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项目10直流稳压电源的设计与装调【知识目标】（1）掌握直流稳压电源的组成和技术指标。（2）掌握三极管串联调整型稳压电路的原理和特点。（3）掌握三端集成稳压器的选型及应用电路。（4）掌握开关型直流稳压电源的原理、类型及特点。【技能目标】（1）能够读懂和绘出几种典型直流稳压电路图（2）会正确使用TL431精密基准稳压器。（4）对直流稳压电路常见故障能做出正确判断并进行维修。【学习方法】该项目通过对稳压电路几种主要器件进行识别，并现场对三极管串联型稳压电路实物板进行认识和测量，剖析电路的组成及元器件的原理作用，进而掌握稳压电源的组成、工作原理及作用。再使用万用表和其它仪器对器件测试其性能、判别元器件好坏，并对电路各工作点电压进行简单的测试。根据故障现象进行简单维修。【项目实施器材】1．TL431、78××系列、79××系列三端集成稳压器、×17系列、×37系列三端集成稳压器。2．三极管串联调整型稳压电路实验电路板[u1]，每两人一块，导线若干。3．直流稳压电源、万用表、晶体管毫伏表、示波器各一台。[u1]是否就是上文所说的“串联型稳压电路实物板”？对操作1稳压器件的识别与检测对TL431、78××系列、79××系列三端集成稳压器、×17系列、×37系列三端集成稳压器进行外观识别，查看外形图，区分管脚功能。识别过程填入表10.1。操作2安装三极管串联调整型稳压电路1.按照图10.1所示电路，选择器件，对器件进行测量。2.按照图10.1电路，在面包板上连接好三极管串联调整型稳压电路。3.对电路进行检查，确定无误后，接通电源。图10.1三极管串联调整型稳压电路操作3三极管串联调整型稳压电路的测量【知识链接】稳压电源有多种类型，根据稳定电压的性质分类，有交流稳压电源和直流稳压电源；根据稳压元件与负载的连接关系分类，有串联稳压电源和并联稳压电源；根据稳压元件的工作状态分类，有线性稳压电源与开关稳压电源；根据稳压电路元件的形态分类，有分立元件稳压电源和集成稳压电源；根据输入、输出电压的关系分类，有降压稳压电源和升压稳压电源等等。10.1线性直流稳压电源10.1.1直流稳压电源的组成和技术指标1.直流稳压电源的组成交流电压经过降压、整流、滤波可得到比较平滑的直流电，但由于交流电网输入电压的波动和电路负载的变化使直流电压不稳定，因此对于许多电子设备，都必须在直流电源中增加稳压电路，以确保设备能正常工作。直流稳压电源的组成一般如图10.2所示。图10.2直流稳压电源的组成2.直流稳压电源的技术指标直流稳压电路的技术指标：一种是特性指标，包括电源允许的输出电流、输出电压，及电压调节范围；另一种是质量指标，包括稳压系数、输出电阻、最大纹波电压及温度系数等。特性指标反映电源容量的大小，质量指标衡量输出电压的稳定程度。1．稳压系数γ在负载电流和环境温度保持的情况下，用输出电压的相对变化量与输入电压的相对变化量之比称电源的稳压系数，用符号γ表示。稳压系数是衡量稳压电源质量的重要指标，在相同的输入电压变化和负载电流变化的条件下，电路的稳压系数越小，则电路的输出电压波动越小。2．输出电阻r在输入电压和环境温度不变的情况下，由负载变化而引起的输出电压变化量与负载电流变化量之比。输出电阻是衡量直流稳压电源当输出电流变化时输出电压稳定程度的重要指标。输出电阻越小，则当负载变化时，电路的输出电压波动就越小。3.纹波电压当电源输入电压不变，在额定输出电压，额定输出电流（额定负载条件下）的情况下，电源输出直流电压中的交流分量，用有效值或峰值来表示。纹波电压是指叠加在直流电压上的交流分量。虽然经过整流、滤波和稳压，仍会有一些交流分量输出，用交流毫伏表或者示波器就可以看到。一般用纹波系数来衡量电源中交流成分的大小。4.温度系数温度系数是衡量电路在环境温度变化时电源的输出电压波动的程度，温度系数越小，则电源的质量越高。温度系数的单位为mV/℃或V/℃10.1.2三极管串联调整型稳压电路1．最简单的三极管串联调整型稳压电路在稳压二极管稳压电路中，输出电压的稳定，主要是靠稳压管中电流的增加或减少，使得限流电阻两端电压发生变化，起到稳定输出电压的作用。但这种电路只能用在输出电压固定（等于稳压二极管的击穿电压）、输出电流很小（约等于稳压二极管中稳定电流的五分之一）的情况，所以稳压二极管稳压电路在电路中一般只用在电源电路中的基准电压电路。如果用三极管来代替限流电阻，就构成了三极管串联调整型稳压电路，如图10.3所示。图10.3最简单的三极管串联调整型稳压电路2.三极管串联调整型稳压电路的稳压过程三极管串联调整型稳压电路的稳压过程如下：当负载不变、输入电压Ui升高时，会引起输出电压Uo变高。由于稳压二极管两端的电压基本不变，所以b点的电压也基本不变，Ube=Ub-Uo值变小，根据三极管得输出特性，基极电流Ib和集电极电流Ic都要减小，导致Uce变大，于是抵消了Uo的升高，保持输出电压值基本稳定。当负载不变、输入电压Ui降低时，稳压过程与上述相反。当输入电压不变、负载电流变大时，电流在电源内祖上的压降增加，会引起输出电压Uo降低。由于Ub基本不变，则Ube=Ub-Uo值变大，导致Uce跟随着变小，于是抵消了Uo的降低，保持输出电压值基本稳定。当输入电压不变、负载电流变小时，稳压过程与上述相反。在上述稳压过程中，用输出电压的变化量控制基极电流Ib的增加或减小，来自动调节三极管集电极和发射极间电压Uce的大小，维持Uo的稳定。在这里，三极管VT起调整电压的作用，故称为调整管。在电路中，调整管和负载RL是串联关系，所以称此电路为串联调整型稳压电路。这个稳压电路的实质是采用有深度电压负反馈的射极跟随器电路做为输出电路，如图10.4所示。这个电路的优点是带负载的能力很强，电压稳定度高。图10.4串联调整型稳压电路的射极输出形式3.实用三极管串联调整型稳压电路一个完整的三极管串联调整型稳压电路，应当由取样环节、基准环节、比较放大环节、调整环节四部分组成。如图10.5所示。图10.5三极管串联调整型稳压电路a电路图b电路组成框图（1）取样环节取样环节由R3、R4、R5串联组成，由于负载与其并联，其两端电压反映了输出电压Uo的值，当Uo发生变化时，电压的变化由R4中间抽头端传给比较放大电路。为了能在一定的范围内调整输出电压Uo的大小，如图10.6所示，可在取样电路R1和R2的中间插接一只电位器。（2）基准环节基准环节由限流电阻R1和稳压管VDz组成。a点的电压基本不变，给比较放大管的发射极提供稳定的基准电压。（3）比较放大环节比较放大环节由三极管VT2组成。基准电压加在VT2的发射极，取样电压加在VT2的基极，两个电压的差值经放大后，由集电极输出给调整管的基极。（4）调整环节调整环节由调整管VT1、负载电阻RL构成。当输出电压Uo变化时，利用调整管自动反向改变Uce的数值大小来维持输出电压Uo的稳定。负载电流IL基本上就等于VT1的输出电流Io，因为Io通常比较大，则要求VT1的输出电流也比较大，这样就要求VT1基极电流也比较大，为了减少驱动电流，通常采用达林顿管作为调整管，因为达林顿管的电流放大系数近似为两管电流放大系数的乘积。达林顿管是由两个或两个以上的三极管按照一定的连接方式组成一只等效的三极管。达林顿管的接法有多种，它们可以由相同类型的三极管组成，也可以由不同类型的三极管组成，基本规律是：前面的一支为小功放管，后面的一支为大功放管；达林顿管的组成必须满足基尔霍夫的节点电流定律。此处的“功率管”是否就是上章中所提到的“功放管”？已经全改成功放管了如图10.7所示，是由两只三极管组成的复合管，共有四种类型。图10.7由两只三极管组成的四种类型的复合管当由于电源电压上升引起输出电压上升时，稳压过程由下列式子给出：Ui↑→Uo↑→Ub2↑→Ic2↑→Uc2↓→Ub1↓→Ube1↓→Uce1↑→Uo↓。其实这个稳压过程的实质，就是电路的负反馈电路在起作用。三极管串联调整型稳压电路的优点是：稳压效果好，带负载能力大，输出电压在一定范围内可调。输出电压由下式决定：一个输入直流电压为UI＝15V、输出直流稳定电压为8～12V、最大负载电流为I0max＝3A的实际电路如图10.8所示2543540RbURRRRU下图10.8实用的三极管串联调整型稳压电路1．三端固定输出式集成稳压器系列常用的三端固定输出式集成稳压器有输出为正电压的W78××[u1]系列和输出为负电压的W79××系列。如图10.9所示，为W78××系列的外形、电路符号及基本接法。W78××系列三端稳压块的输出电压有5V、6V、9V、12V、15V、18V和24V共七种规格，型号的后两位数字表示其输出电压的稳压值。例如，型号为W7805和W7812的集成块，其输出电压分别为5V和12V。同一种规格的三端稳压块，在输出电流的大小上也有所不同，例如标注为7805、78M05和78L05的三端稳压块，其输出稳压值都是5V，但输出电流分别为1.5A、0.5A和0.1A（这个电流值都是指在满足一定散热条件下的最大输出电流值）。W79××系列的稳压块其输出电压的规格与W78××系列相同，但其管脚功能与W78××系列不同。79××系列稳压块的1脚是输入端，2脚为接地端，3脚为输出端。79××系列稳压块的1脚是接地端，2脚为输入端，3脚为输出端。在使用时要特别引起注意。[u1]此处的“W78××和W7９××”是否应改为“ＣW78××和ＣW7９××”？也可以不该，带C的是中国产的。（a）(b)（c）图10.9W78××系列79××系列集成稳压器的外型和基本应用电路2．三端固定输出稳压集成电路的应用电路图10.9（c）所示电路为三端集成稳压器使用时的基本电路接法。外接电容C2是高频滤波电容，可选其值为0.1～1μF的陶瓷电容或钽电容。还应该在输出端接一个防止电路自激振荡的电容C0[u1]，C3为储能电容，可消除因负载电流跃变而引起输出电压的较大波动，对于降低输出纹波，降低输出噪声，减小负载电流变化的影响有较好的作用，可采用0.1～1μF的陶瓷电容或钽电容。如图10.10（a）所示，为用W7815和W7915组成的双极性稳压电源输出电路，可同时向负载提供+15V和-15V的直流电压。图10.10(b)为三端稳压器外接一个集成运放所组成的反相器，可将单极性电压变为双极性输出电压。[u1]此处是否正确，图图10.9（c）中并未出现“电容C0[u1]”？对，此处说的是应该接一个电容。图10.10双极性正、负电压输出电路如果需要扩大输出电流和扩大输出电压，可以采用如图10.11所示的电路图10.11扩大输出电流和扩大输出电压的稳压电路在提高输出电压的电路中，输出电压为：2120)1(InRRRUUN式中：UN—稳压器标称稳压值；In—稳压器的静态工作电流，一般＜10mA。R1中流过的电流应大于5In。若将R2换成可调电阻，输出电压可在一定范围内调节。3.三端可调输出式集成稳压器及其应用三端可调输出式集成稳压器有输出为正电压的LM117、LM217、LM317[u1]系列（LM117是美国产的三端稳压块）和输出为负电压的LM137、LM237、LM337系列。LM117的外形及电路符号如图10.12所示。图中脚3和脚2分别为输入端和输出端，脚1为调整端（ADJ），[u2]用于外接调整电路以实现输出电压可调。（注意，这个管脚号不是按照从左至右的顺序排列的。）（a）(b)(c)(d)图10.12LM117集成稳压器的外形及典型应用三端可调输出式集成稳压器的主要参数有：输出电压连续可调范围：1.25V到47V最大输出电流：1.5A调整端(ADJ)输出电流IA:50μA输出端与调整端之间的基准电压UREF:1.25V三端可调输出式集成稳压器的基本应用电路如图10.12（c）、(d)所示，图中C1和C2的作用与在三端固定式稳压器电路中的作用相同。外接电阻R1和R2构成电压调整电路，电容C2用