5-2 线性稳压电路《电子技术基础与技能》云南省 电子电工类 知识点讲解

云南省装备制造大类对口高考电子技术复习讲义 模块5 直流稳压电源 5-2 线性稳压电路 【考纲要求】 （1） 理解串联型线性稳压电源的工作原理； （2）熟悉三端固定稳压器（78XX、79XX 系列）的型号含义和应用电路。 【知识网络】 【知识和技能要点】 一、线性稳压电路的基础认知 结合5-1整流滤波电路的知识，整流滤波电路输出的是平滑的直流电压，但该电压仍受两个因素影响而不稳定：① 电网电压波动（如市电220V波动±10%），会导致整流滤波输出电压同步波动；② 负载变化（如负载电流增大或减小），会导致输出电压轻微下降或上升。 线性稳压电路的核心作用是：对整流滤波后的平滑直流电压进行进一步稳压，使输出直流电压保持恒定，不受电网电压波动、负载变化的影响，为电子设备（如功放、单片机、仪器仪表）提供稳定、纯净的直流电源，避免因电压不稳定导致设备工作异常、损坏。 线性稳压电路的核心分类：根据调整管与负载的连接方式，分为串联型和并联型，其中串联型线性稳压电路因输出稳定、纹波小、结构简单，是实际应用中最主流的类型（考纲重点）；并联型因效率低、输出电流小，仅用于特殊小功率场景，考纲不做重点要求。 核心特点：优点是输出电压稳定、纹波小、噪声低，结构简单、成本低，易于实现；缺点是效率较低（通常为40%~60%），调整管会消耗多余电能并发热，需要散热处理，不适用于大功率、大电流供电场景。 二、串联型线性稳压电路（考纲重点） 串联型线性稳压电路是线性稳压电路的核心类型，其核心逻辑是“取样-对比-放大-调节”，通过调整管与负载串联，实时调节调整管的压降，抵消电网、负载波动带来的电压变化，实现输出电压稳定。 1. 基本结构（四大核心组成部分） 串联型线性稳压电路由4个部分组成，各部分协同工作，缺一不可，结构如下（按信号流向）：输入电压（整流滤波输出）→ 调整管 → 负载 → 取样电路 → 比较放大电路 → 基准电压电路，其中调整管与负载串联，是电路的核心器件。 1. 调整管：核心器件，通常为大功率NPN三极管（或复合管），与负载串联在输入电压和输出端之间；作用是通过改变自身的管压降（），调节输出电压，抵消电压波动（如输入电压升高时，增大管压降，使输出电压不变）。 2. 取样电路：由两只分压电阻组成，并联在负载两端，作用是“取样”输出电压的变化，将输出电压按比例取出一部分（取样电压），传递给比较放大电路，用于与基准电压对比。 3. 基准电压电路：由稳压管（或基准电压芯片）组成，作用是提供一个稳定不变的基准电压（），作为比较放大电路的参考标准，基准电压的稳定性直接决定了输出电压的稳定性。 4. 比较放大电路：由小功率三极管或运算放大器组成，作用是将取样电压（）与基准电压（）进行对比，放大两者之间的偏差信号，然后控制调整管的管压降，实现输出电压的稳定。 2. 工作原理（考纲重点，核心逻辑“负反馈调节”） 串联型线性稳压电路的工作原理基于“负反馈调节”，核心是通过实时检测输出电压的变化，反向调节调整管，抵消电压波动，具体过程如下（以输入电压升高为例）： 1. 输入电压升高（或负载电流减小）→ 输出电压随之升高； 2. 取样电路取出的取样电压同步升高； 3. 比较放大电路将与基准电压对比，放大两者的偏差（），输出一个控制信号； 4. 控制信号使调整管的基极电流减小，调整管的管压降增大； 5. 因输入电压，增大，抵消了输入电压的升高，使输出电压恢复到设定值，保持稳定。 反之，当输入电压降低（或负载电流增大）时，电路会反向调节：输出电压降低→取样电压降低→比较放大电路输出控制信号→调整管管压降减小→输出电压恢复稳定。 3. 核心特点与应用场景 优点：输出电压稳定，纹波小（接近理想直流），噪声低，结构简单，成本低，易于调试，适合对电源纯度要求高的场景。 缺点：效率低，调整管会消耗多余的电能（转化为热量），需要安装散热片；输出电流有限，不适用于大功率供电（如电机、大功率功放）。 应用场景：小功率、中功率电子设备，如小型功放、单片机系统、仪器仪表、收音机、充电器等。 三、三端固定稳压器（78XX、79XX系列）（考纲重点） 串联型线性稳压电路虽然结构简单，但需要外接多个元件（调整管、取样电阻、稳压管等），接线繁琐，且调试不便。为了简化应用，厂家将串联型线性稳压电路的所有元件（调整管、比较放大、基准电压、取样电路）集成在一块芯片上，制成三端固定稳压器，仅保留三个引脚（输入、输出、地），外接少量元件即可使用，是实际应用中最常用的稳压器件。 考纲重点掌握两种系列：78XX系列（正电压输出）和79XX系列（负电压输出），两者结构、原理类似，仅输出电压极性不同。 1. 型号含义（必考考点） 三端固定稳压器的型号采用“系列+输出电压”的命名规则，核心是识别“XX”对应的输出电压值，具体如下： 78XX系列：输出正直流电压，XX代表输出电压的数值（单位：V），常见型号及封装图如下： 7805：输出固定正5V直流电压（最常用）； 7809：输出固定正9V直流电压； 7812：输出固定正12V直流电压； 7815：输出固定正15V直流电压。 79XX系列：输出负直流电压，XX代表输出电压的绝对值（单位：V），常见型号及封装图如下： 7905：输出固定负5V直流电压； 7912：输出固定负12V直流电压； 7915：输出固定负15V直流电压。 注意：78XX和79XX系列的输出电压是固定的，无法调节；引脚定义固定（输入、输出、地），不可接反，否则会烧毁芯片。 2. 引脚定义（重点，识读应用电路必备） 三端固定稳压器的三个引脚功能固定，以常见的TO-220封装为例，面对芯片引脚（引脚朝下），从左到右依次为： 78XX系列：1脚=输入端（IN），接入整流滤波后的正直流电压；2脚=输出端（OUT），输出固定正直流电压；3脚=接地端（GND），接电源地。 79XX系列：1脚=输入端（IN），接入整流滤波后的负直流电压；2脚=输出端（OUT），输出固定负直流电压；3脚=接地端（GND），接电源地。 关键提醒：79XX系列的输入端需接入负电压（如7905的输入端需接-7~-15V直流电压），输出端输出对应的负电压，接地端必须可靠接地，否则无法正常工作。 3. 典型应用电路（考纲重点，识读与应用） 三端固定稳压器的应用电路非常简单，核心是“输入滤波+稳压器+输出滤波”，配合5-1的整流滤波电路使用，分为正电压输出（78XX）和负电压输出（79XX）两种典型电路。 （1）78XX系列（正电压输出）典型应用电路 适用场景：需要正直流电压供电的设备（如单片机、小型功放、收音机），电路组成如下： （1）输入部分：整流滤波电路输出的正直流电压（如12~18V），通过限流电阻接入78XX的输入端（1脚）；输入端与地之间并联一只滤波电容（如0.33μF电解电容），作用是滤除输入电压中的高频纹波，稳定输入端电压。 （2）稳压器部分：78XX的3脚（接地端）可靠接地，确保芯片正常工作；芯片外壳可安装散热片，减少发热对芯片的影响（输出电流越大，散热需求越高）。 （3）输出部分：78XX的输出端（2脚）输出固定正直流电压（如7805输出5V），输出端与地之间并联一只小容量电容（如0.1μF瓷片电容），作用是滤除输出电压中的高频噪声，使输出电压更平滑；输出端接负载（如单片机、扬声器）。 示例：7805应用电路，输入整流滤波后的12V正直流电压，输出稳定的5V正直流电压，可直接为单片机供电。 （2）79XX系列（负电压输出）典型应用电路 适用场景：需要负直流电压供电的设备（如某些功放、运算放大器），电路组成与78XX类似，仅电压极性不同： （1）输入部分：整流滤波电路输出的负直流电压（如-12~-18V），接入79XX的输入端（2脚）；输入端与地之间并联一只滤波电容（100μF电解电容），注意电容极性（负极接输入端，正极接地）。 （2）稳压器部分：79XX的1脚（接地端）可靠接地，芯片外壳安装散热片。 （3）输出部分：79XX的输出端（3脚）输出固定负直流电压（如7905输出-5V），输出端与地之间并联一只0.1μF瓷片电容，滤除高频噪声；输出端接需要负电压的负载。 4. 应用注意事项（必考考点） （1）输入电压要求：输入电压必须高于输出电压2~3V以上（如7805输出5V，输入电压需为7~18V），否则无法正常稳压；输入电压过高会烧毁芯片。 （2）引脚不可接反：78XX和79XX的输入、输出、地引脚不可接反，否则会直接烧毁稳压器芯片。 （3）散热处理：输出电流较大时（如超过1A），必须为芯片安装散热片，否则芯片会因过热保护而停止工作，甚至烧毁。 （4）滤波电容不可缺少：输入端和输出端的滤波电容必须接入，输入端电容滤除输入纹波，输出端电容滤除输出噪声，确保输出电压稳定。 （5）负载匹配：输出电流不可超过芯片的最大输出电流（78XX/79XX系列常见最大输出电流为1.5A），否则会损坏芯片，若需更大电流，需外接功率管扩展电流。 四、串联型线性稳压电路与三端固定稳压器的关系 三端固定稳压器本质是“集成化的串联型线性稳压电路”，两者的核心原理完全一致，区别仅在于“集成度”： 串联型线性稳压电路：由分立元件（三极管、电阻、稳压管）组成，输出电压可通过调节取样电阻灵活调整，但接线繁琐、调试不便，适用于需要可调电压的场景。 三端固定稳压器：将串联型稳压电路的所有元件集成在芯片内，输出电压固定，无需调试，接线简单，成本低，适用于需要固定电压的场景（实际应用中最广泛）。 两者的核心联系：均基于“串联调整+负反馈调节”原理，均可配合5-1的整流滤波电路，组成完整的直流稳压电源，为电子设备提供稳定直流供电。 五、关键注意事项（综合考点） 1. 线性稳压电路的输入电压必须高于输出电压（串联型需高2~3V，三端稳压器需高2~3V），否则无法实现稳压功能。 2. 调整管（或三端稳压器）的散热至关重要，尤其是输出电流较大时，散热不良会导致设备过热保护、损坏。 3. 三端稳压器的型号选择需匹配设备的供电需求，如设备需要5V供电，选择7805；需要-12V供电，选择7912。 4. 接线时需注意电压极性，尤其是79XX系列负电压稳压器，输入、输出的极性不可接反，电容极性也需正确接入。 5. 线性稳压电路适用于小功率、对电源纯度要求高的场景，大功率、大电流场景（如电机驱动）需选用开关稳压电路（考纲不做要求）。 【练习题】 一、选择题 1. 串联型线性稳压电路的核心组成部分不包括（ ） A. 调整管 B. 取样电路 C. 基准电压电路 D. 整流二极管 2. 串联型线性稳压电路的工作原理基于（ ） A. 二极管的单向导电性 B. 负反馈调节 C. 电容的充放电 D. 电感的通直流阻交流 3. 下列关于78XX系列三端稳压器的说法，正确的是（ ） A. 输出负直流电压 B. 7805输出5V正直流电压 C. 引脚可任意接 D. 无需散热 4. 7905三端稳压器的输出电压是（ ） A. +5V B. -5V C. +12V D. -12V 5. 串联型线性稳压电路中，调整管的作用是（ ） A. 取样输出电压 B. 提供基准电压 C. 调节管压降，稳定输出电压 D. 放大偏差信号 6. 下列场景中，最适合采用三端固定稳压器的是（ ） A. 大功率电机驱动 B. 单片机系统供电 C. 高压供电设备 D. 交流供电设备 二、填空题 1. 线性稳压电路的核心作用是______，不受______和______的影响。 2. 串联型线性稳压电路由______、______、______和______四大部分组成，其中与负载串联的是______。 3. 78XX系列三端稳压器输出______电压，79XX系列输出______电压，两者的引脚均为______个。 4. 7812的输出电压是______V，7905的输出电压是______V。 5. 三端固定稳压器的输入端和输出端均需并联______，作用是______。 6. 串联型线性稳压电路的优点是______、______，缺点是______、______。 三、简答题 1. 简述串联型线性稳压电路的工作原理（以输入电压升高为例）。 2. 简述78XX系列三端固定稳压器的型号含义、引脚定义及典型应用电路的组成。 3. 使用三端固定稳压器时，需要注意哪些关键事项？请列举至少3点。 4. 说明串联型线性稳压电路与三端固定稳压器的联系与区别。 四、识读题 1. 已知某应用电路中，采用7805三端稳压器，输入电压为12V正直流电压，试说明该电路的组成部分、各部分作用，并判断输出电压大小。 2. 某电子设备需要-12V直流电压供电，应选择哪种型号的三端稳压器？说明其引脚定义和输入电压要求。 【答案】 一、选择题 1. D 2. B 3. B 4. B 5. C 6. B 二、填空题 1. 稳定输出直流电压；电网电压波动；负载变化 2. 调整管；取样电路；基准电压电路；比较放大电路；调整管 3. 正直流；负直流；3 4. +12；-5 5. 滤波电容；滤除纹波和噪声，稳定电压 6. 输出电压稳定；纹波小；效率低；发热明显 三、简答题 1. 串联型线性稳压电路（输入电压升高时）工作原理：① 输入电压升高→输出电压升高；② 取样电路取出的取样电压同步升高；③ 比较放大电路将与基准电压对比，放大偏差信号；④ 偏差信号使调整管基极电流减小，管压降增大；⑤ 因，增大抵消输入电压升高，使恢复稳定。 2. ① 型号含义：78XX系列为正电压输出三端稳压器，XX代表输出电压值（单位V），如7805输出5V正电压；② 引脚定义（TO-220封装，引脚朝下）：1脚=输入端（IN），2脚=输出端（OUT），3脚=接地端（GND）；③ 典型应用电路组成：输入滤波电容（并联在输入端与地之间）、78XX稳压器（1脚接输入电压，3脚接地）、输出滤波电容（并联在输出端与地之间）、负载（接输出端与地之间）。 3. 关键注意事项：① 输入电压需高于输出电压2~3V，否则无法正常稳压；② 引脚不可接反，否则烧毁芯片；③ 输出电流较大时，需安装散热片；④ 输入端和输出端必须并联滤波电容，滤除纹波和噪声；⑤ 输出电流不可超过芯片最大输出电流。（答出3点及以上即可） 4. 联系：两者均基于“串联调整+负反馈调节”原理，均可配合整流滤波电路组成直流稳压电源，实现输出电压稳定；三端固定稳压器本质是集成化的串联型线性稳压电路。 区别：① 集成度：串联型由分立元件组成，三端稳压器为集成芯片；② 输出电压：串联型可调节，三端稳压器输出固定；③ 接线调试：串联型接线繁琐、需调试，三端稳压器接线简单、无需调试；④ 应用场景：串联型适用于可调电压场景，三端稳压器适用于固定电压场景。 四、识读题 1. ① 电路组成：输入12V正直流电压、限流电阻、7805稳压器、输入滤波电容（100μF）、输出滤波电容（0.1μF）、负载；② 各部分作用：输入12V电压为稳压器提供工作电源；限流电阻保护稳压器输入端；输入滤波电容滤除输入纹波；7805稳压器将12V电压稳压为5V；输出滤波电容滤除输出噪声；负载接收稳定的5V电压；③ 输出电压：5V正直流电压。 2. ① 选择型号：7912（输出-12V负直流电压）；② 引脚定义（TO-220封装，引脚朝下）：1脚=输入端（IN），2脚=输出端（OUT），3脚=接地端（GND）；③ 输入电压要求：输入电压需为-14~-20V负直流电压（高于输出电压2~3V以上）。 学科网（北京）股份有限公司 $