交直流穩(wěn)壓、穩(wěn)流電源設(shè)計(jì)

1、交直流穩(wěn)壓、穩(wěn)流電源設(shè)計(jì),主要介紹交直流穩(wěn)壓源、穩(wěn)流源設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)步驟。并通過(guò)大量例題詳細(xì)介紹了方案論證、軟、硬件設(shè)計(jì)、技術(shù)指標(biāo)測(cè)試及測(cè)試結(jié)果分析。,具有缺相保護(hù)功能的蓄水池自動(dòng)供水電路,5.1 穩(wěn)壓、穩(wěn)流電源設(shè)計(jì)基礎(chǔ),電源是電子設(shè)備的能源電路，關(guān)系到整個(gè)電路設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性和可靠性。 本節(jié)主要介紹 直流穩(wěn)壓電源 直流恒流電源 交流穩(wěn)壓電源,5.1. 1 直流穩(wěn)壓電源,一、直流穩(wěn)壓電源的基本原理 直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器、整流電路、濾波電路及穩(wěn)壓電路所組成 。,一、直流穩(wěn)壓電源的基本原理,電源變壓器的作用是將電網(wǎng)220V的交流電壓U1轉(zhuǎn)換成整流電路所需要的電壓U2。整流電路的作用是

2、將交流電壓U2轉(zhuǎn)換成脈動(dòng)的直流電壓U3。濾波電路的作用是將脈動(dòng)直流電壓濾除紋波，變成紋波小的直流電壓U4。穩(wěn)壓電路的作用就是將不穩(wěn)定的直流電壓轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電壓Uo。它們的關(guān)系為 式中，n為變壓器的變壓比。 UP為穩(wěn)壓器的降壓，一般為215V。,二、串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路,串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路的原理圖如圖所示。,電路包括4個(gè)組成部分。,1采樣電阻 由電阻Rl, RP和R3組成。當(dāng)輸出電壓發(fā)生變化時(shí)，采樣電阻取其變化量的一部分送到放大電路的反相輸入端。 2.放大電路 放大電路A的作用是將穩(wěn)壓電路輸出電壓的變化量進(jìn)行放大，然后再送到調(diào)整管的基極。如果放大電路的放大倍數(shù)比較大，則只要輸出電壓產(chǎn)生一點(diǎn)微小

3、的變化，即能引起調(diào)整管的基極電壓發(fā)生較大的變化，提高了穩(wěn)壓效果。因此，放大倍數(shù)越大，則輸出電壓的穩(wěn)定性越高。 3.基準(zhǔn)電壓 基準(zhǔn)電壓由穩(wěn)壓管VDz提供，接到放大電路的同相輸人端。采樣電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較后，再將二者的差值進(jìn)行放大。電阻R的作用是保證VDz有一個(gè)合適的工作電流。 4.調(diào)整管 調(diào)整管VT接在輸人直流電壓U;和輸出端的負(fù)載電阻RL之間，若輸出電壓Uo由于電網(wǎng)電壓或負(fù)載電流等的變化而發(fā)生波動(dòng)時(shí)，其變化量經(jīng)采樣、比較、放大后送到調(diào)整管的基極，使調(diào)整管的集一射電壓也發(fā)生相應(yīng)的變化，最終調(diào)整輸出電壓使之基本保持穩(wěn)定。,串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓原理。,穩(wěn)壓過(guò)程可簡(jiǎn)明表示如下： 反之亦然。 在

4、要求高的穩(wěn)壓電路，其參考穩(wěn)壓源要采用精密穩(wěn)壓源。,影響穩(wěn)壓性能的因素,如果運(yùn)算放大器A的同相端作為輸入端，反相端作為反饋信號(hào)輸入端，Uo作為輸出端，該系統(tǒng)實(shí)際上就是一個(gè)直流電壓負(fù)反饋電路。因此對(duì)輸出電壓Uo有穩(wěn)定的作用，其穩(wěn)定度提高了 倍。使紋波及外部的干擾信號(hào)減小了 倍。這就是串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓的實(shí)質(zhì)所在。 由此可見(jiàn)，要提高該系統(tǒng)的穩(wěn)壓性能，一是提高運(yùn)放的開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)A； 二是提高反饋系數(shù) 的數(shù)值。 上述分析未考慮參考源的影響。實(shí)際上參考電壓Uz是由穩(wěn)壓二極管VDz提供的。穩(wěn)壓二極管VDz會(huì)產(chǎn)生噪聲，它的溫度系數(shù)一般不為零，它輸出的電壓含有紋波成分，這些均會(huì)影響穩(wěn)壓時(shí)的性能指標(biāo)。假設(shè)

5、VDz因某種原因有一個(gè)電壓波動(dòng)，其值為Uz，則引起輸出電壓的波動(dòng)為,三、三端集成穩(wěn)壓器,三端集成穩(wěn)壓器，芯片只引出三個(gè)端子，分別接輸入端、輸出端和公共端，基本上不需外接元件，而且內(nèi)部有限流保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)和過(guò)壓保護(hù)電路，使用十分安全、方便。,1三端集成穩(wěn)壓器的組成,三端集成穩(wěn)壓器的組成如圖所示。電路內(nèi)部實(shí)際上包括了串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路的各個(gè)組成部分，另外，加上了保護(hù)電路和啟動(dòng)電路。在WT8.00系列三端集成穩(wěn)壓器中，已將三種保護(hù)電路集成在芯片內(nèi)部，它們是限流保護(hù)電路、過(guò)熱保護(hù)電路和過(guò)壓保護(hù)電路。啟動(dòng)電路的作用是在剛接通直流輸人電壓時(shí)，使調(diào)整管、放大器和基準(zhǔn)電源等建立起各自的工作電流，而當(dāng)穩(wěn)壓電路正

6、常工作時(shí)啟動(dòng)電路被斷開(kāi)，以免影響穩(wěn)壓電路的性能。,2.三端集成穩(wěn)壓器的分類(lèi)及特點(diǎn),三端集成穩(wěn)壓器分固定式、可調(diào)式兩大類(lèi)，其分類(lèi)詳見(jiàn)表5.1.1三端集成穩(wěn)壓器的產(chǎn)品分類(lèi) 冠以CW的為國(guó)標(biāo)產(chǎn)品。 LM(美國(guó)NSC公司），A(美國(guó)仙童公司），TA（日本東芝),CPC(日本NEC), HA（日立),MC(美國(guó)摩托羅拉公司），L（意法SGS-THOMSON公司）。 國(guó)產(chǎn)型號(hào)只有5V,6V,9V,12V,15V,18V和247V等7種規(guī)格。 美國(guó)仙童公司于20世紀(jì)70年代首先推出A7800系列和A7900系列三端固定式集成穩(wěn)壓器。這種穩(wěn)壓器只有輸入端、輸出端和公共端三個(gè)引出端。三端集成穩(wěn)壓器的問(wèn)世，是電源

7、集成電路的一大革命。它極大地簡(jiǎn)化了電源的設(shè)計(jì)與使用，并具有較完善的過(guò)流、過(guò)壓和過(guò)熱保護(hù)功能，能以最簡(jiǎn)方式接入電路。目前,7800、7900系列已成為世界通用系列。三端固定式集成穩(wěn)壓器分正壓輸出(7800系列）、負(fù)壓輸出(7900系列）兩大類(lèi)。最大輸出電流有8種規(guī)格:0. lA(78L00系列）,0. 25A(78DL00系列）,0. 3A(78N00系列）,0. 5A(78M00系列）、1. 5A(7800系列）、3A(78T00系列）、5A(78H00系列）、l0A(78P00系列）。,2.三端集成穩(wěn)壓器的分類(lèi)及特點(diǎn),三端固定式集成穩(wěn)壓器使用方便，不需作任何調(diào)整，外圍電路簡(jiǎn)單、工作安全可靠，

8、適于制作通用型標(biāo)稱(chēng)值電壓的穩(wěn)壓電源。其缺點(diǎn)是電壓不能調(diào)整，不能直接獲得非標(biāo)稱(chēng)電壓（如7. 5V, 13V等），輸出電壓的穩(wěn)定度還不夠高。,2.三端集成穩(wěn)壓器的分類(lèi)及特點(diǎn),三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器是20世紀(jì)80年代初發(fā)展起來(lái)的，它既保留了三端固定式穩(wěn)壓器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，又克服了其電壓不可調(diào)整的缺點(diǎn)，并且在電壓穩(wěn)定度上比前者提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)（電壓調(diào)整率達(dá)到0.02），輸出電壓的調(diào)整范圍一般為1.237V。這類(lèi)產(chǎn)品被譽(yù)為第二代三端集成穩(wěn)壓器，最適合制作實(shí)驗(yàn)室電源及多種供電方式的直流電源。 三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器也分正、負(fù)壓輸出兩種。它們還可作懸浮式集成穩(wěn)壓器使用，獲得100200V的高壓輸出。需要指出，如

9、果把調(diào)整元件換成固定電阻，三端可調(diào)式就變成三端固定式，此時(shí)其性能指標(biāo)仍遠(yuǎn)優(yōu)于三端固定式集成穩(wěn)壓器。,2.三端集成穩(wěn)壓器的分類(lèi)及特點(diǎn),兩類(lèi)產(chǎn)品均屬于串聯(lián)調(diào)整式，即內(nèi)部調(diào)整管與負(fù)載相串聯(lián)，而且調(diào)整管工作在線(xiàn)性區(qū)域，故也稱(chēng)作線(xiàn)性集成穩(wěn)壓器。其共同優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)壓性能好，輸出紋波電壓小，成本低。主要缺點(diǎn)是內(nèi)部調(diào)整管的壓降大、功耗大、穩(wěn)壓電源的效率較低，一般只有45左右。,3. 三端集成穩(wěn)壓器的外形及電路符號(hào),W7800系列和W78M00系列固定正輸出三端集成穩(wěn)壓器的外形有兩種：一種是金屬菱形式；另一種是塑料直插式，分別如圖所示。W7900系列和W79M00系列固定負(fù)輸出三端集成穩(wěn)壓器的外形與前者相同，但是引

10、腳有所不同。,3. 三端集成穩(wěn)壓器的外形及電路符號(hào),W7800系列和W7900系列三端集成穩(wěn)壓器的引腳列于下表中。,W7800系列和W7900系列三端集成穩(wěn)壓器的電路符號(hào)分別如圖所示,（a）W7800系列 （b）W7900系列 圖8.1.5 W7800系列和W7900系列三端集成穩(wěn)壓器的電路符號(hào),4.三端集成穩(wěn)壓器應(yīng)用舉例,1)基本電路 圖8.1.6三端集成穩(wěn)壓器最基本的應(yīng)用電路 若輸出電壓比較高，應(yīng)在輸人端與輸出端之間跨接一個(gè)保護(hù)二極管VD，如圖8.1.6中的虛線(xiàn)所示。其作用是在輸人端短路時(shí)，使Co通過(guò)二極管放電，以便保護(hù)集成穩(wěn)壓器內(nèi)部的調(diào)整管。 輸入直流電壓Ui的值應(yīng)至少比輸出電壓Uo高2

11、V。,2)擴(kuò)大輸出電流,三端集成穩(wěn)壓器的輸出電流有一定限制，如1. 5A,0. 5A或0.1A等，如果希望在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步擴(kuò)大輸出電流，則可以通過(guò)外接大功率三極管的方法實(shí)現(xiàn)，電路接法如圖5.1.7所示。 圖5.1.7三端集成穩(wěn)壓器的電路接法,2)擴(kuò)大輸出電流,負(fù)載所需的大電流由大功率三極管VT提供，而三極管的基極由三端集成穩(wěn)壓器驅(qū)動(dòng)。電路中接入一個(gè)二極管VD，用以補(bǔ)償三極管的發(fā)射結(jié)電壓UBE，使電路的輸出電壓Uo基本上等于三端集成穩(wěn)壓器的輸出電壓Uo。只要適當(dāng)選擇二極管的型號(hào)，并通過(guò)調(diào)節(jié)電阻R的阻值以改變流過(guò)二極管的電流，即可得到UD、UBE， 同時(shí)，接入二極管VD也補(bǔ)償了溫度對(duì)三極管UBE的

12、影響，使輸出電壓比較穩(wěn)定。 電容C2的作用是濾掉二極管VD兩端的脈動(dòng)電壓，以減小輸出電壓的脈動(dòng)成分。,3)輸出電壓可調(diào),W7800系列和W7900系列均為固定輸出的三端集成穩(wěn)壓器，如果希望得到可調(diào)的輸出電壓，可以選用可調(diào)輸出的集成穩(wěn)壓器，也可以將固定輸出集成穩(wěn)壓器接成如圖5.1.8所示的電路。,4)正、負(fù)輸出的穩(wěn)壓電源,正、負(fù)輸出的穩(wěn)壓電源能同時(shí)輸出兩組數(shù)值相同、極性相反的恒定電壓，如圖8.1.9所示。,5.1.2 基準(zhǔn)電壓源,基準(zhǔn)電壓源是一種用來(lái)作為電壓標(biāo)準(zhǔn)的高穩(wěn)定度的電壓源。目前，它已被廣泛用于數(shù)字儀表、智能儀器和測(cè)試系統(tǒng)中，是一種頗有發(fā)展前景的新型特種電源集成電路。本節(jié)首先對(duì)國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的

13、各種基準(zhǔn)電壓源進(jìn)行分類(lèi)，然后重點(diǎn)介紹兩種基準(zhǔn)電壓源典型產(chǎn)品的應(yīng)用技巧。,一、基準(zhǔn)電壓源的特點(diǎn)與產(chǎn)品分類(lèi),1.基準(zhǔn)電壓源的特點(diǎn) 基準(zhǔn)電壓源的特點(diǎn)可概括為4個(gè)字：穩(wěn)、準(zhǔn)、簡(jiǎn)、便。 “穩(wěn)”，是指電壓穩(wěn)定度高，不受環(huán)境溫度變化的影響。 “準(zhǔn)”，是指能通過(guò)外部元件（如精密多圈電位器）作精細(xì)調(diào)整，獲得高準(zhǔn)確度的基準(zhǔn)電壓值VREF。 “簡(jiǎn)”，意為外圍電路非常簡(jiǎn)單，僅用個(gè)別電阻元件。 “便”，則是指使用方便、靈活。,一、基準(zhǔn)電壓源的特點(diǎn)與產(chǎn)品分類(lèi),衡量基準(zhǔn)電壓源質(zhì)量等級(jí)的關(guān)鍵性技術(shù)指標(biāo)是電壓溫度系數(shù)T，它表示由于溫度變化而引起輸出電壓的漂移量，故簡(jiǎn)稱(chēng)溫漂。其單位是10-6/（通常用ppm/表示，lppm =

14、10-6）。相比之下，集成穩(wěn)壓器或穩(wěn)壓二極管的溫漂要大得多，電壓溫度系數(shù)的單位也變成10-2（即），是無(wú)法與基準(zhǔn)電壓源相比較的。此外，線(xiàn)性集成穩(wěn)壓器均采用串聯(lián)調(diào)整式穩(wěn)壓電路，能輸出較大的電流，而基準(zhǔn)電壓源則屬于并聯(lián)調(diào)整式穩(wěn)壓器，它僅適合于作電壓源使用，不能進(jìn)行功率輸出。,2.基準(zhǔn)電壓源的產(chǎn)品分類(lèi),目前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的基準(zhǔn)電壓源多達(dá)上百種，電壓溫度系數(shù)一般為(0.3一100) 10-6/。根據(jù)不同產(chǎn)品 T值的大小，大致可劃分成三類(lèi)： 精密型基準(zhǔn)電壓源T=(0.35)10-6； 準(zhǔn)精密型基準(zhǔn)電壓源，T=（1020) 10-6； 普通型基準(zhǔn)電壓源，T=（30100) 10-6。嚴(yán)格地講，當(dāng)T100 10

15、-6時(shí)，已不是基準(zhǔn)電壓源了。,2.基準(zhǔn)電壓源的產(chǎn)品分類(lèi),基準(zhǔn)電壓源全部采用集成工藝而制成。在已形成的系列化產(chǎn)品中，輸出電壓分為1. 2V, 2. 5V,5V,6. 95V(可近似視為7V)和l0V等5種。表8.1.3列出國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的基準(zhǔn)電壓源分類(lèi)情況。需要說(shuō)明幾點(diǎn)：第一，有的型號(hào)劃分成幾個(gè)檔次，各檔電壓溫度系數(shù)不同。例如，MC1403就分A,B,C三檔，以C檔的電壓溫度系數(shù)為最低，B檔較高，A檔最高； 第二，在同一系列產(chǎn)品中又有軍品、民品之分。例如LM199一類(lèi)軍品）LM299二類(lèi)軍品）、LM339（民品）同屬一個(gè)系列，它們的內(nèi)部電路與外形完全相同，只是工作溫度范圍存在差異，分別為-55+12

16、5、-25+85和0+70；第三，由表8.1.3可見(jiàn)，LM399的電壓溫度系數(shù)最低，典型值僅為0.310-6；其次是REF一05(0.7 X 10-6），然后是LM3999,MAX672,MAX673(均為2 10-6）；第四，表中所列出的T均為典型值，對(duì)同一產(chǎn)品而言，其最大值與典型值可相差幾倍。另外，實(shí)際值與典型值還允許有一定的偏差。,表5.1.3 國(guó)內(nèi)外基準(zhǔn)電壓源產(chǎn)品分類(lèi),表5.1.3續(xù) 國(guó)內(nèi)外基準(zhǔn)電壓源產(chǎn)品分類(lèi),國(guó)內(nèi)外基準(zhǔn)電壓源產(chǎn)品分類(lèi),國(guó)外產(chǎn)品的生產(chǎn)廠(chǎng)家：LM美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司（NSC）；AD美國(guó)模擬器件公司（AD）；ICL美國(guó)哈里斯公司(Harris）；MC美國(guó)摩托羅拉公司（Moto

17、rola）；PC日本；MAXes一美國(guó)馬克希姆公司 (MAXIM)，TC美國(guó)泰康姆公司(Telcom)。 國(guó)產(chǎn)型號(hào)的生產(chǎn)廠(chǎng)家：SW上海無(wú)線(xiàn)電七廠(chǎng)；5G一上海元件五廠(chǎng)；CH上海無(wú)線(xiàn)電十四廠(chǎng)；CJ北京半導(dǎo)體器件五廠(chǎng)。 SOIC表示小型雙列直插式封裝，其相鄰引腳的中心距僅為1. 27mm（1/20英寸）。 AD584屬于可編程基準(zhǔn)電壓源，它采用TO- 99圓金屬殼封裝，共有8個(gè)引出端。其輸出電壓可通過(guò)編程從l0V,7.5V,5V,2.5V這四種電壓值中任意設(shè)定一種（見(jiàn)表8.1.4），使用更加靈活。除典型輸出電壓之外，它還可以通過(guò)外部電阻在2.5l0V范圍內(nèi)獲得所需基準(zhǔn)電壓值。,表8. 1. 4 AD

18、584輸出電壓的設(shè)定程序,二、帶隙基準(zhǔn)電壓源的基本原理,零溫度系數(shù)的基準(zhǔn)電壓源，是人們?cè)陔娮觾x器和精密測(cè)量系統(tǒng)中長(zhǎng)期追求的一種基本部件。傳統(tǒng)基準(zhǔn)電壓源是基于晶體管或穩(wěn)壓管的原理而制成的，其電壓溫漂為mV級(jí)，電壓溫度系數(shù)高達(dá)10-310-4，根本無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)代電子測(cè)量的需要。隨著帶隙基準(zhǔn)電壓源的問(wèn)世，才將上述愿望變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。,二、帶隙基準(zhǔn)電壓源的基本原理,20世紀(jì)70年代初，維德拉(Widlar)首先提出能帶間隙基準(zhǔn)電壓源的概念，簡(jiǎn)稱(chēng)帶隙(bandgap)電壓。所謂能帶間隙是指硅半導(dǎo)體材料在熱力學(xué)溫度為零度(OK)時(shí)的帶隙電壓，其數(shù)值約1. 205V,用符號(hào)Ugo表示。帶隙基準(zhǔn)電壓源的基本工作原理，

19、就是利用電阻上壓降的正溫漂去補(bǔ)償EB結(jié)正向壓降的負(fù)溫漂，從而實(shí)現(xiàn)了零溫漂。因?yàn)樗皇褂霉ぷ髟趽舸顟B(tài)下的齊納穩(wěn)壓管，所以其噪聲電壓很低。,二、帶隙基準(zhǔn)電壓源的基本原理,帶隙基準(zhǔn)電壓源的簡(jiǎn)化電路如圖8.1.10所示。VT1 , VT2是兩只幾何尺寸完全相同的硅管，在集成電路中稱(chēng)為“鏡像管”。假定VT1, VT2的共發(fā)射極電流放大系數(shù)很高，且忽略基極電流，則IE = IC 。,二、帶隙基準(zhǔn)電壓源的基本原理,由圖8.1.10得到基準(zhǔn)電壓的表達(dá)式 因VT1和VT2構(gòu)成微電流源電路，于是 ,三、MC1403型基準(zhǔn)電壓源的應(yīng)用,MC1403是美國(guó)摩托羅拉公司首先生產(chǎn)出的高準(zhǔn)確度、低溫漂、采用激光修正的帶隙

20、基準(zhǔn)電壓源。國(guó)產(chǎn)型號(hào)為561403和CH1403。 1MC1403的結(jié)構(gòu)原理 MC1403采用8腳雙列直插式封裝（DIP-8），引腳排列如下圖8.1.11（a）所示。其輸入電壓范圍是4.515V，輸出電壓的允許范圍是2. 475 2. 525V，典型值為2. 500V，電壓溫度系數(shù)可達(dá)1010-6。為便于配8P插座，MC1403上設(shè)置了5個(gè)空腳（NC)。,1MC1403的結(jié)構(gòu)原理,圖8. 1. 11 MC1403的引腳排列與簡(jiǎn)化電路,1MC1403的結(jié)構(gòu)原理,MC1403的簡(jiǎn)化電路如圖8.1.11（c）所示。由前述帶隙基準(zhǔn)電壓源的工作原理，對(duì)于MC1403,其輸出電壓由下式確定： 式中，Ugo

21、為硅在OK時(shí)的帶隙電壓，約1. 205V;C為比例系數(shù);Ael,Ae2分別為VT1，VT2的發(fā)射極周長(zhǎng)，設(shè)計(jì)的Ae2Ael = 8。 只要選擇合適的電阻比R2 /R1，就能使式(8.1.4)中括號(hào)內(nèi)的第二項(xiàng)與第三項(xiàng)之和等于零，從而實(shí)現(xiàn)了零溫漂，即輸出電壓與溫度無(wú)關(guān)。此時(shí) 實(shí)取(R3R4）R42.08，代人式(8.1.15)中計(jì)算出Uo2. 08 1. 2052. 5V。,2.典型應(yīng)用,MC1403的典型應(yīng)用如圖8.1.12所示。在輸出端接有Ik的精密多圈電位器，用以精確調(diào)整輸出的基準(zhǔn)電壓值。C是消噪電容，也可省去不用。實(shí)測(cè)MC1403的輸人輸出特性見(jiàn)表8.1.5。由表可知，當(dāng)輸人電壓從l0V降

22、至4. 5 V時(shí)，輸出電壓只變化0.000lV,相對(duì)變化率僅為-0.0018。 圖8.112 MC1403的典型應(yīng)用,表8.1.5 MC1403的輸入輸出特性,四、LM399型精密基準(zhǔn)電壓源的應(yīng)用,在目前生產(chǎn)的基準(zhǔn)電壓源中，以L(fǎng)M199,LM299和LM399的電壓溫度系數(shù)為最低，性能也最佳。它們均屬于四端器件，可等效于帶恒溫槽的穩(wěn)壓二極管。作為高穩(wěn)定性的精密基準(zhǔn)電壓源，它們可取代普通的齊納穩(wěn)壓管，用于A(yíng)/D轉(zhuǎn)換器、精密穩(wěn)壓電源、精密恒流源和電壓比較器中。,1LM399的結(jié)構(gòu)原理,LM399的內(nèi)部電路可分成兩部分：基準(zhǔn)電壓源和恒溫電路。圖8.1.13示出了它的引腳排列、結(jié)構(gòu)框圖及電路符號(hào)。1、

23、2腳分別為基準(zhǔn)電壓源的正、負(fù)極。3、4腳之間接940V的直流電壓。圖中的H表示恒溫器。LM399的同類(lèi)產(chǎn)品還有LM199,LM299，均采用TO-46封裝。LM399的工作溫度范圍是070，LM299和LM199分別為-25+85、-55+125。電壓溫度系數(shù)的典型值為0.310-6，最大值為1 10-6，只相當(dāng)于普通基準(zhǔn)電壓源的1/10。其動(dòng)態(tài)阻抗為0.5，能在0.5l 0mA的工作電流范圍內(nèi)保持基準(zhǔn)電壓和溫度系數(shù)不變。噪聲電壓的有效值為7t.V, 25時(shí)的功耗為300mW 。,1LM399的結(jié)構(gòu)原理,LM399的基準(zhǔn)電壓實(shí)際上是由次表面穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓UZ(6. 3V)與硅晶體管的發(fā)射結(jié)壓

24、降UBF (0. 65V)疊加而成。輸出的基準(zhǔn)電壓為 圖5.1.13 LM399的結(jié)構(gòu)原理,2. LM399的應(yīng)用技巧,使用LM399時(shí)應(yīng)注意環(huán)境溫度不得超出。070范圍，安裝位置應(yīng)盡量遠(yuǎn)離發(fā)熱器件（如變壓器、功率管等）；輸人電壓不能超過(guò)40V,否則會(huì)損壞恒溫器；紋波電壓必須很小；接地線(xiàn)力求短；工作電流Id不超過(guò)l0mA,否則應(yīng)加限流電阻。,1)典型應(yīng)用,LM399的典型應(yīng)用電路如圖8.1.4所示。R為限流電阻。通常負(fù)載電流ILId，可忽略不計(jì)，因此，IdIR,R值由下式確定： 式中的Ui940 V , UREF7V, IR=0.5l0mA.舉例說(shuō)明：當(dāng)Ui=20V，IR選2mA時(shí)，由式計(jì)算出

25、R=6. 5k。 圖5.1.14 LM399的典型應(yīng)用電路,1)典型應(yīng)用,欲獲得在07V以?xún)?nèi)的非標(biāo)稱(chēng)值基準(zhǔn)電壓，可在圖5.1.14的輸出端并聯(lián)一只l0k多圈電位器RP。調(diào)節(jié)滑動(dòng)觸頭的位置，即可獲得07V范圍內(nèi)的任意電壓值。例如，在由HI7159型帶微處理器單片5 1/2位A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成51/2位智能數(shù)字電壓表時(shí)，所需要的1. 00000V基準(zhǔn)電壓，就可由LM399通過(guò)分壓后產(chǎn)生。,2)雙電源供電電路,LM399也可采用雙電源（如15V）供電，電路如圖5.1.15所示。 圖8. 1.15雙電源供電電路圖,3)串聯(lián)使用,將兩片LM399串聯(lián)使用，可獲得14V的基準(zhǔn)電壓，電路如圖5.1.16所示。

26、兩者可共用一只限流電阻，而恒溫器只能并聯(lián)在電路中。,4)提高輸出電壓的方法,利用F007型運(yùn)算放大器做同相放大后，可獲得其他輸出電壓Uo值，電路如圖5.1.17所示，有公式 圖中取R9k,R120k,由上式算出Uo10UoR、R1應(yīng)選用電阻溫度系數(shù)低的金屬膜電阻。 為進(jìn)一步提高Uo的溫度穩(wěn)定性，還可采用斬波自穩(wěn)零型精密運(yùn)算放大器ICL7650,來(lái)代替普通運(yùn)算放大器F007（或A741）。 圖8.1.17利用運(yùn)算放大器獲得其他Uo值,五、TL431型可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器,TL431是美國(guó)德州儀器公司（Texas Instruments，TI）生產(chǎn)的 2.5036V可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器。它屬于一種

27、具有電流輸出能力的可調(diào)基準(zhǔn)電壓源。其性能優(yōu)良，價(jià)格低廉，可廣泛用于單片精密開(kāi)關(guān)電源或精密線(xiàn)性穩(wěn)壓電源中。此外，TL431還能構(gòu)成電壓比較器、電源電壓監(jiān)視器、延時(shí)電路、精密恒流源等。目前在單片精密開(kāi)關(guān)電源中，常用它構(gòu)成外部誤差放大器，再與光電耦合器一起組成隔離式反饋電路。 TL431的同類(lèi)產(chǎn)品還有低壓可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器TLV431A，后者能輸出1.246V的基準(zhǔn)電壓。,1TL431的性能特點(diǎn),（1）TL431系列產(chǎn)品包括TL431C、TL431AC、T L431I、T L431AI、T L431M、T L43lY，共6種型號(hào)。它們的內(nèi)部電路完全相同，僅個(gè)別技術(shù)指標(biāo)略有差異。例如，TM31C和T

28、M31AC的工作溫度范圍是 070，而 TL431I為-4085，TL431M為-55125。 （2）它屬于三端可調(diào)式器件，利用兩只外部電阻可設(shè)定2.5036V范圍內(nèi)的任何基準(zhǔn)電壓值。TL431的電壓溫度系數(shù)aT= 30 10-6/即 (30PPmoC) （3）動(dòng)態(tài)阻抗低，典型值為0.2。 （4）輸出噪聲低。 （5）陰極工作電壓 UKA的允許范圍是 2.5036V，極限值為 37V。陰極工作電流IKA=1100mA，極限值是150mA。其額定功率值與器件的封裝形式和環(huán)境溫度有關(guān)。以采用雙列直插式塑料封裝的TL431CP為例，當(dāng)環(huán)境溫度TA=25時(shí)，其額定功率為1000mW；TA 25時(shí)則按 8

29、.0mW的規(guī)律遞減。,2TL431的工作原理,TL431大多采用DIP-8或TO-92封裝形式，引腳排列分別如圖（a）、（b）所示。圖中，A（ANODE）為陽(yáng)極，使用時(shí)需接地。K（CATHODE）為陰極，需經(jīng)限流電阻后接正電源。UREF是輸出基準(zhǔn)電壓值的設(shè)定端，外接電阻分壓器。NC為空腳。TL431的等效電路如圖 (c)所示，主要包括四部分：誤差放大器A，其同相輸人端接取樣電壓UREF，反相輸入端則接內(nèi)部2.50V基準(zhǔn)電壓Uref，并且設(shè)計(jì)的UREF=Uref；內(nèi)部2.50V（準(zhǔn)確值為 2495V）基準(zhǔn)電壓源Uref；NPN型晶體管 VT，在電路中起調(diào)節(jié)負(fù)載電流的作用；保護(hù)M極管VD，能防止因

30、K-A間電源極性接反而損壞芯片。,TL431的電路符號(hào)和基本接線(xiàn)如圖所示。它相當(dāng)于一只可調(diào)齊納穩(wěn)壓管，輸出電壓由外部精密電阻R1和R2來(lái)設(shè)定，有公式,R3是IKA的限流電阻。選取R3阻值的原則是，當(dāng)輸人電壓Ui為最小值時(shí)必須保證100mAIKAlmA，以便使TL431能正常工作。,TL431的穩(wěn)壓原理,當(dāng)由于某種原因致使Uo升高時(shí)，取樣電壓UREF也隨之升高，使UREFUref ，比較器輸出高電平，令TT導(dǎo)通，Uo。反之，UoUREFUREFUref比較器再次翻轉(zhuǎn)，輸出變成低電平VT截止Uo。這樣循環(huán)下去，從動(dòng)態(tài)平衡的角度來(lái)看，就迫使Uo趨于穩(wěn)定，達(dá)到了穩(wěn)壓目的，并且UREF=Uref。,3T

31、L431的應(yīng)用技巧,TL431在單片開(kāi)關(guān)電源中的具體應(yīng)用詳見(jiàn)有關(guān)參考資料。這里介紹幾種特殊應(yīng)用。,1）三端固定式穩(wěn)壓器實(shí)現(xiàn)可調(diào)輸出的電路,將7800系列三端固定式集成穩(wěn)壓器配上TL431，即可實(shí)現(xiàn)可調(diào)電壓輸出，電路如圖所示?，F(xiàn)將TL431接在7805型三端穩(wěn)壓器的公共端（GND）與地之間，通過(guò)調(diào)節(jié)R1來(lái)改變輸出電壓值，此時(shí)仍用式計(jì)算Uo值。需要說(shuō)明兩點(diǎn)：第一，因7805的靜態(tài)工作電流Id為幾毫安至幾十毫安，并且從GND端流出來(lái)，恰好可為T(mén)L431提供合適的陰極電流IKA，故Ui與TL431的陰極之間無(wú)須接限流電阻；第二，TL431能提升7805的GND端電位，使UGND=UKA，因此該穩(wěn)壓器的

32、最低輸出電壓 Uomin= UREF + 5V=7.5V。最高輸入電壓 Uimax=37.5V，7805的最高輸入電壓為 35V，其余 2SV壓降由 TL431承受。,2）5V、1.5A精密穩(wěn)壓器,TL431也可配 LM317型三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器，構(gòu)成如圖 所示的 5V、1.5A固定輸出式精密穩(wěn)壓器。TL431接于LM317的調(diào)整端（ADJ）與地之間。R1和R2均采用誤差為 0.1的精密金屬膜電阻。鑒于LM317本身的靜態(tài)工作電流 Id=IADJ=50A1mA，無(wú)法給TL431提供正常的陰極電流值，因此在電路中需增加R3。Uo經(jīng)過(guò)R3向TL431供給的陰極電流 IKA應(yīng)大于 1mA，才能保證

33、芯片正常工作。當(dāng)R3= 240時(shí)，IKA5mA 1mA。,3）大電流并聯(lián)穩(wěn)壓器,若將TL431配以PNP型功率管，還可構(gòu)成大電流并聯(lián)式穩(wěn)壓器，電路如圖所示。調(diào)整R1就能改變 Uo值。,4）簡(jiǎn)易5V精密穩(wěn)壓器,由TL431和NPN型功率管構(gòu)成的5V串聯(lián)式精密穩(wěn)壓器電路，如圖所示。,5）電壓監(jiān)視器,由兩片TL431（IC1、IC2）構(gòu)成的電壓監(jiān)視器電路如圖所示?，F(xiàn)利用發(fā)光二極管（LED）作為電源電壓正常狀態(tài)的指示燈。電壓上限（UH）和電壓下限（UL）分別由下式確定,R3為 LED的限流電阻。R4的阻值應(yīng)使IC2的陰極電流大于 1mA。IC1和IC2可等效于兩只并聯(lián)式開(kāi)關(guān)。僅當(dāng)電源電壓正常，即 UH

34、Ui UL時(shí)，LED發(fā)光，表示被監(jiān)視電壓 Ui符合規(guī)定。一旦 Ui UH，出現(xiàn)過(guò)壓時(shí)，IC1就導(dǎo)通，UK1，使得IC2截止，UK2，LED就因負(fù)極接高電位而停止發(fā)光。倘若Ui UL，發(fā)生欠壓故障，IC1和IC2就同時(shí)截止，仍使 LED熄滅。,6）TL431的其他應(yīng)用,由TL431構(gòu)成的延時(shí)指示器電路如圖8.1.25所示。該電路的延遲時(shí)間由下式確定 R1為定時(shí)電阻，C是定時(shí)電容。當(dāng)開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)時(shí)，電源E就經(jīng)過(guò)R1對(duì)C進(jìn)行充電，但此時(shí)UC 2.50V，故UK呈高電位，使 LED熄滅。隨著UC不斷升高，一旦達(dá)到 2.50V，UK就變成低電位，令LED發(fā)光。因此，LED的熄滅時(shí)間就代表電路的延遲時(shí)間t

35、。例如，當(dāng)E=12V、R1=1M、C=0.lF時(shí)，代入式（8.1.20）計(jì)算出t=23ms。若將S閉合，電容C就迅速放電，并為下次延時(shí)做好準(zhǔn)備。,TL431構(gòu)成的精密恒流源,RL是負(fù)載。恒定電流由下式確定,5.1.3 直流恒流源,恒流源也稱(chēng)電流源或穩(wěn)流源。能夠向負(fù)載提供恒定電流的電源稱(chēng)作恒定電流源。理想的恒流源，其輸出電流值是絕對(duì)不變的。但實(shí)際的恒流源只能在一定的范圍內(nèi)（包括溫度范圍、輸入電壓范圍、負(fù)載變化范圍）保持輸出電流的穩(wěn)定性。 恒流源與穩(wěn)壓源是穩(wěn)定電源中的兩大分支。與穩(wěn)壓源一樣，恒流源的應(yīng)用十分廣泛。 目前，恒流源已被廣泛用于傳感技術(shù)、電子測(cè)量?jī)x器、現(xiàn)代通信、激光、超導(dǎo)等高新科技領(lǐng)域，

36、發(fā)展前景良好。,一、恒流源的產(chǎn)品分類(lèi),恒流源分通用型和專(zhuān)用型兩大類(lèi)。 通用型恒流源是由通用型半導(dǎo)體器件或通用集成電路構(gòu)成的恒流源，其電路設(shè)計(jì)靈活多樣，但恒流源效果不太理想，有的外圍電路比較復(fù)雜。 專(zhuān)用型恒流源則是由特種電真空器件、半導(dǎo)體器件或?qū)Ｓ眉呻娐窐?gòu)成的，它們具有恒流效果好，性能指標(biāo)高，外圍電路簡(jiǎn)單，便于制作、調(diào)試和維修、成本較低廉等優(yōu)點(diǎn)，是電子技術(shù)人員的優(yōu)選產(chǎn)品。 專(zhuān)用恒流源發(fā)展迅速，早期采用電真空器件穩(wěn)流管，后來(lái)采用半導(dǎo)體恒流二極管（CRD）、恒流三極管（CRT），現(xiàn)已進(jìn)入集成恒流源全面發(fā)展的新時(shí)期。集成恒流源集單片集成化、最佳性能指標(biāo)、最簡(jiǎn)外圍電路等優(yōu)點(diǎn)于一身，它代表恒流源的發(fā)展方

37、向。集成恒流源主要包括以下四種類(lèi)型：三端可調(diào)恒流源、四端可調(diào)恒流源、高壓集成恒流源、恒流源型集成溫度傳感器。,說(shuō)明,第一，表中的穩(wěn)流管也稱(chēng)鎮(zhèn)流管，屬于電真空器件； 第二，恒流二極管的恒定電流是固定不變的；恒流三極管可在較小范圍（0.087mA）連續(xù)調(diào)節(jié)恒定電流；三端可調(diào)恒流源能在較大范圍（5500mA）內(nèi)精確調(diào)節(jié)恒定電流。四端可調(diào)恒流源的顯著特點(diǎn)是，它不僅能在極寬范圍（3A2.5A）內(nèi)對(duì)恒定電流進(jìn)行精細(xì)調(diào)節(jié)，而且能調(diào)節(jié)本身的電流溫度系數(shù)，使aT為正、為負(fù)或等于零，這就極大地方便了用戶(hù)。 第三，高壓集成恒流源的最高工作電壓可達(dá)100150V。第四，AD590、HTS1、LM135235335均屬

38、于集成溫度傳感器，但原理上它們等效于一個(gè)高內(nèi)阻且輸出電流與溫度成正比的恒流源，此外，某些基準(zhǔn)電壓源（如 LM134234334）也可作為集成溫度傳感器使用，構(gòu)成測(cè)溫儀表。,表5.1.6 國(guó)內(nèi)外恒流管與集成恒流源典型產(chǎn)品的分類(lèi),表5.1.6 續(xù) 國(guó)內(nèi)外恒流管與集成恒流源典型產(chǎn)品的分類(lèi),括號(hào)內(nèi)數(shù)字表示該系列產(chǎn)品共有多少種型號(hào)。 J8-IB4為大8腳電子管座；EC-1為金屬殼封裝；S-1為塑料封裝；DO-7采用玻殼封裝。,二、可調(diào)式精密集成恒流源的應(yīng)用,可調(diào)式精密集成恒流源是目前性能最優(yōu)良的集成化恒流源，特別適合于制作精密型恒流源?？蓮V泛用于傳感器的恒流供電電路、放大器、光一電轉(zhuǎn)換器、恒流充電器、基

39、準(zhǔn)電壓源中。 這類(lèi)恒流源按照引出端的數(shù)目，可分為三端、四端兩種器件。典型產(chǎn)品有4DH14DH5（四端）、LM134234334（三端）、3CR3H（三端）、HVC2（四端）。根據(jù)器件能承受電壓的高低，又可分成普通型、高壓型兩種。3CR3H和HVCZ均屬于高壓可調(diào)式集成恒流源。以4DH系列可調(diào)式精密集成恒流源為例說(shuō)明它的應(yīng)用情況。,1性能特點(diǎn),國(guó)產(chǎn)4DH系列可調(diào)式精密恒流源屬于四端雙極型集成電路。與恒流三極管相比，它具有以下特點(diǎn)： （1）恒定電流（IH）的調(diào)節(jié)范圍非常寬。通過(guò)兩只外接電阻能夠大范圍地調(diào)節(jié)IH值，其最小值IHmin=35A，最大值IHmax分別為10mA、40mA、100mA，個(gè)別

40、管子甚至可達(dá)2.5A。 （2）在調(diào)節(jié)IH的同時(shí)，還能調(diào)節(jié)電流溫度系數(shù)aT值，使之為正、為負(fù)或接近于零。調(diào)節(jié)范圍是02oC。 （3）盡管它屬于四端器件，但外接兩只電阻后就變換成兩端器件，因此使用簡(jiǎn)便。 （4）功耗低，輸出電流大，電源利用率高。,4DH系列,共包括五種型號(hào)：4DH1，4DH2，4DH3，4DH4，4DH5。它們采用B2或F2封裝 （a）電路符號(hào) （b）4DH1和4DH5 （c）4DH2和4DH3 圖5.1.27 4DH系列可調(diào)式集成恒流源電路符號(hào)與接線(xiàn) RSET1和RSET2為外接設(shè)定電阻，改變兩者的電阻比即可調(diào)節(jié)電流溫度系數(shù)。需要指出，對(duì)于不同型號(hào)的產(chǎn)品，其內(nèi)部電路不同，引腳排列

41、順序及接線(xiàn)方式也不盡相同。,表5.1.7 4DH系列產(chǎn)品的主要參數(shù),4DH2的動(dòng)態(tài)阻抗為0.510M，4DH3的動(dòng)態(tài)阻抗是50200k。 4DH系列的恒定電流由下式確定 式中的k1、k2 為具有量綱的常數(shù)。若kl、k2 的單位取mV，電阻的單位為，則IH用mA來(lái)表示。對(duì)于4DH1而言，公式為 此時(shí)，電流溫度系數(shù)aT0。 對(duì)于4DH5，公式變成 當(dāng)RSET1RSET2=1.26時(shí)，4DH5的電流溫度系數(shù)aT0。,2應(yīng)用電路,1）紅外發(fā)射管的恒流供電 紅外光測(cè)量?jī)x中的紅外發(fā)射管，需采用恒流供電工作方式。TLN104型紅外發(fā)射管的正向電流IF=50mA，正向電壓UF=1.5V，輸出光功率 P 1.5

42、mW，峰值發(fā)光波長(zhǎng)=940nrn。其恒流供電電路如圖所示。這里由4DH5提供50mA的恒定電流。 令RSET2=1.26RSETl，IH=50mA，代入IH算式中并解出，RSET1= 20.32，故RSET2= 1.26 20.32=25.6。實(shí)取標(biāo)稱(chēng)值RSET1= 20，故RSET2= 25。再代入IH式中進(jìn)行核算，IH=51mA50mA。又因RSET1RSET2= 2520=1.251.26，即 aT0。因此上述電路符合設(shè)計(jì)要求。,2）數(shù)字溫度計(jì),3 12位數(shù)字溫度計(jì)的電路如圖所示。,2）數(shù)字溫度計(jì),利用IN4148型硅開(kāi)關(guān)二極管作PN結(jié)溫度傳感器，IN4148具有負(fù)的電壓溫度系數(shù)，aT-

43、2.lmV。由 4DH2型集成恒流源向溫度傳感器提供恒定電流。測(cè)溫電橋由4DH2、IN4148、R3、RP1、R4構(gòu)成。當(dāng)溫度變化時(shí)，測(cè)溫電橋的輸出電壓隨之而變，并送至3 12位AD轉(zhuǎn)換器ICL7106的模擬輸入端，被轉(zhuǎn)換成數(shù)字量之后驅(qū)動(dòng)液晶顯示器（LCD）顯示出被測(cè)溫度值。儀表測(cè)量速率約為3次S。RP1、RP2分別為校準(zhǔn) 0、100的電位器。儀表的測(cè)溫范圍是- 50150。,三、用三端集成穩(wěn)壓器構(gòu)成的恒流源,由三端集成穩(wěn)壓器構(gòu)成的恒流源可向負(fù)載RL提供某一恒定的電流IH，當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，7800通過(guò)改變調(diào)整管的壓降來(lái)維持IH不變。具體電路如圖8.1.30所示。此時(shí)三端穩(wěn)壓器呈懸浮狀態(tài)，GN

44、D端經(jīng)外部負(fù)載RL接地。Uo與GND之間接上固定電阻R，負(fù)載則接在GND與地之間。,恒流原理,因?yàn)榉€(wěn)壓器的標(biāo)稱(chēng)輸出電壓Uo的偏差很?。ú怀^(guò)標(biāo)稱(chēng)值的5），所以通過(guò)R的電流（也即流過(guò)負(fù)載RL）的電流IH的準(zhǔn)確度與穩(wěn)定度較高。IH的計(jì)算公式為IH=Uo/R。如果負(fù)載發(fā)生變化，引起 IH改變,R上的壓降UR=IHR就隨之而變。但穩(wěn)壓器具有穩(wěn)壓作用，它通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)內(nèi)部調(diào)整管壓降的大小，來(lái)保證 Uo（即 UK）值不變，從而使 IH不受負(fù)載變化的影響。,恒流原理,考慮到穩(wěn)壓器的靜態(tài)工作電流Id也流過(guò)RL，因此恒定電流的表達(dá)式應(yīng)為 但 Id一般僅幾毫安，只要R的阻值取得盡量小，使 IHId，上式就可簡(jiǎn)化成

45、為提高電源效率，設(shè)計(jì)恒流源電路時(shí)宜選用輸出電壓低的三端穩(wěn)壓器，如選7805，則IH=5/R。,5.1.4 開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源,分立元件組成的串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路及集成穩(wěn)壓器均屬于線(xiàn)性穩(wěn)壓電路，這是由于其中的調(diào)整管總是工作在線(xiàn)性放大區(qū)。線(xiàn)性穩(wěn)壓電路的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整方便，輸出電壓脈動(dòng)較小。但是這種穩(wěn)壓電路的主要缺點(diǎn)是效率低，一般只有2040。由于調(diào)整管消耗的功率較大，有時(shí)需要在調(diào)整管上安裝散熱器，致使電源的體積和重量增大，比較笨重。而開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路則克服了上述缺點(diǎn)，因而它的應(yīng)用日益廣泛。,一、開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路的特點(diǎn)和分類(lèi),（1）效率高。開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路中的調(diào)整管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，可以通過(guò)改變調(diào)整管導(dǎo)通與截

46、止時(shí)間的比例來(lái)改變輸出電壓的大小。當(dāng)調(diào)整管飽和導(dǎo)電時(shí)，雖然流過(guò)較大的電流，但飽和管壓降很?。划?dāng)調(diào)整管截止時(shí)，管子將承受較高的電壓，但流過(guò)調(diào)整管的電流基本等于零。可見(jiàn)，工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)調(diào)整管的功耗很小，因此，開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路的效率較高，一般可達(dá)6590。 （2）體積小、重量輕。因調(diào)整管的功耗小，故散熱器也可隨之減小。而且，許多開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路還可省去 50Hz工頻變壓器，而開(kāi)關(guān)頻率通常為幾萬(wàn)赫茲，故濾波電感、電容的容量均可大大減小，所以，開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路與同樣功率的線(xiàn)性穩(wěn)壓電路相比，體積和重量都將小得多。 （3）對(duì)電網(wǎng)電壓的要求不高。由于開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路的輸出電壓與調(diào)整管導(dǎo)通與截止時(shí)間的比例有關(guān)，而輸入直

47、流電壓的幅度變化對(duì)其影響很小，因此，允入電網(wǎng)電壓有較大的波動(dòng)。一般線(xiàn)性穩(wěn)壓電路允許電網(wǎng)電壓波動(dòng)上10，而開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路在電網(wǎng)電壓為140260V，電網(wǎng)頻率變化4時(shí)仍可正常工作。 （4）調(diào)整管的控制電路比較復(fù)雜。為使調(diào)整管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，需要增加控制電路，調(diào)整管輸出的脈沖波形還需經(jīng)過(guò)LC濾波后再送到輸出端，因此相對(duì)于線(xiàn)性穩(wěn)壓電路，其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，調(diào)試比較麻煩。 （5）輸出電壓中紋波和噪聲成分較大。因調(diào)整管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，將產(chǎn)生尖峰干擾和諧波信號(hào)，雖經(jīng)整流濾波，輸出電壓中的紋波和噪聲成分仍較線(xiàn)性穩(wěn)壓電路為大。,開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路的分類(lèi),開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路的類(lèi)型很多，而且可以按不同的方法來(lái)分類(lèi)。 例如，按控

48、制的方式分類(lèi)，有脈沖寬度調(diào)制型（PWM）即開(kāi)關(guān)工作頻率保持不變，控制導(dǎo)通脈沖的寬度；脈沖頻率調(diào)制型（PFM），即開(kāi)關(guān)導(dǎo)通的時(shí)間不變，控制開(kāi)關(guān)的工作頻率；以及混合調(diào)制型，為以上兩種控制方式的結(jié)合，即脈沖寬度和開(kāi)關(guān)工作頻率都將變化。以上三種方式中，脈沖寬度調(diào)制型用得較多。 按是否使用工頻變壓器來(lái)分類(lèi)，有低壓開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路，即50HZ電網(wǎng)電壓先經(jīng)工頻變壓器轉(zhuǎn)換成較低電壓后再進(jìn)人開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路，因這種電路需用笨重的工頻變壓器，且效率較低，目前已很少采用；高壓開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路，即無(wú)工頻變壓器的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路。由于高壓大功率三極管的出現(xiàn)，有可能將220V交流電網(wǎng)電壓直接進(jìn)行整流濾波，然后再進(jìn)行穩(wěn)壓，使開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路

49、的體積和重量大大減小，而效率更高。目前，實(shí)際工作中大量使用的，主要是無(wú)工頻變壓器的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路。 又如，按激勵(lì)的方式分類(lèi)，有自激式和他激式；按所用開(kāi)關(guān)調(diào)整管的種類(lèi)分，有雙極型三極管、MOS場(chǎng)效應(yīng)管和晶閘管開(kāi)關(guān)電路等。此外還有其他許多分類(lèi)方式，在此不一列舉。,二、開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路的組成和工作原理,串聯(lián)式開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路的組成如圖所示。包括開(kāi)關(guān)調(diào)整管、濾波電路、脈沖調(diào)制電路、比較放大器、基準(zhǔn)電壓和采樣電路等各個(gè)組成部分。,開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路的工作原理,如果由于輸入直流電壓或負(fù)載電流波動(dòng)而引起輸出電壓發(fā)生變化時(shí)，采樣電路將輸出電壓變化量的一部分送到比較放大電路，與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較并將兩者的差值放大后送至脈沖

50、調(diào)制電路，使脈沖波形的占空比發(fā)生變化。此脈沖信號(hào)作為開(kāi)關(guān)調(diào)整管的輸人信號(hào)，使調(diào)管導(dǎo)通和截止時(shí)間的比例也隨之發(fā)生變化，從而使濾波以后輸出電壓的平均值基本保持不變。,最簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路的原理示意圖,電路的控制方式采用脈沖寬度調(diào)制式。 三極管VT為工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)的調(diào)整管。由電感L和電容C組成濾波電路，二極管VD稱(chēng)為續(xù)流二極管。脈沖寬度調(diào)制電路由一個(gè)比較器和一個(gè)產(chǎn)生三角波的振蕩器組成。運(yùn)算放大器A作為比較放大電路，基準(zhǔn)電源產(chǎn)生一個(gè)基準(zhǔn)電壓Ue，電阻R1、R2組成采樣電阻。,工作原理,5.2 NC2彩電機(jī)芯電源,電源系統(tǒng)概述 NC-2機(jī)芯彩電電源為一冷熱隔離的調(diào)頻調(diào)寬開(kāi)關(guān)電源，電源構(gòu)思巧妙、結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)

51、，交流電壓適應(yīng)范圍寬，在A(yíng)C110V270V范圍內(nèi)均能正常工作，且保護(hù)功能齊全，一旦某一部件、元器件出故障，立即保護(hù)停機(jī)，不擴(kuò)大故障范圍。 該電源主要由振蕩電路、穩(wěn)壓電路、加電延遲電路、過(guò)流保護(hù)電路、恒流驅(qū)動(dòng)電路、超低壓保護(hù)電路、待機(jī)控制電路等組成。,電源框圖如圖所示,115V電壓，供掃描、調(diào)諧用； 24V電壓、供伴音功放，重低音功放，經(jīng)5V穩(wěn)壓器得5V電壓供CPU； 8V電壓，為畫(huà)中畫(huà)處理電路供電。,一、振蕩電路,振蕩電路如圖所示，它由R828、R826、C820、C819、C824、C823、VQ83、T803、繞組構(gòu)成，R828為啟動(dòng)電阻，C819、C820、R826、T803繞組構(gòu)成振

52、蕩電路的正饋支路，VQ83為開(kāi)關(guān)管、T803繞組為儲(chǔ)能電感。 該電源具有兩種工作狀態(tài)。 （1）NORMAL 正常開(kāi)機(jī)狀態(tài)，輸出電壓分別為+115V；+24V。 （2）STAND BY 遙控待機(jī)狀態(tài)，輸出電壓則分別變?yōu)?65V、+9V。,工作原理,電源開(kāi)關(guān)S801接通時(shí)，啟動(dòng)電流通過(guò)電阻R828注入VQ83基極、VQ83導(dǎo)通，形成集電極電流，VQ83一旦導(dǎo)通，T8O3繞組有變化電流流過(guò)，在繞組兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，通過(guò)T803耦合，在T803繞組產(chǎn)生正負(fù)的感應(yīng)電壓，該感應(yīng)電壓通過(guò)R826、C819、C820加到VQ83基極，VQ83基極電位上升，基極電流Ib隨之增加，通過(guò)T803作用，又使VQ83

53、基極電位進(jìn)一步上升，結(jié)果產(chǎn)生強(qiáng)烈的正反饋，使VQ83很快進(jìn)入飽和狀態(tài)。VQ83從截止到飽和時(shí)間極短，電容C819、C820上的電壓來(lái)不及變化。,工作原理,VQ83飽和后，C819、C820開(kāi)始充電，充電的方向?yàn)?T803R826C819C820VQ 83發(fā)射結(jié)T803，隨著充電的不斷進(jìn)行，C819、C820兩端電壓將按指數(shù)規(guī)律上升，VQ83基極電壓將按指數(shù)規(guī)律下降。與此同時(shí)，T803繞組中磁化電流Im在增加，而VQ83基極電流Ib在減少，在某一時(shí)刻，VQ83的基極電流IB達(dá)到臨介飽和，VQ83退出飽和區(qū)進(jìn)入放大區(qū)，VQ83的集電極電流將向減小的方向變化，并在T803中產(chǎn)生與上面極性相反的感應(yīng)電

54、動(dòng)勢(shì)，通過(guò)T803耦合，在T803繞組產(chǎn)生負(fù)正的感應(yīng)電壓。此感應(yīng)電壓進(jìn)一步使VQ83基極電位下降，基極電流繼續(xù)減少，又形成正反饋使 VQ83很快截止，VQ83截止后，儲(chǔ)存在T803繞組中的能亮通過(guò)T803次級(jí)1314、1518繞組向負(fù)載泄放。然后由 VD830 和C829、VD832和C831組成的整流濾波電路整流濾波，分別產(chǎn)生+24V、+115V電壓，作為整機(jī)電路的工作電壓。,工作原理,VQ83 截止后，T803 儲(chǔ)能電感向負(fù)載泄放能量的同對(duì)，C819、C820通過(guò)電阻 R828放電，VQ83基極負(fù)電壓也在逐漸減少，但由于 R828很大，因此 C819、C820放電很漫VQ83在儲(chǔ)能電感向負(fù)

55、載泄放能量期間保持截止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)儲(chǔ)存在T803繞組中的能量泄放完后，儲(chǔ)能繞組電感與C824及電感中的分布電容產(chǎn)生諧振，在T803中產(chǎn)生上升的脈沖電壓，在振蕩脈沖電壓超過(guò) VQ83的基極導(dǎo)通電壓時(shí)，VQ83再次導(dǎo)通，又開(kāi)始一個(gè)新的正反饋過(guò)程，至此，開(kāi)關(guān)電源的一個(gè)振蕩周期結(jié)束。就這樣周而復(fù)始的產(chǎn)生周期性的脈沖電壓。,二、穩(wěn)壓電路,穩(wěn)壓電路如圖所示，它由VQ827、VD84 8、R851、VD825等組成，VQ827為集成化取樣放大電路，它由分壓電阻R1、R2、穩(wěn)壓管D和取樣放大管組成。,工作原理,正常工作時(shí)，中央處理器NQA01初始化數(shù)據(jù)被讀出。NQA01腳電位由高電位（5V）變成低電位（0V），V

56、QA50導(dǎo)通VQ836、VQ842導(dǎo)通。VQ836導(dǎo)通后，集電極電位由高電位變成低電位，VQ829截止VQ839截止，恒流驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)入正常工作狀態(tài)。VQ842導(dǎo)通后，VQ833在基極電位下降。VQ833飽和導(dǎo)通，+24V電壓經(jīng)VD821、R854、R855、VQ833、VD834加到VQ834基極，VQ834飽和導(dǎo)通，其飽和壓降Vce=0.3V，因此，差分放大器VQ832飽和，VQ831、VQ828截止，待機(jī)控制電路不工作，而穩(wěn)壓電路進(jìn)入正常工作狀態(tài)。,工作原理,當(dāng)+B電壓（115V）升高時(shí)，VQ827腳電壓上升、經(jīng)R1、R2 分壓，VQ827腳集電極電流上升，即流過(guò)NQ826LED電流增加，

57、NQ826腳電流增加，VQ824基極電流增加，集電極電位下降，VQ822集電極電流增加，于是，VQ83基極電流被分路VQ83導(dǎo)通時(shí)間縮短，+B電壓下降，達(dá)到穩(wěn)壓的目的。,三、待機(jī)控制電路,待機(jī)控制電路如圖4-47所示，它由VQ842、VQ836、VQ831、VQ832、VQ834、NQ829、VQ839、VQ843、VQ844、VQ833組成。,工作原理,電視機(jī)處于待機(jī)工作時(shí)，行掃描電路不工作，開(kāi)關(guān)電源在待機(jī)制電路控制下，工作于低頻間歇振蕩狀態(tài)，整機(jī)電路功耗低，在5W以下。 VQ842、VQ833、VQ844構(gòu)成的電路為輕負(fù)載控制電路，其作用是待機(jī)工作時(shí)，關(guān)閉行振蕩電路和行推動(dòng)電路，使其停止工

58、作。 VQ839、NQ829構(gòu)成的電路是控制恒流驅(qū)動(dòng)電路，其作用是待機(jī)工作時(shí)，使恒流驅(qū)動(dòng)電路停止工作，保證開(kāi)關(guān)管 VQ83基極注入電流不再是恒定值。 VQ831、VQ834、VQ832構(gòu)成待機(jī)工作開(kāi)關(guān)電源振蕩電路的控制電路，VQ831、VQ832構(gòu)成差分放大器，VQ831加有固定偏置電壓，當(dāng)電源+24V輸出端電壓924V范圍內(nèi)變化時(shí)，VQ831基極電位能夠保持不變。,工作原理,總電源開(kāi)關(guān)S801接通后，開(kāi)關(guān)電源即開(kāi)始工作，電視機(jī)進(jìn)入待機(jī)工作狀態(tài)。開(kāi)關(guān)電源 +24V輸出端的電壓經(jīng)穩(wěn)壓組件NQ85穩(wěn)壓后，在腳輸出十5V電壓，作為中央處理器NQA01和待機(jī)控制電路的工作電壓。 待機(jī)工作時(shí)，CPU腳輸

59、出高電位（5V），使VQA50截止VQ836、VQ842截止。VQ842截止VQ833截止VQ843、VQ844飽和，這時(shí)，行掃描電路的振蕩電路因無(wú)工作電壓停止工作。同時(shí)，VQ844飽和導(dǎo)通后，TA7698AP的32腳相當(dāng)于接地，行推動(dòng)電路不工作，進(jìn)一步保證了行掃描電路在待機(jī)工作時(shí)停止工作。,工作原理,VQ836截止時(shí)，NQ829腳電位高于腳電位，NQ829導(dǎo)通，有電流從NQ829腳流出，即流過(guò) R814、R815的電流增加，R815上的壓降增加，VQ839基極電位下降，VQ839導(dǎo)通，流入恒流驅(qū)動(dòng)電路VQ820的電流被 VQ839旁路，恒流驅(qū)動(dòng)電路不再供給VQ83恒定電流。這時(shí)，開(kāi)關(guān)電源振蕩電路將完全受VQ832、VQ831控制而處于低頻間歇振蕩狀態(tài)。 VQ831、VQ832構(gòu)成差動(dòng)放大器。雖然VQ831的基極電位為恒定不變的電壓，但VQ831、VQ832是隨著開(kāi)關(guān)電源輸出端電壓的升降而輪流導(dǎo)通的。,工作原理,當(dāng)開(kāi)關(guān)電源輸出電壓上升時(shí)，VQ832的基極電位上升，當(dāng) VQ832的基極電位上升到高于VQ831的基極電位時(shí)，VQ832截止VQ831飽和VQ828導(dǎo)通增強(qiáng)NQ826導(dǎo)通能力增強(qiáng)VQ824導(dǎo)通能力增加VQ822導(dǎo)通能力增加，于是對(duì) VQ83的基極分流增大，VQ83提前截止，使開(kāi)關(guān)電源輸