三端集成穩(wěn)壓器的工作原理

發(fā)布時(shí)間:2024-02-25
現(xiàn)以具有正電壓輸出的78l××系列為例介紹它的工作原理。
電路如圖1所示,三端式穩(wěn)壓器由啟動(dòng)電路、基準(zhǔn)電壓電路、取樣比較放大電路、調(diào)整電路和保護(hù)電路等部分組成。下面對(duì)各部分電路作簡(jiǎn)單介紹。
(1)啟動(dòng)電路
在集成穩(wěn)壓器中,常常采用許多恒流源,當(dāng)輸入電壓vi接通后,這些恒流源難以自行導(dǎo)通,以致輸出電壓較難建立。因此,必須用啟動(dòng)電路給恒流源的bjt t4、t5提供基極電流。啟動(dòng)電路由t1、t2、dz1組成。當(dāng)輸入電壓vi高于穩(wěn)壓管dz1的穩(wěn)定電壓時(shí),有電流通過(guò)t1、t2,使t3基極電位上升而導(dǎo)通,同時(shí)恒流源t4、t5也工作。t4的集電極電流通過(guò)dz2以建立起正常工作電壓,當(dāng)dz2達(dá)到和dz1相等的穩(wěn)壓值,整個(gè)電路進(jìn)入正常工作狀態(tài),電路啟動(dòng)完畢。與此同時(shí),t2因發(fā)射結(jié)電壓為零而截止,切斷了啟動(dòng)電路與放大電路的聯(lián)系,從而保證t2左邊出現(xiàn)的紋波與噪聲不致影響基準(zhǔn)電壓源。
(2)基準(zhǔn)電壓電路
基準(zhǔn)電壓電路由t4、dz2、t3、r1、r3及d1、d2組成,電路中的基準(zhǔn)電壓為
式中vz2為dz2的穩(wěn)定電壓,vbe為t3、d1、d2發(fā)射結(jié)(d1、d2為由發(fā)射結(jié)構(gòu)成的二極管)的正向電壓值。在電路設(shè)計(jì)和工藝上使具有正溫度系數(shù)的r1、r2、dz2與具有負(fù)溫度系數(shù)的t3、d1、d2發(fā)射結(jié)互相補(bǔ)償,可使基準(zhǔn)電壓vref基本上不隨溫度變化。同時(shí),對(duì)穩(wěn)壓管dz2采用恒流源供電,從而保證基準(zhǔn)電壓不受輸入電壓波動(dòng)的影響。
(3)取樣比較放大電路和調(diào)整電路
這部分電路由t4~t11組成,其中t10、t11組成復(fù)合調(diào)整管;r12、r13組成取樣電路;t7、t8和t6組成帶恒流源的差分式放大電路;t4、t5組成的電流源作為它的有源負(fù)載。
t9、r9的作用說(shuō)明如下:如果沒(méi)有t9、r9,恒流源管t5的電流ic5=ic8+ib10,當(dāng)調(diào)整管滿載時(shí)ib10最大,而ic8最??;而當(dāng)負(fù)載開路時(shí)io=0,ib10也趨于零,這時(shí)ic5幾乎全部流入t8,使得ic8的變化范圍大,這對(duì)比較放大電路來(lái)說(shuō)是不允許的,為此接入由t9、r9級(jí)成的緩沖電路。當(dāng)io減小時(shí),ib10減小,ic8增大,待ic8增大到 >0.6v時(shí),則t9導(dǎo)通起分流作用。這樣就減輕了t8的過(guò)多負(fù)擔(dān),使ic8的變化范圍縮小。 (4)保護(hù)電路
減流式保護(hù)電路
減流式保護(hù)電路由t12、r11、r15、r14和dz3、dz4組成,r11為檢流電阻。保護(hù)的目的主要是使調(diào)整管(主要是t11)能在安全區(qū)以內(nèi)工作,特別要注意使它的功耗不超過(guò)額定值pcm。首先考慮一種簡(jiǎn)單的情況。假設(shè)圖1中的dz3、dz4和r14不存在,r15兩端短路。這時(shí),如果穩(wěn)壓電路工作正常,即pc<pcm并且輸出電流io在額定值以內(nèi),流過(guò)r11的電流使 =ior11<0.6v,t12截止。當(dāng)輸出電流急劇增加,例如輸出端短路時(shí),輸出電流超過(guò)極限值(io(cl)=pcm/vi=0.6v/r11)時(shí),即當(dāng) >0.6v時(shí),使t12管導(dǎo)通。由于它的分流作用,減小了t10的基極電流,從而限制了輸出電流。這種簡(jiǎn)單限流保護(hù)電路的不足之處是只能將輸出電流限制在額定值以內(nèi)。由于調(diào)整管的耗散功率pcm=icvce,只有既考慮通過(guò)它的電流和它的管壓降vce值,又使pc<pcm,才能全面地進(jìn)行保護(hù)。圖1中dz3、dz4和r14、r15所構(gòu)成的支路就是為實(shí)現(xiàn)上述保護(hù)目的而設(shè)置的。電路中如果(vi–ior11–vo)>(vz3+ vz4),則dz3、dz4擊穿,導(dǎo)致t12管發(fā)射結(jié)承受正向電壓而導(dǎo)通。vbe12的值為
經(jīng)整理后得
顯然,(vi –vo)越大,即調(diào)整管的vce值越大,則io越小,從而使調(diào)整管的功耗限制在允許范圍內(nèi)。由于io的減小,故上述保護(hù)稱為減流式保護(hù)。
過(guò)熱保護(hù)電路
電路由dz2、t3、t14和t13組成。在常溫時(shí),r3上的壓降僅為0.4v左右,t14、t13是截止的,對(duì)電路工作沒(méi)有影響。當(dāng)某種原因(過(guò)載或環(huán)境溫升)使芯片溫度上升到某一極限值時(shí),r3上的壓降隨dz2的工作電壓升高而升高,而t14的發(fā)射結(jié)電壓vbe14下降,導(dǎo)致t14導(dǎo)通,t13也隨之導(dǎo)通。調(diào)整管t10的基極電流ib10被t13分流,輸出電流io下降,從而達(dá)到過(guò)熱保護(hù)的目的。
電路中r10的作用是給t10管的iceo10和t11管的icbo11一條分流通路,以改善溫度穩(wěn)定性。
值得指出的是:當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí),上述幾種保護(hù)電路是互相關(guān)聯(lián)的。
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