稳压器的作用是将不稳定的直流电压变换为稳定的直流电压。而集成稳压器凭借体积较小稳压性能好和保护功能完善等优点应用范围越来越广。集成稳压器有线性电源式稳压器和开关电源式稳压器两大类。由于开关电源式稳压器属于模拟、数字混合电路,所以我们在后文介绍此类稳压器,下面仅介绍模拟集成稳压器。模拟集成稳压器有三端式和多端式两种。常见的集成稳压器的电路如图1所示。
三端稳压器又分为不可调和可调两种。常见的三端稳压器实物与引脚功能如图2所示。
①三端不可调稳压器
三端不可调稳压器是目前应用最广泛的稳压器。三端不可调稳压器主要有78xx系列和79xx系列两大类。其中,78xx 系列稳压器输出的是正电压,而79xx系列稳压器输出的是负电压。三端不可调稳压器主要的产品有NC公司的LM78xx/79xx、摩托罗拉公司的MC78xx/79xx、仙童公司的pA78xx/79xx.东芝公司的TA78xx/79xx、日立公司的HA78xx/79xx、日电公司的uPC78xx/79xx、三星公司的KA78xx/79xx以及意法联合公司生产的L78xx/79xx等。其中,xx代表电压数值,比如, 7812 代表的是输出电压为12V的稳压器,7905代表的是输出电压为- 5V的稳压器。
a.分类。三端不可调稳压器按输出电压可分为10种,以78xx系列稳压器为例介绍,包括7805 (5V)、7806 (6V)、7808 (8V)、7809 (9V)、7810 (10V)、7812 (12V)、7815 (15V)、7818 (18V)、 7820 (20V)、 7824 (24V)。不可调三端稳压器按输出电流可分为多种,稳压器最大输出电流与字母的关系见表4-1。
参见表4-1,常见的L78M05就是最大电流为500mA的5V稳压器,而常见的KA7812就是最大电流为1.5A的12V稳压器。
b. 三端不可调稳压器的工作原理。
下面以78xx系列三端不可调稳压器为例介绍三端不可调稳压器的工作原理。78xx系列三端不可调稳压器由启动电路(恒流源)、取样电 路、基准电压形式电路、误差放大器、调整管、保护电路等构成,如图3所示。
当78xx系列三端不可调稳压器输入端有正常的供电电压输入后,该电压不仅加到调整管的集电极,而且通过基准电压形成电路产生基准电压。基准电压加到误差放大器后,误差放大器为调整管的基极提供基准电压,使调整管的发射极输出电压,该电压经R1限流,再通过三端不可调稳压器的输出端子输出后,为负载供电。
当输入电压降低或负载变重,引起三端不可调稳压器输出电压Uo下降时,通过可调电阻RP与R2取样后的电压减小。该电压加到误差放大器的反相输入端,与同相输入端输入的参考电压比较后,输出的电压增大,调整管因基极输入电压增大而导通程度加强,使Uo升高到规定值,实现稳压控制。当输出电压升高时,稳压控制过程相反。
当负载异常引起调整管过电流,被过电流保护电路检测后,调整管停止工作,避免调整管过电流损坏,实现了过电流保护。另外,调整管过电流时,温度会大幅度升高,被芯片内的过热保护电路检测后,也会使调整管停止工作,避免了调整管过热损坏,实现了过热保护。
②三端可调稳压器。三端可调稳压器是在三端不可调稳压器的基础上发展而来的,它最大的优点就是输出电压在一定范围内可以连续调整。它和三端不可调稳压器一样,也有正电压输出和负电压输出两种。
a. 分类。三端可调稳压器按输出电压可分为四种:第-一种是输出电压为1.2~15V 的,如LM196/396;第二种是输出电压为1.2~32V的,如LM138/238/338;第三种是输出电压为1.2~33V的,如LM150/250/350;第四种是输出电压为1.2~37V的,如LM117/217/337。
三端可调稳压器按输出电流分为0.1A、 0.5A、 1.5A、 3A、5A、10A等多种。在稳压器型号后面加字母“L”的稳压器的输出电流为0.1A,如LM317L就是最大电流为0.1A的稳压器;在稳压器型号后面加字母“M"的稳压器的输出电流为0.5A,如LM317M就是最大电流为0.5A的稳压器;在稳压器型号后面不加字母的稳压器的输出电流为1.5A,如LM317就是最大电流为1.5A的稳压器。而LM138/238/338是5A的稳压器,LM196/396是10A的稳压器。
b. 工作原理。三端可调稳压器由恒流源(启动电路)、基准电压形成电路、调整器(调整管)、误差放大器、保护电路等构成,如图4所示。
当稳压器LM317的输入端有正常的供电电压输入后,该电压不仅为调整器供电,而且通过恒流源为基准电压放大器供电,由它产生基准电压。基准电压加到误差放大器的同相输入端后,误差放大器为调整器提供导通电压,使调整器开始输出电压,该电压通过输出端子输出后,为负载供电。
当输入电压减小或负载变重,引起LM317输出电压下降时,误差放大器反相输入端输入的电压减小,误差放大器为调整器提供的电压增大,调整器输出电压增大,最终使输出电压升高到规定值,实现稳压控制。输出电压升高时,稳压控制过程相反。
LM317内的1.25V基准电压形成电路的输出电压受调整端ADJ输入电压的控制,当ADJ端子输入电压升高后,基准电压形成电路输出的电压就会升高,误差放大器输出的电压因同相输入端电压升高而升高,使调整器输出电压升高。反之,控制过程相反。这样,通过调整ADJ端子的电压,也就可以改变LM317输出电压的大小。
另外,LM317 内的保护电路和LM7812内的保护电路工作原理相同,不再介绍。
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