成需要的直流電壓（

36、ACDC變換），還可以用于使用電池供電的便攜設(shè)備(DCDC變換)。 1.PWM電路MAX668MAX668是MAXIM公司的產(chǎn)品，被廣泛用于便攜產(chǎn)品中。該電路采用固定頻率、電流反饋型PWM電路，脈沖占空比由（UoUi）/Ui決定，其中Uo和Ui是輸出輸入電壓。內(nèi)部采用雙極性和CMOS多輸入比較器，可同時處理輸出誤差信號、電流檢測信號及斜率補償紋波。MAX668具有低的靜態(tài)電流（220A），工作頻率可調(diào)（100500kHz），輸入電壓范圍328V，輸出電壓可高至28V。用于升壓的典型電路如圖7-20所示，該電路把5V電壓升至12V，該電路在輸出電流為1A時，轉(zhuǎn)換效率高于92%。 MAX668的引腳說明：引腳1，LDO，該引腳是內(nèi)置5V線性穩(wěn)壓器輸出，該引腳應該連接1F的陶瓷電容。引腳2，F(xiàn)REQ, 工作頻率設(shè)置。引腳3，GND，模擬地。引腳4，REF，1.25V基準輸出，可提供50A電流。引腳5，F(xiàn)B，反饋輸