模拟基础技术电路 7

课题六直流稳压电源364任务1串联型直流稳压电源的安装与调试任务2集成稳压电源的安装与调试任务3USB手机充电适配器的安装与调试365任务1串联型直流稳压电源的安装与调试366

学习目标1．了解直流稳压电源的组成和各部分的作用。2．掌握稳压管并联型直流稳压电源的组成和工作原理。3．掌握三极管串联型直流稳压电源的组成和工作原理。4．掌握输出电压可调的直流稳压电源的组成和工作原理。5．能正确安装、调试输出电压可调的直流稳压电源。367直流稳压电源有三极管串联型直流稳压电源、稳压管并联型直流稳压电源、串联型开关电源、并联型开关电源等多种形式。本任务将通过输出电压可调的三极管串联型直流稳压电源的安装与调试，了解直流稳压电源的组成、工作原理及主要指标。368

任务引入一、直流稳压电源的基本结构直流稳压电源由输入变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路等组成，其组成框图如图所示。输入变压器将电压较高的交流电变换成电压合适的交流电，整流电路和滤波电路将交流电变换成比较平滑的直流电，稳压电路进一步减小电路中电压的波动。369

相关知识直流稳压电源的组成框图二、稳压管并联型直流稳压电源1．稳压管的主要参数稳压管是一种特殊的二极管，工作于反向击穿状态，它能在一定范围内保证其两端的电压恒定。稳压管的主要参数有稳定电压、稳定电流、最大耗散功率、动态电阻等。（1）稳定电压

UZ稳定电压是稳压管的稳压值，每个稳压管只有一个稳压值。370（2）稳定电流

IZ稳定电流是指稳压管正常工作时的电流，有最大稳定电流

IZmax

和最小稳定电流

IZmin。（3）最大耗散功率

PM最大耗散功率是指稳压管不致因过热而损坏的最大的耗散功率。（4）动态电阻

rZ动态电阻是反映稳压管稳压性能好坏的参数，等于稳压管两端电压的变化量和对应的电流变化量之比，动态电阻越小，稳压管的稳压性能越好。3713722．稳压管并联型直流稳压电源工作原理稳压管并联型直流稳压电源电路图如图所示。由于稳压管与负载并联，故称为并联型稳压电源。电阻R为限流电阻，输出电压等于稳压管的稳压值，即

Uo=UZ。稳压管并联型直流稳压电源电路图373无论是由于输入电压升降还是由于负载变化而导致输出电压波动时，稳压管并联型直流稳压电源都能起到稳压作用。因输入电压升高而导致稳压电源输出电压有升高趋势时的稳压过程如下：因输入电压下降而导致稳压电源输出电压有下降趋势时的稳压过程如下：稳压管并联型直流稳压电源结构简单，但输出电流受稳压管稳定电流的限制，因此，它只适用于电流比较小的场合。374三、三极管串联型直流稳压电源如果将稳压管的稳定电流通过三极管进行放大，就可以使电源的负载能力大幅度提高，这就是三极管串联型直流稳压电源。三极管串联型直流稳压电源电路图如图所示，它的输出电压

Uo≈UZ

-0.7V（设V为硅管），三极管在电路中相当于一个可变电阻。三极管串联型直流稳压电源电路图375因输入电压上升而导致输出电压有上升趋势时的稳压过程如下：因输入电压下降而导致输出电压有下降趋势时的稳压过程如下：376四、输出电压可调的直流稳压电源输出电压可调的直流稳压电源的输出电压能在一定范围内调整，给使用带来了极大的方便。如图所示为输出电压可调的直流稳压电源的电路框图，它包含调整电路、比较放大电路、基准电压、取样电路等环节。其电路原理图如图所示，三极管V1为调整管，电位器RP为取样电位器，稳压管VZ提供基准电压，电阻R2为稳压管的限流电阻，三极管V2为比较放大管。377输出电压可调的直流稳压电源的电路框图输出电压可调的直流稳压电源电路原理图378输出电压可调的直流稳压电源的工作原理是：当输出电压波动时，V2的基极电位也将变动，而V2的发射极电位是基准电压，变动的电压和基准电压比较，经V2放大后控制V1的基极电位，从而改变电压

UCE1

的大小，完成稳压过程。因输入电压上升而导致输出电压有上升趋势时的稳压过程如下：当输入电压下降时，调整过程与上述相反。379五、直流稳压电源的指标1．稳定系数

s稳定系数是指当负载不变时，输出电压相对变化量和输入电压相对变化量的比值，它是描述直流稳压电源抗外界电压波动能力的参数，稳定系数越小越好。直流稳压电源稳定系数为：3802．输出内阻

ro输出内阻

ro

是指当直流稳压电源输入电压保持不变时，输出电压变化量和输出电流变化量的比值。它是描述直流稳压电源带负载能力的参数，当负载变化时，直流稳压电源的输出内阻越小，其端电压越稳定。直流稳压电源输出内阻为：381输出电压可调的直流稳压电源电路原理图3．输出电压的范围如图所示，调节RP可以调节输出电压，当电位器的动臂向上滑动时，输出电压下降，最低电压为：当电位器的动臂向下滑动时，输出电压上升，最高电压为：任务2集成稳压电源的安装与调试382

学习目标1．认识78系列、79系列、317系列、337系列三端稳压器，并能识别其引脚。2．掌握78系列、317系列三端稳压器的典型应用电路。3．能正确安装、调试三端稳压器组成的正、负电源电路。383集成稳压器是模拟集成电路的一个重要分支，与分立元件稳压电路相比具有体积小、安装使用方便、可靠性高、保护电路完善等优点，因此在各类电子电路中得到广泛应用。利用三端稳压器可以方便地组成正电源、负电源和正、负电源。生产三端稳压器的厂家众多，如美国国家半导体公司、美国摩托罗拉公司、美国仙童半导体公司、日本电气公司等，所以三端稳压器有LM、MC、LA、KIA、μPC、μA、CW等多种型号，但它们的结构完全相同，在实际使用中可以直接代换。本任务将利用CW7812与CW7912三端稳压器组成

±12V双电源。384

任务引入集成稳压器按其外形结构来分，可分为多端稳压器和三端稳压器；按其输出电压是否可调，可分为固定稳压器和可调稳压器。一、三端固定式集成稳压器三端固定式集成稳压器只有输入端、输出端和公共端，简称三端稳压器。三端固定式集成稳压器分正电压（CW78××

系列）和负电压（CW79××

系列）两类，输出电流有0.1A、0.5A、1.5A、3A四种，输出电压有5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V七种。常用的三端固定式集成稳压器外形如下图所示。385

相关知识386常用的三端固定式集成稳压器外形三端稳压器三个引脚的内部电路不同，使用时要严格区分，不能混用。CW78××

和CW79××

系列三端稳压器的引脚排列如图所示。387CW78××、CW79××

系列三端稳压器的引脚排列三端稳压器的内部电路和分立元件稳压电源类似，由启动电路、基准电压电路、取样电路、比较放大电路、调整电路和保护电路等部分组成。三端稳压器的内部电路框图如图所示。388三端稳压器的内部电路框图三端稳压器应用简单，外围元件极少。CW78××

系列三端稳压器的典型应用电路如图所示。389CW78××

系列三端稳压器的典型应用电路二、三端可调式集成稳压器三端可调式集成稳压器是在三端固定式集成稳压器的基础上发展起来的，也分正电压［CW117（军工级）、CW217（工业级）、CW317（民用级）］和负电压［CW137（军工级）、CW237（工业级）、CW337（民用级）］输出两类。输出电压在1.25～37V内连续可调，输出电流有0.1A、0.5A、1.5A、3A、5A几种。CW317、CW337三端可调式集成稳压器外形及引脚排列如下图所示。390391CW317、CW337三端可调式集成稳压器外形及引脚排列a）TO-3封装b）TO-220封装三端可调式集成稳压器CW317的典型应用电路如图所示。它的最大输入电压是40V，改变RP的阻值，便可调节输出电压。392CW317的典型应用电路任务3USB手机充电适配器的安装与调试393

学习目标1．掌握开关稳压电源的分类、工作原理和特点。2．能正确安装、调试USB手机充电适配器。394无论是分立元件串联型直流稳压电源还是集成三端稳压器组成的稳压电源，它们的调整管都工作于放大状态，功耗较大，为了解决调整管的发热问题，需要使用较大的散热器，同时用于降压的电源变压器体积和质量都较大，使电源变得更加笨重。开关稳压电源中的开关管工作于开关状态，当其截止时流过的电流几乎为零，而其导通时两端的压降又很小，开关管本身的功耗极低，极大地提高了电源的效率，一般开关稳压电源的效率可达70%～95%。此外，电源使用的开关变压器体积小、质量轻，整个电源显得十分小巧。本任务将通过安装、调试USB手机充电适配器，进一步体会开关稳压电源的优点。395

任务引入开关稳压电源又称为交换式电源、开关变换器，是一种高频化电能转换装置。它通过控制电源开关管的导通和关断时间的比率，来保持输出电压恒定。图所示为几种常用的开关稳压电源实物图。396

相关知识常用的开关稳压电源实物图一、开关稳压电源的分类按照开关管与负载连接方式的不同，开关稳压电源可分为串联型开关稳压电源和并联型开关稳压电源两种。按照控制方式的不同，开关稳压电源可分为脉冲宽度调制式PWM、脉冲频率调制式PFM和混合式三种。按照开关管是否参与振荡，开关稳压电源可分为自激式和他激式两种。397二、串联型开关稳压电源串联型开关稳压电源基本原理图如图所示。图中，VT为开关管，VD为续流二极管，L、C组成滤波电路，R为负载电阻。398串联型开关稳压电源基本原理图串联型开关稳压电源的基本工作原理是：当

uB为高电平时，VT导通，VD截止，输入电压通过电感给负载提供电压，同时电感L储存能量，电容C充电；当

uB

为低电平时，VT截止，电感L中的能量转变为电能，通过VD给负载供电，电容C放电。可见控制VT的导通和关断时间，就可以改变输出电压的大小。399400如图所示为实用的串联型开关稳压电源电路原理图，它由单片双极型线性集成电路MC34063及其外围元件构成。输入电压范围为2.5～40V，输出电压范围为1.25～40V（可调），电流为1.5A。实用的串联型开关稳压电源电路原理图三、并联型开关稳压电源串联型开关稳压电源的开关管和负载串联，输出电压总是小于输入电压，而并联型开关稳压电源既可以降压也可以升压，它的开关管和负载是并联关系，基本原理图如图所示。401并联型开关稳压电源基本原理图402并联型开关稳压电源的基本工作原理是：当

uB为高电平时，VT导通，电感L储存能量，VD截止，电容C为负载供电；当

uB

为低电平时，VT截止，电感L中的能量转变为电能，和输入电源串联后给电容C充电，并给负载供电。改变VT的导通与关断时间，就可以改变输出电压的大小。403如图所示为以XL6019集成电路为核心的并联型开关稳压电源，它能将输入的3～35V电压升压为5～40V，下面简单介绍电路的组成和工作原理。以XL6019集成电路为核心的并联型开关稳压电源4041．电路中的特殊元件（1）XL6019集成电路XL6019集成电路是一款专门为升、降压设计的单片集成电路，外形如图所示，共有5个引脚，功能如下：XL6019集成电路外形图4051脚（GND）——接地。2脚（EN）——使能端，低电平关机，高电平工作，悬空为高电平。3脚（SW）——功率开关管引脚。4脚（VIN）——电源接入。5脚（FB）——输出电压采样，FB的参考电压为1.25V。406（2）肖特基二极管肖特基二极管也称为金属－半导体（接触）二极管或表面势垒二极管，具有比快恢复二极管更短的反向恢复时间，关闭速度更快。肖特基二极管具有开关频率高和正向电压降低等优点，但其反向击穿电压比较低，大多不高于60V，最高仅约100V。肖特基二极管在开关电源中被广泛应用。4072．电路的工作原理接通电源后，当XL6019内部开关管导通时，电源给电感L输送电能；当XL6019内部开关管关闭时，电源和电感上的自感电动势相加，通过二极管VD给负载供电，同时给电容C4充电；当输出电压达到设定值时，XL6019内部开关管导通，将电源和电感的串联回路短接，输入电源停止向负载供电，此时负载由电容C4供电，输入电源再次向电感输送电能，如此周而复始，从而得到输出恒定的直流电压。外接的RP和R组成取样电路，调节RP的阻值，可以改变XL6019内部开关管控制信号的占空比，从而改变输出电压的大小。四、开关变压器（脉冲变压器）耦合并联型开关稳压电源在并联型或串联型开关稳压电源的基础上，将储能电感用开关变压器代替，就可以组成开关变压器耦合并联型开关稳压电源。该电路的输出端和输入端用开关变压器（也称为脉冲变压器）隔离，开关变压器的次级可以分成多个绕组，分别构成储能电路，得到不同的电压。各负载支路就如同“并联”在电路中，所以通常也称之为“并联”开关电源（与并联开关电源的定义并不相同）。408如图所示是以UC3842控制芯片为核心构成的典型开关变压器耦合并联型开关稳压电源原理图，下面简单介绍电路的组成和工作原理。409典型开关变压器耦合并联型开关稳压电源原理图4101．电路中的特殊元件由于“并联”开关电源工作于高频、大电流的状态，同时考虑到电磁兼容性的特殊要求，电路中采用了多种特殊元件，“并联”开关电源中的主要元件如图所示。“并联”开关电源中的主要元件411（1）热敏电阻RT为热敏电阻，热敏电阻有正温度系数和负温度系数两种，开关电源中使用的是负温度系数的热敏电阻，用于开关电源的开机保护，电阻越大，限流效果越好，但同时电阻消耗的电能也越大。（2）共模滤波电感L1为共模滤波电感，它在同一铁芯上绕有两组线圈，线圈的匝数相同、绕制方向相反。412（3）安规电容电路中CX、CY1、CY2电容为安规电容，安规电容可以减少电路的电磁辐射和对外界的电磁干扰,使电子设备符合电磁兼容性的要求。安规电容有X电容和Y电容两种，相线与零线间的是X电容，相线、零线与地间的是Y电容。（4）UC3842控制芯片UC3842是常用的开关电源控制集成电路，为8脚双列集成块，其外形和引脚功能如图所示。413UC3842外形和引脚功能a）外形b）引脚功能4141脚为误差放大器的输出端，外接阻容元件或光电耦合器。2脚为反馈电压输入端，与2.5V基准电压进行比较，产生误差电压，控制脉冲宽度。3脚为电流取样端，当检测到电压超过1V时，减小脉冲宽度。4脚为定时端，内部振荡器的工作频率由外接的阻容元件参数决定。5脚为公共端接地。6脚为输出端。7脚为直流电源供电端，具有欠、过电压锁定功能。8脚为5V基准电压输出端。（5）精密基准电源TL431TL431就是一款经典的三端精密基准电源，三个电极分别为：参考电极R、阳极A、阴极K，其外形和图形符号如图所示。其内部有高精度放大器（具有温度补偿功能），内部基准电压精度非常高，无论是精度还是稳定性均优于普通稳压二极管构成的电路。415TL431的外形与图形符号a）外形b）图形符号（6）开关变压器开关变压器是开关电源中的重要器件，结构和一般的电源变压器类似，其外形如图所示。它一般工作于开关状态，由于工作频率较高，所以采用铁氧体磁芯。416开关变压器的外形（7）光电耦合器光电耦合器简称光耦，它以光为媒介传输电信号，对输入、输出电信号有良好的隔离作用。它由发光源和受光器两部分组成，把发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内，彼此间用透明绝缘体隔离。发光源的引脚为输入端，受光器的引脚为输出端。常见的发光源为发光二极管，常见的受光器为光敏二极管、光敏三极管等。光电耦合器的外形和图形符号如图所示。417光电耦合器的外形和图形符号a）外形b）图形符号4182．电路的工作原理AC220V交流电通过熔丝FU、热敏电阻RT、共模滤波电感L1，经VD1~VD4组成的桥式电路整流、电容C1滤波后得到310V左右的直流电压，一路通过开关变压器①②绕组加到开关管的漏极，另一路通过启动电阻R2、R3向UC3842的7脚提供一个启动电压，电路启动后开关管导通，开关变压器①②绕组将有电流流过，此时①②绕组相当于一个电感，开始储存能量。因开关变压器①②绕组