模擬電子技術(shù)及應(yīng)用課件

模擬電子技術(shù)及應(yīng)用課件第一頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期六

在電子電路和電氣設(shè)備中，通常都需要電壓穩(wěn)定的直流電源供電。本章將利用軟件仿真與實(shí)際電路測試相結(jié)合的方式，對低噪聲單相小功率直流電源各組成部分進(jìn)行深入剖析，并最終完成一個(gè)完整的直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)。點(diǎn)擊進(jìn)入項(xiàng)目2學(xué)習(xí)項(xiàng)目2直流穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì)、仿真及測試

任務(wù)清單任務(wù)1單相橋式全波整流電路的設(shè)計(jì)、仿真與測試任務(wù)2濾波電路的設(shè)計(jì)、仿真與測試任務(wù)3并聯(lián)型穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)、仿真與測試任務(wù)4串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)、仿真與測試模擬電子技術(shù)及應(yīng)用高職高專ppt課件第二頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期六

在電子電路和電氣設(shè)備中，通常都需要電壓穩(wěn)定的直流電源供電：項(xiàng)目2直流穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì)、仿真及測試

模擬電子技術(shù)及應(yīng)用高職高專ppt課件第三頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期六案例仿真：

簡單直流電源電路研究

按實(shí)訓(xùn)報(bào)告步驟完成簡單直流電源電路仿真。模擬電子技術(shù)及應(yīng)用高職高專ppt課件第四頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期六直流穩(wěn)壓電源的組成框圖

電源變壓（powersupplytransform）電路的作用——對電網(wǎng)電壓進(jìn)行降壓并將直流電源與電網(wǎng)隔離

整流（rectification）電路的作用——將降壓后的交流電壓轉(zhuǎn)換為單極性的脈動(dòng)電壓

濾波（filtering）電路的作用是對整流電路輸出的脈動(dòng)電壓加以濾處，從而得到平滑的直流電壓

穩(wěn)壓（regulatedpower）電路的作用就是當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)、負(fù)載和溫度變化時(shí)，維持輸出直流電壓穩(wěn)定點(diǎn)評：直流穩(wěn)壓電源的基本組成模擬電子技術(shù)及應(yīng)用高職高專ppt課件第五頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期六

直流穩(wěn)壓電源組成方框圖

模擬電子技術(shù)及應(yīng)用高職高專ppt課件第六頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期六剖析：直流穩(wěn)壓電源各部分原理1）電源變壓器——對電網(wǎng)電壓進(jìn)行降壓并將直流電源與電網(wǎng)隔離。

變壓器的實(shí)物示意圖和符號變壓器的電路圖理想變壓器滿足U1/U2=N1/N2=n模擬電子技術(shù)及應(yīng)用高職高專ppt課件第七頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期六2）整流電路－－將交流電壓轉(zhuǎn)換為脈動(dòng)電壓

半波整流（halfwaverectifier）波形當(dāng)u2變化的正半周期時(shí)，二極管VD導(dǎo)通，UL=u2；當(dāng)u2變化的負(fù)半周期時(shí)，二極管VD截止，UL=0。模擬電子技術(shù)及應(yīng)用高職高專ppt課件第八頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期六輸入電壓是雙極性，而輸出電壓是單極性，且是半波波形，輸出電壓與輸入電壓的幅值基本相等。

由理論分析可得，輸出脈沖電壓的平均值即直流分量為UL

≈0.45U2

為提高電源的利用率,可將兩個(gè)半波整流電路合起來組成一個(gè)全波整流電路.模擬電子技術(shù)及應(yīng)用高職高專ppt課件第九頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期六仿真作業(yè)：

按實(shí)訓(xùn)報(bào)告步驟完成半波整流電路測試任務(wù)

模擬電子技術(shù)及應(yīng)用高職高專ppt課件第十頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期六

按實(shí)訓(xùn)報(bào)告步驟完成全波整流電路測試任務(wù)

第十一頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期六全波整流（fullwavebridgerectifier

）全波橋式整流電路波形u2的正半周期時(shí)，二極管VD1,VD3導(dǎo)通，VD2,VD4截止；u2的負(fù)半周期時(shí)，二極管VD2,VD4導(dǎo)通，VD1,VD3截止。輸入電壓是雙極性，輸出電壓是單極性，且全波波形，輸出電壓與輸入電壓的幅值基本相等。第十二頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期六全波整流電路的波形

由理論分析可得，輸出全波單向脈沖電壓的平均值即直流分量為UL0≈0.9U2

第十三頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期六二極管在電源電壓變化一周內(nèi)是兩兩輪流導(dǎo)通的,所以流過每個(gè)二極管的電流都等于負(fù)載電流的一半,即

每個(gè)二極管在截止時(shí)承受的反向峰值電壓為

第十四頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期六單相橋式整流電路(b)電路畫法二；

(c)電路畫法三

第十五頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期六

橋式整流電路的優(yōu)點(diǎn)是：輸出電壓高，紋波電壓較小，管子承受的最大反向電壓較低，電源利用率較高，在半導(dǎo)體整流電路中有廣泛應(yīng)用。缺點(diǎn)是二極管用得較多，目前市場上以整流橋出售。第十六頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期六仿真練習(xí)：

按實(shí)訓(xùn)報(bào)告步驟完成電容濾波電路測試任務(wù)

第十七頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期六3)濾波電路—濾去整流輸出電壓的紋波

一般由電抗元件組成，如在負(fù)載電阻兩端并聯(lián)電容器，或與負(fù)載串聯(lián)電感器，以及由電容、電感組合而成的各種復(fù)式濾波電路。

電抗元件具有儲(chǔ)能作用，在電源供給的電壓升高時(shí)，能將部分能量存儲(chǔ)起來，而當(dāng)電源電壓降低時(shí)，在將能量釋放出來，使負(fù)載電壓比較平滑，即電容和電感具有平波作用。第十八頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期六電容濾波電路（小功率整流電路應(yīng)用廣泛）V2>VC時(shí)，V導(dǎo)通，電容充電，V2>VC

時(shí)，V截止時(shí)，C通過RL慢慢放電。

負(fù)載上直流電壓第十九頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期六

加濾波電容后輸出電壓的波動(dòng)大為減小，變平滑了，且負(fù)載電壓平均值有所提高。而且RLC越大，放電越緩慢，輸出電壓越平滑。第二十頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期六電容濾波電路的特點(diǎn)：RLC越大，電容放電速度越慢，負(fù)載電壓中的紋波成分越小，負(fù)載平均電壓越高。為了得到平滑的負(fù)載電壓，一般取RLC≥(3～5)

輸出特性不穩(wěn)定，RL越小輸出電壓越小。UL≈(1.1-1.2)U2；電容濾波電路簡單，負(fù)載直流電壓較高，紋波較小，缺點(diǎn)是輸出特性較差，適用于負(fù)載電壓較高，負(fù)載變化不大的場合。第二十一頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期六電感線圈L和負(fù)載的串聯(lián)電路,同樣具有濾波作用。電感濾波電路及波形(a)電路；

(b)波形

擴(kuò)展：電感濾波電路第二十二頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期六因電感線圈的通直阻交作用,故直流分量順利通過,交流分量將全部降到電感線圈上,這樣在負(fù)載RL得到比較平滑的直流電壓。UO=0.9U2電感線圈的電感量愈大,負(fù)載電阻愈小,濾波效果愈好,因此,電感濾波器適用于低電壓，大電流的場合。

其缺點(diǎn)是電感量大、

體積大、成本高。

電感濾波電路輸出的直流電壓為第二十三頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期六各種濾波器性能比較外特性序號

性能類型(小電流)適用場合整流管的沖擊電流外特性1電容濾波≈1.2小電流大2RC-π型濾波≈1.2小電流大3LC-π型濾波≈1.2小電流大4L濾波0.9大電流小5LC濾波0.9適應(yīng)性較強(qiáng)小第二十四頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期六仿真作業(yè)：

完成一個(gè)穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)

第二十五頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期六4)穩(wěn)壓

濾波后的輸出電壓即使紋波很小，也仍然存在穩(wěn)定性的問題。這是因?yàn)楫?dāng)負(fù)載RL變化或電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)，輸出電壓也要隨之改變，因此，絕大多數(shù)直流電源都必須采用穩(wěn)壓電路進(jìn)行穩(wěn)壓。穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路輸出電壓UO就是穩(wěn)壓管兩端的電壓UZ。第二十六頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期六硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路所使用的元、器件少,線路簡單,但穩(wěn)壓性能差,輸出電壓受穩(wěn)壓管穩(wěn)壓值限制,而且不能任意調(diào)節(jié),輸出功率小,一般適用于電壓固定、負(fù)載電流較小的場合,常用作基準(zhǔn)電壓源。

第二十七頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期六仿真練習(xí)：

按實(shí)訓(xùn)報(bào)告步驟完成一個(gè)簡單直流電源的設(shè)計(jì)。

第二十八頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期六點(diǎn)評：直流穩(wěn)壓電源的性能指標(biāo)一、特性指標(biāo)

最大輸出電流IO,max

輸出電壓UO和電壓調(diào)節(jié)范圍

保護(hù)特性

效率

二、質(zhì)量指標(biāo)

輸入電壓調(diào)整因素Ku和穩(wěn)壓系數(shù)

輸出電阻Ro

溫度系數(shù)ST

紋波電壓U

第二十九頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期六擴(kuò)展：串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路的工作原理

串聯(lián)式穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓的過程實(shí)質(zhì)上是通過負(fù)反饋使輸出電壓維持穩(wěn)定的過程。

第三十頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期六串聯(lián)型穩(wěn)壓電源框圖（電路組成詳見書中182頁）穩(wěn)壓的過程實(shí)質(zhì)上是通過負(fù)反饋使輸出電壓維持穩(wěn)定的過程。

第三十一頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期六仿真練習(xí)：

按實(shí)訓(xùn)報(bào)告步驟完成集成穩(wěn)壓電路仿真

第三十二頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期六

隨著集成技術(shù)的發(fā)展，穩(wěn)壓電路也迅速實(shí)現(xiàn)了集成化。特別是三端集成穩(wěn)壓器，芯片只引出三個(gè)端子，分別接輸入端、輸出端和公共端，基本上不需外接元件，而且內(nèi)部有限流保護(hù)、過熱保護(hù)和過壓保護(hù)電路，使用十分安全、方便。第三十三頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期六點(diǎn)評：

三端集成穩(wěn)壓器

2.3.1三端固定式集成穩(wěn)壓器

1．三端固定式集成穩(wěn)壓器外形及管腳排列

三端固定式集成穩(wěn)壓器的外形和管腳排列如圖12所示。由于它只有輸入、輸出和公共地端三個(gè)端子,故稱為三端穩(wěn)壓器。

第三十四頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期六三端固定式集成穩(wěn)壓器外形及管腳排列(a)78系列；

(b)79系列

第三十五頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期六典型案例：單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)常用的電源電路第三十六頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期六2．三端固定式集成穩(wěn)壓器的型號組成及其意義型號組成及其意義。具體參數(shù)見附錄十四。

第三十七頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期六3．三端固定式集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用案例在實(shí)際中,可根據(jù)所需輸出電壓、電流,選用符合要求的CW78XX系列產(chǎn)品.

如某電視機(jī)電源正常工作電流為0.8A,工作電壓12V,根據(jù)附錄十四,可選CW7812。它的輸出電流可達(dá)1.5A,最大輸入電壓允許為36V,最小輸入電壓允許為14V,輸出電壓為12V。第三十八頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期六某型號電視機(jī)電源電路圖

在圖中,C1為濾波電容,C2的作用是旁路高頻干擾信號,C3的作用是改善負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)。第三十九頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期六擴(kuò)展：2）用于提高輸出電壓如果需要輸出電壓高于三端穩(wěn)壓器輸出電壓時(shí),可采用所示電路。

UO=UXX+UZ

UXX為集成穩(wěn)壓器的輸出電壓;UZ為穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值。

通過調(diào)整RP可得到所需電壓,但電壓可調(diào)范圍小。

第四十頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期六3）用于提高輸出電流當(dāng)負(fù)載電流大于三端穩(wěn)壓器輸出電流時(shí),可采用所示電路。

IO=2IXX

第四十一頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期六4）具有正、負(fù)電壓輸出的穩(wěn)壓電源

電源變壓器帶有中心抽頭并接地,輸出端得到大小相等、極性相反的電壓。

正負(fù)對稱的穩(wěn)壓電路

第四十二頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期六擴(kuò)展：2.3.2三端可調(diào)集成穩(wěn)壓器為了得到可調(diào)輸出電壓值,在CW78XX系列和CW79XX系列固定輸出式穩(wěn)壓器的基礎(chǔ)上,現(xiàn)已研制、生產(chǎn)出輸出電壓可連續(xù)調(diào)整的三端穩(wěn)壓器。按輸出電壓分為正電壓輸出CW317（CW117、CW127）和負(fù)電壓輸出CW337（CW137）兩大類。按輸出電流的大小,每個(gè)系列又分為L型、M型等。

其性能參數(shù)見附錄十五。

型號由五部分組成。

第四十三頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期六可調(diào)集成穩(wěn)壓器型號組成及其意義

第四十四頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期六它克服了固定三端穩(wěn)壓器輸出電壓不可調(diào)的缺點(diǎn),繼承了三端固定式集成穩(wěn)壓器的諸多優(yōu)點(diǎn)。

三端可調(diào)集成穩(wěn)壓器CW317和CW337是一種懸浮式串聯(lián)調(diào)整穩(wěn)壓器,它們的外形如圖9.19所示,典型應(yīng)用電路如圖9.20所示。為了使電路正常工作,一般輸出電流不小于5mA。輸入電壓范圍在2～40V之間,輸出電壓可在1.25～37V之間調(diào)整,負(fù)載電流可達(dá)1.5A,由于調(diào)整端的輸出電流非常?。?0μA）且恒定,故可將其忽略,那么輸出電壓可用下式表示:第四十五頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期六式中,1.25V是集成穩(wěn)壓器輸出端與調(diào)整端之間的固定參考電壓UREF;R1一般取值120～240Ω(此值保證穩(wěn)壓器在空載時(shí)也能正常工作),調(diào)節(jié)RP可改變輸出電壓的大小(RP取值視RL和輸出電壓的大小而確定)。

第四十六頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期六CW317和CW337外形圖

第四十七頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期六CW317和CW137典型應(yīng)用電路

第四十八頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期六點(diǎn)評：三端集成穩(wěn)壓器的使用注意事項(xiàng)（1）三端集成穩(wěn)壓器的輸入、輸出和接地端絕不能接錯(cuò)，不然容易燒壞。（2）一般三端集成穩(wěn)壓器的最小輸入、輸出電壓差約為2V，否則不能輸出穩(wěn)定的電壓。一般應(yīng)使電壓差保持在4～5V，即經(jīng)變壓器變壓、二極管整流、電容器濾波后的電壓應(yīng)比穩(wěn)壓值高一些。（3）在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)在三端集成穩(wěn)壓電路上安裝足夠大的散熱器(當(dāng)然小功率的條件下不用)。當(dāng)穩(wěn)壓器溫度過高時(shí)，

穩(wěn)壓性能