电源技术辅导资料三
电源技术辅导资料三主 题：第二章 第五、六节 “串联式线性稳压电源”、“集成稳压器的应用技术”，第三章 第一节 “线性稳压电源与开关稳压电源”辅导资料
学习时间：2010年11月1日－11月7日
内 容：
我们这周主要学习第二章 第五、六节“串联式线性稳压电源”、“集成稳压器的应用技术”和第三章第一节“线性稳压电源与开关稳压电源”的相关内容。希望通过下面的内容能使同学们加深对串联式线性稳压电源的理解，并初步了解开关稳压电源的概念。
一、学习要求
1．理解串联式线性稳压电源的原理；
2．了解集成稳压器的应用技术；
3．了解线性稳压电源与开关稳压电源的区别；
二、主要内容
1．串联式线性稳压电源
（1）线性串联型稳压电源的工作原理
工作在放大区的晶体管，它的集—射极之间的电压Uce和集电极电流Ic随基极电流Ib的大小而变动。当基极电流Ib增加时，Uce将减小，Ic将增大，这相当于晶体管集电极与发射极间的电阻减小；而当基极电流Ib减小时，Uce将增大，Ic将减小，这就相当于晶体管集电极与发射极之间所呈现的电阻增大。由此可见，在线性放大区工作的晶体管，在基极电流的控制下，集—射极之间的电阻是可以改变的，所以，晶体管完全可以充当串联反馈型稳压电源中的调整器件，称为调整管。
（2）串联反馈型晶体管稳压电源
用晶体管作为调整管的串联反馈型稳压电源叫做串联反馈型晶体管稳压电源，它是串联反馈型稳压电源中应用最普遍，最有代表性的一种。
上图是一个简单的串联型稳压电路，用三极管代替可变电阻R作为调整元件，故叫做调整管。电阻R和稳压管Dz组成简单的稳压管稳压电路，接到调整管的基极，使基极电压Ub=Uz保持恒定，此电压称为基准电压。
电压稳定过程如下：当电网电压波动或负载电流变化引起输出电压Uo升高时，由于调整管基极电位Ub是恒定的，将引起调整管基-射极之间的电压Ube下降。由三极管特性曲线可知，其基极电流Ib减小，集-射极电压Uce上升，而Uo=Ui-Uce，使输出电压降到原值。
由于三极管的发射极电流比稳压管的工作电流大得多，所以这种稳压电路可提供较大的负载电流。该电路的输出电压Uo=Uz-Ube，Uo的值取决于稳压管的稳定电压Uz。如果要改变输出电压，可更换稳压管。另外，用输出电压直接去控制调整管的基极电流，控制作用不明显，稳压效果较差。为提高稳定度，可以采用带有放大环节的串联稳压电路（见（4））。
（3）串联反馈调整型直流稳压电源
A.串联反馈调整型稳压电源的基本原理
串联反馈调整型稳压电源是一个闭环反馈系统，所以必须具有执行器件和反馈支路。一般情况下，它包括调整管、取样电路、基准电压源、误差比较放大器等主要部分。调整管是闭环调节系统的执行机构，其余部分都是反馈控制支路所必需的。
B.串联反馈调整型稳压电源的优点
输出电压范围不受调整器件本身耐压的限制；
各项技术指标可以做得很高。
C.缺点： 线路比较复杂，过载能力差，需要过载保护。因此，串联反馈调整型稳压电源广泛用在负载变动较大，稳压性能要求较好，输出电压可调等场合。
（4）带放大环节的串联型稳压电路
带放大环节的串联型晶体管稳压电路，将输出电压的变化量DUo通过直流放大器放大后，再去控制调整管，使微小的输出电压变化量产生很强的调整作用，从而大大提高了输出电压的稳定性。该稳压电路包括以下四部分：取样电路、基准电压电路、比较放大器、调整管。
A. 取样电路
由R1、R2和Rp组成的电阻分压器。将输出电压Uo的一部取出，送到比较放大器T2的基极
B. 基准电压电路
C.比较放大器
由晶体管T2构成的直流放大电路，它的基-射极电压 Ube2是取样电压Uf与基准电压Uz之差。将这个电压差值放大后去控制调整管T1。R4是T2的集电极负载电阻，同时也是T1的基极偏置电阻。
D.调整管
由工作在线性区的功率管T1组成，它的基极电流受比较放大器T2集电极输出信号控制，只要控制基极电流Ib1，就可以改变集射极间电压Uce1，从而调整输出电压U0。
E.稳定过程如下：
当输出电压Uo升高时，取样电压Uf随之增大，T2的基-射极电压Ube2增大，其基极电流Ib2增大，集电极电流Ic2增大，集-射极电压Uce2减小。
因此，T1的Ube1：Ube1=Ub1-Uo=Uz+Uce2-Uo减小，Uce1增大，输出电压Uo下降，使之保持稳定，其调整过程可以表示如下：
串联型稳压电路的输出电压Uo，由采样单元的分压比和基准电压的乘积决定。因此调节电位器RP的滑动端子，可调节输出电压Uo的大小。Uo的调节范围为：
UOmax=（R1+R2+RP）*UZ/R2
UOmin=（R1+R2+RP）*UZ/(R2+RP)
注：课件此处有例题
2．集成稳压器的应用技术
（1）集成稳压器的特点
A.集成稳压器的电路原理与分立晶体管稳压器基本相同，由调整元件、误差放大器、基准电压、比较、取样等几个主要部分组成。
B.集成稳压器充分利用了集成技术的优点，在线路结构和制造工艺上都采用了很多基本的模拟集成电路的方法。诸如偏置电路、电流源电路、基准电压源电路、各种形式的误差放大器和集成稳压器所特有的启动电路、保护电路等
C.与分立器件稳压器相比，集成稳压器具有体积小，成本低，使用方便，性能指标高的优点。
（2）集成三端式稳压器
A.集成稳压器的分类：
按结构形式分：串联型，并联型，开关型
按输出电压类型分：固定式，可调式
按输出电压极性分：正电压输出（W7800）负电压输出（W7900）
B.三端式是指稳压电路有输入,输出,接地三个接线端子
如：三端式固定输出集成稳压器
使用要求：输入电压比输出电压至少大2V以上,但也不宜过大
C.三端集成稳压器的分类
三端固定正输出集成稳压器；三端固定负输出集成稳压器；三端可调正输出集成稳压器；三端可调负输出集成稳压器
D.7800系列集成稳压器的基本原理
请认真理解下图中所表示的工作原理，该工作机理是对一般的电源设计具有很好的指导意义。
（3）三端固定输出型集成稳压器应用电路
A.固定输出电压（典型应用）
固定正电压输出 固定负电压输出
Ui是整流滤波后的输入电压，Uo是输出电压
C1的作用是改善输入电压的纹波，抑制输入电压的瞬时变化；
C2的作用是减小负载电流变化导致的高频干扰；
C3的作用是减少输出纹波，减小低频干扰。
B.提高输出电流
VD 的作用：补偿三极管的发射结电压，使电路输出电压等于三端集成稳压器的输出电压。
当负载电流大于稳压器输出电流时，可以采用以上电路。
IO≈UBE/R+IC
C.提高输出电压
UO=UO＇＋ＵＺ ＵＯ≈（１＋Ｒ２／Ｒ１）ＵＯ＇
D.正负输出电路
两只二极管起保护作用，正常工作时均处于截止状态。若W7900的输入端未接入输入电压，W7800的输出电压将通过负载电阻接到W7900的输出端，使D2导通，从而将W7900的输出端钳位在0.7V左右，保护其不至于损坏；同理，D1可在W7800的输入端未接入输入电压时保护其不至于损坏。
（4）三端可调输出集成稳压器应用
分为正输出CW317（CW117，CW217），
负输出CW337（CW137，CW237）
为了使电路正常工作，输出电流要大于5mA，输入电压2-40V，输出电压在1.25-37V可调整。
UO≈（1+Rp/R1）×1.25
3．开关电源与线性稳压电源的对比
（1）线性稳压电源
所谓线性稳压电源，是指在稳压电源电路中的调整功率管是工作在线性放大区。
A.线性稳压电源的优点是
①电源稳定度、负载稳定度较高；
②输出波纹电压小；
③瞬态响应速度快；
④线路结构简单，便于维修；
⑤没有开关于扰。
B.线性稳压电源的缺点是：
①功耗大，效率低，其效率一般只有45％；
②体积大、重量重、不能微小型化
③必须有较大容量的滤波电容。
C.造成这些缺点的原因是
①调整管在电源的整个工作过程中工作在晶体管的线性放大区。调整管本身的功耗与输出电流成正比。调整管本身的功耗就会随电源的输出功率的增大而增大，使调整管急剧地发热。必须给管子加上较大的散热片。
②线性稳压电源使用50 Hz工频降压变压器，这种变压器的效率只有80％一90％。这样不但增加了电源的体积和重量、而且也大大降低了电源的效率。
③由于线性稳压电源的工作频率较低，为50 Hz。要降低输出电压中波纹电压的峰峰值、就必须增大滤波电容的容量。
（2）开关稳压电源
开关稳压电源的原理图及等效原理框图
A.开关稳压电源的优点
①功耗小、效率高。晶体管在激励信号的激励下，交替地工作在开关状态，转换速度很快，频率一般为50kHz左右。目前可以做到几百kHz或者近1000 kHz。这使得开关晶体管功率消耗非常小，电源效率可达80％。
②体积小，重量轻。没有采用笨重的工频变压器。由于调整管上的耗散功率大幅度降低以后，省去了较大的散热片。
③稳压范围宽。开关稳压电源的输出电压是由激励信号的占空比来调节的，输入信号电压的变化可以通过调频或调宽来进行补偿。在工频电网电压变化较大时，仍能保证有较稳定的输出电压。
④滤波的效率大为提高，使滤波电容的容量和体积大为减小。滤波电容只有线性稳压电源的1／500－1／1000。
⑤电路形式灵活多样，有自激式和他激式；有调宽型和调频型；有单端式和双端式，等等。
B.开关稳压电源的缺点
①开关干扰。开关调整管工作在开关状态，产生的交流电压和电流会通过电路中的其它元器件产生尖峰干扰和谐振干扰
②开关稳压电源的振荡器没有工频变压器隔离，干扰会串进工频电网，对其他设备、仪器造成干扰。
③电路结构复杂，故障率高。
三、重要考点
（一）选择题
1.三端固定输出集成稳压器CW7805能够输出稳定（）电压。
A. ±5V B. +5V C.-5V D.0～5V
答案：B
2.集成稳压器CW317属于（）。
A. 多端可调式集成稳压器
B. 三端固定式集成稳压器
C. 三端可调正输出集成稳压器
D. 三端可调负输出集成稳压器
答案：C
3.串联反馈型稳压电路中的晶体管工作在（）状态。
A. 放大 B. 饱和 C. 截止 D. 开关
答案：A
4.开关稳压电源的调整管工作在（）状态。
A. 放大 B. 饱和 C. 截止 D. 开关
答案：D
（二）判断题
1.开关稳压电源与线性稳压电源比较，其效率有明显优势。 （正确）
（三）简答题
请简述线性串联型稳压电源的工作原理。
见本辅导资料1.(1)。
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