LM78XX內(nèi)部結(jié)構(gòu)

LM78××系列三端穩(wěn)壓器的輸出為固定電壓值，根據(jù)封裝不同，輸出電流最大可達(dá)1A或3A，通常改善輸出阻抗兩個(gè)數(shù)量級(jí)，并且降低靜態(tài)電流的同時(shí)實(shí)現(xiàn)限流功能，以限制峰值輸出電流在安全值范圍內(nèi)。當(dāng)內(nèi)部功耗超出散熱范圍時(shí)，熱關(guān)斷電路啟動(dòng)，防止芯片過熱而損壞。LM78××系列穩(wěn)壓器廣泛應(yīng)用于測(cè)試系統(tǒng)、儀器儀表、音響和其他固態(tài)電子設(shè)備中。

內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

原理分析：

啟動(dòng)電路由電阻R4、R5、R6，穩(wěn)壓管D1，晶體管Q12、Q13組成。當(dāng)電路接通電源時(shí)輸入電壓V（IN）使得電阻R4和穩(wěn)壓二極管D1支路流過電流，此時(shí)D1穩(wěn)壓值為7，從而使晶體管Q12導(dǎo)通，約為1mA的恒定電流流過電阻R5、R6、R7；此時(shí)電流注入Q13，使得Q13導(dǎo)通，從而電流流過Q1、Q7和R1支路；Q13集電極電流流過Q9、Q8鏡像電流源，使其工作正常；待整個(gè)電路工作正常后，Q13截止，啟動(dòng)電路與基準(zhǔn)電路的聯(lián)系被切斷。

誤差放大器為共射放大器，由Q3、Q和Q9構(gòu)成，為提高誤差放大器輸入阻抗，Q3、Q4接成達(dá)林頓形式，為增大誤差放大器電壓增益，使用Q8和Q9構(gòu)成電流源作為集電極有源負(fù)載，接成達(dá)林頓結(jié)構(gòu)的Q16和Q17為調(diào)整元器件，輸入阻抗很高，由誤差放大器Q4的集電極輸出驅(qū)動(dòng)，以提高放大器增益。

基準(zhǔn)電壓源電路由R1、R2、R3、R1、Q1、Q2、Q3和Q4、Q5、Q6、Q7、 R15構(gòu)成，屬于帶間隙式基準(zhǔn)電壓源。

采樣電阻由R19和R20構(gòu)成，輸出電壓變化量與基準(zhǔn)電壓比較后送入誤差放大器Q3、Q4的基極。由于Q3、Q4本身E、B極PN結(jié)電壓為基準(zhǔn)電壓組成部分，所以誤差放大器工作時(shí)溫度穩(wěn)定性良好。假設(shè)由于負(fù)載變化引起輸出電壓增加，其變化量由電阻R19和R20采樣輸出電壓后反饋到誤差放大器Q3的基極使其電位提高，從而Q3和Q4的集電極電流提高，其集電極電位下降，即調(diào)整管基極電位下降，輸出管壓差變大，輸出電壓降低，抵消原來輸出電壓增大的變化，使得輸出電壓保持穩(wěn)定。

過電流保護(hù)由R11和Q15完成，R11串聯(lián)在調(diào)整管Q17的發(fā)射極和輸出端之間，當(dāng)輸出電流超過額定值時(shí)，即R11壓降超過0.7V時(shí)，Q15導(dǎo)通，使得Q16的基極電位降低，從而限制輸出電流。

R13、D2、R12和Q15組成調(diào)整管安全工作區(qū)保護(hù)電路，容許工作電流下的Q17的基極一發(fā)射極壓差限制在一定范圍內(nèi)，約7V，超過該電壓范圍時(shí)，R13、 D2支路將有電流流過，其中一部分注入Q15基極使其工作，從而限制Q17輸出電流；Q17集電極一發(fā)射極壓差越大，Q15基極注入電流越大，Q17集電極電流就減小得越多，使Q17的工作電壓、電流均保持在安全工作區(qū)內(nèi)。

R7和Q14組成過熱保護(hù)電路，R7為正溫度系數(shù)擴(kuò)散電阻，晶體管Q14的E、 B結(jié)電壓具有負(fù)溫度特性，Q14集電極與Q16基極相連接。溫度較低時(shí)，R7上的壓降不足以激勵(lì)Q14導(dǎo)通，對(duì)輸出調(diào)整管無影響。當(dāng)芯片溫度達(dá)到臨界值時(shí)，R7壓降升高，Q14導(dǎo)通，使得Q14集電極電位降低，從而減小Q16、Q17輸出電流，減小芯片功耗，降低芯片溫度，實(shí)現(xiàn)過熱保護(hù)。

封裝成模塊，進(jìn)行性能測(cè)試：

應(yīng)用一：LM7815固定電壓輸出穩(wěn)壓電路：

三端穩(wěn)壓器LM7815C固定電壓輸出穩(wěn)壓電路仿真原理圖如圖2.9所示，輸入電壓為含有直流偏置的正弦波，輸出端采用10μF電解電容和0.1F薄膜電容并聯(lián)進(jìn)行濾波，以保證輸出電壓的瞬態(tài)響應(yīng)和高頻低阻特性。

應(yīng)用二：LM7815調(diào)節(jié)輸出穩(wěn)壓電路

LM7815調(diào)節(jié)輸出穩(wěn)壓電路仿真原理圖如圖2.11所示，輸入電壓為直流與交流疊加，穩(wěn)壓器的GND端與輸入電壓低端連接穩(wěn)壓管，輸出端并聯(lián)10μF電解電容和0.1μF薄膜電容及30Ω負(fù)載電阻。

圖上V（IN2）為輸入電壓波形，紋波峰峰值為2V；圖下V（OUT2）為輸出電壓波形，直流17.2V、紋波峰峰值約為5mV。利用上述電路，通過三端穩(wěn)壓器和穩(wěn)壓管組合實(shí)現(xiàn)輸出電壓調(diào)節(jié)，使穩(wěn)壓器應(yīng)用更加廣泛，改變穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值可以獲取任意想要獲得的電壓值，一般應(yīng)用于輸出電流小于1A的場(chǎng)合。

應(yīng)用三：LM7815輸入擴(kuò)壓電路

由晶體管和穩(wěn)壓器構(gòu)成的LM7815輸入擴(kuò)壓電路仿真原理圖如圖所示，輸入電壓為直流與交流疊加，穩(wěn)壓器輸入端通過晶體管和穩(wěn)壓管調(diào)節(jié)，輸出端并聯(lián)10μF電解電容和0.1μF薄膜電容及30負(fù)載電阻。節(jié)點(diǎn)IN3C處電壓由穩(wěn)壓管D2穩(wěn)壓值決定，V（IN3C）=V（IN3）-BV-0.7，節(jié)點(diǎn)IN3和IN3C之間電壓差值由晶體管Q1承擔(dān)，輸入電流通過Q1，所以Q1功耗比較大，務(wù)必合理計(jì)算其功耗并且進(jìn)行散熱處理。如果輸入電壓更高，可采用多級(jí)穩(wěn)壓管和晶體管進(jìn)行串聯(lián)使用，該設(shè)計(jì)適用于輸入電壓高、輸出電流小的恒壓源產(chǎn)品。

應(yīng)用四：LM7815輸出擴(kuò)流電路

由晶體管和穩(wěn)壓器構(gòu)成的LM7815輸出擴(kuò)流電路如圖所示，輸入電壓為直流與交流疊加，然后通過采樣電阻和功率晶體管構(gòu)成擴(kuò)流電路，當(dāng)電阻R7兩端電壓高于Q2的Vbe時(shí)Q2導(dǎo)通，假設(shè)Vbe為0.9V,IREG為Q2開始工作時(shí)的電流值，當(dāng)電流小于IREG時(shí)Q2不工作，輸出電流由三端穩(wěn)壓器LM7815C提供；當(dāng)電流大于IREG時(shí) Q2開始工作，此時(shí)三端穩(wěn)壓器LM7815C近似工作于恒流狀態(tài)，電流為IREG，大于IREG的電流由Q2提供；利用該電路實(shí)現(xiàn)輸出擴(kuò)流從而提高輸出功率；穩(wěn)壓電路輸出端并聯(lián)10μF電解電容和0.1μF薄膜電容及7.5Ω負(fù)載電阻即輸出電流2A。

輸入、輸出電壓仿真測(cè)試波形如圖所示；電流波形如圖中的-I（R6）所示，當(dāng)負(fù)載電阻為7.5時(shí)負(fù)載電流約為2A。三端穩(wěn)壓器輸出電流約為0.5A，與設(shè)定值一致，即圖中的I（U6：IN）；晶體管Q2輸出電流約為1.5A，為圖2.17的IE（Q2）。通過三端穩(wěn)壓器和晶體管組合可以提高輸出電流和功率，使穩(wěn)壓器應(yīng)用更加廣泛。

應(yīng)用五：輸出擴(kuò)流和限流穩(wěn)壓電路

晶體管和穩(wěn)壓器構(gòu)成的輸出擴(kuò)流、限流穩(wěn)壓電路仿真原理圖如圖所示。輸入電壓為直流與交流疊加，然后通過采樣電阻和功率晶體管構(gòu)成擴(kuò)流和限流電路。當(dāng)電阻R9兩端電壓高于Q4的Vbe電壓時(shí)Q4開始工作，實(shí)現(xiàn)擴(kuò)流功能。當(dāng)電阻Rsc兩端電壓高于Q5的Vbe電壓時(shí)Q5導(dǎo)通，從而限制Q4的Vbe電壓值，使得經(jīng)過Q4的電流與設(shè)置值一致。LM7815C最大輸出電流為2A，由芯片內(nèi)部設(shè)置。假設(shè)Q5導(dǎo)通時(shí)Vbe電壓為0.8V,Isc為流過Q4的最大電流，則采樣電阻Rsc阻值為0.8/Isc。輕載時(shí)只有三端穩(wěn)壓器工作當(dāng)負(fù)載進(jìn)一步增加時(shí)Q4開始參與工作，但是Q4最大電流為Isc設(shè)置值；穩(wěn)壓器最大輸出電流為2A，當(dāng)Isc為1A時(shí)電路最大輸出電流約為3A。

圖中上面IE（Q4）為Q4電流波形，可以近似認(rèn)為其幅值為1A，與設(shè)置值一致；下面V（OUT5）為輸出電壓波形，可以近似認(rèn)為其幅值為3.1V，負(fù)載電阻為1，所以輸出電流近似為3A。

負(fù)載變化時(shí)電路上圖為仿真波形：上面V（OUT5）為輸出電壓波形，當(dāng)負(fù)載電阻小于5Ω，即負(fù)載電流大于3A時(shí)輸出限流，輸出電壓為3R。隨著負(fù)載變輕輸出電壓升高，當(dāng)負(fù)載電流小于3A時(shí)，輸出電壓恒為15V；IE（Q4）為Q4電流波形，輸出限流時(shí)Q4電流近似為設(shè)置值Isc=1A；I（U7：IN）為L(zhǎng)M7815電流波形，當(dāng)輸出電壓升高時(shí)三端穩(wěn)壓器輸入和輸出電壓差減小，使其最大輸出電流增大，所以出現(xiàn)駝峰形式。利用該電路既可實(shí)現(xiàn)擴(kuò)流功能又能實(shí)現(xiàn)過電流保護(hù)，電路中的各電阻值需要根據(jù)電流分配計(jì)算，并考慮功率降額，避免電阻因功耗過大而損壞。

最后提供了pspice仿真文件，供大家一起仿真學(xué)習(xí)，謝謝你的觀看~