電子技術(shù)基礎(chǔ)-模擬部分

電子技術(shù)基礎(chǔ)_模擬部分第一頁(yè)，共86頁(yè)。小功率直流穩(wěn)壓電源2第二頁(yè)，共86頁(yè)。小功率直流穩(wěn)壓電源3第三頁(yè)，共86頁(yè)。4第四頁(yè)，共86頁(yè)。開關(guān)直流穩(wěn)壓電源5第五頁(yè)，共86頁(yè)。6第六頁(yè)，共86頁(yè)。7第七頁(yè)，共86頁(yè)。二極管8第八頁(yè)，共86頁(yè)。9第九頁(yè)，共86頁(yè)。

雙二極管10第十頁(yè)，共86頁(yè)。電源變壓器:將交流電網(wǎng)電壓v1變?yōu)楹线m的交流電壓v2。整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路v1v2v3v4vo整流電路:將交流電壓v2變?yōu)槊}動(dòng)的直流電壓v3。濾波電路:將脈動(dòng)直流電壓v3轉(zhuǎn)變?yōu)槠交闹绷麟妷簐4。穩(wěn)壓電路:消除電網(wǎng)波動(dòng)及負(fù)載變化的影響,保持輸出電壓vo的穩(wěn)定。直流穩(wěn)壓電源的組成和功能整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路11第十一頁(yè)，共86頁(yè)。整流電路的任務(wù)：把交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷髅}動(dòng)的電壓。常見的小功率整流電路，有單相半波、全波、橋式和倍壓整流等。為分析簡(jiǎn)單起見，把二極管當(dāng)作理想元件處理，即二極管的正向?qū)娮铻榱?，反向電阻為無窮大?！?小功率整流濾波電路12第十二頁(yè)，共86頁(yè)。單相半波整流電路v2>0時(shí)，二極管導(dǎo)通。iLv1v2aTbDRLvo忽略二極管正向壓降：

vo=v2v1v2aTbDRLvoiL=0v2<0時(shí)，二極管截止,輸出電流為0。vo=013第十三頁(yè)，共86頁(yè)。(1)輸出電壓波形：v1v2aTbDRLv2vovDt2340(2)二極管上的平均電流：ID=IL14第十四頁(yè)，共86頁(yè)。(3)二極管上承受的最高電壓：(4)輸出電壓平均值（Vo）：()ò=pwp2021tdvVoo=()òpwp

021tdsinwt22V≈p2245.02VV=15第十五頁(yè)，共86頁(yè)。16第十六頁(yè)，共86頁(yè)。17第十七頁(yè)，共86頁(yè)。單相全波整流電路v1v2aTbD1RLvoD2v2iLv2vovD1t2340vD2(1)輸出電壓波形：18第十八頁(yè)，共86頁(yè)。單相全波整流電路(4)uo平均值Uo：(2)二極管上承受的最高電壓：(3)二極管上的平均電流：()ò=pwp

01tdvVoo=()òpwp

01tdsinwt22V=p229.02VV=219第十九頁(yè)，共86頁(yè)。20第二十頁(yè)，共86頁(yè)?！?.1單相橋式整流電路組成：由四個(gè)二極管組成橋路v1v2TD3D2D1D4RLvoRLD1D3D2D4v2vov2vo21第二十一頁(yè)，共86頁(yè)。§1.1單相橋式整流電路橋式整流電路+-v2正半周時(shí)電流通路v1v2TD4D2D1D3RLvo22第二十二頁(yè)，共86頁(yè)。橋式整流電路-+v0v1v2TD4D2D1D3RLv2負(fù)半周時(shí)電流通路23第二十三頁(yè)，共86頁(yè)。v2>0時(shí)D1,D3導(dǎo)通D2,D4截止電流通路:A

D1RLD3Bv2<0時(shí)D2,D4導(dǎo)通D1,D3截止電流通路:BD2RLD4A輸出是脈動(dòng)的直流電壓！v2橋式整流電路輸出波形及二極管上電壓波形vD4,vD2vD3,vD1vov2D4D2D1D3RLvoAB24第二十四頁(yè)，共86頁(yè)。25第二十五頁(yè)，共86頁(yè)。26第二十六頁(yè)，共86頁(yè)。幾種常見的硅整流橋外形：+AC-~+~-~+-~27第二十七頁(yè)，共86頁(yè)。整流電路的主要參數(shù)1.整流輸出電壓平均值（Vo）全波整流時(shí)，負(fù)載電壓Uo的平均值為:負(fù)載上的(平均)電流:一、整流輸出電壓的平均值與脈動(dòng)系數(shù)整流輸出電壓的平均值Vo和輸出電壓的脈動(dòng)系數(shù)Kr是衡量整流電路性能的兩個(gè)主要指標(biāo)。()ò=pwp

01tdvVoo=()òpwp

01tdsinwt22V=p229.02VV=228第二十八頁(yè)，共86頁(yè)。

Kr定義：整流輸出電壓的總諧波電壓與平均值Vo之比。2.脈動(dòng)系數(shù)Kr，又稱紋波系數(shù)用傅氏級(jí)數(shù)對(duì)全波整流的輸出vo

分解后可得:29第二十九頁(yè)，共86頁(yè)。平均電流(ID)與反向峰值電壓(VRM)是選擇整流管的主要依據(jù)。例如：在橋式整流電路中，每個(gè)二極管只有半周導(dǎo)通。因此，流過每只整流二極管的平均電流ID

是負(fù)載平均電流的一半。

二極管截止時(shí)兩端承受的最大反向電壓：二、平均電流與反向峰值電壓30第三十頁(yè)，共86頁(yè)。1、根據(jù)單相橋式整流電路的工作原理，如圖所示電路在出現(xiàn)下列故障時(shí)，會(huì)產(chǎn)生什么現(xiàn)象？A、D1的正負(fù)極接反B、D1短路C、D1開路31第三十一頁(yè)，共86頁(yè)。A、D1的正負(fù)極接反32第三十二頁(yè)，共86頁(yè)。B、D1短路若D1短路，在v2的負(fù)半周，D2導(dǎo)通時(shí)將流過較大的電流，當(dāng)超過其最大整流電流時(shí)，D2及變壓器副邊會(huì)損壞。C、D1開路若D1開路，電路變成了半波整流電路，輸出電壓下降為正常情況下的1／233第三十三頁(yè)，共86頁(yè)。濾波電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn):電容與負(fù)載RL并聯(lián)，或電感與負(fù)載RL串聯(lián)。交流電壓脈動(dòng)直流電壓整流濾波直流電壓原理：利用儲(chǔ)能元件電容兩端的電壓(或通過電感中的電流)不能突變的特性,濾掉整流電路輸出電壓中的交流成份，保留其直流成份，達(dá)到平滑輸出電壓波形的目的?！?.2濾波電路34第三十四頁(yè)，共86頁(yè)。電容濾波電路以單向橋式整流電容濾波為例進(jìn)行分析，其電路如圖所示。一、濾波原理橋式整流電容濾波電路av1v2v1bD4D2D1D3RLvoSC+–35第三十五頁(yè)，共86頁(yè)。1.RL未接入時(shí)(忽略整流電路內(nèi)阻)v2tvot設(shè)t1時(shí)刻接通電源t1整流電路為電容充電充電結(jié)束沒有電容時(shí)的輸出波形av1v2v1bD4D2D1D3RLvoSC+–36第三十六頁(yè)，共86頁(yè)。2.RL接入（且RLC較大）時(shí)(忽略整流電路內(nèi)阻)v2tvot電容通過RL放電，在整流電路電壓小于電容電壓時(shí)，二極管截止，整流電路不為電容充電，vo會(huì)逐漸下降。av1v2v1bD4D2D1D3RLvoSC+–37第三十七頁(yè)，共86頁(yè)。v2tvot只有整流電路輸出電壓大于vo時(shí)，才有充電電流iD

。因此整流電路的輸出電流是脈沖波。整流電路的輸出電流iDav1v2v1bD4D2D1D3RLvoSC+–iD可見，采用電容濾波時(shí)，整流管的導(dǎo)通角較小。38第三十八頁(yè)，共86頁(yè)。v2tvot電容充電時(shí)，電容電壓滯后于v2。整流電路的輸出電流RLC越小，輸出電壓越低。3.RL接入（且RLC較大）時(shí)(考慮整流電路內(nèi)阻)av1v2v1bD4D2D1D3RLvoSC+–39第三十九頁(yè)，共86頁(yè)。40第四十頁(yè)，共86頁(yè)。41第四十一頁(yè)，共86頁(yè)。42第四十二頁(yè)，共86頁(yè)。一般取(T:電源電壓的周期)近似估算:Vo=1.2V2。(2)流過二極管瞬時(shí)電流很大。RLC越大Vo越高

負(fù)載電流的平均值越大;

整流管導(dǎo)電時(shí)間越短iD的峰值電流越大故一般選管時(shí)，取二、電容濾波電路的特點(diǎn)(1)輸出電壓Vo與放電時(shí)間常數(shù)RLC有關(guān)。RLC愈大電容器放電愈慢Vo(平均值)愈大43第四十三頁(yè)，共86頁(yè)。輸出波形隨負(fù)載電阻RL或C

的變化而改變,Vo

和Kr也隨之改變。如:RL愈小(IL

越大),Vo下降多,Kr增大。(3)輸出特性(外特性)vo電容濾波純電阻負(fù)載1.4V20.9V20IL結(jié)論：電容濾波電路適用于輸出電壓較高，負(fù)載電流較小且負(fù)載變動(dòng)不大的場(chǎng)合。44第四十四頁(yè)，共86頁(yè)。電感濾波電路結(jié)構(gòu):

在橋式整流電路與負(fù)載間串入一電感L就構(gòu)成了電感濾波電路。電感濾波電路v2v1RLLvo45第四十五頁(yè)，共86頁(yè)。一、濾波原理對(duì)直流分量:

XL=0相當(dāng)于短路,電壓大部分降在RL上。對(duì)諧波分量:

f

越高，XL越大,電壓大部分降在XL上。

因此，在輸出端得到比較平滑的直流電壓。Vo=0.9V2當(dāng)忽略電感線圈的直流電阻時(shí)，輸出平均電壓約為：v2v1RLLvo46第四十六頁(yè)，共86頁(yè)。二、電感濾波的特點(diǎn)整流管導(dǎo)電角較大，峰值電流很小，輸出特性比較平坦，適用于低電壓大電流(RL較小)的場(chǎng)合。缺點(diǎn)是電感鐵芯笨重，體積大，易引起電磁干擾。v2v1RLLvo47第四十七頁(yè)，共86頁(yè)。其他形式的濾波電路改善濾波特性的方法：采取多級(jí)濾波。如：L-C型濾波電路：在電感濾波后面再接一電容。RC–型濾波電路：在電容濾波后再接一級(jí)RC濾波電路。性能及應(yīng)用場(chǎng)合分別與電容濾波和電感濾波相似。LC–

型濾波電路：在電容濾波后面再接L-C型濾波電路。48第四十八頁(yè)，共86頁(yè)。2、橋式整流濾波電路如圖所示，（1）試問輸出電壓VO對(duì)地電壓是正還是負(fù)？電容C的極性如何？（2）當(dāng)電路參數(shù)滿足RLC>>（3～5）T／2時(shí)，若要求輸出電壓VO為25V，V2的有效值應(yīng)為多少？（3）如負(fù)載電流為200mA，試求每個(gè)二極管流過的電流和最大反向電壓VRM。（4）若電容開路，VO為多少？49第四十九頁(yè)，共86頁(yè)。（1）試問輸出電壓VO對(duì)地電壓是正還是負(fù)？電容C的極性如何？輸出電壓為負(fù)，電容極性應(yīng)上負(fù)下正。50第五十頁(yè)，共86頁(yè)。（2）當(dāng)電路參數(shù)滿足RLC>>（3～5）T／2時(shí)，若要求輸出電壓VO為25V，V2的有效值應(yīng)為多少？當(dāng)電路參數(shù)滿足RLC>>（3～5）T／2時(shí)，VO＝（1.1～1.2）V2故V2＝25V／1.2＝20.83V51第五十一頁(yè)，共86頁(yè)。3）如負(fù)載電流為200mA，試求每個(gè)二極管流過的電流和最大反向電壓VRM由于ID＝IL／2，所以ID＝200mA／2＝100mAVRM＝1.41V2＝29.37V52第五十二頁(yè)，共86頁(yè)。（4）若電容開路，VO為多少？電容開路時(shí)，電路為全波橋式整流電路，故VO＝0.9V2＝18.75V53第五十三頁(yè)，共86頁(yè)。3、電路如下圖所示。（1）分別標(biāo)出uO1和uO2對(duì)地的極性；（2）uO1、uO2分別是半波整流還是全波整流？（3）當(dāng)u21＝u22＝20V時(shí)，uO1（AV）和uO2（AV）各為多少？（4）當(dāng)u21＝18V，u22＝22V時(shí)，畫出uO1、uO2的波形；并求出uO1（AV）和uO2（AV）各為多少？

54第五十四頁(yè)，共86頁(yè)。解：（1）均為上“＋”、下“－”。（2）均為全波整流。（3）uO1（AV）和uO2（AV）為：uO1（AV）＝－uO2（AV）≈0.9u21＝0.9u22＝18V（4）uO1、uO2的波形如解圖所示。它們的平均值為uO1（AV）＝－uO2（AV）≈0.45u21＋0.45u22＝18V55第五十五頁(yè)，共86頁(yè)。穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路開關(guān)型穩(wěn)壓電路線性穩(wěn)壓電路常用穩(wěn)壓電路(小功率設(shè)備)以下主要討論線性穩(wěn)壓電路。電路最簡(jiǎn)單，但是帶負(fù)載能力差，一般只提供基準(zhǔn)電壓，不作為電源使用。效率較高，目前應(yīng)用很廣。§2串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路56第五十六頁(yè)，共86頁(yè)。電路結(jié)構(gòu)的一般形式串聯(lián)式穩(wěn)壓電路的組成：（1）基準(zhǔn)電壓；（2）比較放大；（3）輸出電壓取樣電路；（4）調(diào)整元件VOT+_VI比較放大基準(zhǔn)電壓Vo取樣VRFVORL調(diào)整元件+–+–57第五十七頁(yè)，共86頁(yè)。

因調(diào)整管與負(fù)載接成射極輸出器形式，為深度串聯(lián)電壓負(fù)反饋，故稱之為：

串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路。若因輸入電壓變化或負(fù)載變化而使VO加大,比較放大電路使VB1變小,從而使VO降低.VOT1+_VI比較放大基準(zhǔn)電壓Vo取樣VRFVORL調(diào)整元件+–+–VB1+VIVoRLR3比較放大58第五十八頁(yè)，共86頁(yè)。T1調(diào)整管R3

、T2比較放大R1

、RW

、R2采樣電阻R

、VZ基準(zhǔn)電壓一種實(shí)際的串聯(lián)式穩(wěn)壓電源R3T1T2VZRRW1RW2R1RWR2RLVO+_+_VIVB259第五十九頁(yè)，共86頁(yè)。穩(wěn)壓原理VoVB2VBE2=（VB2-VZ）VC2（VB1）Vo當(dāng)VI增加或輸出電流減小使Vo升高時(shí)R3T1T2VZRRW1RW2R1RWR2RLVO+_+_VIUB2VC2（VB1）60第六十頁(yè)，共86頁(yè)。例：VI=18V，VZ=4V，R1=R2=RW=4.7k，求輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍。R3T1T2VZRRW1RW2R1RWR2RLVO+_+_VIVB2221ZWWOminVRRRRRV+++=4=6V4.74.7++=4.74.7+4.7221ZWOmaxVRRRRV++=4=12V4.74.7++=4.74.761第六十一頁(yè)，共86頁(yè)。實(shí)際的穩(wěn)壓電源采取的改進(jìn)措施1.比較放大級(jí)采用差動(dòng)放大器或集成運(yùn)放2.調(diào)整管采用復(fù)合三極管3.采用輔助電源(比較放大部分的電源)4.用恒流源負(fù)載代替集電極電阻以提高增益5.內(nèi)部加短路和過熱保護(hù)電路R3T1T2VZRRW1RW2R1RWR2RLVO+_+_VIUB2集成化集成穩(wěn)壓電源62第六十二頁(yè)，共86頁(yè)。2.2串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路的工作原理輸入電壓V1增加輸出電壓VO增加反饋電壓VF增加VO下降使VB和IC減小極間電壓VCE增加63第六十三頁(yè)，共86頁(yè)。2.3三端集成穩(wěn)壓器具有溫度補(bǔ)償?shù)幕鶞?zhǔn)電壓電路復(fù)合調(diào)整管帶恒流源的差分放大器64第六十四頁(yè)，共86頁(yè)。集成穩(wěn)壓電源特點(diǎn)：體積小,可靠性高,使用靈活,價(jià)格低廉內(nèi)部電路：串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路類型：W7800系列——穩(wěn)定正電壓

W7805輸出+5VW7809輸出+9VW7812輸出+12VW7815輸出+15VW7900系列——穩(wěn)定負(fù)電壓

W7905輸出-5VW7909輸出-9VW7912輸出-12VW7915輸出-15V65第六十五頁(yè)，共86頁(yè)。1端:輸入端2端:公共端3端:輸出端W7800系列穩(wěn)壓器外形及接線圖123+_W7805UI+_Uo132CI0.1~1FCo1μF+10V+5V注意：輸入與輸出端之間的電壓不得低于3V！66第六十六頁(yè)，共86頁(yè)。1端:公共端2端:輸入端3端:輸出端W7900系列穩(wěn)壓器外形及接線圖123–+W7905UI–+Uo231CI0.1~1FCo1μF-10V-5V67第六十七頁(yè)，共86頁(yè)。二、輸出正負(fù)電壓的電路正負(fù)電壓同時(shí)輸出電路W78XXCIUI+_UO132+_CIW79XX13COCO2UO68第六十八頁(yè)，共86頁(yè)。集成穩(wěn)壓電源應(yīng)用電路v2v1C1300μFV1=220VV2=8VVC1=1.2V2=9.6VVo=5V+_CoW7805+_Vo1321μFRLCI1F69第六十九頁(yè)，共86頁(yè)。輸出正負(fù)電壓的穩(wěn)壓電源70第七十頁(yè)，共86頁(yè)。3

串聯(lián)開關(guān)式穩(wěn)壓電路一、引言1、串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路的優(yōu)、缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：輸出電壓穩(wěn)定；紋波電壓小，電路簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：集電極損耗較大，通常須加散熱裝置，效率低（只有40％～60%）,不適宜高電壓、大電流負(fù)載的需要。2、開關(guān)式串聯(lián)穩(wěn)壓電路的優(yōu)、缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：調(diào)整管工作在開關(guān)工作狀態(tài)，集電極功耗小，

效率高，可達(dá)80%～90%；體積小，重量輕，可不需要電源變壓器；可提供高電壓、大電流。缺點(diǎn)：輸出電壓紋波較大；電路稍復(fù)雜。71第七十一頁(yè)，共86頁(yè)。二、電路形式

比串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路增加5個(gè)部件：比較器C，三角波發(fā)生器，LC濾波元件和續(xù)流二極管D。1、控制電路部分－PWM1）比較放大器A－為直流電平（電壓）2）基準(zhǔn)電壓源－VREF3）三角波電壓發(fā)生器－提供正三角波電壓4）比較器C－輸入與，輸出方波電壓，控制調(diào)整T的開/關(guān)。72第七十二頁(yè)，共86頁(yè)。2、DC－DC變換器（降壓型）1）調(diào)整管—本電路的開關(guān)，C極輸入直流電壓VI，B極輸入方波電壓，E極輸出方波電壓。2）濾波電路—高頻電感電容L、C。3）二極管D—

續(xù)流管，高頻二極管。4）取樣電路—R1,R2; 亦是比較放大器的大環(huán)負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)。靜態(tài)時(shí)，有（設(shè)計(jì)依據(jù)）73第七十三頁(yè)，共86頁(yè)。三、工作原理1、電路工作過程

，為正電壓，T飽和導(dǎo)通，，；

，為負(fù)電壓，T截止，L產(chǎn)生反向電動(dòng)勢(shì)，使D導(dǎo)通，繼續(xù)流動(dòng)，。

波形。（調(diào)節(jié)依據(jù)）74第七十四頁(yè)，共86頁(yè)。2、自動(dòng)調(diào)節(jié)穩(wěn)壓原理1）設(shè)，，，。2）

所以，電路能自動(dòng)調(diào)整脈寬占空比而穩(wěn)壓，故又稱為脈寬調(diào)制（PWM）式開關(guān)穩(wěn)壓電源。維持不變75第七十五頁(yè)，共86頁(yè)。四、元器件選擇1.調(diào)整管（高頻開關(guān)管，IGBT等）VCES小，ICE0小，ICM大，轉(zhuǎn)換速度快（ts<0.01/fk）,fT≥10fK。fK為開關(guān)轉(zhuǎn)換頻率。2.續(xù)流二極管（高速開關(guān)管）反向耐壓高、電流小，導(dǎo)通壓降小，存儲(chǔ)時(shí)間短。3.濾波元件高頻電感，高頻電容。4.控制電路現(xiàn)成的集成電路，PWM調(diào)制器，不過需外加輔助電源。76第七十六頁(yè)，共86頁(yè)。4

直流變換型穩(wěn)壓電源

俗稱逆變電源，其中的BJT也是高速開關(guān)管，因此它也是一種開關(guān)式穩(wěn)壓電源，總體上它也是把直流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)楦鞣N不同需要的直流電壓，但中間使用了先把直流電壓變換為高頻交流電壓(DC—AC)的環(huán)節(jié)，然后再行整流—濾波—穩(wěn)壓、而后得到需要的穩(wěn)定直流電壓。這種穩(wěn)壓電源也有體積小、重量輕、功率大、效率高、紋波電壓