三端稳压器是一种具有三只引脚的直流稳压集成电路,图9-1所示为典型三端稳压器的实物外形。
由图9-1可以看到,三端稳压器的外形与普通三极管十分相似,三只引脚分别为直流电压输入端、稳压输出端和接地端;在三端稳压器表面印有型号标识,用以直观体现三端稳压器的性能参数(稳压值)。
1.三端稳压器的电路结构
图9-2所示为典型的直流稳压电路,该稳压电路主要由调整管、比较放大器、基准电压及取样电路组成。
【注意】
基准电压由稳压二极管VD的稳定性确定;取样电路取出R3、R4的分压值(输出电压)与基准电压进行比较得到差值电压,差值电压经比较放大器VT2放大后,控制调整管VT1的压降.从而达到稳定输出电压的目的。
该直流稳压电路的输出电压U。=(R3+R4)/R4×Uz(Uz为稳压二极管的稳定电压),从式中可看出,调整R3和R4的比例关系,就可以调整输出电压Uo的大小。
图9-1 典型三端稳压器的实物外形
图9-2 典型的直流稳压电路
将图9-2中的稳压电路集成到一个芯片上,独立封装,引出三个引脚就制成了三端稳压器,如图9-3所示。这样应用到电子产品中,不仅使电路得到简化,提高了可靠性,减小了故障的发生机率,还可以在电子产品生产中,减少调试环节,提高效率。
图9-3 三端稳压器的电路结构
【资料】
上述集成稳压电路的内部结构只是一个功能示意图,它的实际电路比较复杂,如图9-4所示。由于集成电路制作工艺的特殊性,它的内部电路采用了很多个三极管和电阻器,因为在集成电路中制作三极管和电阻器较容易,较大的电容器和电感器不易于制作在集成电路中,大的滤波电容器安装在集成电路外面。此外,集成稳压器同分立元器件的稳压电路相比增加了很多温度、电流、电压检测和控制电路以稳定电路的工作,因而看起来电路较复杂。
图9-4 集成稳压电路的内部实际电路
2.三端稳压器的功能
三端稳压器的功能是将输入端的直流电压稳压后输出一定值的直流电压,不同型号的三端稳压器其输出端的稳压值不同。图9-5为三端稳压器的功能示意图。
图9-5 三端稳压器的功能示意图
一般来说,三端稳压器输入端的电压可能会发生偏高或偏低变化,但都不影响输出侧电压值,只要输入侧电压在三端稳压器承受范围内,其输出侧均为稳定的一个数值,这也是三端稳压器最突出的功能特性。
例如,电子产品中常用的三端稳压器7805,它是一种5V三端稳压器,当该三端稳压器工作时,只要输入侧电压在该三端稳压器承受范围(9~14V)内,其输出侧均为5V。
3.三端稳压器的类型和应用特点
在电子技术领域,根据三端稳压器的稳压特点不同,三端稳压器主要分为固定三端稳压器和可调三端稳压器两种。
(1)固定三端稳压器
固定三端稳压器是指输出电压值固定不变的稳压集成电路,该稳压器通常采用串联型稳压电路,即线性稳压电路,因此它的原理等同于分立元器件的串联型稳压电路,其结构如图9-6所示。
图9-6 固定三端稳压器的电路结构和工作原理
该电路的工作原理如下:
•输入电压Ui加到VT1与负载RL相串联的电路上,改变VT1集电极与发射极之间的电压降UCE1便可调节RL两端的电压Uo。也就是说,稳压电路的输出电压Uo可通过VT1调节,所以VT1称为调整管,由于调整器件是三极管,且在电路中与负载串联,故称为三极管串联型稳压电路。
•从输出端取出部分电压UB2作为取样电压加至三极管VT2的基极;稳压二极管VD5以其稳定电压UZ作为基准电压加在VT2的发射极上;VT2将取样电压UB2与基准电压UZ进行比较、放大后去控制三极管VT1的基极电位。
•当电网电压降低或负载电阻减小时,输出端电压会有所下降,其取样电压UB2会相应减小,从而使VT2的基极电位下降,但由于VT2发射极电压稳定不变(即为稳压二极管的UZ保持稳定不变),所以VT2基极与发射极之间的电压UBE2减小,导致VT2集电极电流减小而集电极电位UC2升高。由于误差放大管VT2的集电极与调整管VT1的基极接在一起,因此VT1基极电位将升高,导致集电极电流增大而管压降UCE1减小。由于VT1与RL串联,所以输出电压自动上升,从而使输出电压Uo基本不变。
•同理,当电网电压升高或负载电阻增大时,输出电压Uo会有所增大,通过取样、比较放大、调整等过程,将使调整管VT1的管压降UCE1增加,结果抑制了输出端电压的增大,输出电压仍基本保持不变。
目前,常见的固定三端稳压器主要有正电源78系列和负电源79系列。
①78系列三端稳压器。78系列三端稳压器是一种固定的正电源输出单片集成稳压电路,该芯片内部设有过热、过电流及调整管安全工作区保护电路,具有安全可靠等特点,广泛应用于各种电子设备的直流稳压电路中。图9-7所示为78系列三端稳压器的结构形式。
图9-7 78系列三端稳压器的结构形式
资料
78系列三端固定输出正电源稳压器主要有MC78L00系列(lOOmA)、,μA78MOO系列(500mA)、CW7800系列(1.SA)、SW7800C系列(1.5A)、卜LA7800系列(1.5A)、78P00系列(5A)等几种,输出电压分别为5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V等。
【资料】
78系列三端稳压器的输出电压以具体型号中的后两个数字代表,输出电流以78系列后面加字母来区分,如图9-8所示。
图9-8 78系列三端稳压器型号标识含义
例如,三端稳压器型号为“78L05”,表示输出电压为5V、输出电流为0.1A;
三端稳压器型号为“7806”,表示输出电压为6V、输出电流为1.5A;
三端稳压器型号为“7808”,表示输出电压为8V、输出电流为1.5A;
三端稳压器型号为“78L09”,表示输出电压为8V、输出电流为0.1A;
三端稳压器型号为“78AM12”,表示输出电压为12V、输出电流为0.5A;
三端稳压器型号为“78L18”,表示输出电压为18V、输出电流为0.1A。
图9-9所示为78系列三端稳压器的典型应用。
图9-9 78系列三端稳压器的典型应用
图9-10所示为由固定三端稳压器构成的升压电路。该电路适用于固定三端稳压器输出电压低于所需要电压的场合。
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图9-10 由固定三端稳压器构成的升压电路
【注意】
CW7815稳压器的输出电压近似为u0=u(1+R2/R1)=U(l+300/300)=ux2,式中u为固定三端稳压器CW7815的标称输出电压值:15V,因此u0=30V。
图9-11所示为由固定三端稳压器构成的高输入电压稳压电路。该电路在固定三端稳压器的输入端接入一个分压三极管来对输入电压进行分压,以满足三端稳压器对输入电压的要求,适用于输入电压高于固定三端稳压器最大输入电压的场合。
图9-11 由固定三端稳压器构成的高输入电压稳压电路
【资料】
电路中的R1可由下式确定,即
式中,ui为输入电压值;Uz为稳压二极管的稳定电压值;I0,为固定三端稳压器的最大输出电流;β为三极管VT1的电流放大系数。 ②79系列三端稳压器。79系列三端稳压器是一种固定的负电源输出单片集成稳压电路,该芯片内部也设有过热、过电流及调整管安全工作区保护电路。
【资料】
79系列三端固定输出负电源稳压器主要有MC79L00系列(lOOmA)、μA79M00系列(500mA)、SW7900C系列(1.5A)、μA7900系列(1.5A)等几种,输出电压分别为-5V、-6V、-9V、-12V、-15V、-24V等。79系列三端稳压器型号标识中的含义与78系列三端稳压器相同(参见图9-8)。
图9-12所示为79系列三端稳压器的典型应用。
图9-12 79系列三端稳压器的典型应用
在实际应用中,有些电子产品电路需要正负电压同时供电,此时就要求该电子产品的直流稳压电路能够同时输出所需的正负电源,如图9-13所示,利用78系列和79系列集成稳压器组成正负电压同时输出的稳压电源。
图9-13 正负电压(±12V)同时输出的稳压电源
【资料】
大多数的三端稳压器其输出电压是固定不可调节的,因而厂商便生产了一系列的三端稳压器,如3V、5V、6V、9V、12V、18V、24V等,可根据需要选择合适的值。
为了满足大电流、高电压等要求,集成稳压器也有多端稳压器,如四端稳压器、五端稳压器,采用这些稳压器可实现扩流升压或电压可调等功能。
(2)可调三端稳压器
可调三端稳压器是指输出电压值是可调的三端稳压器,该稳压器与固定三端稳压器的基本原理相同,也采用串联型稳压电路,其通用产品主要有三端可调正电源稳压器和三端可调负电源稳压器。
①三端可调正电源稳压器。三端可调正电源稳压器常用的有CW117/CW217/CW317系列(国际流行型号:LM117/217/317),这种稳压器的外形有四种形式,如图9-14所示。
图9-14 LM117/217/317三端稳压器的实物外形
CW117/CW217/CW317系列三端稳压器仅用两个外接电阻器就可以调整输出所需要的电压值,内部设有过热、过电流及调整管安全工作区保护电路,具有安全可靠、使用方便等特点,广泛应用于各种电子设备的直流稳压电路中。
图9-15所示为三端可调正电源稳压器的典型应用。
图9-15 三端可调正电源稳压器的典型应用
【资料】
输出电压Uo=Uref(1+R2/R1)+IADJR2。式中,,。。J为调整端电流,通常为50μA;Uref为1.25V。
图9-16所示为由可调三端稳压器构成的0~30V连续可调电源。
图9-16 由可调三端稳压器构成的0~30V连续可调电源
图9-17所示为由可调三端稳压器构成的扩展输出电流电路。
图9-17 由可调三端稳压器构成的扩展输出电流电路
②三端可调负电源稳压器。三端可调负电源稳压器常用的有CW137/CW237/CW337系列(国际流行型号:LM137/237/337),该稳压器也是仅用两个电阻器就可以调整输出所需要的电压值,内部设有过热、过电流及调整管安全工作区保护电路,具有安全可靠、使用方便等特点,广泛应用于各种电子设备的直流稳压电路中。
图9-18所示为三端可调负电源稳压器的典型应用。
图9-18 三端可调负电源稳压器的典型应用
【资料】
输出电压-U。=-1.25×(1+R2/120)+(-IADJR2)。式中IADJ为调整端电流,通常为65mA。
图9-19所示为采用LM137/237/337可调三端稳压器构成的负电源可调稳压电路,其可调电压范围通常为-1.2~-30V。
图9-19 采用LM137/237/337可调三端稳压器构成的负电源可调稳压电路
图9-20所示为采用LM337可调三端稳压器构成的具有电子开关控制功能的-5.2V稳压器。当控制信号端为低电平时输出为-1.3V。
在实际应用中,有些电子产品电路也需要正负电压同时可调的稳压电源供电,此时就要求该电子产品的直流稳压电路能够同时输出可调的正负电源。
图9-21所示为采用LM317、LM337可调三端稳压器构成的正负双电源稳压电路,其输出电压为±1.2~±20V。
图9-20 采用LM337可调三端稳压器构成的具有电子开关控制功能的-5.2V稳压器
图9-21 采用LM317、LM337可调三端稳压器构成的正负双电源稳压电路
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