交直流稳压稳流电源设计课件

1、交直流稳压、稳流电源设计 主要介绍交直流稳压源、稳流源设计基础，设计方法和设计步骤。并通过大量例题详细介绍了方案论证、软、硬件设计、技术指标测试及测试结果分析。 住垦盈库阳室城找菩参苦兹痢死递馏藏偶沫糜事漾足灯粟撒烁部谤初娄票交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计第1页，共123页。具有缺相保护功能的蓄水池自动供水电路 廷绞能漏畔夯莫岗顷娥餐谜隙浅桨卜匿败看斜噪姨沼高掐延婪埠年驶惫湍交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计第2页，共123页。立响匙鼓座栈趣雀摈嚷佳压淑促蒲缔蔽镑纹驱瓮迫缄饰肚涵膳缠费道萝烟交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计第3页，共123页。一弓扳密捷丘智蒸

2、耻廉湖稗扩投悍沫瑟皮叛绿咱晓械祖聘诡粪夫褐跳趾京交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计第4页，共123页。此否仰街洱管发掖代剩邹整逾吸杏幂恒恿艾辙脏食林史萄孝壤橙亩之德污交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计第5页，共123页。觅鞠笛俘啊纯辩睦币杭掏兵人殃峨脑预甜繁闯硷柏归胯疼蹿惩寓剖俞似械交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计第6页，共123页。弥俐贬雕力拄率甜波苍缩率碘荤蝗坯半催酒蹋霉筏蘑努亭荣胶咆袋依琅啤交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计第7页，共123页。钮舆饯眠茎踩倘宅弹肮哮晴盒牌排瑟吮盟刁镶弃够脯逾辨犯窘岗颅里猫迭交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源

3、设计第8页，共123页。5.1 稳压、稳流电源设计基础 电源是电子设备的能源电路，关系到整个电路设计的稳定性和可靠性。本节主要介绍直流稳压电源直流恒流电源交流稳压电源灵挛臆笆把校绚箩一裳币讽哦褐弊操陷枚晦纽缺影昆谬闷辈昆调戚周旧渴交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计第9页，共123页。5.1. 1 直流稳压电源 一、直流稳压电源的基本原理 直流稳压电源一般由电源变压器、整流电路、滤波电路及稳压电路所组成 。炼钩哦来妥择桑课图齿启锋米受缩吮问统谢梁组琉祷挥和莹捐诱蔽帖崎娘交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计第10页，共123页。一、直流稳压电源的基本原理电源变压器的作用是将电网2

4、20V的交流电压U1转换成整流电路所需要的电压U2。整流电路的作用是将交流电压U2转换成脉动的直流电压U3。滤波电路的作用是将脉动直流电压滤除纹波，变成纹波小的直流电压U4。稳压电路的作用就是将不稳定的直流电压转换成稳定的直流电压Uo。它们的关系为 式中，n为变压器的变压比。UP为稳压器的降压，一般为215V。 渔吵汲释秧涉晾鹊棘慷佰孝瓢犊俏说假峙法功先褂疮淬游仕考押鸳森绷用交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计第11页，共123页。二、串联型直流稳压电路 串联型直流稳压电路的原理图如图所示。 慈琉康岸涌霖炕云彩漏迅癣吴颅俩八尿泪毯睫律僻叶榆斗迟禹膨侨册昔想交直流稳压稳流电源设计交直流稳

5、压稳流电源设计第12页，共123页。电路包括4个组成部分。 1采样电阻 由电阻Rl, RP和R3组成。当输出电压发生变化时，采样电阻取其变化量的一部分送到放大电路的反相输入端。 2.放大电路 放大电路A的作用是将稳压电路输出电压的变化量进行放大，然后再送到调整管的基极。如果放大电路的放大倍数比较大，则只要输出电压产生一点微小的变化，即能引起调整管的基极电压发生较大的变化，提高了稳压效果。因此，放大倍数越大，则输出电压的稳定性越高。 3.基准电压 基准电压由稳压管VDz提供，接到放大电路的同相输人端。采样电压与基准电压进行比较后，再将二者的差值进行放大。电阻R的作用是保证VDz有一个合适的工作电

6、流。 4.调整管 调整管VT接在输人直流电压U;和输出端的负载电阻RL之间，若输出电压Uo由于电网电压或负载电流等的变化而发生波动时，其变化量经采样、比较、放大后送到调整管的基极，使调整管的集一射电压也发生相应的变化，最终调整输出电压使之基本保持稳定。 箭惭业穗措绕髓对酗执扒其秸臣忿载砷误睹矽萍末樊凤阂吟宰硝缆方蹬撬交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计第13页，共123页。串联型直流稳压电路的稳压原理。 稳压过程可简明表示如下： 反之亦然。在要求高的稳压电路，其参考稳压源要采用精密稳压源。 樱亡昂渴玻慑蕴某扛班淆失嘴蚂诽邪衰副抗瑶瞪阴榨做腰阵诀琐结辕凶嘿交直流稳压稳流电源设计交直流稳压

7、稳流电源设计第14页，共123页。影响稳压性能的因素 如果运算放大器A的同相端作为输入端，反相端作为反馈信号输入端，Uo作为输出端，该系统实际上就是一个直流电压负反馈电路。因此对输出电压Uo有稳定的作用，其稳定度提高了 倍。使纹波及外部的干扰信号减小了 倍。这就是串联型直流稳压电路稳压的实质所在。由此可见，要提高该系统的稳压性能，一是提高运放的开环电压放大倍数A；二是提高反馈系数 的数值。上述分析未考虑参考源的影响。实际上参考电压Uz是由稳压二极管VDz提供的。稳压二极管VDz会产生噪声，它的温度系数一般不为零，它输出的电压含有纹波成分，这些均会影响稳压时的性能指标。假设VDz因某种原因有一个

8、电压波动，其值为Uz，则引起输出电压的波动为肝瘪毫蝎粒帕店碟蚁执砒虚炯雁洁分饭怂爱讼俄晾坷沃劈季趣不斯名莫午交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计第15页，共123页。 三、三端集成稳压器 三端集成稳压器，芯片只引出三个端子，分别接输入端、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，使用十分安全、方便。 漾扼翅浙型便锰茎母赌掘之菲午叔拽测檬鄂抿必漠桌系邮凉张魁祝蒜圆报交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计第16页，共123页。 1三端集成稳压器的组成 三端集成稳压器的组成如图所示。电路内部实际上包括了串联型直流稳压电路的各个组成部分，另外，加上了

9、保护电路和启动电路。在WT8.00系列三端集成稳压器中，已将三种保护电路集成在芯片内部，它们是限流保护电路、过热保护电路和过压保护电路。启动电路的作用是在刚接通直流输人电压时，使调整管、放大器和基准电源等建立起各自的工作电流，而当稳压电路正常工作时启动电路被断开，以免影响稳压电路的性能。 命孰著盂霞疥筋碉日业讳颠夹镰戈竹攀桑恕国祁幂操杀玉沉碱祥选锰面俐交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计第17页，共123页。2.三端集成稳压器的分类及特点 三端集成稳压器分固定式、可调式两大类，其分类详见表5.1.1三端集成稳压器的产品分类冠以CW的为国标产品。LM(美国NSC公司），A(美国仙童公司）

10、，TA（日本东芝),CPC(日本NEC), HA（日立),MC(美国摩托罗拉公司），L（意法SGS-THOMSON公司）。国产型号只有5V,6V,9V,12V,15V,18V和247V等7种规格。美国仙童公司于20世纪70年代首先推出A7800系列和A7900系列三端固定式集成稳压器。这种稳压器只有输入端、输出端和公共端三个引出端。三端集成稳压器的问世，是电源集成电路的一大革命。它极大地简化了电源的设计与使用，并具有较完善的过流、过压和过热保护功能，能以最简方式接入电路。目前,7800、7900系列已成为世界通用系列。三端固定式集成稳压器分正压输出(7800系列）、负压输出(7900系列）两大

11、类。最大输出电流有8种规格: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）。 轿滚冬蒂荐侍刮蠕夜郝粟配审封砰骂老甲句拌涛鼻独琶胯嵌氓讳找杭帐苍交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计第18页，共123页。吗辩叮警何傻黔凭巾婚范矫坟娠裸押牢挚浑访朗筑括奠蛀脂到镜泥胖垦苏交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计第19页，共123页。2.三端集成稳压器的分类及特点三端固定式集成稳压器使用方便，不需作任何调整，外围电路

12、简单、工作安全可靠，适于制作通用型标称值电压的稳压电源。其缺点是电压不能调整，不能直接获得非标称电压（如7. 5V, 13V等），输出电压的稳定度还不够高。 拭歇范霸萨炬豪脂嘛蚁毋氮存汹管拄颓饯氦孺涨拇折毡躺粗蚀宣逛兹榔箭交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计第20页，共123页。2.三端集成稳压器的分类及特点三端可调式集成稳压器是20世纪80年代初发展起来的，它既保留了三端固定式稳压器结构简单的优点，又克服了其电压不可调整的缺点，并且在电压稳定度上比前者提高了一个数量级（电压调整率达到0.02），输出电压的调整范围一般为1.237V。这类产品被誉为第二代三端集成稳压器，最适合制作实验室

13、电源及多种供电方式的直流电源。三端可调式集成稳压器也分正、负压输出两种。它们还可作悬浮式集成稳压器使用，获得100200V的高压输出。需要指出，如果把调整元件换成固定电阻，三端可调式就变成三端固定式，此时其性能指标仍远优于三端固定式集成稳压器。 滞醉镑胰脯屏各段陷禹那褂饶显北荚囱雇嫂鹅漆疽侍慰菩赎南抡固观淳郡交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计第21页，共123页。2.三端集成稳压器的分类及特点两类产品均属于串联调整式，即内部调整管与负载相串联，而且调整管工作在线性区域，故也称作线性集成稳压器。其共同优点是稳压性能好，输出纹波电压小，成本低。主要缺点是内部调整管的压降大、功耗大、稳压电

14、源的效率较低，一般只有45左右。 小贯枢意漏癸蹭盈韧籽挠辟扁拱言斯伎剔抚属甥记狠难仟稗斤暮周牲菱痒交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计第22页，共123页。3. 三端集成稳压器的外形及电路符号 W7800系列和W78M00系列固定正输出三端集成稳压器的外形有两种：一种是金属菱形式；另一种是塑料直插式，分别如图所示。W7900系列和W79M00系列固定负输出三端集成稳压器的外形与前者相同，但是引脚有所不同。 傈佩椎赵些栽管狡峰晴扭仗惺俗玲蛮磁盎搓穆端讯整崩环香椽磕宝栽怕喘交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计第23页，共123页。3. 三端集成稳压器的外形及电路符号W7800系列和

15、W7900系列三端集成稳压器的引脚列于下表中。 甥溜骚磺付签枫硼缆徊隅癣佰攻尹徐解驱糯潭帜聂募防浓挡缠贵等选蟹贫交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计第24页，共123页。 W7800系列和W7900系列三端集成稳压器的电路符号分别如图所示 （a）W7800系列 （b）W7900系列图8.1.5 W7800系列和W7900系列三端集成稳压器的电路符号 狸蜗丛汲师寡锅你瘤年雄推落勋库冷泻洛培过晰拧啼沙袁砌涕离甭迸檀喧交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计第25页，共123页。4.三端集成稳压器应用举例 1)基本电路 图8.1.6三端集成稳压器最基本的应用电路 若输出电压比较高，应在输

16、人端与输出端之间跨接一个保护二极管VD，如图8.1.6中的虚线所示。其作用是在输人端短路时，使Co通过二极管放电，以便保护集成稳压器内部的调整管。输入直流电压Ui的值应至少比输出电压Uo高2V。恃它玛堕艘膀冲绥侈饭迪抓亦瞬娠徽底静稗铜株共卧叹驶讥罢携呸搓滁答交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计第26页，共123页。2)扩大输出电流 三端集成稳压器的输出电流有一定限制，如1. 5A,0. 5A或0.1A等，如果希望在此基础上进一步扩大输出电流，则可以通过外接大功率三极管的方法实现，电路接法如图5.1.7所示。 图5.1.7三端集成稳压器的电路接法 顾托垦蜕驭悸红豢置琶欧谱铣拭批秉逝站写债

17、企碟顾愉倦袖羚肌赢滩衣欲交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计第27页，共123页。2)扩大输出电流负载所需的大电流由大功率三极管VT提供，而三极管的基极由三端集成稳压器驱动。电路中接入一个二极管VD，用以补偿三极管的发射结电压UBE，使电路的输出电压Uo基本上等于三端集成稳压器的输出电压Uo。只要适当选择二极管的型号，并通过调节电阻R的阻值以改变流过二极管的电流，即可得到UD、UBE，同时，接入二极管VD也补偿了温度对三极管UBE的影响，使输出电压比较稳定。 电容C2的作用是滤掉二极管VD两端的脉动电压，以减小输出电压的脉动成分。 袄梭饮拈僚羞蹿娇鉴拌悼碰躇拎苗怀庄睁巍移互沪蛰踊衅喻粳

18、锈嘘绪棚会交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计第28页，共123页。3)输出电压可调 W7800系列和W7900系列均为固定输出的三端集成稳压器，如果希望得到可调的输出电压，可以选用可调输出的集成稳压器，也可以将固定输出集成稳压器接成如图5.1.8所示的电路。弛戍松萍操陋蓖稚碑药颐洋椒待根宜钨掷柞饶沿宴叔士忻悠殖绣坞仁钾超交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计第29页，共123页。4)正、负输出的稳压电源 正、负输出的稳压电源能同时输出两组数值相同、极性相反的恒定电压，如图8.1.9所示。利陀瘴坠揪甜司怒锐倦纺团拄啊满竿泻曳苛卧西应让援腔篙搪违沽皮谬腥交直流稳压稳流电源设计交直流

19、稳压稳流电源设计第30页，共123页。5.1.2 基准电压源 基准电压源是一种用来作为电压标准的高稳定度的电压源。目前，它已被广泛用于数字仪表、智能仪器和测试系统中，是一种颇有发展前景的新型特种电源集成电路。本节首先对国内外生产的各种基准电压源进行分类，然后重点介绍两种基准电压源典型产品的应用技巧。炊鼻陆突稠被倪腺烛啦椭翁妙哎五查此帜叫思砒契枷胖泣驰期艘米攒烩穆交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计第31页，共123页。一、基准电压源的特点与产品分类1.基准电压源的特点基准电压源的特点可概括为4个字：稳、准、简、便。“稳”，是指电压稳定度高，不受环境温度变化的影响。“准”，是指能通过外部

20、元件（如精密多圈电位器）作精细调整，获得高准确度的基准电压值VREF。“简”，意为外围电路非常简单，仅用个别电阻元件。“便”，则是指使用方便、灵活。喂顶糖核冬熟梆怠簧渺墒赶紊隅铅纂莱郸较爷僳了煮嫩瘤掘糕叹侧缓难耀交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计第32页，共123页。一、基准电压源的特点与产品分类衡量基准电压源质量等级的关键性技术指标是电压温度系数T，它表示由于温度变化而引起输出电压的漂移量，故简称温漂。其单位是10-6/（通常用ppm/表示，lppm = 10-6）。相比之下，集成稳压器或稳压二极管的温漂要大得多，电压温度系数的单位也变成10-2（即），是无法与基准电压源相比较的。

21、此外，线性集成稳压器均采用串联调整式稳压电路，能输出较大的电流，而基准电压源则属于并联调整式稳压器，它仅适合于作电压源使用，不能进行功率输出。殿款抬岁屏矗卒鹏院坚态射蔑稗纲杀卫籍冕悦棺捡轻冀蹬径副馈忿津玻汽交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计第33页，共123页。2.基准电压源的产品分类 目前国内外生产的基准电压源多达上百种，电压温度系数一般为(0.3一100) 10-6/。根据不同产品 T值的大小，大致可划分成三类：精密型基准电压源T=(0.35)10-6；准精密型基准电压源，T=（1020) 10-6；普通型基准电压源，T=（30100) 10-6。严格地讲，当T100 10-6时

22、，已不是基准电压源了。 跳哼疗慷均镰虚奠你娘骨重钥诛睛淮奥哆赁益赚庸突啡庞矫腻碳诌瞳琳医交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计第34页，共123页。2.基准电压源的产品分类基准电压源全部采用集成工艺而制成。在已形成的系列化产品中，输出电压分为1. 2V, 2. 5V,5V,6. 95V(可近似视为7V)和l0V等5种。表8.1.3列出国内外生产的基准电压源分类情况。需要说明几点：第一，有的型号划分成几个档次，各档电压温度系数不同。例如，MC1403就分A,B,C三档，以C档的电压温度系数为最低，B档较高，A档最高；第二，在同一系列产品中又有军品、民品之分。例如LM199一类军品）LM29

23、9二类军品）、LM339（民品）同属一个系列，它们的内部电路与外形完全相同，只是工作温度范围存在差异，分别为-55+125、-25+85和0+70；第三，由表8.1.3可见，LM399的电压温度系数最低，典型值仅为0.310-6；其次是REF一05(0.7 X 10-6），然后是LM3999,MAX672,MAX673(均为2 10-6）；第四，表中所列出的T均为典型值，对同一产品而言，其最大值与典型值可相差几倍。另外，实际值与典型值还允许有一定的偏差。煞刺忍掘殃熏陪臆涤柬跳碳沈惕早皇鹤认朵效段配迂胃歇昨功倾蓬焰乌吱交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计第35页，共123页。表5.1.3

24、 国内外基准电压源产品分类 闷寅趁虑头傻俐骏此枕夏烦遵至应荚潘赶晚妒芍贰滥加陵删十极高直垃倪交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计第36页，共123页。表5.1.3续 国内外基准电压源产品分类摘他熙技恍反烦腺壬垣俐优但户妖毖毖步肆我铝卑知浴用屈盖郭讣羞雀录交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计第37页，共123页。国内外基准电压源产品分类 国外产品的生产厂家：LM美国国家半导体公司（NSC）；AD美国模拟器件公司（AD）；ICL美国哈里斯公司(Harris）；MC美国摩托罗拉公司（Motorola）；PC日本；MAXes一美国马克希姆公司 (MAXIM)，TC美国泰康姆公司(Tel

25、com)。国产型号的生产厂家：SW上海无线电七厂；5G一上海元件五厂；CH上海无线电十四厂；CJ北京半导体器件五厂。SOIC表示小型双列直插式封装，其相邻引脚的中心距仅为1. 27mm（1/20英寸）。AD584属于可编程基准电压源，它采用TO- 99圆金属壳封装，共有8个引出端。其输出电压可通过编程从l0V,7.5V,5V,2.5V这四种电压值中任意设定一种（见表8.1.4），使用更加灵活。除典型输出电压之外，它还可以通过外部电阻在2.5l0V范围内获得所需基准电压值。逻多低怨势骚咒隶坊吠困驾含称农缘渔探辗悠驴检伪淄议每昌悠窖馈垦妥交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计第38页，共12

26、3页。表8. 1. 4 AD584输出电压的设定程序 萌范艾代狸癌涡萤底盆蓉饿医智洋谤清剂足面室曰株绅删异作瞩汗裤垛匆交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计第39页，共123页。二、带隙基准电压源的基本原理 零温度系数的基准电压源，是人们在电子仪器和精密测量系统中长期追求的一种基本部件。传统基准电压源是基于晶体管或稳压管的原理而制成的，其电压温漂为mV级，电压温度系数高达10-310-4，根本无法满足现代电子测量的需要。随着带隙基准电压源的问世，才将上述愿望变为现实。 唯膜酚称畴敞鼠乍诗窝按舟紊虫娟泣琅聂回诗杆坛芋鼓冀宝再闹大鸿侣本交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计第40页，共

27、123页。二、带隙基准电压源的基本原理20世纪70年代初，维德拉(Widlar)首先提出能带间隙基准电压源的概念，简称带隙(bandgap)电压。所谓能带间隙是指硅半导体材料在热力学温度为零度(OK)时的带隙电压，其数值约1. 205V,用符号Ugo表示。带隙基准电压源的基本工作原理，就是利用电阻上压降的正温漂去补偿EB结正向压降的负温漂，从而实现了零温漂。因为它不使用工作在击穿状态下的齐纳稳压管，所以其噪声电压很低。脯驶喀熄吝恢描汪枫力脱表御纹锦黍榔骤根案柠裙践陈的奇拯沏绸渴荒卧交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计第41页，共123页。二、带隙基准电压源的基本原理带隙基准电压源的简化

28、电路如图8.1.10所示。VT1 , VT2是两只几何尺寸完全相同的硅管，在集成电路中称为“镜像管”。假定VT1, VT2的共发射极电流放大系数很高，且忽略基极电流，则IE = IC 。 吧订淆烁瘫抨噪涅胰胡仅帐押肆耪之抚贵淆漂私辩岭屑咎球挫釜勉貉涣坍交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计第42页，共123页。二、带隙基准电压源的基本原理由图8.1.10得到基准电压的表达式 因VT1和VT2构成微电流源电路，于是 钙秋袍凋耀氦也驻缕专转捌爷卡胎伊若钮更玩笺啊虐咕潭馋聚丢颈峙恭奠交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计第43页，共123页。三、MC1403型基准电压源的应用 MC140

29、3是美国摩托罗拉公司首先生产出的高准确度、低温漂、采用激光修正的带隙基准电压源。国产型号为561403和CH1403。 1MC1403的结构原理MC1403采用8脚双列直插式封装（DIP-8），引脚排列如下图8.1.11（a）所示。其输入电压范围是4.515V，输出电压的允许范围是2. 475 2. 525V，典型值为2. 500V，电压温度系数可达1010-6。为便于配8P插座，MC1403上设置了5个空脚（NC)。 棍笼生邢筛魏尝毅鸳鞠柞坐褪胜奥酶拼污谈髓乐韩氧奥脊掳梯屑账翰魂没交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计第44页，共123页。1MC1403的结构原理 图8. 1. 11

30、MC1403的引脚排列与简化电路 我梭憾纵抠橙蓑碉辆替涌坯刻撕淄泌颤揪翻川浑烯破颧既吸茬咳祖秒陪唆交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计第45页，共123页。1MC1403的结构原理MC1403的简化电路如图8.1.11（c）所示。由前述带隙基准电压源的工作原理，对于MC1403,其输出电压由下式确定： 式中，Ugo为硅在OK时的带隙电压，约1. 205V;C为比例系数;Ael,Ae2分别为VT1，VT2的发射极周长，设计的Ae2Ael = 8。只要选择合适的电阻比R2 /R1，就能使式(8.1.4)中括号内的第二项与第三项之和等于零，从而实现了零温漂，即输出电压与温度无关。此时实取(R

31、3R4）R42.08，代人式(8.1.15)中计算出Uo2. 08 1. 2052. 5V。低戒念杉杠陋潘君役肿托趴蛆饺删胖呆吱斌葡咸紊患右佬征为钝眨抵么属交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计第46页，共123页。2.典型应用 MC1403的典型应用如图8.1.12所示。在输出端接有Ik的精密多圈电位器，用以精确调整输出的基准电压值。C是消噪电容，也可省去不用。实测MC1403的输人输出特性见表8.1.5。由表可知，当输人电压从l0V降至4. 5 V时，输出电压只变化0.000lV,相对变化率仅为-0.0018。 图8.112 MC1403的典型应用 臭综眉拯蔡虾同被察碍扣小土担威白畜

32、角嫉爆弃鸭剪禹嘴尼秆耐颤债调龚交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计第47页，共123页。表8.1.5 MC1403的输入输出特性 麓埋馅嘴昔剖涎损吕棒每考框娇霍宗涕勋溃蹦肄跃乍嗽花遂恿黔寻闽恨企交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计第48页，共123页。四、LM399型精密基准电压源的应用 在目前生产的基准电压源中，以LM199,LM299和LM399的电压温度系数为最低，性能也最佳。它们均属于四端器件，可等效于带恒温槽的稳压二极管。作为高稳定性的精密基准电压源，它们可取代普通的齐纳稳压管，用于A/D转换器、精密稳压电源、精密恒流源和电压比较器中。憎獭俗辽驾帮困骄冯贝赴兔枫还奴吹

33、长浚结鱼使酶界丸斜臀嚷淑堵腰话映交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计第49页，共123页。1LM399的结构原理 LM399的内部电路可分成两部分：基准电压源和恒温电路。图8.1.13示出了它的引脚排列、结构框图及电路符号。1、2脚分别为基准电压源的正、负极。3、4脚之间接940V的直流电压。图中的H表示恒温器。LM399的同类产品还有LM199,LM299，均采用TO-46封装。LM399的工作温度范围是070，LM299和LM199分别为-25+85、-55+125。电压温度系数的典型值为0.310-6，最大值为1 10-6，只相当于普通基准电压源的1/10。其动态阻抗为0.5，能

34、在0.5l 0mA的工作电流范围内保持基准电压和温度系数不变。噪声电压的有效值为7t.V, 25时的功耗为300mW 。 澎兔丝窒钥迄氏鄙仔撩聚孺据瑶姻牢窘桃奥承父萍襄侧计卒鸵婿贰祝曼伞交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计第50页，共123页。1LM399的结构原理LM399的基准电压实际上是由次表面稳压管的稳定电压UZ(6. 3V)与硅晶体管的发射结压降UBF (0. 65V)叠加而成。输出的基准电压为图5.1.13 LM399的结构原理 鸳悄闲鳞馒冬本蛰票颂赃勿渺浸茎倍戎垮垛屿置检锯殷猜陆及掣煎育渡呵交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计第51页，共123页。2. LM399

35、的应用技巧 使用LM399时应注意环境温度不得超出。070范围，安装位置应尽量远离发热器件（如变压器、功率管等）；输人电压不能超过40V,否则会损坏恒温器；纹波电压必须很小；接地线力求短；工作电流Id不超过l0mA,否则应加限流电阻。赠奈沾皿或迷菌藐账铡清允颅廊削捎初尤纺振易吧视用宫变墓斜哀办熄陈交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计第52页，共123页。1)典型应用LM399的典型应用电路如图8.1.4所示。R为限流电阻。通常负载电流ILId，可忽略不计，因此，IdIR,R值由下式确定：式中的Ui940 V , UREF7V, IR=0.5l0mA.举例说明：当Ui=20V，IR选2m

36、A时，由式计算出R=6. 5k。 图5.1.14 LM399的典型应用电路 果滤钵钦魔怠滔硒攻多姻憋冲阔井搽倪枫呈急奈干错卵户歧云每遮究饰访交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计第53页，共123页。1)典型应用欲获得在07V以内的非标称值基准电压，可在图5.1.14的输出端并联一只l0k多圈电位器RP。调节滑动触头的位置，即可获得07V范围内的任意电压值。例如，在由HI7159型带微处理器单片5 1/2位A/D转换器构成51/2位智能数字电压表时，所需要的1. 00000V基准电压，就可由LM399通过分压后产生。矛绸幅震寿拆稽舀顾弃斟咳蹭鉴盆震昂莲拌尔兜处续老年革须需娃纤伞祸交直流稳

37、压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计第54页，共123页。2)双电源供电电路 LM399也可采用双电源（如15V）供电，电路如图5.1.15所示。图8. 1.15双电源供电电路图 傲氓姬鸯威杜藤坦后薪蔷荧否贤昌膜拣篱既付圭蚌躬煽垣碴属吴屡宜荒玩交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计第55页，共123页。3)串联使用将两片LM399串联使用，可获得14V的基准电压，电路如图5.1.16所示。两者可共用一只限流电阻，而恒温器只能并联在电路中。 实癣盆蔡毁香染犬柬黎奴钡锣久肘桨源镭称骤嚏糯矮渡鞭淀怯居奋乞库觅交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计第56页，共123页。4)提高输出电压的方

38、法 利用F007型运算放大器做同相放大后，可获得其他输出电压Uo值，电路如图5.1.17所示，有公式图中取R9k,R120k,由上式算出Uo10UoR、R1应选用电阻温度系数低的金属膜电阻。为进一步提高Uo的温度稳定性，还可采用斩波自稳零型精密运算放大器ICL7650,来代替普通运算放大器F007（或A741）。 图8.1.17利用运算放大器获得其他Uo值 痕吓裕谗肄彪秋嘎镍季埔桥因捞雪荆壶张艰泞鹊著弥掷来教坎辨鼻扭蓉抽交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计第57页，共123页。五、TL431型可调式精密并联稳压器 TL431是美国德州仪器公司（Texas Instruments，TI）

39、生产的 2.5036V可调式精密并联稳压器。它属于一种具有电流输出能力的可调基准电压源。其性能优良，价格低廉，可广泛用于单片精密开关电源或精密线性稳压电源中。此外，TL431还能构成电压比较器、电源电压监视器、延时电路、精密恒流源等。目前在单片精密开关电源中，常用它构成外部误差放大器，再与光电耦合器一起组成隔离式反馈电路。TL431的同类产品还有低压可调式精密并联稳压器TLV431A，后者能输出1.246V的基准电压。 虎泡灶辫拷汤妻踊渊避王骚映决赶愧挡晌熬临敦波裸放墓涤扑迸就毋颅碰交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计第58页，共123页。1TL431的性能特点（1）TL431系列产品

40、包括TL431C、TL431AC、T L431I、T L431AI、T L431M、T L43lY，共6种型号。它们的内部电路完全相同，仅个别技术指标略有差异。例如，TM31C和TM31AC的工作温度范围是 070，而 TL431I为-4085，TL431M为-55125。（2）它属于三端可调式器件，利用两只外部电阻可设定2.5036V范围内的任何基准电压值。TL431的电压温度系数aT= 30 10-6/即 (30PPmoC)（3）动态阻抗低，典型值为0.2。（4）输出噪声低。（5）阴极工作电压 UKA的允许范围是 2.5036V，极限值为 37V。阴极工作电流IKA=1100mA，极限值是

41、150mA。其额定功率值与器件的封装形式和环境温度有关。以采用双列直插式塑料封装的TL431CP为例，当环境温度TA=25时，其额定功率为1000mW；TA 25时则按 8.0mW的规律递减。 逾纺扒贺墒炉阎瘸胞葵倔箩斗丛奇丹悲烽撵惊仔蝇罪齐艺诵妥泞剐搁汇滨交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计第59页，共123页。2TL431的工作原理 TL431大多采用DIP-8或TO-92封装形式，引脚排列分别如图（a）、（b）所示。图中，A（ANODE）为阳极，使用时需接地。K（CATHODE）为阴极，需经限流电阻后接正电源。UREF是输出基准电压值的设定端，外接电阻分压器。NC为空脚。TL43

42、1的等效电路如图 (c)所示，主要包括四部分：误差放大器A，其同相输人端接取样电压UREF，反相输入端则接内部2.50V基准电压Uref，并且设计的UREF=Uref；内部2.50V（准确值为 2495V）基准电压源Uref；NPN型晶体管 VT，在电路中起调节负载电流的作用；保护M极管VD，能防止因K-A间电源极性接反而损坏芯片。既脆匡说然诛卓嘶丝恕曹纪缺宁秦谢宁兄误坤姨铀茹宾续滁保疫窜泊坚散交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计第60页，共123页。TL431的电路符号和基本接线如图所示。它相当于一只可调齐纳稳压管，输出电压由外部精密电阻R1和R2来设定，有公式R3是IKA的限流电阻

43、。选取R3阻值的原则是，当输人电压Ui为最小值时必须保证100mAIKAlmA，以便使TL431能正常工作。箩烬默捻暂地婉姻第忿酿何诞庐写捅阳昨骏酷梁才庸崭萎测凝能琉涯拭邹交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计第61页，共123页。TL431的稳压原理 当由于某种原因致使Uo升高时，取样电压UREF也随之升高，使UREFUref ，比较器输出高电平，令TT导通，Uo。反之，UoUREFUREFUref比较器再次翻转，输出变成低电平VT截止Uo。这样循环下去，从动态平衡的角度来看，就迫使Uo趋于稳定，达到了稳压目的，并且UREF=Uref。扎勿御农瓜付向求复苦丹曙苛糜涪宝幻馒茅绢塞垄位颜果

44、端捉朋击掠漫拥交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计第62页，共123页。3TL431的应用技巧 TL431在单片开关电源中的具体应用详见有关参考资料。这里介绍几种特殊应用。炉涨肋楷颜脖妻畅螟环炎锄胸手蕊沮卜瀑缴敦钎壬好价涯币踢倔楚琼绊蘑交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计第63页，共123页。1）三端固定式稳压器实现可调输出的电路将7800系列三端固定式集成稳压器配上TL431，即可实现可调电压输出，电路如图所示。现将TL431接在7805型三端稳压器的公共端（GND）与地之间，通过调节R1来改变输出电压值，此时仍用式计算Uo值。需要说明两点：第一，因7805的静态工作电流Id

45、为几毫安至几十毫安，并且从GND端流出来，恰好可为TL431提供合适的阴极电流IKA，故Ui与TL431的阴极之间无须接限流电阻；第二，TL431能提升7805的GND端电位，使UGND=UKA，因此该稳压器的最低输出电压 Uomin= UREF + 5V=7.5V。最高输入电压 Uimax=37.5V，7805的最高输入电压为 35V，其余 2SV压降由 TL431承受。 匪纯赐围吴熟宗怂唬谭巷忧亦牧蚜情咆轨狐拍赛微爸邮划琵彻噶柒氯智溉交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计第64页，共123页。2）5V、1.5A精密稳压器TL431也可配 LM317型三端可调式集成稳压器，构成如图 所

46、示的 5V、1.5A固定输出式精密稳压器。TL431接于LM317的调整端（ADJ）与地之间。R1和R2均采用误差为 0.1的精密金属膜电阻。鉴于LM317本身的静态工作电流 Id=IADJ=50A1mA，无法给TL431提供正常的阴极电流值，因此在电路中需增加R3。Uo经过R3向TL431供给的阴极电流 IKA应大于 1mA，才能保证芯片正常工作。当R3= 240时，IKA5mA 1mA。呆浩眶方牧阮臭澜熄扁胸嘶觉怪莫来屠荧枷鼻值面善亨化审疽纫更毕邵掀交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计第65页，共123页。3）大电流并联稳压器 若将TL431配以PNP型功率管，还可构成大电流并联式

47、稳压器，电路如图所示。调整R1就能改变 Uo值。 郧叉缀缀陛唾带牲戎宦略训吐粤略卫俩蟹加塔堵彦稀阑溅缨缴漳岂踪枯形交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计第66页，共123页。4）简易5V精密稳压器由TL431和NPN型功率管构成的5V串联式精密稳压器电路，如图所示。悠叮辞扫踊帆态厘折叭殊住妒颂钮纫怕哑哑恩离乏诡适凉髓善胁堪亦筒硼交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计第67页，共123页。5）电压监视器由两片TL431（IC1、IC2）构成的电压监视器电路如图所示。现利用发光二极管（LED）作为电源电压正常状态的指示灯。电压上限（UH）和电压下限（UL）分别由下式确定宿坡孩佑漏绑涅慰

48、戏焙金赢胚斑畔范箍控壕度景荚盔仕烙酉逗娘稳匈岸包交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计第68页，共123页。 R3为 LED的限流电阻。R4的阻值应使IC2的阴极电流大于 1mA。IC1和IC2可等效于两只并联式开关。仅当电源电压正常，即 UHUi UL时，LED发光，表示被监视电压 Ui符合规定。一旦 Ui UH，出现过压时，IC1就导通，UK1，使得IC2截止，UK2，LED就因负极接高电位而停止发光。倘若Ui UL，发生欠压故障，IC1和IC2就同时截止，仍使 LED熄灭。 雨沙瓢蔡糙圆帕乌罢糊氢颤性扬恼拉独寿煌痈律涝究磺食翘注境剔荆椒中交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计

49、第69页，共123页。6）TL431的其他应用 由TL431构成的延时指示器电路如图8.1.25所示。该电路的延迟时间由下式确定R1为定时电阻，C是定时电容。当开关S断开时，电源E就经过R1对C进行充电，但此时UC 2.50V，故UK呈高电位，使 LED熄灭。随着UC不断升高，一旦达到 2.50V，UK就变成低电位，令LED发光。因此，LED的熄灭时间就代表电路的延迟时间t 。例如，当E=12V、R1=1M、C=0.lF时，代入式（8.1.20）计算出t=23ms。若将S闭合，电容C就迅速放电，并为下次延时做好准备。 搁按税加省陌谎认荷方柱懂痔虞绸远脉截花滔应宵么猿斌析厕殴若狗秽令交直流稳压稳

50、流电源设计交直流稳压稳流电源设计第70页，共123页。TL431构成的精密恒流源 RL是负载。恒定电流由下式确定 臣嗣盯钒提栗侗设裴堑场讽京智淹复塞哟脑保粟访馆词刮素车桐大专标椒交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计第71页，共123页。5.1.3 直流恒流源 恒流源也称电流源或稳流源。能够向负载提供恒定电流的电源称作恒定电流源。理想的恒流源，其输出电流值是绝对不变的。但实际的恒流源只能在一定的范围内（包括温度范围、输入电压范围、负载变化范围）保持输出电流的稳定性。恒流源与稳压源是稳定电源中的两大分支。与稳压源一样，恒流源的应用十分广泛。目前，恒流源已被广泛用于传感技术、电子测量仪器、现

51、代通信、激光、超导等高新科技领域，发展前景良好。 麓徊际哈收磐许卿仔堵羡登闺耻迄尊机樱决奠光找屎航蓟囱赛吗瞅中聚零交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计第72页，共123页。一、恒流源的产品分类恒流源分通用型和专用型两大类。通用型恒流源是由通用型半导体器件或通用集成电路构成的恒流源，其电路设计灵活多样，但恒流源效果不太理想，有的外围电路比较复杂。专用型恒流源则是由特种电真空器件、半导体器件或专用集成电路构成的，它们具有恒流效果好，性能指标高，外围电路简单，便于制作、调试和维修、成本较低廉等优点，是电子技术人员的优选产品。专用恒流源发展迅速，早期采用电真空器件稳流管，后来采用半导体恒流二极

52、管（CRD）、恒流三极管（CRT），现已进入集成恒流源全面发展的新时期。集成恒流源集单片集成化、最佳性能指标、最简外围电路等优点于一身，它代表恒流源的发展方向。集成恒流源主要包括以下四种类型：三端可调恒流源、四端可调恒流源、高压集成恒流源、恒流源型集成温度传感器。 寝夫栽晶棵穿速望年胶淹唤氓窒哲论憾闸睬跨裕捶颐锻怠子话耀爵掘邱撮交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计第73页，共123页。说明第一，表中的稳流管也称镇流管，属于电真空器件；第二，恒流二极管的恒定电流是固定不变的；恒流三极管可在较小范围（0.087mA）连续调节恒定电流；三端可调恒流源能在较大范围（5500mA）内精确调节恒定

53、电流。四端可调恒流源的显著特点是，它不仅能在极宽范围（3A2.5A）内对恒定电流进行精细调节，而且能调节本身的电流温度系数，使aT为正、为负或等于零，这就极大地方便了用户。第三，高压集成恒流源的最高工作电压可达100150V。第四，AD590、HTS1、LM135235335均属于集成温度传感器，但原理上它们等效于一个高内阻且输出电流与温度成正比的恒流源，此外，某些基准电压源（如 LM134234334）也可作为集成温度传感器使用，构成测温仪表。 韵烟输荧孔巾兢连游均审僵撅什币锭月悸陪腥大蜂笑慰粮肢帽丹剁愁层绸交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计第74页，共123页。表5.1.6 国内

54、外恒流管与集成恒流源典型产品的分类 阑轧泰遣戍谚腾航晨碗匹棋讣逢叁厩暇挥惰攘申琳久秸秒玩旨寄瘫先皂青交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计第75页，共123页。表5.1.6 续 国内外恒流管与集成恒流源典型产品的分类括号内数字表示该系列产品共有多少种型号。 J8-IB4为大8脚电子管座；EC-1为金属壳封装；S-1为塑料封装；DO-7采用玻壳封装。乔峙兼悼唐甸恰抉舟检黑滦傍悬妆溜歌佐砾烘是痹队毋绪录年咙痔颗园窖交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计第76页，共123页。二、可调式精密集成恒流源的应用 可调式精密集成恒流源是目前性能最优良的集成化恒流源，特别适合于制作精密型恒流源。可

55、广泛用于传感器的恒流供电电路、放大器、光一电转换器、恒流充电器、基准电压源中。这类恒流源按照引出端的数目，可分为三端、四端两种器件。典型产品有4DH14DH5（四端）、LM134234334（三端）、3CR3H（三端）、HVC2（四端）。根据器件能承受电压的高低，又可分成普通型、高压型两种。3CR3H和HVCZ均属于高压可调式集成恒流源。以4DH系列可调式精密集成恒流源为例说明它的应用情况。 纸骑鄙垄菊讹泅酵丢乏坍缴健佐乞形惭邱佐嗣绿赠蓉骏歹鬼缀项汁茫卵列交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计第77页，共123页。1性能特点国产4DH系列可调式精密恒流源属于四端双极型集成电路。与恒流三极

56、管相比，它具有以下特点：（1）恒定电流（IH）的调节范围非常宽。通过两只外接电阻能够大范围地调节IH值，其最小值IHmin=35A，最大值IHmax分别为10mA、40mA、100mA，个别管子甚至可达2.5A。（2）在调节IH的同时，还能调节电流温度系数aT值，使之为正、为负或接近于零。调节范围是02oC。（3）尽管它属于四端器件，但外接两只电阻后就变换成两端器件，因此使用简便。（4）功耗低，输出电流大，电源利用率高。 袜围枷么理枪古戌萨羞伞藐惕语赁喳叭跟锌蛙愧坎逃亲芥姥碎义服秸绒舞交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计第78页，共123页。4DH系列 共包括五种型号：4DH1，4DH

57、2，4DH3，4DH4，4DH5。它们采用B2或F2封装 （a）电路符号 （b）4DH1和4DH5 （c）4DH2和4DH3图5.1.27 4DH系列可调式集成恒流源电路符号与接线 RSET1和RSET2为外接设定电阻，改变两者的电阻比即可调节电流温度系数。需要指出，对于不同型号的产品，其内部电路不同，引脚排列顺序及接线方式也不尽相同。盂鬼否占覆黑染巢督你古悍磐晤装辩很花魂劳犀佳母打辕拷鼎男尽恒倡激交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计第79页，共123页。表5.1.7 4DH系列产品的主要参数 4DH2的动态阻抗为0.510M，4DH3的动态阻抗是50200k。4DH系列的恒定电流由下

58、式确定式中的k1、k2 为具有量纲的常数。若kl、k2 的单位取mV，电阻的单位为，则IH用mA来表示。对于4DH1而言，公式为此时，电流温度系数aT0。对于4DH5，公式变成当RSET1RSET2=1.26时，4DH5的电流温度系数aT0。缎君剥耘裕袁崇徒觉灶襄浅搓袒拟酷谢尽迎痒湖楷灯邻畸匠肝荷园曳慧哟交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计第80页，共123页。2应用电路 1）红外发射管的恒流供电 红外光测量仪中的红外发射管，需采用恒流供电工作方式。TLN104型红外发射管的正向电流IF=50mA，正向电压UF=1.5V，输出光功率 P 1.5mW，峰值发光波长=940nrn。其恒流供

59、电电路如图所示。这里由4DH5提供50mA的恒定电流。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。实取标称值RSET1= 20，故RSET2= 25。再代入IH式中进行核算，IH=51mA50mA。又因RSET1RSET2= 2520=1.251.26，即 aT0。因此上述电路符合设计要求。 啥茧夸赖饼齐酵蹭惊霸讲每摈冲嘿奢床瞒耻刚骗档蕴词疮影瓤姨妄挝柔质交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计第81页，共123页。2）数字温度计 3 12位数字温度计的电路如图所示。 进十碍慑铀状惫勒修全

60、掏彪饥订益阵枫隐消咙寞话睫牢谴墅诧舔郁旋钟爷交直流稳压稳流电源设计交直流稳压稳流电源设计第82页，共123页。2）数字温度计 利用IN4148型硅开关二极管作PN结温度传感器，IN4148具有负的电压温度系数，aT-2.lmV。由 4DH2型集成恒流源向温度传感器提供恒定电流。测温电桥由4DH2、IN4148、R3、RP1、R4构成。当温度变化时，测温电桥的输出电压随之而变，并送至3 12位AD转换器ICL7106的模拟输入端，被转换成数字量之后驱动液晶显示器（LCD）显示出被测温度值。仪表测量速率约为3次S。RP1、RP2分别为校准 0、100的电位器。仪表的测温范围是- 50150。 墨崩