PPT《模拟电子技术基础》

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 16.2.1 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 (1) 当输入电压变化时如何稳压 根据电路图可知 输入电压VI的增加,必然引起VO的增加,即VZ增加,从而使IZ增加,IR增加,使VR增加,从而使输出电压VO减小.这一稳压过程可概括如下: 这里VO减小应理解为由于输入电压VI的增加,在稳压二极管的调节下,使VO的增加没有那么大而已.VO还是要增加一点的,这是一个有差调节系统. VI↑→VO↑→VZ↑→IZ↑→IR↑→VR↑→VO↓ 图16.02 硅稳压二极管稳压电路 (2) 当负载电流变化时如何稳压 负载电流IL的增加,必然引起IR的增加,即VR增加,从而使VZ=VO减小,IZ减小.IZ的减小必然使IR减小,VR减小,从而使输出电压VO增加.这一稳压过程可概括如下: IL↑→IR↑→VR↑→VZ↓(VO↓)→IZ↓→IR↓→VR↓→VO↑ 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IZ的变化就可引起足够大的VR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VI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. 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IZ不应小于IZmin,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IZ不应超过IZmax,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! 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 2.5±1%1.2 10~100 LM136/236/336 2.5

10 30 5.0

10 30 TL431 2.5~36 0.4~100

50 LM3999 ±6.95±5%10

5 AD2710K/L 10.000±1mV

10 2/1 MAX676 4.096±0.01%5

1 677 5.000±0.01%5

1 678 10.000±0.01%5

1 . 典型的基准源 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 16.3.1 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,VO =VI-VR,当VI增加时,R 受控制而增加,使VR增加,从而在一定程度上抵消了VI增加对输出电压的影响.若负载电流IL增加,R受控制而减小,使VR减小,从而在一定程度上抵消了因IL增加,使VI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 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VCE,VCE相当于VR .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 (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VI的增加,必然会使输出电压VO有所增加,输出电压经过取样电路取出一部分信号Vf与基准源电压VREF比较,获得误差信号ΔV.误差信号经放大后,用VO1去控制调整管的管压降VCE增加,从而抵消输入电压增加的影响. VI↑→VO↑→Vf↑→VO1↓→VCE↑→VO↓ (动画16-2) 2.负载电流变化,输入电压保持不变 负载电流IL的增加,必然会使输入电压VI有所减小,输出电压VO必然有所下降,经过取样电路取出一部分信号Vf与基准源电压VREF比较,获得的误差信号使VO1增加,从而使调整管的管压降VCE下降,从而抵消因IL增加,使输入电压减小的影响. IL↑→VI↓→VO↓→Vf↓→VO1↑→VCE↓→VO↑ 3.输出电压调节范围的计算 根据图16.04可知 Vf≈VREF 调节R2显然可以改变输出电压. (动画16-1) 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. 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 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 2. 外形及引脚功能 W7800系列稳压器外形 1― 输入端