模拟电子技术基础安徽理工大学课件.ppt
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1、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安徽理工大学电气工程系主讲主讲 :黄友锐:黄友锐第十九讲第十九讲16.2 16.2 硅稳压二极管稳压电路硅稳压二极管稳压电路16.2.1 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原理16.2.2 16.2.2 稳压电阻的计算稳压电阻的计算16.2.3 16.2.3 基准源基准源16.2.1 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原理硅稳压二极管稳压电路的电路图如硅稳压二极管稳压电路的电路图如图图16.0216.02所示。所示。它是利用稳压它是利用稳压二极管的反向击穿二极管的反向击穿特性稳压的,由
2、于特性稳压的,由于反向特性陡直,较反向特性陡直,较大的电流变化,只大的电流变化,只会引起较小的电压会引起较小的电压变化。变化。图图16.02 16.02 硅稳压二极管稳压电路硅稳压二极管稳压电路(1)(1)当输入电压变化时如何稳压当输入电压变化时如何稳压根据电路图可知根据电路图可知ZLR+=IIIRIVVVVVRIRIZO=输入电压输入电压VI的增加,必然引起的增加,必然引起VO的增加,即的增加,即VZ增增加,从而使加,从而使IZ增加,增加,IR增加,使增加,使VR增加,从而使输出增加,从而使输出电压电压VO减小。这一稳压过程可概括如下:减小。这一稳压过程可概括如下:这里这里VO减小应理解为由
3、于输入电压减小应理解为由于输入电压VI的增加,在的增加,在稳压二极管的调节下,使稳压二极管的调节下,使VO的增加没有那么大而已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。还是要增加一点的,这是一个有差调节系统。VIVOVZIZIRVRVO图图16.02 16.02 硅稳压二极管稳压电路硅稳压二极管稳压电路(2)(2)当负载电流变化时如何稳压当负载电流变化时如何稳压 负载电流负载电流IL的增加,必然引起的增加,必然引起IR的增加,即的增加,即VR增增加,从而使加,从而使VZ=VO减小减小,IZ减小。减小。IZ的减小必然使的减小必然使IR减减小,小,VR减小,从而使输出电压减
4、小,从而使输出电压VO增加。这一稳压过程增加。这一稳压过程可概括如下:可概括如下:ILIRVRVZ(VO)IZIRVRVO16.2.216.2.2稳压电阻的计算稳压电阻的计算稳压二极管的动态电阻越小,稳压电阻稳压二极管的动态电阻越小,稳压电阻R越大越大,稳压性能越好。,稳压性能越好。稳压电阻稳压电阻 R 的作用的作用将稳压二极管电流的变化转换为电压的变化,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,同时从而起到调节作用,同时R也是限流电阻。也是限流电阻。显然显然R 的数值越大,较小的数值越大,较小IZ的变化就可引起足够大的变化就可引起足够大的的VR变化,就可达到足够的稳压效果。变
5、化,就可达到足够的稳压效果。但但R 的数值越大,就需要较大的输入电压的数值越大,就需要较大的输入电压VI值,损值,损耗就要加大。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,与稳压电阻动态电阻有关,与稳压电阻R 的阻值的阻值大小大小有关。有关。稳压电阻的计算如下稳压电阻的计算如下 当当输入电压最小,负载电流最大输入电压最小,负载电流最大时,流过稳时,流过稳压二极管的电流最小。此时压二极管的电流最小。此时I IZ Z不应小于不应小于I IZminZmin,由,由此可计算出此可计算出稳压电阻的最大值稳压电阻的最大值,实
6、际选用的稳压,实际选用的稳压电阻应小于最大值。即电阻应小于最大值。即LmaxZminZIminmax=IIVVR 当当输入电压最大,负载电流最小输入电压最大,负载电流最小时,流过稳时,流过稳压二极管的电流最大。此时压二极管的电流最大。此时I IZ Z不应超过不应超过I IZmaxZmax,由此,由此可计算出可计算出稳压电阻的最小值稳压电阻的最小值。即。即LminZmaxZImaxmin=IIVVRmaxminRRR(1)(1)(2)(2)稳压二极管在使用时稳压二极管在使用时一定要串入限流电阻,不一定要串入限流电阻,不能使它的功耗超过规定值,能使它的功耗超过规定值,否则会造成损坏!否则会造成损坏
7、!16.2.3 16.2.3 基准源基准源基准源基准源 一般是指击穿电压十分稳定,电压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温度系数经过补偿了的稳压二极管。也称为也称为参考源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还加有温度控制电路,使其温度系数可小到几个1010-6-6/。型号型号 稳定电压稳定电压(V)工作电流工作电流(mA)电压温度系数电压温度系数(10-6/)MC1403 2.51 1.2 10100 .LM136/236/336 2.5 10 30 5.0
8、 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 .典型的基准源典型的基准源16.3 线性串联型稳压电源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。较大,输出电压一般可连续调节,稳压性能优越
9、。目前这种稳压电源已经制成单片集成电路,广泛应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。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 16.3.1 线性串联型稳压电路的工作原理线性串联型稳压电路的工作原理(1)(1)线性串联型稳压电源的构成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线性串联稳压电源的工作原理可用图16.0316.03来说明。来说明。显然,显然,
10、VO=VI-VR,当,当VI增加时,增加时,R 受控制而增加,受控制而增加,使使VR增加,从而在一定程增加,从而在一定程度上抵消了度上抵消了VI增加对输出电增加对输出电压的影响。若负载电流压的影响。若负载电流IL增增加,加,R受控制而减小,使受控制而减小,使VR减小,从而在一定程度上抵减小,从而在一定程度上抵消了因消了因IL增加,使增加,使VI减小,减小,对输出电压减小的影响。对输出电压减小的影响。图图16.03 16.03 串联稳压电串联稳压电源源 图图16.03 16.03 串联稳压电源串联稳压电源 示意图示意图 在实际电路中,可变电阻在实际电路中,可变电阻R R是用一个三极管来替是用一个
11、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相当于相当于VR。要想输出电压稳定,必须按电压。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联型稳压电路如图 16.04 16.04 所示。它由所示。它由调整管、放大环调整管、放大环节、比较环节、基准电压源节、比较环节、基准电压源几个部分组成。几个部分组成。图图16.04 16.04 串联型稳压电路方框图串联型稳压电路方框图(2)(2)线性串联型稳压电源的工作原理线性串联型稳压电源的工作原
12、理 根据图根据图16.0416.04分分两种情况两种情况来加以讨论。来加以讨论。1 1输入电压变化,输入电压变化,负载电流保持不变负载电流保持不变 输入电压输入电压VI的增加,必然会使输出电压的增加,必然会使输出电压VO有所有所增加,输出电压经过取样电路取出一部分信号增加,输出电压经过取样电路取出一部分信号Vf与基与基准源电压准源电压VREF比较,获得误差信号比较,获得误差信号V。误差信号经。误差信号经放大后,用放大后,用VO1去控制调整管的管压降去控制调整管的管压降VCE增加,从增加,从而抵消输入电压增加的影响。而抵消输入电压增加的影响。VIVOVfVO1VCEVO(动画16-2)2 2负载
13、电流变化,输入电压保持不变负载电流变化,输入电压保持不变 负载电流负载电流IL的增加,必然会使输入电压的增加,必然会使输入电压VI有所有所减小,输出电压减小,输出电压VO必然有所下降,经过取样电路取必然有所下降,经过取样电路取出一部分信号出一部分信号Vf与基准源电压与基准源电压VREF比较,获得的误比较,获得的误差信号使差信号使VO1增加,从而使调整管的管压降增加,从而使调整管的管压降VCE下降,下降,从而抵消因从而抵消因IL增加,使输入电压减小的影响。增加,使输入电压减小的影响。ILVIVOVfVO1VCEVO3.3.输出电压调节范围的计算输出电压调节范围的计算根据图根据图16.0416.0
14、4可知可知VfVREFREF2321O1O)+(1=VRRRRVV调节调节R2显然可以改变输出电压。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。源的短路进行保护。过载也会造成损坏。保护的方法保护的方法反馈保护
15、型反馈保护型温度保护型温度保护型截流型截流型限流型限流型 利用集成电路制造工艺,在调整利用集成电路制造工艺,在调整管旁制作管旁制作PN结温度传感器。当温度超结温度传感器。当温度超标时,启动保护电路工作,工作原理标时,启动保护电路工作,工作原理与反馈保护型相同。与反馈保护型相同。截流型截流型限流型限流型 当发生短路时,通过保当发生短路时,通过保护电路使调整管截止,从而护电路使调整管截止,从而限制了短路电流,使之接近限制了短路电流,使之接近为零。截流特性见为零。截流特性见图图16.0516.05。是当发生短路时,通过电是当发生短路时,通过电路中取样电阻的反馈作用,输路中取样电阻的反馈作用,输出电流
16、得以限制。限流特性见出电流得以限制。限流特性见图图16.0616.06。图图16.05 16.05 截流型特性截流型特性 图图16.06 16.06 限流型特性限流型特性16.3.3 16.3.3 三端集成稳压器三端集成稳压器(1)(1)概述概述 将串联稳压电源和保护电路集成在一起就是集成稳压器。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,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: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。输入端、输出端和公共端,称为三端集成稳压器。它的电路它的电路符号见图符号见图16.0716.07,外
17、形如图,外形如图16.0816.08所示。所示。图图16.07 16.07 集成稳压器符号集成稳压器符号 要特别注意,不同要特别注意,不同型号,不同封装的集成型号,不同封装的集成稳压器,它们三个电极稳压器,它们三个电极的位置是不同的,要查的位置是不同的,要查手册确定。手册确定。图图16.08 16.08 外形图外形图 照片2.外形及外形及引脚功能引脚功能W7800系列稳压器外形系列稳压器外形1 输入端输入端3 公共端公共端2 输出端输出端W7900系列稳压器外形系列稳压器外形1 公共端公共端3 输入端输入端2 输出端输出端塑料封装塑料封装TO-220(2)(2)线性三端集成稳压器的分类线性三端
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