12.5 集成稳压电路
12.5 集成稳压电路
集成稳压器与一般分立元件的稳压器比较，具有稳压性能好、可靠性高、组装和调试方便等优点，因此获得了广泛的应用。目前集成稳压器已发展到数百个品种，常用的有下列几种。
（1）三端固定电压式集成稳压器。
这类稳压器有输入、输出和公共端这3个端子。输出电压由制造厂家预先调整好，使用时不能调节。采用F-1，F-2型等标准晶体管外壳，或S-7型功率塑料外壳，常用的有W78XX系列和W79XX系列等。
（2）三端电压可调式集成稳压器。
这种稳压器有万能通用电源之称，外接少量元件就可以得到较大范围内的输出电压，使用十分方便，并能获得较高的稳压精度。常用的有LM117/217/317和LM137/237/337等。
（3）跟踪稳压器（正、负电源集成稳压器）。
在要求正负电源对称的场合（如运算放大器等），就需采用跟踪稳压器。跟踪稳压器能保证正、负输出电压始终是平衡的，中点始终为地电位，并具有自动跟踪能力。常用的有MC1568/MC1468等。
（4）浮置稳压器。
如果要求输出电压的最大值超过40V，可采用MC1466/MC1566型浮置稳压器。
12.5.1 三端固定电压式集成稳压器
1．基本原理
W78MXX系列和W78XX系列是三端固定正压集成稳压器。两个系列的区别是输出电流不同，W78MXX为0.5Ａ，Ｗ78XX为1.5Ａ。W79MXX系列和W79XX系列是三端固定负压集成稳压器，与W78MXX系列和W78XX系列相对应。XX表示输出电压的大小，例如XX为05，则表示输出电压为5V，如果XX为12，则表示输出电压为12V。三端固定电压式集成稳压器原理框图和芯片内部电路分别如图12-19（a）和（b）所示。可以看出，它是由基准电压源、比较放大器、调整电路和取样电路等组成的。
（1）基准电压源。
基准电压源的电压值是决定集成稳压器输出电压的重要部分，要求其内阻小，稳定性高，图12-19（b）中的 
、
和电阻R4、R5、R6、R18即构成了基准电压源。由图可知
（12.5.1）
当UZ、
具有相同的温度系数时，基准电压UR就具有零温漂的特性。
（2）比较放大器。
比较放大器将取样电压与基准电压的差值放大后，去控制调整电路的输出电压，要求具有高增益、低温漂和低噪声性能，图12-19（b）中虚线内所示的即为比较放大器，其电路基本结构与F007的输入级和中间级相同。
（a） （b）
图12-19 三端固定电压式集成稳压器
（3）调整电路。
调整电路受比较器控制来调整输出电压，要求有足够的电流和承受较大的耗散功率，图中的V16、V17即构成了复合电路。
（4）取样电路。
取样电路取出输出电压的一部分送至比较放大器，由图中的R19、R20组成。稳压器输出电压可按下式计算
（12.5.2）
（5）保护电路。
保护电路是为了保证集成稳压器安全工作所必需的附加电路，包含过流保护、芯片过热保护和调整管安全工作区域保护电路。过流保护电路由R11和V15组成，R11接在调整管V17的发射极与输出端之间。当输出电流超过规定值时，R11两端的压降超过0.7V，V16、V17基极电位下降，从而限制了输出电流最大值。
2．典型应用
各种三端固定电压式集成稳压器无论采用何种电路，应用方法都是相同的，图12-20（a）和（b）分别是W78M05和W79M15集成稳压器的实际应用电路。输入端电容C1用来减小输入电压中的波纹。输出端电容C2用来改善瞬态负载响应特性。要求输出电压不同时，可选用不同型号的集成稳压器。此外，还应当按要求的输出电流选用适当的型号。例如输出电流小于100mA时，可选用W78LXX（或W79LXX）系列；输出电流小于500mA时，可选用W78MXX（或W79MXX）系列；输出电流小于1.5A时，可选用W78XX（或W79XX）系列。若需要更大的电流，则应采用扩流电路。
（a） （b）
图12-20 集成稳压器的应用电路
3．扩展应用
（1）提高输出电压的方法。
三端固定电压式集成稳压器的最高电压为24V。当需要提高输出电压时，可以采用图12-21（a）所示的升压电路，电阻R1两端电压为稳压器的标称输出电压。整个稳压电源的输出电压Uo由下式决定
（12.5.3）
式中：UXX为三端稳压器W78XX的标称输出电压；IQ为三端稳压器W78XX的静态工作电流。一般三端稳压器的IQ约为几个毫安。当R1、R2的阻值较小时，静态电流IQ在电阻R2两端的电压降IQR2可以忽略。这样式（12.5.3）就可近似为
（12.5.4）
从式（12.2.7）可以看出，输出电压仅与R2/R1的比值和UXX有关。这种接法的缺点是当输入电压变化时，稳压器的静态电流IQ也变化，IQ的变化将降低稳压器的稳压精度。
（a） （b）
图12-21 提高输出电压的方法
（2）扩展输出电流电路。
三端稳压器可以通过外接功率晶体管扩展输出电流，如图12-22所示。图12-22（a）中外接的PNP管与W78MXX中的NPN调整管组成复合管，使用时应根据所需的负载电流选用适当的外接晶体管。
由于R1中流过W78MXX的空载电流和部分负载电流，故其阻值不宜增大，一般约几欧姆。为了避免外接调整管因过流而损坏，应增加限流保护电路，如图12-22（b）所示。
（a） （b）
图12-22 扩展输出电流电路
该稳压电源输出的最大电流由下式决定
（12.5.5）
（3）跟踪稳压电源。
图12-23为使用W78XX做正电源，用运算放大器和功率管做成的跟踪正电源变化的负电源。
（4）高输入电压电路。
当实际输入电压超过指标中规定的最高输入电压时，可以在三端稳压器输入端加一级简单的稳压电路，降去一部分电压，如图12-24所示。
图12-23 跟踪稳压电源电路
（a） （b）
图12-24 高输入电压电路
12.5.2 三端可调式集成稳压器
1．117/217/317系列
117系列是输出电压为1.2～37V可调式三端线性集成稳压器，117系列的引脚图和原理图见图12-25。
图12-25 117系列的引脚图和原理图
使用时，只要满足稳压器输入与输出的压差在3～40V之间，117系列的稳压器就能正常工作。典型应用电路如图12-26（a）所示。工作中LM117的输出和调节端之间形成1.25V的基准电压UREF，该基准电压加在设定电阻R1上，产生恒定电流，再流过输出设定电阻R2，得到的输出电压为
（12.5.6）
（a） （b） （c）
图12-26 117系列稳压器应用电路
117系列稳压器本身具有较高的稳压精度，但调整端通过电阻R2接地，这样输出电压的精度会受到R2的变化和调整端电流变化的影响。消除R2的影响，可以采用高精度稳压管代替电阻R2，电路如图12-26（c）所示，R3可以对输出电压微调，输出电压为
（12.5.7）
2．LM137/237/337系列
LM137/237/337系列是输出电压为-1.2～-37V的可调式三端线性集成稳压器。与117系列类似，LM137系列稳压器需要外接两个电阻来决定输出电压，典型应用电路如图12-27所示。
（a） （b）
图12-27 137系列应用电路
输出电压连续可调的正、负输出稳压电源可以很方便地采用LM117和LM137来实现。电路如图12-28所示。该电路的输出电压为±1.2～±20V。
图12-28 正、负可调输出稳压电源
3．LM196/396
LM196/396大电流可调稳压器可以在1.25～15V输出电压范围内提供大于10A的输出电流，芯片的耗散功率可达70W。LM196的引脚和典型应用电路如图12-29所示。输出电压为
（12.5.8）
（a）LM196引脚 （b）LM196典型应用电路
图12-29 LM196引脚和典型应用电路
电阻R1和R2需选用温度系数小的电阻如金属膜电阻，误差小于1%。C3用于改善纹波抑制比和噪声（也可以不用该电容）。如果采用C3，C2必须选用1mF以上的电容，并靠近稳压器输出端连接。C3和C2均应为大电容。当电源的滤波电容距离稳压器较远时才采用C1，并且要用较粗的引线尽量靠近稳压器输入端连接。
12.5.3 正、负跟踪可调集成稳压器
在需要正、负极性电压源，同时要求这种电源能够在外界电网电压波动及负载电流发生变化时有较好的正、负跟踪特性和优良的稳定性时，可以采用CW4194正负跟踪可调集成稳压器。
CW4194是由基准电压及高稳定度恒流源电路、误差信号放大电路、正负电压跟踪电路及其他电路（快速启动电路、内部偏置电路、芯片过热关闭电路、输出过流及短路保护电路）组成，内部框图如图12-30所示。
图12-30 CW4194的内部框图
CW4194典型应用电路如图12-31（a）所示，当外接电阻Ro在0～16.8W变化时，输出电压变化范围为±0.05～±42V，外接电容Co是为了补偿和消除振荡。
在需要较大的输出电流场合（如功率放大器BTL、OCL电路中），在CW4194典型应用电路上加扩流电路即可满足要求，如图12-31（b）所示。
（a）典型应用电路
（b）扩流应用电路
图12-31 CW4194应用电路
