电路中的反馈第8章

1、 在电子系统中，经常需要将电网的交流在电子系统中，经常需要将电网的交流电压转换为稳定的直流电压，为此要用整流、电压转换为稳定的直流电压，为此要用整流、滤波和稳压等环节来实现。直流稳压电源就滤波和稳压等环节来实现。直流稳压电源就是实现这种转换的电子设备。是实现这种转换的电子设备。 本章主要介绍直流稳压本章主要介绍直流稳压电源的组成与工作原理，介电源的组成与工作原理，介绍集成稳压器和开关型稳压绍集成稳压器和开关型稳压电路的原理及应用。电路的原理及应用。第第8 8章直流稳压电路章直流稳压电路本章学习要点本章学习要点 硅稳压管稳压电路是最简单的稳压电路，用于稳定性硅稳压管稳压电路是最简单的稳压电路，用

2、于稳定性要求不高的场合。它通过稳压管的电流调节作用及限流电要求不高的场合。它通过稳压管的电流调节作用及限流电阻的电压调节作用来保持负载上的直流电压稳定。阻的电压调节作用来保持负载上的直流电压稳定。 在小功率电路中，常采用串联型反馈式稳压电源。电在小功率电路中，常采用串联型反馈式稳压电源。电路引入负反馈，使输出电压稳定且可调。路引入负反馈，使输出电压稳定且可调。 集成稳压器应用广泛，尤其是三端集成稳压器件性能集成稳压器应用广泛，尤其是三端集成稳压器件性能可靠、使用方便。它的应用电路有输出电压固定、输出电可靠、使用方便。它的应用电路有输出电压固定、输出电压可调等基本形式。压可调等基本形式。 在大、

3、中功率稳压电路中，为减小调整管的功耗，为在大、中功率稳压电路中，为减小调整管的功耗，为提高电源效率，常采用开关型稳压电路。提高电源效率，常采用开关型稳压电路。 学习指导学习指导 小功率直流稳压电源的组成如图小功率直流稳压电源的组成如图8-1所示，它由电所示，它由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路等四部分组源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路等四部分组成。成。 图8-18.1 直流稳压电源的组成直流稳压电源的组成直流稳压电源的组成结构直流稳压电源的组成结构大功率管接外壳电源变压器桥式整流三端稳压器外接散热片滤波电容直流稳压电源的工作过程直流稳压电源的工作过程直流电压输出降低电压幅值全波直

4、流滤除纹波（1）电源变压器：将电网提供的交流电压变换成所需）电源变压器：将电网提供的交流电压变换成所需要的较低的交变电压。要的较低的交变电压。（2）整流电路：将大小、方向变化的正弦交流电变换）整流电路：将大小、方向变化的正弦交流电变换成单向脉动的直流电。硅整流组合器件又称成单向脉动的直流电。硅整流组合器件又称桥堆桥堆。（3）滤波电路：为滤除经整流后的输出电压中包含有）滤波电路：为滤除经整流后的输出电压中包含有较大的谐波分量（这些谐波分量总称为较大的谐波分量（这些谐波分量总称为纹波纹波）必须采）必须采用滤波电路。用滤波电路。（4）稳压电路：稳压电路的作用是采取某些措施，使）稳压电路：稳压电路的作

5、用是采取某些措施，使输出的直流电压在电网电压、负载电流发生变化和温度输出的直流电压在电网电压、负载电流发生变化和温度发生变化的时候保证输出直流电压的稳定。发生变化的时候保证输出直流电压的稳定。功功 能能 硅稳压管直流稳压电路是最简单的直流稳压电路硅稳压管直流稳压电路是最简单的直流稳压电路工作原理：工作原理：硅稳压管是一种用特殊工艺制造的面接硅稳压管是一种用特殊工艺制造的面接触型半导体二极管，其伏安特性如图触型半导体二极管，其伏安特性如图8-2所示。所示。 8.2 直流稳压电路直流稳压电路2cw11硅稳压管硅稳压管反反向向击击穿穿电电压压 从图中看出，当反向电压加到一定数值时，反向电流从图中看出

6、，当反向电压加到一定数值时，反向电流剧增，发生反向击穿现象。剧增，发生反向击穿现象。uz表示表示反向击穿电压反向击穿电压，又称，又称为为稳压管的稳定电压稳压管的稳定电压。 硅稳压管工作在反向击穿状态硅稳压管工作在反向击穿状态 从图中可以看到，当流过稳压管的电流在一个较大的从图中可以看到，当流过稳压管的电流在一个较大的范围内变化时，稳压管两端的电压几乎不变。利用稳压管范围内变化时，稳压管两端的电压几乎不变。利用稳压管的这一特性，将稳压管与负载并联，若能保证稳压管中的的这一特性，将稳压管与负载并联，若能保证稳压管中的电流在限定的范围内，则负载电压就能在一定程度上得到电流在限定的范围内，则负载电压就

7、能在一定程度上得到稳定。稳定。 稳压管的工作状态稳压管的工作状态 一个由硅稳压管组成的稳压电路如图一个由硅稳压管组成的稳压电路如图8-3所示。其中所示。其中电阻电阻r起起限流作用限流作用。由于负载电阻。由于负载电阻rl与作为调节元件的与作为调节元件的稳压管稳压管vdz并联，又叫并联型稳压电路。并联，又叫并联型稳压电路。 图8-3硅稳压管组成的稳压电路硅稳压管组成的稳压电路稳压管稳压管限流电阻限流电阻r 一般引起输出电压变化有两种情况：一是负载变化，一般引起输出电压变化有两种情况：一是负载变化，另一是电网电压变化。另一是电网电压变化。 图图8-3所示电路的稳压过程如下：由于某种原因引所示电路的稳

8、压过程如下：由于某种原因引起输出电压起输出电压uo稳压管电流稳压管电流izi 限流电阻限流电阻r上的上的电压电压ur 输出电压输出电压uo uo接近原有值并趋于稳定。接近原有值并趋于稳定。其稳定机理是通过稳压管电流其稳定机理是通过稳压管电流iz的调节作用，将输入的调节作用，将输入电压电压ui的变化量降在电阻的变化量降在电阻r上。上。 由以上分析可知，由以上分析可知，稳压管稳压管vdz起电流调节作用，限起电流调节作用，限流电阻流电阻r又起电压调节作用。又起电压调节作用。 当输出电压当输出电压uo有少许变化时，引起有少许变化时，引起i z产生较大的变产生较大的变化，通过化，通过r上的压降调节输出电

9、压上的压降调节输出电压uo，使之基本恒定。，使之基本恒定。 稳压过程和原理稳压过程和原理 应当指出，稳压电路空载时，原有输出应当指出，稳压电路空载时，原有输出电流电流i0全部转移到稳压管支路，使全部转移到稳压管支路，使iz大大增加。大大增加。故对输出电流故对输出电流i0变化的范围要加以限制，以保变化的范围要加以限制，以保证流过稳压管的电流既不超过证流过稳压管的电流既不超过izm又不小于稳又不小于稳压管的稳定工作电流压管的稳定工作电流iz。izm为稳压管的最大为稳压管的最大允许工作电流允许工作电流。 稳压管的工作电流稳压管的工作电流 硅稳压管稳压电路参数的估算硅稳压管稳压电路参数的估算 (1）稳

10、压管的选型）稳压管的选型（2）输入电压）输入电压ui的确定的确定（3）限流电阻）限流电阻的计算的计算 硅稳压管电路的特点是电路结构简单。但由于其输出硅稳压管电路的特点是电路结构简单。但由于其输出电压不能调节，负载电流变化范围小，稳定性差，输出电电压不能调节，负载电流变化范围小，稳定性差，输出电阻大（约为几欧姆到几十欧姆），因此，仅适用于输出电阻大（约为几欧姆到几十欧姆），因此，仅适用于输出电压固定和要求不太高的场合。压固定和要求不太高的场合。 硅稳压管稳压电路参数硅稳压管稳压电路参数 串联型稳压电路是目前较为通用的稳压电路类型。图串联型稳压电路是目前较为通用的稳压电路类型。图8-4（a）、）、

11、 (b)分别给出了带有放大环节的串联型稳压电路分别给出了带有放大环节的串联型稳压电路的电原理图和方框图。从图中可以看出串联型稳压电路包的电原理图和方框图。从图中可以看出串联型稳压电路包括如下几个部分：取样电路、基准电压、比较放大电路、括如下几个部分：取样电路、基准电压、比较放大电路、调整电路。调整电路。 图8-4串联型稳压电路串联型稳压电路调整环节调整环节大功率管大功率管比较放大比较放大稳压管提供基准电压稳压管提供基准电压取样取样环节环节取样电路取样电路的作用是将输出电压的变化取出，在电路中取样环的作用是将输出电压的变化取出，在电路中取样环节由节由1、2分压器组成。分压器组成。基准电压环节基准

12、电压环节由电路中的由电路中的3、vdz构成。构成。比较放大环节比较放大环节由由vt1单管直流放大器构成。单管直流放大器构成。调整环节调整环节由调整管由调整管vt2构成，其基极电压由比较放大环节的构成，其基极电压由比较放大环节的输出控制。输出控制。 可以看出，可以看出，串联型稳压电路的工作原理是将输出串联型稳压电路的工作原理是将输出电压的变化通过取样电路反映出来，并与基准电压电压的变化通过取样电路反映出来，并与基准电压进行比较，将比较结果放大后，送到调整管去控制进行比较，将比较结果放大后，送到调整管去控制输出电压，从而得到稳定的输出电压。输出电压，从而得到稳定的输出电压。 各部分的作用与工作原理

13、各部分的作用与工作原理 如图如图8-5所示为输出电压可调节的串联型稳压电路。所示为输出电压可调节的串联型稳压电路。 若若r1、r2固定，则调整电位器固定，则调整电位器rw就可以实现输出电压就可以实现输出电压的调节。的调节。 图8-5典型电路的应用典型电路的应用改变改变rw可以可以实现输出电压实现输出电压的调节的调节 集成稳压器具有体积小、可靠性高以及温度特性好集成稳压器具有体积小、可靠性高以及温度特性好等优点，而且使用灵活、价格低廉，广泛应用于仪器、等优点，而且使用灵活、价格低廉，广泛应用于仪器、仪表以及其他各种电子设备中。仪表以及其他各种电子设备中。8.3 三端集成稳压器三端集成稳压器 特别

14、是三端集成稳压器，集成芯片只引出三个端子，特别是三端集成稳压器，集成芯片只引出三个端子，分别作为输入端、输出端和公共端，基本上不需外接元分别作为输入端、输出端和公共端，基本上不需外接元件，而且内部有限流保护、过热保护和过压保护电路，件，而且内部有限流保护、过热保护和过压保护电路，使用更加安全方便。使用更加安全方便。 三端集成稳压器的组成框图如图三端集成稳压器的组成框图如图8-6所示所示 由图可见，三端集成稳压器是由起动电路、基准电源、由图可见，三端集成稳压器是由起动电路、基准电源、放大电路、调整管、采样电路、保护电路等部分组成。放大电路、调整管、采样电路、保护电路等部分组成。 图8-6三端集成

15、稳压器的组成三端集成稳压器的组成 工作原理：工作原理：当电网电压波动和负载变化使输当电网电压波动和负载变化使输出电压变化时，采样电路检测到这一变化的电压并出电压变化时，采样电路检测到这一变化的电压并送到放大器输入端与基准电源的基准电压进行比较，送到放大器输入端与基准电源的基准电压进行比较，比较后的误差电压经过放大电路放大后输出去控制比较后的误差电压经过放大电路放大后输出去控制调整管上的压降，从而使输出电压趋于稳定。调整管上的压降，从而使输出电压趋于稳定。 各电路的作用：各电路的作用：保护电路是对电路进行限流保护电路是对电路进行限流保护、过热保护和过压保护；启动电路的作用是在保护、过热保护和过压

16、保护；启动电路的作用是在刚接通直流输入电压时，使调整管、放大电路和基刚接通直流输入电压时，使调整管、放大电路和基准电源能建立起各自的工作电流，而当稳压电路正准电源能建立起各自的工作电流，而当稳压电路正常工作后启动电路就断开了。常工作后启动电路就断开了。 三端集成稳压器的工作原理三端集成稳压器的工作原理稳压器芯片属于模拟集成电路，它只有输入、稳压器芯片属于模拟集成电路，它只有输入、输出和公共三个引出端，无需外接其它元件即输出和公共三个引出端，无需外接其它元件即可正常工作。可正常工作。芯片内部设有过热保护、短路电流限流保护芯片内部设有过热保护、短路电流限流保护和调整管安全工作区保护电路。和调整管安

17、全工作区保护电路。具有性能优良的电压调整率、电流调整率和具有性能优良的电压调整率、电流调整率和纹波抑制比。纹波抑制比。最低输入输出电压差的典型值为最低输入输出电压差的典型值为2v。输出电压的允许误差为输出电压的允许误差为2%。 固定输出三端集成稳压器的特点固定输出三端集成稳压器的特点图图8-7固定输出三端集成稳压器的典型应用固定输出三端集成稳压器的典型应用电容电容c1在三端集成在三端集成稳压器远离滤波器稳压器远离滤波器时须加接，一般取时须加接，一般取值值0.33f电容电容c2改善负载改善负载的瞬态响应，一的瞬态响应，一般取值般取值0.01f典型应典型应用电路用电路三端稳压器实物三端稳压器实物三

18、端稳压器管脚图三端稳压器管脚图 可调输出三端集成稳压器的种类很多，应用十分广可调输出三端集成稳压器的种类很多，应用十分广泛。最常用的可调输出三端集成稳压器泛。最常用的可调输出三端集成稳压器lm317和和lm337。 lm317是正电压可调输出三端集成稳压器，能够在是正电压可调输出三端集成稳压器，能够在+1.2v+35v输出电压范围内提供大于输出电压范围内提供大于.5a的输出电流。的输出电流。 该稳压器的电压调整率和负载调整率都优于标准的该稳压器的电压调整率和负载调整率都优于标准的固定输出三端集成稳压器，还具有集成电路独特的全过固定输出三端集成稳压器，还具有集成电路独特的全过载保护功能。这包括芯

19、片上的短路电流限流保护、热过载保护功能。这包括芯片上的短路电流限流保护、热过载保护和调整管安全工作区保护。即使调节端悬空，所载保护和调整管安全工作区保护。即使调节端悬空，所有的过载保护电路仍具有保护功能。有的过载保护电路仍具有保护功能。 可调输出三端集成稳压器可调输出三端集成稳压器 lm317是按标准的晶体管塑料封装的形式封装的，是按标准的晶体管塑料封装的形式封装的，其安装和使用都很方便。其安装和使用都很方便。如图如图8-8（a） 图图8-8(b)典型电路应用典型电路应用实物图实物图典型应用电路典型应用电路管脚图管脚图 输出电压调整关系式为输出电压调整关系式为 uo = uref（1+r2/r

20、1） 式中，式中，uref一般取值一般取值1.25v，r1一般取值一般取值240，r2一般取值一般取值4.7k。 典型电路应用典型电路应用电源电源输入输入电源电源输出输出调节调节r2改变改变输出电压输出电压保护二极管保护二极管保护二极管保护二极管 三端集成稳压器的外形如图三端集成稳压器的外形如图8-9所示，主要有金属外壳封装图所示，主要有金属外壳封装图8-9(a)、(d)和塑料封装图和塑料封装图8-9(b)、(c)，图，图8-9(b)的上面还带有一铝散热片。但是，的上面还带有一铝散热片。但是，不同的封装和不同的系列其引脚有所不同，使用中必须注意。具体使用时，不同的封装和不同的系列其引脚有所不同

21、，使用中必须注意。具体使用时，应以技术手册为准。应以技术手册为准。 三端集成稳压器的封装和外形三端集成稳压器的封装和外形金属外壳封装金属外壳封装金属外壳封装金属外壳封装塑料封装塑料封装塑料封装塑料封装图图8-9散热片散热片 三端集成稳压器的基本应用电路如图三端集成稳压器的基本应用电路如图8-10所示，输出电压形式为固定输出。所示，输出电压形式为固定输出。 图8-10基本应用电路基本应用电路保护二极管保护二极管滤波电容滤波电容桥式整流桥式整流变压器变压器 如图如图8-11 是一个是一个lm317的实际应用电路。的实际应用电路。 为了提高稳压电路的性能，电路中还采取了扩流和过为了提高稳压电路的性能

22、，电路中还采取了扩流和过流、过压保护措施。大功率三极管流、过压保护措施。大功率三极管3dd15d以射极跟随器以射极跟随器的形式接在稳压器的形式接在稳压器lm317的输出端，以提供一定的功率放的输出端，以提供一定的功率放大，从而提高稳压电路的输出电流和输出功率，大，从而提高稳压电路的输出电流和输出功率，3dd15d必须外接散热片。三极管必须外接散热片。三极管vt2、vt3和取样电阻和取样电阻r6构成过流构成过流保护电路，保护电路， 与与lm317并联的二极管并联的二极管vd5可防止输入端短路损坏稳可防止输入端短路损坏稳压器件压器件lm317，二极管，二极管vd6可防止电容可防止电容c3上的瞬时过

23、压对上的瞬时过压对稳压器件稳压器件lm317的影响。发光二极管的影响。发光二极管led作为电源指示，作为电源指示，其支路的电阻其支路的电阻r1起限流作用。起限流作用。 可调输出三端集成稳压器的应用电路可调输出三端集成稳压器的应用电路实际应用电路图（图实际应用电路图（图8-11）过流保护过流保护扩流大功率管扩流大功率管取样电路取样电路 输出电压调节输出电压调节滤滤波波电电容容桥式整流桥式整流 图图8-12是输出电压可调式三端集成稳压器的应用是输出电压可调式三端集成稳压器的应用电路，该电路可以输出正、负两组电压。这类稳压器电路，该电路可以输出正、负两组电压。这类稳压器是依靠外接电阻来调节输出电压的

24、，为保证输出电压是依靠外接电阻来调节输出电压的，为保证输出电压的精度和稳定性，要的精度和稳定性，要选择精度高的电阻，同时电阻要选择精度高的电阻，同时电阻要紧靠稳压器紧靠稳压器，防止输出电流在连线电阻上产生误差电，防止输出电流在连线电阻上产生误差电压。压。图8-12正、负可调输出稳压器的应用电路正、负可调输出稳压器的应用电路 开关电源的调整管工作在开关状态，功率损耗小，开关电源的调整管工作在开关状态，功率损耗小，效率高，可达效率高，可达70% 90%。 开关电源的滤波电路体积小，这是由于开关频率开关电源的滤波电路体积小，这是由于开关频率通常为几十千赫兹以上，因而滤波电容的容量大大减通常为几十千赫兹以上，因而滤波电容的容量大大减小。小。 开关电源对电网的要求不高，这是由于开关电源开关电源对电网的要求不高，这是由于开关电源的输出电压主要与调整管导通和截止时间的比例有关，的输出电压主要与调整管导通和截止时间的比例有关，而输入直流电压幅度的变化对其影响很小。而输入直流电压幅度的变化对其影响很小。 开关电源的控制电路