10.5 串联型稳压电路

本文围绕稳压电路展开,先介绍串联型稳压电路工作原理,包括基本调整管电路、有放大环节的电路及方框图,还提及调整管选择;接着阐述集成稳压器中基准电压和保护电路;然后介绍W7800和W117三端稳压器;最后说明三端稳压器在不同场景的应用。

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稳压管稳压电路输出电流较小,输出电压不可调,不能满足很多场合下的应用。串联型稳压电路以稳压管稳压电路为基础,利用晶体管的电流放大作用,增大负载电流;在电路中引入深度电压负反馈使输出电压稳定;并且,通过改变反馈网络参数使输出电压可调。

一、串联型稳压电路的工作原理

1、基本调整管电路

如图10.5.1(a)所示稳压管稳压电路中,负载电流最大变化范围等于稳压管的最大稳定电流和最小稳定电流之差 (IZmax−IZmin)(I_{Zmax}-I_{Zmin})(IZmaxIZmin)。扩大负载电流最简单的方法是:将稳压管稳压电路的输出电流作为晶体管的基极电流,而晶体管的发射极电流作为负载电流,电路采用射极输出形式,如图10.5.1(b)所示,常见画法如图(c)所示。

在这里插入图片描述
由于图(b)、(c)所示电路引入了电压负反馈,故能够稳定输出电压。但它们与一般共集放大电路有着明显的区别:其工作电源 UIU_IUI 不稳定,“输入信号” 为稳定电压 UZU_ZUZ,并且要求输出电压 UOU_OUOUIU_IUI 变化或负载电阻 RLR_LRL 变化时基本不变。
其稳压原理如下:
当电网电压波动引起 UIU_IUI 增大,或负载电阻 RLR_LRL 增大时,输出电压 UOU_OUO 将随之增大,即晶体管发射极电位 UEU_EUE 升高;稳压管端电压基本不变,即晶体管基极电位 UBU_BUB 基本不变,故晶体管的 UBE(=UB−UE)U_{BE}(=U_B-U_E)UBE(=UBUE) 减小,导致 IB(IE)I_B(I_E)IB(IE) 减小,从而使 UOU_OUO 减小;因此可以保持 UOU_OUO 基本不变。当 UIU_IUI 减小或负载电阻 RLR_LRL 减小时,变化与上述过程相反。可见,晶体管的调节作用使 UOU_OUO 稳定,所以称晶体管为调整管,称图(b)、(c)所示电路为基本调整管电路。
根据稳压管稳压电路输出电流的分析,有式(10.4.9)可知,晶体管基极的最大电流为 (IZmax−IZmin)(I_{Zmax}-I_{Zmin})(IZmaxIZmin),因而图(b)所示的最大负载电流为ILmax=(1+β)(IZmax−IZmin)(10.5.1)I_{Lmax}=(1+\beta)(I_{Zmax}-I_{Zmin})\kern 30pt(10.5.1)ILmax=(1+β)(IZmaxIZmin)(10.5.1)这也就大大提高了负载电流的调节范围。输出电压为UO=UZ−UBE(10.5.2)U_O=U_Z-U_{BE}\kern 30pt(10.5.2)UO=UZUBE(10.5.2)从上述稳压过程可知,要想使调整管起到调整作用,必须使之工作在放大状态,因此其管压降应大于饱和管压降 UCESU_{CES}UCES;换言之,电路应满足 UI≥UO+UCESU_I\geq U_O+U_{CES}UIUO+UCES 的条件。由于调整管与负载相串联,故称这类电路为串联型稳压电源;由于调整管工作在线性区,故称这类电路为线性稳压电源

2、具有放大环节的串联型稳压电路

式(10.5.2)表明基本调整管稳压电路的输出电压仍然不可调,且输出电压将因 UBEU_{BE}UBE 的变化而变,稳定性较差。为了使输出电压可调,也为了加深电压负反馈以提高输出电压的稳定性,通常在基本调整管稳压电路的基础上引入放大环节。
(1)电路的构成
若同相比例运算电路的输入电压为稳定电压,且比例系数可调,则其输出电压就可调节;同时,为了扩大输出电流,集成运放输出端加晶体管,并保持射极输出形式,就构成具有放大环节的串联型稳压电路,如图10.5.2(a)所示。输出电压为UO=(1+R1+R2′′R2′+R3)UZ(10.5.3)U_O=\Big(1+\frac{R_1+R''_2}{R'_2+R_3}\Big)U_Z\kern 30pt(10.5.3)UO=(1+R2+R3R1+R2′′)UZ(10.5.3)由于集成运放开环差模增益可达 80 dB80\,\textrm{dB}80dB 以上,电路引入深度电压负反馈,输出电阻趋近于零,因而输出电压相当稳定。图(b)所示为电路的常见画法。在这里插入图片描述
在图(b)所示电路中,晶体管 TTT 为调整管,电阻 RRR 与稳压管 DZD_ZDZ 构成基准电压电路,电阻 R1R_1R1R2R_2R2R3R_3R3 为输出电压的采样电路,集成运放作为比较放大电路,如图中所标注。调整管、基准电压电路、采样电路和比较放大电路是串联型稳压电路的基本组成部分。
(2)稳压原理
当由于某种原因(如电网电压波动或负载电阻的变化等)使输出电压 UOU_OUO 升高(降低)时,采样电路将这一变化趋势送到 A\textrm AA 的反相输入端,并与同相输入端电位 UZU_ZUZ 进行比较放大;A\textrm AA 的输出电压,即调整管的基极电位降低(升高);因为电路采用射极输出形式,所以输出电压 UOU_OUO 必然降低(升高),从而使 UOU_OUO 得到稳定。可简述如下:在这里插入图片描述在这里插入图片描述可见,电路是靠引入深度电压负反馈来稳定输出电压的。
(3)输出电压的可调范围
在理想运放条件下,UN=UP=UZU_N=U_P=U_ZUN=UP=UZ。所以,当电位器 R2R_2R2 的滑动端在最上端时,输出电压最小,为UOmin=R1+R2+R3R2+R3⋅UZ(10.5.4)U_{Omin}=\frac{R_1+R_2+R_3}{R_2+R_3}\cdot U_Z\kern 20pt(10.5.4)UOmin=R2+R3R1+R2+R3UZ(10.5.4)当电位器 R2R_2R2 的滑动端在最下端时,输出电压最大,为UOmax=R1+R2+R3R3⋅UZ(10.5.5)U_{Omax}=\frac{R_1+R_2+R_3}{R_3}\cdot U_Z\kern 20pt(10.5.5)UOmax=R3R1+R2+R3UZ(10.5.5)R1=R2=R3=300 ΩR_1=R_2=R_3=300\,\textrmΩR1=R2=R3=300ΩUZ=6 VU_Z=6\,\textrm VUZ=6V,则输出电压 9 V≤UO≤18 V9\,\textrm V\leq U_O\leq18\,\textrm V9VUO18V
(4)调整管的选择
在串联型稳压电路中,调整管是核心元件,它的安全工作是电路正常工作的保证。调整管常为大功率管,因而选用原则与功率放大电路中的功放管相同,主要考虑其极限参数 ICMI_{CM}ICMU(BR)CEOU_{(BR)CEO}U(BR)CEOPCMP_{CM}PCM。调整管极限参数的确定,必须考虑到输入电压 UIU_IUI 由于电网电压波动而产生的变化,以及输出电压的调节和负载电流的变化所产生的的影响。
从图10.5.2(b)所示电路可知,调整管 TTT 的发射极电流 IEI_EIE 等于采样电阻 R1R_1R1 中电流和负载电流 ILI_LIL 之和( IE=IR1+ILI_E=I_{R1}+I_LIE=IR1+IL);TTT 的管压降 UCEU_{CE}UCE 等于输入电压 UIU_IUI 与输出电压 UOU_OUO 之差( UCE=UI−UOU_{CE}=U_I-U_OUCE=UIUO)。显然,当负载电流最大时,流过 TTT 管发射极的电流最大,即 IEmax=IR1+ILmaxI_{Emax}=I_{R1}+I_{Lmax}IEmax=IR1+ILmax。通常,R1R_1R1 上电流可忽略,且 IEmax≈ICmaxI_{Emax}\approx I_{Cmax}IEmaxICmax,所以调整管的最大集电极电流 ICmax≈ILmax(10.5.6)I_{Cmax}\approx I_{Lmax}\kern 40pt(10.5.6)ICmaxILmax(10.5.6)当电网电压最高(即输入电压最高),同时输出电压又最低时,调整管承受的管压降最大,即 UCEmax=UImax−UOmin(10.5.7)U_{CEmax}=U_{Imax}-U_{Omin}\kern 20pt(10.5.7)UCEmax=UImaxUOmin(10.5.7)当晶体管的集电极(发射极)电流最大(即满载),且管压降最大时,调整管的功率损耗最大,即PCmax=ICmaxUCEmax(10.5.8)P_{Cmax}=I_{Cmax}U_{CEmax}\kern 25pt(10.5.8)PCmax=ICmaxUCEmax(10.5.8)根据式(10.5.6)、(10.5.7)、(10.5.8),在选择调整管 TTT 时,应保证其最大集电极电流、集电极与发射极之间的反向击穿电压和集电极最大耗散功率满足{ICM>ILmax(10.5.9a)U(BR)CEO>UImax−UOmin(10.5.9b)PCM>ILmax(UImax−UOmax)(10.5.9c)\left\{\begin{matrix}I_{CM}>I_{Lmax}\kern 85pt(10.5.9a)\\U_{(BR)CEO}>U_{Imax}-U_{Omin}\kern 23pt(10.5.9b)\\P_{CM}>I_{Lmax}(U_{Imax}-U_{Omax})\kern 10pt(10.5.9c)\end{matrix}\right.ICM>ILmax(10.5.9a)U(BR)CEO>UImaxUOmin(10.5.9b)PCM>ILmax(UImaxUOmax)(10.5.9c)实际选用时,不但要考虑一定的余量,还应按手册上的规定采取散热措施。
在图10.5.2(b)所示电路中,如果最大负载电流为 500 mA500\,\textrm {mA}500mA;输出电压调节范围为 10∼20 V10\sim20\,\textrm V1020V;输入电压 25 V25\,\textrm V25V,波动范围为 ±10%±10\%±10%;那么选择调整管 TTT 时,其极限参数应为ICM>IL=500 mAI_{CM}>I_L=500\,\textrm {mA}ICM>IL=500mAU(BR)CEO=1.1UI−UOmin=(1.1×25−10) V=17.5 VU_{(BR)CEO}=1.1U_I-U_{Omin}=(1.1\times25-10)\,\textrm V=17.5\,\textrm VU(BR)CEO=1.1UIUOmin=(1.1×2510)V=17.5VPCM>IL(1.1UI−UOmin)=(0.5×17.5)W=8.75 WP_{CM}>I_{L}(1.1U_I-U_{Omin})=(0.5\times17.5)\textrm W=8.75\,\textrm WPCM>IL(1.1UIUOmin)=(0.5×17.5)W=8.75W

3、串联型稳压电路的方框图

根据上述分析,实用的串联型稳压电路至少包含调整管、基准电压电路、采样电路和比较放大电路等四个部分。此外,为使电路安全工作,还应在电路中加保护电路,所以串联型稳压电路的方框图如图10.5.3所示。

在这里插入图片描述
例10.5.1】电路如图10.5.2(b)所示,已知输入电压 UIU_IUI 的波动范围为 ±10%±10\%±10%,调整管的饱和管压降 UCES=2 VU_{CES}=2\,\textrm VUCES=2V,输出电压 UOU_OUO 的调节范围为 5∼20 V5\sim20\,\textrm V520VR1=R3=200 ΩR_1=R_3=200\,ΩR1=R3=200Ω。试问:
(1)稳压管的稳定电压 UZU_ZUZR2R_2R2 的取值各为多少?
(2)为使调整管正常工作,UIU_IUI 的值至少应取多少?
解: 输出电压的表达式为R1+R2+R3R2+R3⋅UZ≤UO≤R1+R2+R3R3⋅UZ\frac{R_1+R_2+R_3}{R_2+R_3}\cdot U_Z\leq U_O\leq\frac{R_1+R_2+R_3}{R_3}\cdot U_ZR2+R3R1+R2+R3UZUOR3R1+R2+R3UZUOmin=5 VU_{Omin}=5\,\textrm VUOmin=5VUOmax=20 VU_{Omax}=20\,\textrm VUOmax=20VR1=R3=200 ΩR_1=R_3=200\,ΩR1=R3=200Ω 代入上式,解二元方程,可得 R2=600 ΩR_2=600\,ΩR2=600ΩUZ=4 VU_Z=4\,\textrm VUZ=4V。此二元不等式可以得出 UZU_ZUZR2R_2R2 的范围。
(2)所谓调整管正常工作,是指在输入电压波动和输出电压改变时调整管应始终工作在放大状态。研究电路的工作情况可知,在输入电压最低且输出电压最高时管压降最小,若此时管压降大于饱和管压降,则在其它情况下管子一定会工作在放大区。用式子表示为 UCEmin=UImin−UOmax>UCESU_{CEmin}=U_{Imin}-U_{Omax}>U_{CES}UCEmin=UIminUOmax>UCES,即UImin>UOmax+UCESU_{Imin}>U_{Omax}+U_{CES}UImin>UOmax+UCES代入数据0.9UI>(20+2)V0.9U_I>(20+2)\textrm V0.9UI>(20+2)V得出 UI>24.5 VU_I>24.5\,\textrm VUI>24.5V,故 UIU_IUI 至少应取 25 V25\,\textrm V25V

例10.5.2】电路如图10.5.2(b)所示,已知集成运放输出电流 IOI_OIO 最大值为 2 mA2\,\textrm {mA}2mA,调整管的电流放大倍数为 303030。试问:
(1)最大负载电流 ILmaxI_{Lmax}ILmax 约为多少?
(2)若要稳压电路输出电流为 1 A1\,\textrm A1A,则应采取什么办法?画出改进部分的电路图来。
解:(1)最大负载电流ILmax≈IEmax≈ICmax=βIO=60 mAI_{Lmax}\approx I_{Emax}\approx I_{Cmax}=\beta I_O=60\,\textrm{mA}ILmaxIEmaxICmax=βIO=60mA(2)可用复合管做调整管,如图10.5.4所示。

在这里插入图片描述
此时,ILmax≈IEmax≈ICmax≈β1β2IOI_{Lmax}\approx I_{Emax}\approx I_{Cmax}\approx\beta_1\beta_2I_OILmaxIEmaxICmaxβ1β2IO,只要 β1β2>500\beta_1\beta_2>500β1β2>500,就可使稳压电路的输出电流达到 1 A1\,\textrm A1A 以上。若 β1=30\beta_1=30β1=30,则要求 β2>17\beta_2>17β2>17

二、集成稳压器中的基准电压电路和保护电路

1、基准电压电路

式(10.5.4)和(10.5.5)表明,串联型稳压电路输出电压的稳定性取决于基准电压的稳定性,因而通常要求基准电压电路具有温度系数为零、输出电阻小、噪声低等特点。
(1)稳压管基准电压电路
图10.5.5所示为稳压管基准电压电路。设稳压管 DZD_ZDZ 的稳定电压为 UZU_ZUZ,晶体管 T2T_2T2 导通时 b - e 间电压为 UBEU_{BE}UBE,则输出基准电压为UREF=UBE+UZ(10.5.10)U_{REF}=U_{BE}+U_Z\kern 30pt(10.5.10)UREF=UBE+UZ(10.5.10)在这里插入图片描述
由于图中的稳压管具有正温度系数,即温度升高时 UZU_ZUZ 增大,反之则 UZU_ZUZ 减小;而 T2T_2T2 的发射结在正向导通时具有负温度系数,即在基极电流基本不变条件下,温度升高时 UBEU_{BE}UBE 减小,反之 UBEU_{BE}UBE 增大;所以该电路具有温度补偿作用。当温度变化时,UZU_ZUZUBEU_{BE}UBE 的变化相反,互相抵消,使 UREFU_{REF}UREF 变化很小。此外,电路采用射极输出形式,引入了电压负反馈,进一步提高了 UREFU_{REF}UREF 的稳定性,且使输出电阻更小。
图10.5.6(a)所示为零温度系数基准电压电路,其等效电路如图(b)所示。已知稳压管的稳定电压具有正温度系数,NPN\textrm{NPN}NPN 型管 b - e 间电压 UBEU_{BE}UBE 具有负温度系数。设 nnn 个和 mmm 个二极管的导通电压 UBEU_{BE}UBE 基本相等,则基准电压为UREF=IER2+mUBE(10.5.11)U_{REF}=I_ER_2+mU_{BE}\kern 30pt(10.5.11)UREF=IER2+mUBE(10.5.11)IE=UZ−(m+n)UBER1+R2(10.5.12)I_E=\frac{U_Z-(m+n)U_{BE}}{R_1+R_2}\kern 20pt(10.5.12)IE=R1+R2UZ(m+n)UBE(10.5.12)在这里插入图片描述将式(10.5.12)代入(10.5.11),整理可得UREF=UZR2+(mR1−nR2)UBER1+R2(10.5.13)U_{REF}=\frac{U_ZR_2+(mR_1-nR_2)U_{BE}}{R_1+R_2}\kern 15pt(10.5.13)UREF=R1+R2UZR2+(mR1nR2)UBE(10.5.13)在集成电路中,因材料相同,R1R_1R1R2R_2R2 具有同样的温度系数,当温度变化时其比值不变,它们随温度变化而产生的变化量相互抵消,因而对 UREFU_{REF}UREF 的影响很小,可忽略不计。所以 UREFU_{REF}UREF 的温度系数为 d UREFd T=R2R1+R2⋅d UZd T+mR1−nR2R1+R2⋅d UBEd T(10.5.14)\frac{\textrm d\,U_{REF}}{\textrm d\,T}=\frac{R_2}{R_1+R_2}\cdot\frac{\textrm d\,U_Z}{\textrm d\,T}+\frac{mR_1-nR_2}{R_1+R_2}\cdot\frac{\textrm d\,U_{BE}}{\textrm d\,T}\kern 12pt(10.5.14)dTdUREF=R1+R2R2dTdUZ+R1+R2mR1nR2dTdUBE(10.5.14)d UZd T/d UBEd T=k\displaystyle\frac{\textrm d\,U_Z}{\textrm d\,T}/\frac{\textrm d\,U_{BE}}{\textrm d\,T}=kdTdUZ/dTdUBE=k,代入式(10.5.14),令 d UREFd T=0\displaystyle\frac{\textrm d\,U_{REF}}{\textrm d\,T}=0dTdUREF=0,可得R1R2=n−km(10.5.15)\frac{R_1}{R_2}=\frac{n-k}{m}\kern 35pt(10.5.15)R2R1=mnk(10.5.15)上述分析表明,在 mmmnnn、稳压管的 UZU_ZUZ 和二极管的 UBEU_{BE}UBE 的温度系数确定的情况下,只要 R1R_1R1R2R_2R2 按式(10.5.15)取值,就可做到基准电压温度系数为零。
(2)能隙基准电压电路
稳压管基准电压电路提供的基准电压中含有较高的噪声电平,因而在很多集成稳压器中采用能隙基准电压电路,也称带隙基准电压电路或禁带宽度基准电压电路,其基本组成如图10.5.7所示。从图中可知,基准电压为 UREF=UBE3+I2R2(10.5.16)U_{REF}=U_{BE3}+I_2R_2\kern 30pt(10.5.16)UREF=UBE3+I2R2(10.5.16)在这里插入图片描述
I2≈I3≈ISeuBEUTI_2\approx I_3\approx I_Se^{\frac{\displaystyle u_{\scriptscriptstyle BE}}{U_{\scriptscriptstyle T}}}I2I3ISeUTuBE,且 I3R3=UBE1−UBE2I_3R_3=U_{BE1}-U_{BE2}I3R3=UBE1UBE2。由于电路中晶体管具有相同的特性,所以UBE1−UBE2≈UTln⁡(I1I2)U_{BE1}-U_{BE2}\approx U_T\ln\Big(\frac{I_1}{I_2}\Big)UBE1UBE2UTln(I2I1)I3≈1R3⋅UTln⁡(I1I2)I_3\approx\frac{1}{R_3}\cdot U_T\ln\Big(\frac{I_1}{I_2}\Big)I3R31UTln(I2I1)因而 R2R_2R2 上的电压为UR2≈I3R2≈R2R3⋅UTln⁡(I1I2)(10.5.17)U_{R2}\approx I_3R_2\approx\frac{R_2}{R_3}\cdot U_T\ln\Big(\frac{I_1}{I_2}\Big)\kern 20pt(10.5.17)UR2I3R2R3R2UTln(I2I1)(10.5.17)由于 T1T_1T1T3T_3T3 特性相同,若 UBE1≈UBE3U_{BE1}\approx U_{BE3}UBE1UBE3,则 R1R_1R1 上电压与 R2R_2R2 上电压近似相等,即 I1R1≈I2R2I_1R_1\approx I_2R_2I1R1I2R2,故 I1/I2≈R2/R1I_1/I_2\approx R_2/R_1I1/I2R2/R1。代入式(10.5.17),可得UR2≈I3R2≈R2R3⋅UTln⁡(R2R1)U_{R2}\approx I_3R_2\approx\frac{R_2}{R_3}\cdot U_T\ln\Big(\frac{R_2}{R_1}\Big)UR2I3R2R3R2UTln(R1R2)将上式代入式(10.5.16),可得基准电压为UREF≈UBE3+R2R3⋅UTln⁡(R2R1)(10.5.18)U_{REF}\approx U_{BE3}+\frac{R_2}{R_3}\cdot U_T\ln\Big(\frac{R_2}{R_1}\Big)\kern 15pt(10.5.18)UREFUBE3+R3R2UTln(R1R2)(10.5.18)式中 UBE3U_{BE3}UBE3 的温度系数 α\alphaα 为负值,且 α=d UBE/d T=−(1.8∼2.4)mV/K\alpha=\textrm d\,U_{BE}/\textrm d\,T=-(1.8\sim2.4)\textrm{mV}/\textrm Kα=dUBE/dT=(1.82.4)mV/K,故可将 UBE3U_{BE3}UBE3 表示为UBE3=Ugo+αT(10.5.19)U_{BE3}=U_{go}+\alpha T\kern 30pt(10.5.19)UBE3=Ugo+αT(10.5.19)式中 UgoU_{go}Ugo 为硅材料咋 0 K0\,\textrm K0K 时外推禁带宽度(能带间隙)的电压值,又称为能隙电压值,根据 PN\textrm{PN}PN 结的分析,其值为Ugo=1.205 V(10.5.20)U_{go}=1.205\,\textrm V\kern 30pt(10.5.20)Ugo=1.205V(10.5.20)因此基准电压为 UREF=Ugo+αT+UR2U_{REF}=U_{go}+\alpha T+U_{R2}UREF=Ugo+αT+UR2,即UREF≈Ugo+αT+R2R3⋅UTln⁡(I1I2)≈Ugo+αT+R2R3⋅UTln⁡(R2R1)(10.5.21)U_{REF}\approx U_{go}+\alpha T+\frac{R_2}{R_3}\cdot U_T\ln\Big(\frac{I_1}{I_2}\Big)\approx U_{go}+\alpha T+\frac{R_2}{R_3}\cdot U_T\ln\Big(\frac{R_2}{R_1}\Big)\kern 10pt(10.5.21)UREFUgo+αT+R3R2UTln(I2I1)Ugo+αT+R3R2UTln(R1R2)(10.5.21)由于 I1>I2I_1>I_2I1>I2ln⁡(I1I2)>0\ln\Big(\displaystyle\frac{I_1}{I_2}\Big)>0ln(I2I1)>0UT=kTqU_T=\displaystyle\frac{kT}{q}UT=qkTqqqkkk 为常量,TTT 为热力学温度,TTT 增大时 UTU_TUT 增大;所以第三项将随温度 TTT 的升高而增大,即具有正温度系数。因此,只要选取合适的 R1∼R3R_1\sim R_3R1R3 的数值,就可使式(10.5.21)中的第二项和第三项相互抵消,从而使基准电压变为 UREF=Ugo(10.5.22)U_{REF}=U_{go}\kern 40pt(10.5.22)UREF=Ugo(10.5.22)显然,基准电压将与温度无关,从而获得极好的稳定性。

2、保护电路

在集成稳压器电路内部含有各种保护电路,如过流保护、短路保护、调整管安全工作区保护、芯片过热保护电路等,使集成稳压器在出现不正常情况时不至于损坏。而且,因为串联型稳压电路的调整管是其核心器件,它流过的电流近似等于负载电流,且电网电压波动或输出电压调节时管压降将产生相应的变化,所以这些保护电路都与调整管紧密相关。
(1)过流保护电路
过流保护电路能够在稳压器输出电流超过额定值时,限制调整管发射极电流在某一数值或使之迅速减小,从而保护调整管不会因电流过大而烧坏。凡在过流时使调整管发射极电流限制在某一数值的电路,称为限流型过流保护电路;凡在过流时使调整管发射极电流迅速减小到较小数值的电流,称为截流型(或减流型)过流保护电路

在这里插入图片描述

图10.5.8(a)所示为限流型保护电路,T1T_1T1 为调整管,T2T_2T2R0R_0R0 构成保护电路,图(b)所示为集成稳压电路中的画法。R0R_0R0 为电流采样电阻,其电流等于稳压电路的输出电流 I0I_0I0,故其电压正比于 I0I_0I0。正常工作时,T2T_2T2 的 b - e 间电压 UBE=I0R0<UonU_{BE}=I_0R_0<U_{\textrm {on}}UBE=I0R0<UonUonU_{\textrm{on}}Uon 为 b - e 间的开启电压,因而 T2T_2T2 处于截止状态。当过流,即输出电流增大到一定数值时,R0R_0R0 上的电压足以使 T2T_2T2 导通,便从 T1T_1T1 管的基极电流分流,因而限制了调整管的发射极电流。R0R_0R0 的取值不同,调整管发射极的限定值将不同,其表达式为IOmax≈IEmax≈UBE2/R0(10.5.23)I_{Omax}\approx I_{Emax}\approx U_{BE2}/R_0\kern 25pt(10.5.23)IOmaxIEmaxUBE2/R0(10.5.23)图(c)所示为输出特性。上述分析表明,限流型保护电路虽然组成简单,但是在保护电路起作用后调整管仍有较大的工作电流,因而也就有较大的功耗,所以不适用于大功率电路。

在这里插入图片描述
图10.5.9(a)所示为截流型过流保护电路,T1T_1T1 为调整管,R0R_0R0 为电流采样电阻,它与 T2T_2T2R1R_1R1R2R_2R2 构成保护电路,图(b)所示为集成稳压电路中的画法。电路中 A\textrm AAB\textrm BB 点的电位分别为UA=IOR0+UOU_A=I_OR_0+U_OUA=IOR0+UOUB=R2R1+R2⋅UAU_B=\frac{R_2}{R_1+R_2}\cdot U_AUB=R1+R2R2UA因而 T2T_2T2 管 b - e 间电压为UBE2=UB−UO=R2R1+R2⋅(IOR0+UO)−UO(10.5.24)U_{BE2}=U_B-U_O=\frac{R_2}{R_1+R_2}\cdot(I_OR_0+U_O)-U_O\kern 15pt(10.5.24)UBE2=UBUO=R1+R2R2(IOR0+UO)UO(10.5.24)式(10.5.24)表明,IOI_OIO 增大,UBE2U_{BE2}UBE2 将随之增大。未过流时,UBE2<UonU_{BE2}<U_{\textrm{on}}UBE2<Uon,使 T2T_2T2 截止。当 IOI_OIO 增大到一定数值或输出端短路时,T2T_2T2 导通,对调整管 T1T_1T1 的基极分流,使 IOI_OIO 减小,当负载不变时,将导致输出电压 UOU_OUO 减小;此时虽然 UBU_BUBUOU_OUO 的下降而下降,但是 UOU_OUO 下降的幅值大于 UBU_BUB,这是因为 UBU_BUB 的下降幅值是对 UAU_AUA 的分压,而 UAU_AUAUOU_OUO 的下降幅值几乎相等。从而使得 T2T_2T2 的电流进一步增大,T1T_1T1 的电流进一步减小,最终减小到较小数值。输出特性如图(c)所示。设 T2T_2T2 导通时 b - e 间电压为 UonU_{\textrm {on}}Uon,令输出电压 UOU_OUO 为零,并代入式(10.5.24),可求出输出电流的最小值为IO≈UonkR0(k=R2R1+R2)(10.5.25)I_O\approx\frac{U_{\textrm{on}}}{kR_0}\kern 10pt\Big(k=\frac{R_2}{R_1+R_2}\Big)\kern 20pt(10.5.25)IOkR0Uon(k=R1+R2R2)(10.5.25)通常,在截流型过流保护电路启动后,均有一个正反馈过程,使输出电流迅速减小。

(2)调整管的安全工作区保护电路
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调整管的安全工作区保护电路可使调整管既不因过电流而烧坏,又不因过电压而击穿,因此它由过流保护和过压保护两种电路组合而成,最终保证调整管不超过其最大耗散功率。在图10.5.10所示电路中,由晶体管 T16T_{16}T16T17T_17T17 组成的复合管为调整管,由 R13R_{13}R13DZ2D_{Z2}DZ2R11R_{11}R11R12R_{12}R12R21R_{21}R21T15T_{15}T15 组成保护电路,输出电流如图中所标注。在电路正常工作时,DZ2D_{Z2}DZ2T15T_{15}T15 均截止。电阻 R12R_{12}R12 上的电压为UR12=R12R21+R12⋅UBE17U_{R12}=\frac{R_{12}}{R_{21}+R_{12}}\cdot U_{BE17}UR12=R21+R12R12UBE17T15T_{15}T15 的 b - e 间电压为UBE15=UR12+IOR11(10.5.26)U_{BE15}=U_{R12}+I_OR_{11}\kern 30pt(10.5.26)UBE15=UR12+IOR11(10.5.26)UBE15<UonU_{BE15}<U_{\textrm{on}}UBE15<UonIOI_OIO 增大,R11R_{11}R11 上的电压增大,UBE15U_{BE15}UBE15 将随之增大。
当电路过载或输出端短路时,R11R_{11}R11 上的电压增大使 UBE15>UonU_{BE15}>U_{\textrm{on}}UBE15>UonT15T_{15}T15 导通,对调整管的基极分流,实现了过流保护。若 UIU_IUIUOU_OUO 之间电压(即调整管管压降)超过允许值,则 DZ2D_{Z2}DZ2 击穿,使 T15T_{15}T15 基极电流骤然增大而迅速进入饱和区,I9I_9I9 的大部分电流流过 T15T_{15}T15,从而使调整管 T17T_{17}T17 接近截止区,也就使其功耗下降到较小的数值。可见,过压保护电路最终限制了调整管的功耗,使调整管工作在安全区。

(3)芯片过热保护电路
芯片损坏的重要原因之一是长期通过大电流而引起结温超过允许值。在集成稳压器中,调整管的结温决定芯片的温度。为此,常利用二极管或晶体管的结温作为测温元件,让它们靠近调整管,从而反映调整管的温升情况。当调整管温升超过允许值时,测温二极管(或晶体管)启动一个电路,减小其电流,使芯片温度下降至安全值

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在图10.5.11所示电路中,由晶体管 T16T_{16}T16T17T_{17}T17 组成的复合管作为调整管;T14T_{14}T14R7R_7R7 为测温元件,它们与 R1R_1R1R6′R'_6R6DZ1D_{Z1}DZ1 组成芯片过热保护电路。T14T_{14}T14 管 b - e 间电压为UBE14=UR7=R7R6′+R7⋅(UZ1−UBE12)U_{BE14}=U_{R7}=\frac{R_7}{R'_6+R_7}\cdot(U_{Z1}-U_{BE12})UBE14=UR7=R6+R7R7(UZ1UBE12)其中稳压管具有正温度系数,而晶体管 b - e 间电压具有负温度系数。芯片未过热时,T14T_{14}T14 截止。芯片温度上升,UZ1U_{Z1}UZ1 增大,UBE12U_{BE12}UBE12 减小,即 (UZ1−UBE12)(U_{Z1}-U_{BE12})(UZ1UBE12) 增大,而 T14T_{14}T14 的 b - e 间开启电压 UonU_{\textrm{on}}Uon 却减小。当芯片温度上升到一定数值(通常在 150∼175 ℃150\sim175\,℃150175)时,T14T_{14}T14 导通,对调整管的基极分流,输出电流减小,调整管的功耗下降,使芯片温度被限制在一定数值之下。

三、集成稳压器电路

从外形上看,集成串联型稳压电路有三个引脚,分别为输入端、输出端和公共端(或调整端),因而称为三端稳压器。按功能可分为固定式稳压电路和可调式稳压电路;前者的输出电压不能进行调节,为固定值;后者可通过外接元件使输出电压得到很宽的调节范围。

1、W7800 三端稳压器

(1)输出电压和输出电流
W7800 系列三端稳压器的输出电压有 5 V5\,\textrm V5V6 V6\,\textrm V6V9 V9\,\textrm V9V12 V12\,\textrm V12V15 V15\,\textrm V15V18 V18\,\textrm V18V24 V24\,\textrm V24V 七个档次,型号后面的两个数字表示输出电压值。输出电流有 1.5 A(W7800)1.5\,\textrm A(\textrm{W7800})1.5A(W7800)0.5 A(W78M00)0.5\,\textrm A(\textrm{W78M00})0.5A(W78M00)0.1 A(W78L00)0.1\,\textrm A(\textrm{W78L00})0.1A(W78L00) 三个档次。例如,W7805\textrm{W7805}W7805 表示输出电压为 5 V5\,\textrm V5V、最大输出电流为 1.5 A1.5\,\textrm A1.5AW78M05\textrm{W78M05}W78M05 表示输出电压为 5 V5\,\textrm V5V、最大输出电流为 0.5 A0.5\,\textrm A0.5AW78L05\textrm{W78L05}W78L05 表示输出电压为 5 V5\,\textrm V5V、最大输出电流为 0.1 A0.1\,\textrm A0.1A,其它类推。它因性能稳定、价格低廉而得到广泛的应用。

(2)电路原理图分析
W7805\textrm{W7805}W7805 电路原理图如图10.5.12所示,其中稳压电路部分如图10.5.13所示。

在这里插入图片描述在这里插入图片描述
T16T_{16}T16T17T_{17}T17 管构成的复合管作为调整管。
T3T_3T3T4T_4T4 复合管作为放大管、以 T9T_9T9 管为有源负载组成的共射放大电路作为比较放大电路。基准电压 UREFU_{REF}UREF 通过 T6T_6T6 管(T2T_2T2 管为有源负载)的发射极输入到 T3T_3T3 管的基极。
T3T_3T3T4T_4T4T5T_5T5T6T_6T6 管和电阻 R2R_2R2 组成基准电压电路,它是与图10.5.7所示电路相类似的能隙基准电压电路。基准电压UREF=UBE4+UBE3+I2R2+UBE5+UBE6(10.5.27)U_{REF}=U_{BE4}+U_{BE3}+I_2R_2+U_{BE5}+U_{BE6}\kern 20pt(10.5.27)UREF=UBE4+UBE3+I2R2+UBE5+UBE6(10.5.27)T3∼T6T_3\sim T_6T3T6 特性相同的情况下,得出UREF=4UBE+I2R2(10.5.28)U_{REF}=4U_{BE}+I_2R_2\kern 30pt(10.5.28)UREF=4UBE+I2R2(10.5.28)根据式(10.5.19)、(10.5.21)可知UREF≈4Ugo+4αT+R2R3⋅UTln⁡(R2R1)(10.5.29)U_{REF}\approx4U_{go}+4\alpha T+\frac{R_2}{R_3}\cdot U_T\ln\Big(\frac{R_2}{R_1}\Big)\kern 10pt(10.5.29)UREF4Ugo+4αT+R3R2UTln(R1R2)(10.5.29)通过调整 R1∼R3R_1\sim R_3R1R3 的阻值,可使式(10.5.29)中的第二、三项相互抵消,从而基准电压仅决定于第一项,为UREF=4UgoU_{REF}=4U_{go}UREF=4Ugo实现了零温度系数。根据式(10.5.20)可得UREF=4.82 V(10.5.30)U_{REF}=4.82\,\textrm V\kern 40pt(10.5.30)UREF=4.82V(10.5.30)输出电压为UO=(1+R20R19)⋅UREF≈5 V(10.5.31)U_O=\Big(1+\frac{R_{20}}{R_{19}}\Big)\cdot U_{REF}\approx5\,\textrm V\kern 20pt(10.5.31)UO=(1+R19R20)UREF5V(10.5.31)在图10.5.12所示电路中,R11R_{11}R11R12R_{12}R12R13R_{13}R13DZ2D_{Z2}DZ2T15T_{15}T15 组成如图10.5.10所示的安全工作区保护电路,在过流、过压时保护电路起作用,同时避免了过损耗。DZ1D_{Z1}DZ1T14T_{14}T14R5R_5R5R6R_6R6R7R_7R7 组成如图10.5.11所示的芯片过热保护电路。
T8T_8T8T9T_9T9 管所构成的电流源电路为比较放大电路、基准电压电路和调整管提供静态电流;但是,在通电后,靠 T8T_8T8T9T_9T9 管自身并不能形成基极电流回路,因而也就无法使整个电路正常工作。启动电路的作用是在 UIU_IUI 接入后,为 T8T_8T8T9T_9T9 管提供电流通路,从而使稳压电路各部分建立起正常的工作关系。其原理如下:接入 UIU_IUI 后,DZ1D_{Z1}DZ1 导通,使 T12T_{12}T12 导通。T13T_{13}T13 的基极电位近似为UB13≈R6+R7R5+R6+R7⋅(UZ−UBE12)U_{B13}\approx\frac{R_6+R_7}{R_5+R_6+R_7}\cdot(U_Z-U_{BE12})UB13R5+R6+R7R6+R7(UZUBE12)电阻 R5∼R7R_5\sim R_7R5R7 的取值应使UB13>UBE13+UR1+UBE7+UBE1U_{B13}>U_{BE13}+U_{R1}+U_{BE7}+U_{BE1}UB13>UBE13+UR1+UBE7+UBE1从而使 T13T_{13}T13T7T_7T7T1T_1T1 均导通,为 T8T_8T8T9T_9T9 提供基极和集电极电流的通路,建立起稳压电路的工作点。此后,T13T_{13}T13 的发射极电位变为UE13≈UREF−UBE6−UBE5≈3.4 V>UB13U_{E13}\approx U_{REF}-U_{BE6}-U_{BE5}\approx3.4\,\textrm V>U_{B13}UE13UREFUBE6UBE53.4V>UB13使得 T13T_{13}T13 截止,将启动电路与稳压电路分开。可见启动电路仅在通电时起作用。
由以上分析可知,电路中的一些元件出现在多个功能电路中,如 DZ1D_{Z1}DZ1 既作为启动电路的一部分,又作为过热保护电路的一部分;为使各管子的作用更清晰,画出 W7800\textrm{W7800}W7800 的原理框图,如图10.5.14所示。图中标注出各部分电路所包含的管子。

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(3)主要参数
在温度为 25 ℃25\,℃25 条件下 W7805\textrm{W7805}W7805 的主要参数如表10.5.1所示。表10.5.1   W7805 的主要参数表10.5.1\,\,\,\textrm{W7805}\,的主要参数10.5.1W7805的主要参数

参数名称符号测试条件单位W7805(典型值)
输入电压UIU_IUIV10
输出电压UOU_OUOIO=500 mAI_O=500\,\textrm{mA}IO=500mAV5
最小输入电压UIminU_{Imin}UIminIO<1.5 AI_O<1.5\,\textrm{A}IO<1.5AV7
电压调整率SU(ΔUO)S_U(\Delta U_O)SU(ΔUO)IO=500 mAI_O=500\,\textrm{mA}IO=500mA8 V≤UI≤18 V\\8\,\textrm V\leq U_I\leq18\,\textrm V8VUI18VmV7
电流调整率SI(ΔUO)S_I(\Delta U_O)SI(ΔUO)10 mA≤IO≤1.5 A10\,\textrm{mA}\leq I_O\leq1.5\,\textrm{A}10mAIO1.5AmV25
输出电压温度变化率STS_TSTIO=5 mAI_O=5\,\textrm{mA}IO=5mAmV/℃1
输出噪声电压UnoU_{\textrm{no}}Uno10 Hz≤f≤100 kHz10\,\textrm{Hz}\leq f\leq100\,\textrm{kHz}10Hzf100kHzμV40

从表中参数可知,W7805\textrm{W7805}W7805 输入端和输出端之间的电压允许值为 3∼13 V3\sim13\,\textrm{V}313V;输出交流噪声很小,温度稳定性很好。

2、W117 三端稳压器

W117 为可调式三端稳压器。
(1)原理框图
W117 的原理框图如图10.5.15所示。它有三个引出端,分别为输入端、输出端和电压调整端(简称调整端)。调整端是基准电压电路的公共端。T1T_1T1T2T_2T2 组成的复合管为调整管;基准电压电路为能隙基准电压电路;比较放大电路是共集 - 共射放大电路;保护电路包括过流保护、调整管安全区保护和过热保护三部分。R1R_1R1R2R_2R2 为外接的采样电阻,调整端接在它们的连接点上。

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与一般串联型稳压电路一样,由于 W117 电路引入了深度的电压负反馈,输出电压非常稳定。
因为调整端的电流很小,约为 50 μA50\,\textrm{μA}50μA,所以输出电压为UO=(1+R2R1)⋅UREF(10.5.32)U_O=\Big(1+\frac{R_2}{R_1}\Big)\cdot U_{REF}\kern 20pt(10.5.32)UO=(1+R1R2)UREF(10.5.32)其中 UREFU_{REF}UREF 的典型值为 1.25 V1.25\,\textrm V1.25V

(2)主要参数
与 W7800 系列产品一样,W117、W117M 和 W117L 的最大输出电流分别为 1.5 A1.5\,\textrm A1.5A0.5 A0.5\,\textrm A0.5A0.1 A0.1\,\textrm A0.1A。W117、W217 和 W317 具有相同的输出端、相同的基准电压和相似的内部电路,他们的工作温度范围依次为 −55 ℃∼150 ℃-55\,℃\sim 150\,℃55150−25 ℃∼150 ℃-25\,℃\sim150\,℃251500∼125 ℃0\sim125\,℃0125。它们在 25 ℃25\,℃25 时主要参数如表10.5.2所示。

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对表10.5.2作以下说明:
① 对于特定的稳压器,基准电压 URU_RUR1.2∼1.3 V1.2\sim1.3\,\textrm V1.21.3V 中的某一个值,在一般分析计算时可取典型值 1.25 V1.25\,\textrm V1.25V
② W117、W217 和 W317 的输出端和输入端电压之差为 3∼40 V3\sim40\,\textrm V340V,过低时不能保证调整管工作在放大区,从而使稳压电路不能稳压;过高时调整管可能因管压降过大而击穿;
③ 外接采样电阻不不可少,根据最小输出电流 IOminI_{Omin}IOmin 可以求出 R1R_1R1 的最大值;
④ 调整端电流很小,且变化也很小。
⑤ 与 W7800 系列产品一样,W117、W217 和 W317 在电网电压波动和负载电阻变化时,输出电压非常稳定。

四、三端稳压器的应用

1、三端稳压器的外形和方框图

与其它大功率器件一样,三端稳压器的外形便于自身散热和安装散热器。封装形式有金属封装和塑料封装两种形式。图10.5.16(a)、(b)、(c)所示分别为 W7800 系列产品金属封装、塑料封装的外形图和方框图,图(d)所示为 W117 系列产品金属封装、塑料封装的外形图和方框图。

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2、W7800 的应用

(1)基本应用电路
基本应用电路如图10.5.17所示,输出电压和最大输出电流决定于所选三端稳压器。图中电容 Ci\pmb{C_i}Ci 用于抵消输入线较长时的电感效应,以防止电路产生自激振荡,其容量较小,一般小于 1 μF1\,\textrm{μF}1μF。电容 CoC_oCo 用于消除输出电压中的高频噪声,可取小于 1 μF1\,\textrm{μF}1μF 的电容,也可取几微法甚至几十微法的电容,以便输出较大的脉冲电流。但是若 CoC_oCo 容量较大,一旦输入端断开,CoC_oCo 将从稳压器输出端向稳压器放电,易使稳压器损坏。因此,可在稳压器的输入端和输出端之间跨接一个二极管,如图中虚线所画,起保护作用。
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(2)扩大输出电流的稳压电路
若所需输出电流大于稳压器标称值时,可采用外接电路来扩大输出电流。图10.5.18所示电路为实现输出电流扩展的一种电路。

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设三端稳压器的输出电压为 UO′U'_OUO。图示电路的输出电压 UO=UO′+UD−UBEU_O=U'_O+U_D-U_{BE}UO=UO+UDUBE,在理想情况下,即 UD=UBEU_D=U_{BE}UD=UBE 时,UO=UO′U_O=U'_{O}UO=UO。可见,二极管用于消除 UBEU_{BE}UBE 对输出电压的影响。设三端稳压器的最大输出电流为 IOmaxI_{Omax}IOmax,则晶体管的最大基极电流 IBmax=IOmax−IRI_{Bmax}=I_{Omax}-I_RIBmax=IOmaxIR,因而负载电流的最大值为ILmax=(1+β)(IOmax−IR)(10.5.33)I_{Lmax}=(1+\beta)(I_{Omax}-I_R)\kern 20pt(10.5.33)ILmax=(1+β)(IOmaxIR)(10.5.33)
(3)输出电压可调的稳压电路

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图10.5.19所示电路为利用三端稳压器构成的输出电压可调的稳压电路。图中电阻 R2R_2R2 中流过的电流为 IR2I_{R2}IR2R1R_1R1 中的电流为 IR1I_{R1}IR1,稳压器公共端的电流为 IWI_WIW,因而IR2=IR1+IWI_{R2}=I_{R1}+I_WIR2=IR1+IW由于电阻 R1R_1R1 上的电压为稳压器的输出电压 UO′U'_OUOIR1=UO′/R1I_{R1}=U'_O/R_1IR1=UO/R1,输出电压 UOU_OUO 等于 R1R_1R1 上电压与 R2R_2R2 上电压之和,所以输出电压为UO=UO′+(UO′R1+IW)R2U_O=U'_O+\Big(\frac{U'_O}{R_1}+I_W\Big)R_2UO=UO+(R1UO+IW)R2UO=(1+R2R1)⋅UO′+IWR2(10.5.34)U_O=\Big(1+\frac{R_2}{R_1}\Big)\cdot U'_O+I_WR_2\kern 15pt(10.5.34)UO=(1+R1R2)UO+IWR2(10.5.34)改变 R2R_2R2 滑动端位置,可以调节 UOU_OUO 的大小。三端稳压器既作为稳压器件,又为电路提供基准电压。由于公共端电流 IWI_WIW 的变化将影响输出电压,实用电路中常加电压跟随器与采样电阻隔离,如图10.5.20所示。

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图中电压跟随器的输出电压等于三端稳压器的输出电压 UO′U'_OUO,即电阻 R1R_1R1R2R_2R2 上部分的电压之和,是一个常量,改变电位器滑动端的位置,即可调节输出电压 UOU_OUO 的大小。以输出电压的正端为参考点,可求出输出电压为R1+R2+R3R1+R2⋅UO′≤UO≤R1+R2+R3R1⋅UO′(10.5.35)\frac{R_1+R_2+R_3}{R_1+R_2}\cdot U'_O\leq U_O\leq\frac{R_1+R_2+R_3}{R_1}\cdot U'_O\kern 15pt(10.5.35)R1+R2R1+R2+R3UOUOR1R1+R2+R3UO(10.5.35)R1=R2=R3=300 ΩR_1=R_2=R_3=300\,ΩR1=R2=R3=300ΩUO′=12 VU'_O=12\,\textrm VUO=12V,则输出电压的调节范围为 18∼36 V18\sim36\,\textrm V1836V。可以根据输出电压的调节范围及输出电流大小选择三端稳压器及采样电阻。

(4)正、负输出稳压电路
W7900 系列芯片是一种输出负电压的固定式三端稳压器,输出电压有 −5 V-5\,\textrm V5V−6 V-6\,\textrm V6V−9 V-9\,\textrm V9V−12 V-12\,\textrm V12V−15 V-15\,\textrm V15V−18 V-18\,\textrm V18V−24 V-24\,\textrm V24V 七个档次,并且也有 1.5 A1.5\,\textrm A1.5A0.5 A0.5\,\textrm A0.5A0.1 A0.1\,\textrm A0.1A 三个电流档次,使用方法与 W7800 系列稳压器相同,只是要特别注意输入电压和输出电压的极性。W7900 与 W7800 相配合,可以得到正、负输出的稳压电路,如图10.5.21所示。

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图中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 D2D_2D2 导通,从而将 W7900 的输出端钳位在 0.7 V0.7\,\textrm V0.7V 左右,保护其不至于损坏;同理,D1D_1D1 可在 W7800 的输入端未接入输入电压时保护其不至于损坏。

3、W117 的应用

(1)基准电压源电路
图10.5.22所示是由 W117 组成的基准电压源电路,输出端和调整端之间的电压是非常稳定的电压,其值为 1.25 V1.25\,\textrm V1.25V。输出电流可达 1.5 A1.5\,\textrm A1.5A。图中 RRR 为泄放电阻,根据表10.5.2中的最小负载电流(取 5 mA5\,\textrm {mA}5mA)可以计算出 RRR 的最大值。Rmax=(1.25/0.005)Ω=250 ΩR_{max}=(1.25/0.005)Ω=250\,ΩRmax=(1.25/0.005)Ω=250Ω,实际取值可略小于 250 Ω250\,Ω250Ω,如 240 Ω240\,Ω240Ω

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(2)典型应用电路
可调式三端稳压器的主要应用是要实现输出电压可调的稳压电路。可调式三端稳压器的外接采样电阻是稳压电路不可缺少的组成部分,其典型电路如图10.5.23所示。

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图中 R1R_1R1 取值原则与图10.5.22 所示电路中的 RRR 相同,可取 240 Ω240\,Ω240Ω。由于调整端的电流可忽略不计,输出电压为UO=(1+R2R1)×1.25 V(10.5.36)U_O=\Big(1+\frac{R_2}{R_1}\Big)\times1.25\,\textrm V\kern 20pt(10.5.36)UO=(1+R1R2)×1.25V(10.5.36)为了减小 R2R_2R2 上的纹波电压,可在其上并联一个 10 μF10\,\textrm{μF}10μF 电容 CCC。但是,在输出开路时,CCC 将向稳压器调整端放电,并使调整管发射结反偏,为了保护稳压管,可加二极管 D2D_2D2,提供一个放电回路,如图10.5.24所示。D1D_1D1 的作用与图10.5.17所示电路中的 DDD 相同。

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(3)程序控制稳压电路
在调整端加控制电路可以实现程序控制稳压电路,如图10.5.25(a)所示。图中晶体管为电子开关,当基极加高电平时,晶体管饱和导通,相对于开关闭合;当基极加低电平时,晶体管截止,相对于开关断开。因此,图(a)所示电路可等效为图(b)所示电路。

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四路控制信号从全部为低电平到全部为高电平,共有十六种不同组合;T1∼T4T_1\sim T_4T1T4 也就有从全截止到全饱和导通,共有十六种不同的状态;因而 R2R_2R2 将与不同阻值的电阻并联,并联电阻最大值和最小值分别为R2max′=R2,    R2min′=R2//RD0//RD1//RD2//RD3R'_{2max}=R_2,\,\,\,\,R'_{2min}=R_2//R_{D0}//R_{D1}//R_{D2}//R_{D3}R2max=R2,R2min=R2//RD0//RD1//RD2//RD3根据式(10.5.36),输出电压在不同控制信号下有十六个不同的数值。
W137/W237/W337 与 W7900 相类似,能够提供负的基准电压,可以构成负输出电压稳压电路,也可与 W117/W217/W317 一起组成正、负输出电压的稳压电路。

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