清華大學(xué)模擬電子電路基礎(chǔ)課件10

1、1第十章 直流電源10.1 直流電源的組成10.2 單向整流電路10.3 濾波電路10.4 穩(wěn)壓(wn y)管穩(wěn)壓(wn y)電路10.5 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路10.6 開關(guān)型穩(wěn)壓電路共六十四頁210.1 直流電源的組成(z chn)直流電源的組成及各部分(b fen)的作用共六十四頁3一、直流電源的組成(z chn)及各部分的作用改變電壓(diny)值通常為降壓交流變脈動(dòng)的直流減小脈動(dòng)1) 負(fù)載變化輸出電壓基本不變；2) 電網(wǎng)電壓變化輸出電壓基本不變。 直流電源是能量轉(zhuǎn)換電路，將220V（或380V）50Hz的交流電轉(zhuǎn)換為直流電。半波整流全波整流 在分析電源電路時(shí)要特別考慮的兩個(gè)問題：允許電網(wǎng)電壓

2、波動(dòng)10，且負(fù)載有一定的變化范圍。共六十四頁410.2 單相(dn xin)整流電路一、對(duì)整流(zhngli)電路要研究的問題二、單相半波整流電路三、單相橋式整流電路共六十四頁5一、對(duì)整流電路要研究(ynji)的問題對(duì)整流電路要研究清楚以下問題：1. 電路的工作原理：二極管工作狀態(tài)、波形分析2. 輸出(shch)電壓和輸出(shch)電流的平均值：輸出(shch)為脈動(dòng)的直流電壓3. 整流二極管的選擇：二極管承受的最大整流平均電流和最高反向工作電壓 為分析問題簡(jiǎn)單起見，設(shè)二極管為理想二極管，變壓器內(nèi)阻為0。整流二極管的伏安特性：實(shí)際特性理想化特性正向?qū)妷簽?，正向電阻為0，反向電阻為無窮大

3、。共六十四頁61. 工作(gngzu)原理u2的正半周，D導(dǎo)通， ADRLB，uO= u2 。 u2的負(fù)半周，D截止，承受反向(fn xin)電壓，為u2； uO=0。二、單相半波整流電路共六十四頁7 2.UO（AV）和 IL（AV）的估算( sun) 已知變壓器副邊電壓有效值為U2 考慮到電網(wǎng)電壓波動(dòng)(bdng)范圍為10，二極管的極限參數(shù)應(yīng)滿足： 3.二極管的選擇共六十四頁8三、單相(dn xin)橋式整流電路u2的正半周 AD1RLD3B，uO= u2u2的負(fù)半周 B D2RLD4 A，uO= -u2四只管子(gun zi)如何接？ 集成的橋式整流電路稱為整流堆。1.工作原理若接反了呢？

4、共六十四頁92.輸出電壓和電流(dinli)平均值的估算共六十四頁10 3.二極管的選擇(xunz) 考慮到電網(wǎng)電壓(diny)波動(dòng)范圍為10，二極管的極限參數(shù)應(yīng)滿足： 與半波整流電路對(duì)二極管的要求相同共六十四頁1110.3 濾波(lb)電路一、電容(dinrng)濾波電路二、電感濾波電路三、倍壓整流電路共六十四頁12一、電容(dinrng)濾波電路1.工作(gngzu)原理充電放電速度與正弦波下降速度相似按指數(shù)規(guī)律下降濾波后，輸出電壓平均值增大，脈動(dòng)變小。共六十四頁131. 工作原理(yunl)：考慮變壓器和整流電路的內(nèi)阻 C 越大， RL越大， 放電(fng din)將越大，曲線越平滑，脈

5、動(dòng)越小。內(nèi)阻使共六十四頁142. 二極管的導(dǎo)通角導(dǎo)通角 無濾波(lb)電容時(shí)。 有濾波電容時(shí) ILmax ILmin（3）限流電阻的選擇 保證(bozhng)穩(wěn)壓管既穩(wěn)壓又不損壞。電網(wǎng)電壓最低且負(fù)載電流最大時(shí)，穩(wěn)壓管的電流最小。電網(wǎng)電壓最高且負(fù)載電流最小時(shí)，穩(wěn)壓管的電流最大。為減小Sr,取值矛盾!若求得RminRmax，怎么辦？若求得R=200300，則該取接近200還是接近300？為什么？共六十四頁25討論(toln)一：穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)依次選擇穩(wěn)壓管、 UI、 R、 C、U2、二極管1. 輸出電壓、負(fù)載電流穩(wěn)壓管2. 輸出電壓UI3. 輸出電壓、負(fù)載電流、穩(wěn)壓管電流、 UI R4. U

6、I 、 R 濾波電路(dinl)的等效負(fù)載電阻C5. UI U26. U2、 R中電流整流二極管 已知輸出電壓為6V，負(fù)載電流為030mA。試求圖示電路的參數(shù)。共六十四頁2610.5 串聯(lián)型穩(wěn)壓(wn y)電路一、基本調(diào)整管穩(wěn)壓電路二、具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)(chunlin)型穩(wěn)壓電路三、集成穩(wěn)壓器（三端穩(wěn)壓器）共六十四頁27一、基本調(diào)整(tiozhng)管穩(wěn)壓電路為了使穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路(dinl)輸出大電流，需要加晶體管放大。穩(wěn)壓原理：電路引入電壓負(fù)反饋，穩(wěn)定輸出電壓。共六十四頁28調(diào)整管的作用及如何提高(t go)穩(wěn)壓性能 不管什么原因引起UO變化(binhu)，都將通過UCE的調(diào)節(jié)使UO穩(wěn)定，

7、故稱晶體管為調(diào)整管。 若要提高電路的穩(wěn)壓性能，則應(yīng)加深電路的負(fù)反饋，即提高放大電路的放大倍數(shù)。共六十四頁29二、具有(jyu)放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路1.穩(wěn)壓(wn y)原理：若由于某種原因使UO增大2.輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍同相比例運(yùn)算電路則 UO UN UB UO共六十四頁303.串聯(lián)(chunlin)型穩(wěn)壓電路的基本組成及其作用調(diào)整(tiozhng)管取樣電阻調(diào)整管：是電路的核心，UCE隨UI和負(fù)載產(chǎn)生變化以穩(wěn)定UO。比較放大基準(zhǔn)電壓基準(zhǔn)電壓：是UO的參考電壓。取樣電阻： 對(duì)UO 的取樣，與基準(zhǔn)電壓共同決定UO 。比較放大：將UO 的取樣電壓與基準(zhǔn)電壓比較后放大，決定電路的穩(wěn)壓性能。共六十四

8、頁314.串聯(lián)型穩(wěn)壓電源中調(diào)整(tiozhng)管的選擇IEmaxIR1ILmax ILmax ICMUCEmaxUImax UOmin U(BR)CEO PTmax IEmax UCEmax PCM根據(jù)(gnj)極限參數(shù)ICM、 U(BR)CEO、PCM 選擇調(diào)整管！應(yīng)考慮電網(wǎng)電壓的波動(dòng)和負(fù)載電流的變化！調(diào)整管需安裝合適的散熱器！共六十四頁32討論二：對(duì)于基本(jbn)串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的討論3. 若電網(wǎng)電壓波動(dòng)(bdng)10， UI為28V ， UO為10V20V ；晶體管的電流放大系數(shù)為50，PCM5W，ICM1A；集成運(yùn)放最大輸出電流為10mA，則最大負(fù)載電流約為多少？1. 若UO為10

9、V20V，R1R31k，則R2和UZ各為多少？2. 若電網(wǎng)電壓波動(dòng)10， UO為10V20V，UCES3V，UI至少選取多少伏？共六十四頁33討論(toln)三：關(guān)于實(shí)用串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的討論(toln)1. 標(biāo)出集成運(yùn)放的同相輸入端和反相輸入端；2. 電路由哪些部分(b fen)組成？3. UI21V，R1 R2 R3300，UZ6V， UCES3V， UO？4. 如何選取R和R？限流型過流保護(hù)電路輸出電流取樣電阻共六十四頁34討論三：關(guān)于(guny)實(shí)用串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的討論5. 取樣電阻 R1-R3 的取值應(yīng)大些還是小些，為什么？它們有上限值嗎？6. 若電路輸出紋波電壓(diny)很大，則其

10、原因最大的可能性是什么？7. 根據(jù)圖中過流保護(hù)電路的原理組成一種限流型過流保護(hù)電路。共六十四頁35三、集成(j chn)穩(wěn)壓器（三端穩(wěn)壓器）輸出(shch)電壓：5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V輸出電流：1.5A（W7800）、0.5A （W78M00）、0.1A（W78L00）1.W7800系列（1）簡(jiǎn)介共六十四頁36（2）基本(jbn)應(yīng)用消除(xioch)高頻噪聲使Co不通過穩(wěn)壓器放電抵銷長(zhǎng)線電感效應(yīng)；消除自激振蕩 將輸入端接整流濾波電路的輸出，將輸出端接負(fù)載電阻，構(gòu)成串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。共六十四頁37（3）輸出電流(dinli)擴(kuò)展電路 為使負(fù)載電流大于三端穩(wěn)壓器的輸出(s

11、hch)電流，可采用射極輸出(shch)器進(jìn)行電流放大。很小三端穩(wěn)壓器的輸出電壓若UBE= UD，則二極管的作用：消除UBE對(duì)UO的影響。共六十四頁38（4）輸出(shch)電壓擴(kuò)展電路IW為幾mA，UO與三端(sn dun)穩(wěn)壓器參數(shù)有關(guān)。隔離作用基準(zhǔn)電壓電路復(fù)雜共六十四頁392.基準(zhǔn)(jzhn)電壓源三端穩(wěn)壓器 W117 輸出電壓UREF1.25V，調(diào)整端電流(dinli)只有幾微安。減小紋波電壓保護(hù)穩(wěn)壓器共六十四頁40討論(toln)四：W117的應(yīng)用1. R1的上限值為多少？2. UO可能的最大值為多少？3. 輸出電壓最小值為多少？4. UOmax30V，選取R1、 R2；5. 已知電

12、網(wǎng)電壓波動(dòng)(bdng)10，輸出電壓最大值為30V， UI至少取多少伏？決定于IOmin兩種情況：1.已知UI 2.自己選取UI決定于W117的輸出輸入電壓最低、輸出電壓最高時(shí)，UIUO3V。根據(jù)輸出電壓表達(dá)式共六十四頁4110.6 開關(guān)(kigun)型穩(wěn)壓電路一、開關(guān)型穩(wěn)壓電路(dinl)的特點(diǎn)和基本原理二、串聯(lián)開關(guān)型穩(wěn)壓電路三、并聯(lián)開關(guān)型穩(wěn)壓電路共六十四頁42一、開關(guān)(kigun)型穩(wěn)壓電源的特點(diǎn)及基本原理 線性穩(wěn)壓電源：結(jié)構(gòu)(jigu)簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)方便，輸出電壓穩(wěn)定性強(qiáng)，紋波電壓小。缺點(diǎn)是調(diào)整管工作在甲類狀態(tài)，因而功耗大，效率低（2049）；需加散熱器，因而設(shè)備體積大，笨重，成本高。 若調(diào)

13、整管工作在開關(guān)狀態(tài)，則勢(shì)必大大減小功耗，提高效率，開關(guān)型穩(wěn)壓電源的效率可達(dá)7095。體積小，重量輕。適于固定的大負(fù)載電流、輸出電壓小范圍調(diào)節(jié)的場(chǎng)合。1.開關(guān)型穩(wěn)壓電源的特點(diǎn)共六十四頁43構(gòu)成(guchng)開關(guān)型穩(wěn)壓電源的基本思路 將交流電經(jīng)變壓器、整流濾波(lb) 得到直流電壓 控制調(diào)整管按一定頻率開關(guān)，得到矩形波 濾波，得到直流電壓引入負(fù)反饋，控制占空比，使輸出電壓穩(wěn)定。共六十四頁44二、串聯(lián)開關(guān)(kigun)型穩(wěn)壓電路 T截止， D導(dǎo)通， uE UD ；L 釋放能量(nngling)，C 放電。T、D 均工作在開關(guān)狀態(tài)。 T飽和導(dǎo)通， D截止，uE UI；L 儲(chǔ)能，C 充電。uBUH時(shí)u

14、BUL時(shí)1.電路組成及工作原理共六十四頁452.波形分析(fnx)及輸出電壓平均值關(guān)鍵技術(shù)：大功率高頻管，高質(zhì)量磁性材料穩(wěn)壓原理：若某種原因使輸出(shch)電壓升高，則應(yīng)減小占空比。共六十四頁463.穩(wěn)壓(wn y)原理脈沖(michng)寬度調(diào)制式：PWM電路作用： UO Ton UO 其它控制方式：脈沖頻率調(diào)制式： UO T（脈寬不變） UO 混合調(diào)制式： UO T Ton UO 在串聯(lián)開關(guān)型穩(wěn)壓電路中 UO UI，故為降壓型電路。共六十四頁47三、并聯(lián)(bnglin)開關(guān)型穩(wěn)壓電路（升壓型） T截止，L產(chǎn)生(chnshng)感生電動(dòng)勢(shì)， D導(dǎo)通；UI與L所產(chǎn)生的感生電動(dòng)勢(shì)相加對(duì)C 充電

15、。 T飽和導(dǎo)通， L 儲(chǔ)能， D截止，C 對(duì)負(fù)載放電。uBUH時(shí)uBUL時(shí) 要研究調(diào)整管在飽和導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)下電路的工作情況。1.工作原理共六十四頁48 2.輸出(shch)電壓 只有L足夠大，才能升壓；只有C足夠大，輸出(shch)電壓交流分量才足夠小! 在周期不變的情況下，uB占空比越大，輸出電壓平均值越高。共六十四頁493.穩(wěn)壓(wn y)原理脈寬調(diào)制式： UO Ton（頻率(pnl)不變） UO 共六十四頁50討論(toln)1. 什么樣的電子設(shè)備適于用開關(guān)型穩(wěn)壓電源作能源？2. 在開關(guān)型穩(wěn)壓電源中，調(diào)整管的開關(guān)信號(hào)(xnho)頻率高些好還是低些好？為什么？3. 在開關(guān)型穩(wěn)壓電源中是否

16、可不用電源變壓器而直接進(jìn)行整流？為什么？4. 如何使開關(guān)型穩(wěn)壓電路輸出電壓有較小的調(diào)節(jié)范圍？共六十四頁第十章 直流電源內(nèi)容重點(diǎn)節(jié)10.2，10.5.1(二、三)了解節(jié)10.1，10.3.1，10.5.4(一、二)；不要求節(jié)10.3.2，10.3.3，10.5.2，10.5.3，10.6要求掌握半波整流電路(dinl)和橋式整流電路(dinl)的組成、工作原理、輸出平均電壓和電流的計(jì)算；了解脈動(dòng)系數(shù)、二級(jí)管的參數(shù)和選擇方法；了解電容濾波的基本原理，了解輸出電壓平均值與變壓器副邊電壓有效值的關(guān)系；51共六十四頁第十章 直流電源要求理解穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的工作原理，了解電路性能指標(biāo)；掌握串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的

17、穩(wěn)壓原理及輸出電壓的計(jì)算，了解調(diào)整管參數(shù)(cnsh)和選擇方法；了解三端穩(wěn)壓器W7800系列的應(yīng)用。52共六十四頁第十章 直流電源電路總結(jié)半波整流電路、橋式整流電路、穩(wěn)壓(wn y)管穩(wěn)壓(wn y)電路、串聯(lián)型穩(wěn)壓(wn y)電路。請(qǐng)自己將電路特點(diǎn)列表對(duì)比細(xì)化方法總結(jié)整流電路輸出平均電壓和電流的計(jì)算、二級(jí)管參數(shù)計(jì)算和選擇方法。穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路性能指標(biāo)的計(jì)算方法。串聯(lián)型穩(wěn)壓電路輸出電壓的計(jì)算方法。 53共六十四頁第十章 直流電源常見題型直流電源的基本知識(shí)，包括整流、濾波和穩(wěn)壓電路的作用，不同電路的特點(diǎn)和在一定需求下電路的選擇。單相整流電路工作原理和波形分析、輸出電壓和電流平均值的估算、整流二極管

18、的選擇以及整流濾波電路的故障分析。穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的工作原理、分析計(jì)算和參數(shù)的選擇。串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的組成、輸出電壓調(diào)節(jié)范圍的估算、調(diào)整管的極限參數(shù)以及故障分析；集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用電路分析及參數(shù)的選擇。開關(guān)型穩(wěn)壓電路與線性穩(wěn)壓電路的比較。 由于串聯(lián)型穩(wěn)壓電源除了涉及到直流電源的整流、濾波和穩(wěn)壓電路等各個(gè)組成部分以及考慮性能指標(biāo)時(shí)問題的復(fù)雜性外，還涉及到大功率晶體管的極限參數(shù)、放大與負(fù)反饋的基本概念和分析方法等多方面的知識(shí)，故此類題目(tm)具有一定的綜合性和難度。54共六十四頁55模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(jch)課程的復(fù)習(xí)與考試一、考查什么二、復(fù)習(xí)(fx)什么三、怎樣復(fù)習(xí)共六十四頁56一、考查(koch)

19、什么會(huì)看：電路(dinl)的識(shí)別、定性分析。如，是哪種電路：共射、共基、共集、共源、共漏、差分放大電路及哪種接法比例、加減、積分、微分運(yùn)算電路低通、高通、帶通、帶阻有源濾波器單限、滯回、窗口電壓比較器正弦波、矩形波、三角波、鋸齒波發(fā)生電路OTL、OCL、BTL、變壓器耦合乙類推挽功率放大電路線性、開關(guān)型直流穩(wěn)壓電源 又如，性能如何：放大倍數(shù)大小、輸入電阻高低、帶負(fù)載能力強(qiáng)弱、頻帶寬窄輸出功率的大小、效率的高低濾波效果的好壞共六十四頁57會(huì)算：電路的定量分析。例如求解電壓(diny)放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻截止頻率、波特圖運(yùn)算關(guān)系電壓傳輸特性輸出電壓波形及其頻率和幅值輸出功率及效率輸出電壓的

20、平均值、可調(diào)范圍共六十四頁58會(huì)選：根據(jù)需求選擇電路及元器件在已知需求情況下選擇電路形式，如：是采用單管放大電路還是采用多級(jí)放大電路；是直接(zhji)耦合、阻容耦合、變壓器耦合還是光電耦合；是晶體管放大電路還是場(chǎng)效應(yīng)管放大電路；是否用集成放大電路。是采用電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路、電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路、電流串聯(lián)負(fù)反饋電路還是采用電流并聯(lián)負(fù)反饋電路。是采用文氏橋振蕩電路、LC正弦波振蕩電路還是采用石英晶體正弦波振蕩電路。共六十四頁59會(huì)選：根據(jù)需求選擇電路及元器件在已知功能情況下選擇元器件類型，如：是采用低頻管還是高頻管。是采用通用型集成(j chn)運(yùn)放還是采用高精度型、高阻型、低功耗集成運(yùn)放。采用哪

21、種類型的電阻、電位器和電容在已知指標(biāo)情況下選擇元器件的參數(shù)電路中所有電阻、電容、電感等的數(shù)值。例如：實(shí)現(xiàn)下列電路將正弦波變?yōu)榉讲óa(chǎn)生100kHz的正弦波輸出電壓為1020V負(fù)載電流為3A的直流穩(wěn)壓電源共六十四頁60會(huì)調(diào)： EDA軟件的應(yīng)用；電路調(diào)試的方法及步驟；調(diào)整電路性能指標(biāo)應(yīng)改變哪些元件參數(shù)(cnsh)、如何改變；電路故障的判斷和消除；例如調(diào)整放大器的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻的方法與步驟調(diào)整三角波振蕩電路的振蕩頻率和幅值達(dá)到預(yù)定值的方法和步驟電路中某電阻斷路或短路將產(chǎn)生什么現(xiàn)象。電路出現(xiàn)異常情況可能的原因共六十四頁61二、復(fù)習(xí)(fx)什么以基本概念、基本電路(dinl)、基本分析方法為主線概念和性能指標(biāo)：每個(gè)術(shù)語的物理意義，如何應(yīng)用基本電路：電路結(jié)構(gòu)特征、性能特點(diǎn)、基本功能、適用場(chǎng)合，這是讀圖的基礎(chǔ)。見表11.2.1基本放大電路集成運(yùn)放運(yùn)算電路有源濾波電路正弦波振蕩電路電壓比較器非正弦波振蕩電路信號(hào)變換電路功率放大電路直流電源共六十四頁62基本(jbn)分析方法 通常，不同類型的電路采用不同的方式來描述其功能和性能指標(biāo)，不同類型電路的指標(biāo)參數(shù)有不同的求解方法。即正確識(shí)別電路，并求解電路.例如放大電路用放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻和通頻