稳压电路分析

知识储备

图5.17　稳压管稳压电路

1.稳压管稳压原理

稳压管稳压电路如图5.17所示。负载RL与稳压管是并联相接，由仿真测试结果可知，电阻R是必不可少的元件。如果没有电阻R，则流经稳压管的电流非常大，稳压管会因为电流超过允许的最大电流而损坏。R在电路中起着限流和分压的作用，称为“限流电阻”。

当外部输入电压或者自身负载发生变化时，稳压管能够稳定输出电压。分两种情况讨论工作原理如下。

（1）当负载电阻RL保持不变，假设输入电压Ui突然增大，则输出电压Uo也有增大的趋势。稳压二极管两端反向电压增大，这会导致稳压管的电流IZ急剧增大，I=IL+IZ，因此限流电阻R上的压降增大，以此来补偿输入电压Ui的增大，从而使输出电压基本上保持不变。上述过程简单表述如下：

反之，当输入电压Ui减小，基于同样的原理，UR也减小，输出电压基本保持不变。

（2）输入电压Ui保持不变，假设负载电阻RL突然减小，则输出电压Uo也有减小的趋势。稳压二极管两端反向电压减小，由稳压管的反向特性曲线可知，稳压管的电流IZ急剧减小，流过限流电阻R上的电流I也减小，导致限流电阻R上的压降减小，从而使输出电压Uo有增大的趋势。两种变化趋势相反，则输出电压基本保持不变。

反之，当负载RL突然增大时，工作原理相似，稳压管自动调节，使输出电压保持稳定。

由以上分析可知，硅稳压管稳压原理是利用稳压管两端电压UZ的微小变化，引起电流IZ的较大变化，通过限流电阻起电压调整作用，保证输出电压基本恒定，从而达到稳压作用。

硅稳压管稳压电路线路简单，但稳压性能差，输出电压受稳压管稳压值限制，一般适用于电压固定、负载电流较小的场合。

1）限流电阻的选择

从稳压管的反向特性曲线可见，稳压管稳定工作的前提是稳压管的所有可能工作电流IZmin＜IZ＜IZmax，IZmin是稳压管可靠工作的最小电流。为防止电流过大而使得稳压管损坏，限定IZmax为稳压管允许通过的最大电流。

（1）最小限流电阻Rmin的确定。

当Ui为最大值，负载电流IL处于最小值时，IZ最大。由此可计算出限流电阻的最小值，即

（2）最大限流电阻Rmax的确定。

当Ui为最小值，负载电流IL处于最大值时，IZ最小。由此可计算出限流电阻的最大值，即

2）稳压管的串并联特性

电阻和电容都可以进行串并联使用，稳压管可以和普通电阻、电容一样进行串并联连接。当两个稳压管如图5.18（a）所示串联连接时，端口输出电压为两个稳压管稳定电压之和。当两个稳压管如图5.18（b）所示并联连接时，在同样的反向电压作用下，击穿电压较小的6 V稳压管首先导通，则输出电压就被钳制在6 V，此时8 V的稳压管仍然处于反向截止状态，所以，当不同稳压值的稳压管并联连接时，只能是稳压值低的稳压管起作用，其他的稳压管都不起作用。当两个稳压管中有一个工作于正向导通状态时，如图5.18（c）所示，正向导通的稳压管与普通二极管正向特性相似，则输出电压为其中正向导通稳压管的导通电压与反向击穿稳压管的稳定电压之和。

图5.18　稳压管连接方式

（a）稳压管串联；（b）稳压管并联；（c）稳压管反向连接

2.三端集成稳压器

集成稳压电路的类型很多。按其内部的工作方式可分为串联型、并联型、开关型；按其外部特性可分为三端固定式、三端可调式、多端固定式、多端可调式、正电压输出式、负电压输出式。现主要介绍三端集成稳压电路。

1）三端固定式集成稳压器

三端固定式集成稳压器3个端子分别为输入端、输出端和公共端。三端集成稳压电路的通用产品有W78××系列（正电压输出）和W79××系列（负电压输出）。图5.19所示为这两个系列集成稳压器的外形和管脚排列。

型号的标识如图5.20所示，最后的两位数字代表输出电压值，可为±5 V、±6 V、±8 V、±12 V、±15 V、±18 V和±24 V等7个等级。例如，7812表示输出直流电压为+12 V；7912表示输出直流电压为-12 V。

图5.19　W78××和W79××系列 集成稳压器外形和管脚排列

图5.20　三端固定式集成稳压器型号组成及其意义

（1）三端固定稳压器基本应用电路。

图5.21（a）所示电路是W78××系列作为固定输出时的典型接线。为了保证稳压器正常工作，输入电压比输出电压要高至少3～5 V；输入端的电容C1一般取0.1～1 μF，其作用是在输入线较长时抵消其感应效应，防止产生自激振荡；输出端的C2用来减小由于负载电流瞬时变化而引起的高频干扰，一般取0.1μF；输出端的C3为容量较大的电解电容，用来进一步减小输出脉动和低频干扰。如果需要负电源时，可采用图5.21（b）所示的应用电路。

图5.21　三端固定稳压器的典型接线

（a）78××系列典型接法；（b）79××系列典型接法

图5.22　提高输出电压电路

（2）三端固定稳压器提高输出电压电路。

三端固定稳压器电路非常简单，但是只能获得7种标准电压，输出电流的最大值仅为1.5A。为了扩大输出电压和输出电流的范围，实现输出电压在某范围内可调，需要对基本应用电路做相应的改进。

图5.22所示电路是一种用于提高输出电压，实现电压可调电路。R1和R2为外接电阻，R1两端的电压为集成稳压器的额定电压5 V，流过R1的电流IR1=5 V/R1。因为流经集成稳压器公共端的静态电流IQ非常小，一般为几mA。若经过R1的电流IR1＞5IQ，可以忽略IQ的影响，R1和R2电阻可以近似为串联的关系，则输出电压UO可近似为

（3）三端固定稳压器提高输出电流电路。

当负载所需电流大于现有三端稳压器的输出电流时，可以通过外接功率管的方法来扩大输出电流，其电路如图5.23所示。

图5.23　固定稳压器提高输出电流电路

（4）具有正负输出电压的稳压电源电路。

当需要正负电压同时输出时，可用一块CW78××正电压稳压器和一块CW79××负电压稳压器连接成图5.24所示的电路。这两块稳压器有一个公共接地端，并共用整流电路。

图5.24　具有正负输出电压的电路

图5.25　三端可调输出集成稳压器外形及管脚排列

（a）CW117系列（b）CW137系列

2）三端可调集成稳压器简介

三端可调输出集成稳压器是在三端固定输出集成稳压器的基础上发展起来的，集成片的输入电流几乎全部流到输出端，流到公共端的电流非常小，因此可以用少量的外部元件方便地组成精密可调的稳压电路，应用更为灵活。可调式三端稳压器种类很多，常用的是CW117和CW137系列，图5.25所示为 CW117、CW137的外形和管脚排列，图5.26所示为其标识读法。

图5.26　三端可调式稳压器型号组成及意义

图5.27所示为三端可调输出集成稳压器的基本应用电路。为防止输入端发生短路时，C4向稳压器反向放电而损坏集成稳压器，故在稳压器两端反向并联一只二极管VD1。VD2则是为防止因输出端发生短路C2向调整端放电而造成损坏集成稳压器而设置的。C2可减小输出电压的纹波。R1 、Rp构成取样电路，通过调节Rp来改变输出电压的大小。

图5.27　三端可调输出集成稳压器基本应用电路

其输出电压的大小可表示为

为了使电路正常工作，一般输出电流不小于5 mA。当输入电压范围在2～40 V之间时，输出电压可在1.25～37 V之间调整，负载电流可达1.5A。

自测习题

1.填空

三端集成稳压器，CW7806的输出电压是_____V，CW7912的输出电压是____ V。

2.选择

电路如题2图所示。

题2图(www.xing528.com)

（1）设有效值U2=10 V，则Ui=（　　）。

A. 4.5V　B. 9 V　C. 12 V　D. 14 V

（2）若电容C脱焊，则Ui=（　　）。

A. 4.5V　B. 9 V　C. 12 V　D. 14 V

（3）若二极管VD2接反，则（　　）。

A. 变压器有半周被短路，会引起元器件损坏

B. 变为半波整流

C. 电容C将过压击穿

D. 稳压管将过流损坏

（4）若二极管VD2脱焊，则（　　）。

A. 变压器有半周被短路，会引起元器件损坏

B. 变为半波整流

C. 电容C将过压击穿

D. 稳压管将过流损坏

（5）若电阻R短路，则（　　）。

A. Uo将升高　B. 变为半波整流　C. 电容C将击穿　D. 稳压管将损坏

题3（1）图

3.分析

（1）电路如题3（1）图所示，已知稳压管的稳定电压为6 V，最小稳定电流为5 mA，允许耗散功率为240 mW；输入电压为20～24 V，R1=360 Ω。试回答下面的问题。

① 为保证空载时稳压管能够安全工作，R2应选多大？

② 当R2按上面原则选定后，负载电阻允许的变化范围是多少？

（2）元件排列如题3（2）图所示，试合理连线，以构成直流稳压电源电路，并说明输出电压是多少？

题3（2）图

（3）W7805组成的电路如题3（3）图所示，已知IW=5 mA，R1=200时，R2范围为100～200，试计算：

① 负载R2上的电流IO值。

② 输出电压UO的变化范围。

（4）求解题3（4）图所示电路的输出电压的调节范围。

题3（3）图

题3（4）图

自测习题答案