高频电子线路课件(谢嘉奎第四版)1-5

当 VS = VREF 时 误差放大器输出静态电压，经电压比较器使 T1 管的 导通时间为 ton 或占空系数为 d0，稳压器的输出电压
VO = VREF
R1 R2 = f T
调解过程如下： VO VS ton d VO 反之亦然。
1.5.3 开关型稳压器
开关型稳压器的调整管工作在开关状态，通过控制开 关的启闭时间来调整输出电压。
一、直流–直流变换器 1．降压型变换器
如图 1–5–15(a)所示，电路由开关 S、续流二极管 D 和低通滤波器 L1、C2 组成。 S 闭合：vA = VI，D 截止， 电感 L1 充电。
S 断开：vA = 0，D 导通 (设VD(on) = 0)，电感 L1 放电。
稳压二极管构成的基准电压源电路如图 1–5–13(a)所示。
基准电压 VREF
VREF = VZ - 2V(on)
VZ - 3V(on) R2VZ ( R1 - 2 R2 )V(on) R1 = R1 R2 R1 R2
VZ(6 ~ 8 V)具有正温度系数，V(on) 具有负温度系数。
满足 R1 - 2 R2 = - VZ / T 时，基准电压 VREF 的温 R2 V(on) / T 度系数
1.5.2 串联型稳压器
一、工作原理 1．组成
串联型稳压器的组成 如图 1-5-12(a)所示。 串联型稳压器组成： 调整管、取样电路、 基准电压源和比较放大器。
图 1-5-12(a)
串联稳压电路的组成方框图
串联型稳压器组成： 调整管 —— 功率管或 复合管与负载串联。 比较放大器 —— 单管 放大器、差分放大器、集 成运放等。 基 准 电 压 源 —— 温 度 系数很小的电压源电路。
图 1-5-12(a)
串联稳压电路的组成方框图
串联型稳压器的工作原理如图 1–5–12(b)所示。
T5 — 调整管，工作在放大区。 VB5 VCE5 。
R1、R2 取样电路。 取样电压
R2 VS = nVO = VO R1 R2
基准电压 VREF 由 T1 、 T2 组成的差分 放大器作为比较放大器， T3 、 T4 为有源负载。
集成 PWMLTC1148 构成开关稳压电路如图 1–5–20 所示。
图 1-5-20 用集成 PWMLTC1148 构成的开关稳压电路
本章作业
第四版1-3；1-6；1-7；1-9；1-13；1-20 第五版1-3；1-6；1-10；1-11；1-15；1-24
参考书： 旺胜宁，程东红编，谢嘉奎审. 《电子线路（第四版》教学指导书. 高等教育出版社，2003.5
三、开关稳压电路举例
用集成串联稳压器 LM105 构成开关稳压电路如图 1– 5 –19 所示。
点画线框内为 LM105 的内部电路。
在外部电路中： T14 、 T15 — 开关管； L1 、 C2 — 低通滤波器； R9 、 R10 —取样电阻；D2 — 续流二极管；R8 — 限流取样电阻； R11、C3 — 积分电路
2．7800 系列三端式集成串联稳压电路
典型应用电路图 1-5-14(a)所示。
输出电压 VO 固定，5 V、6 V、 9 V、12 V 。
输入电压 VI 一般应比输出电 压高 3 V 以上。 C1、C2 消振作用。
内部电路如图 1-5-14(b) 所示。
3．基准电压电路
能隙基准电路，由T1、T2、T7、R1、R3、R10 及 R2、T5、 T6、T3、T4 组成。
4．比较放大器
基准电路和比较放 大器形成一个整体，由 T3 、 T4 、 T11 、有源负 载 T9 构成 CE–CC 组 和放大器。
5．调整管 T16 、 T17 组成复 合调整管。
图 1–5–14(b)
6．保护电路
过流保护，T15、R11、R12。 过热保护，T14、R7 组成，R7 具有正温度系数。 7．启动电路 由 D1 及 T12、T13、 R4、R5、R18 等组成。
一、半波整流电路
半波整流电路如图 1–5–1(a) 所示。
在图 1–5–1(a)中，Tr — 电源变压器；D — 整流二极 管；RL — 负载电阻；CL — 滤波电容。 设 v2 =V2msin t 忽略二极管的导通电压，并 设导通电阻为 RD。 v2 > vo 二极管导通，电 容充电。 v2 < vo 二极管截止，电 容放电。
二、稳压性能 1．稳压系数 SV
输入电压变化 VI 时，输出电压的相对变化量称为稳 压系数
VO SV = VO
VI = 恒值
2．负载调整率 SI
输入电压 VI 不变，输出电流变化时，输出电压的相对 变化量称为负载调整率
VO SI = VO V ，I
I
O = 恒值
1．稳压系数 SV
VO SV = VO
2．升压型变换器
升压型变换器如图 1–5– 16 所示。 当 S 闭合时，D 截止， vA = 0。 1 i L = VI t on L1 图 1-5-16 升压型变换器原理电路 当 S 断开时，D 导通，vA = VO。 1 i L = (VI - VO )t off L1 根据 i L i L = 0 求得 T 1 VO = VI = VI t off 1-d d 恒小于 1，所以为升压型变换器。
O
2．桥式整流电路
如图 1–5–5(a)所示，v2 正峰值附近 D1、D3 导通， D2、D4 截止。
v2 负峰值附近 D2、D4 导 通，D1、D3 截止。
图 1–5–5
桥式整流电路及其电压和电流波形
IO 与 VO 与全波整流电路相同，但截止时的反向 电压由两只二极管共同承担。
电压和电流的波形如图 1–5–5(d)、(e)、(f)所示。
图 1–5–15(a)
原理电路
降压型变换器的波形如图 1-5-15(b) 所示，忽略 VO 上叠加的纹波电压，S 闭合： vL = vA - VO = VI - VO 当S断开时： vA=0 ，vL = - VO t 1 根据 i L = v Ldt L 0
iL =
1 (VI - VO )t on L1
VS =nV0=R2V0/(R1+R2) 当 VS = VREF 时
VREF =nV0=R2V0/(R1+R2) VO = VI - VCE5 = VREF/n
n=R2/(R1+R2) ，n为取样比
若 VI 或 RL 变化使 VO 增加 VO VS (VREF 不变) VC2 = VB5 VCE5 VO 。 反之亦然。
VREF =0 T
如图 1–5– 13(b) 所 示 的 能 隙基准电压源 电路中（能隙 概念见注解）
VT I 1 I2 = ln R3 I 2
忽略 T3 管的基极电流
R2 I1 VREF I 2 R2 VBE(on)3 = VT ln VBE(on)3 R3 I 2 VT 具有正温度系数，VBE(on) 具有负温度系数。适当选 择电阻的比值(R2/R3)，可以使 VREF 的温度系数为零。
图 1- 5- 5
桥式整流电路及其电压和电流波形
三、三种整流电路的性能
1．半波整流电路
优点：元件少，电路简单。 缺点：VO 小，纹波大。
2．全波整流电路
优点：VO 大，纹波小。 缺点：二极管承受的反向电压高。
3．桥式整流电路
优点： VO 大，纹波小，输出功率相同时，变压器的 伏安容量比全波整流小。
VI = 恒值
2．负载调整率 SI 3．输出电阻 Ro
VO SI = VO
VI，I O = 恒值
将稳压源等效为一个电压源时的内阻。
VO Ro = I O VI = 恒值
除以上参数外，还有纹波抑制比 Srip 和输出电压温度系数 ST 等。
三、集成串联稳压电源 1．基准电压源电路
设 T 管的 发射结和 D2 、 D3 的正向导通 电压均相等， 用 V(on) 表示。
i
L
1 = ( -V0 )t off L1
调整 d 就可以改变输出电压， d 恒小于 1，所以为降压型变 换器。
为保持 iL 连续
得
i L i L =0 VO = dVI
t on t on d= = 图 1–5–15(a) 原理电路 t on t off 降压型变压器的原理电路及相应的波形 T 图 1-5-15
动态平衡后，二极管电 流 iD = iO 是一串窄脉冲序列。
参见图 1–5–1(b)和图 1–5–1(c)，经过 RL CL 的滤波， 输出电压是直流电压 VO 和一个锯齿状波动电压的叠加。 波动电压称为纹波电压。
直流电压 VO 及纹波电 压的大小与 RL 和 CL 的数值 有关。
如图 1–5–2(a)所示，CL 一定时，RL 越小，纹波越大。
如图 1–5–2(b)所示，RL 一定时，CL 越大，纹波越小。
二、全波和桥式整流电路 1．全波整流电路
全波整流电路如图 1–5–4(a) 所
示。 当 v2 > vO 时，二极管导通，所 以在 v2 的正负半周 D1 和 D2 轮流 导通。 稳态波形如图 1–5–4(b)所示。
由于电流脉冲的频率比半波整流提高一倍，输出的直 流电流 IO 和输出电压 VO 比半波整流电路大，RL 和 CL 的 滤波作用提高，纹波电压比半波整流电路小。
缺点：二极管数量多。
四、倍压整流电路
倍压整流电路如图 1– 5–9 所示。适用于 VO 大， IO 小的场合。 动态平衡后，v2 正峰 值附近 D1 导通，向 CL1 充 电 ， 充 电 电 压 vO1 ， v2 负峰值附近 D2 导通，向 CL2 充电，充电电压 vO2。 负载 RL 上的电压为半波整流电路的两倍。 同样原理可以构成多次倍压电路。