清华大学模拟电子电路基础课件10

*第十章直流电源§10.1直流电源的组成§10.2单向整流电路§10.3滤波电路§10.4稳压管稳压电路§10.5串联型稳压电路§10.6开关型稳压电路*模拟电子技术基础*§10.1直流电源的组成直流电源的组成及各部分的作用模拟电子技术基础*一、直流电源的组成及各部分的作用改变电压值通常为降压交流变脉动的直流减小脉动1)负载变化输出电压基本不变；2)电网电压变化输出电压基本不变。直流电源是能量转换电路，将220V（或380V）50Hz的交流电转换为直流电。半波整流全波整流在分析电源电路时要特别考虑的两个问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ：允许电网电压波动±10％，且负载有一定的变化范围。*模拟电子技术基础*§10.2单相整流电路一、对整流电路要研究的问题二、单相半波整流电路三、单相桥式整流电路*模拟电子技术基础*一、对整流电路要研究的问题对整流电路要研究清楚以下问题：1.电路的工作原理：二极管工作状态、波形分析2.输出电压和输出电流的平均值：输出为脉动的直流电压3.整流二极管的选择：二极管承受的最大整流平均电流和最高反向工作电压为分析问题简单起见，设二极管为理想二极管，变压器内阻为0。整流二极管的伏安特性：实际特性理想化特性正向导通电压为0，正向电阻为0，反向电阻为无穷大。*模拟电子技术基础*1.工作原理u2的正半周，D导通，A→D→RL→B，uO=u2。u2的负半周，D截止，承受反向电压，为u2；uO=0。二、单相半波整流电路*模拟电子技术基础*2.UO（AV）和IL（AV）的估算已知变压器副边电压有效值为U2考虑到电网电压波动范围为±10％，二极管的极限参数应满足：3.二极管的选择*模拟电子技术基础*三、单相桥式整流电路u2的正半周A→D1→RL→D3→B，uO=u2u2的负半周B→D2→RL→D4→A，uO=-u2四只管子如何接？集成的桥式整流电路称为整流堆。1.工作原理若接反了呢？*模拟电子技术基础*2.输出电压和电流平均值的估算模拟电子技术基础*3.二极管的选择考虑到电网电压波动范围为±10％，二极管的极限参数应满足：与半波整流电路对二极管的要求相同*模拟电子技术基础*§10.3滤波电路一、电容滤波电路二、电感滤波电路三、倍压整流电路*模拟电子技术基础*一、电容滤波电路1.工作原理按指数规律下降滤波后，输出电压平均值增大，脉动变小。*模拟电子技术基础*1.工作原理：考虑变压器和整流电路的内阻C越大，RL越大，τ放电将越大，曲线越平滑，脉动越小。*模拟电子技术基础*2.二极管的导通角导通角无滤波电容时θ＝π。有滤波电容时θ<π，且二极管平均电流增大，故其峰值很大！θ小到一定程度，难于选择二极管！*模拟电子技术基础*简单易行，UO（AV）高，C足够大时交流分量较小；不适于大电流负载。3.电容的选择及UO（AV）的估算若负载开路UO（AV）＝？4.优缺点*模拟电子技术基础*二、电感滤波电路当回路电流减小时，感生电动势的方向阻止电流的减小，从而增大二极管的导通角。电感对直流分量的电抗为线圈电阻，对交流分量的感抗为ωL。适于大电流负载！*模拟电子技术基础*三、倍压整流电路分析时的两个要点：设①负载开路，②电路进入稳态。u2负半周，u2加C1上电压对C2充电：P→D2→C2→A，最终u2正半周C1充电：A→D1→C1→B，最终P*模拟电子技术基础*讨论一已知变压器副边电压有效值为10V，电容足够大，判断下列情况下输出电压平均值UO（AV）≈？1.正常工作；2.C开路；3.RL开路；4.D1和C同时开路。*模拟电子技术基础*§10.4稳压管稳压电路一、稳压电路的性能指标二、稳压管稳压电路*模拟电子技术基础*一、稳压电路的性能指标1.输出电压2.输出电流3.稳压系数表明电网电压波动时电路的稳压性能。在负载电流不变时，输出电压相对变化量与输入电压变化量之比。4.输出电阻表明负载电流变化时电路的稳压性能。在电网电压不变时，负载变化引起的输出电压的变化量与输出电流的变化量之比。5.纹波电压测试出输出电压的交流分量。*模拟电子技术基础*二、稳压管稳压电路稳定电压UZ：稳压管的击穿电压稳定电流IZ：使稳压管工作在稳压状态的最小电流最大耗散功率PZM：允许的最大功率，PZM=IZMUZ动态电阻rz：工作在稳压状态时，rz＝ΔU/ΔI1.稳压管的伏安特性和主要参数*模拟电子技术基础*2.稳压管稳压电路的工作原理*模拟电子技术基础*3.稳压管稳压电路的主要指标（1）输出电压UO＝UZ（2）输出电流ILmax－ILmin≤IZM－IZ（3）稳压系数（4）输出电阻简单易行，稳压性能好。适用于输出电压固定、输出电流变化范围较小的场合。4.特点若要能空载，则要IZM＞ILmax+IZ*模拟电子技术基础*5.稳压管稳压电路的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 （1）UI的选择UI＝（2～3）UZ（2）稳压管的选择UZ＝UOIZM－IZ>ILmax－ILmin（3）限流电阻的选择保证稳压管既稳压又不损坏。电网电压最低且负载电流最大时，稳压管的电流最小。电网电压最高且负载电流最小时，稳压管的电流最大。若求得Rmin>Rmax，怎么办？若求得R=200~300Ω，则该取接近200Ω还是接近300Ω？为什么？*模拟电子技术基础*讨论一：稳压管稳压电路的设计依次选择稳压管、UI、R、C、U2、二极管1.输出电压、负载电流→稳压管2.输出电压→UI3.输出电压、负载电流、稳压管电流、UI→R4.UI、R→滤波电路的等效负载电阻→C5.UI→U26.U2、R中电流→整流二极管已知输出电压为6V，负载电流为0～30mA。试求图示电路的参数。*模拟电子技术基础*§10.5串联型稳压电路一、基本调整管稳压电路二、具有放大环节的串联型稳压电路三、集成稳压器（三端稳压器）*模拟电子技术基础*一、基本调整管稳压电路为了使稳压管稳压电路输出大电流，需要加晶体管放大。稳压原理：电路引入电压负反馈，稳定输出电压。*模拟电子技术基础*调整管的作用及如何提高稳压性能不管什么原因引起UO变化，都将通过UCE的调节使UO稳定，故称晶体管为调整管。若要提高电路的稳压性能，则应加深电路的负反馈，即提高放大电路的放大倍数。*模拟电子技术基础*二、具有放大环节的串联型稳压电路1.稳压原理：若由于某种原因使UO增大2.输出电压的调节范围同相比例运算电路则UO↑→UN↑→UB↓→UO↓*模拟电子技术基础*3.串联型稳压电路的基本组成及其作用调整管取样电阻调整管：是电路的核心，UCE随UI和负载产生变化以稳定UO。比较放大基准电压基准电压：是UO的参考电压。取样电阻：对UO的取样，与基准电压共同决定UO。比较放大：将UO的取样电压与基准电压比较后放大，决定电路的稳压性能。*模拟电子技术基础*4.串联型稳压电源中调整管的选择IEmax＝IR1＋ILmax≈ILmax<ICMUCEmax＝UImax－UOmin<U(BR)CEOPTmax＝IEmaxUCEmax<PCM根据极限参数ICM、U(BR)CEO、PCM选择调整管！应考虑电网电压的波动和负载电流的变化！调整管需安装合适的散热器！*模拟电子技术基础*讨论二：对于基本串联型稳压电源的讨论3.若电网电压波动±10％，UI为28V，UO为10V～20V；晶体管的电流放大系数为50，PCM＝5W，ICM＝1A；集成运放最大输出电流为10mA，则最大负载电流约为多少？1.若UO为10V～20V，R1＝R3＝1kΩ，则R2和UZ各为多少？2.若电网电压波动±10％，UO为10V～20V，UCES＝3V，UI至少选取多少伏？*模拟电子技术基础*讨论三：关于实用串联型稳压电源的讨论1.标出集成运放的同相输入端和反相输入端；2.电路由哪些部分组成？3.UI＝21V，R1＝R2＝R3＝300Ω，UZ＝6V，UCES＝3V，UO＝？4.如何选取R’和R？输出电流取样电阻*模拟电子技术基础*讨论三：关于实用串联型稳压电源的讨论5.取样电阻R1-R3的取值应大些还是小些，为什么？它们有上限值吗？6.若电路输出纹波电压很大，则其原因最大的可能性是什么？7.根据图中过流保护电路的原理组成一种限流型过流保护电路。*模拟电子技术基础*三、集成稳压器（三端稳压器）输出电压：5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V输出电流：1.5A（W7800）、0.5A（W78M00）、0.1A（W78L00）1.W7800系列（1）简介*模拟电子技术基础*（2）基本应用消除高频噪声使Co不通过稳压器放电抵销长线电感效应；消除自激振荡将输入端接整流滤波电路的输出，将输出端接负载电阻，构成串联型稳压电路。*模拟电子技术基础*（3）输出电流扩展电路为使负载电流大于三端稳压器的输出电流，可采用射极输出器进行电流放大。很小三端稳压器的输出电压二极管的作用：消除UBE对UO的影响。*模拟电子技术基础*（4）输出电压扩展电路IW为几mA，UO与三端稳压器参数有关。隔离作用基准电压电路复杂*模拟电子技术基础*2.基准电压源三端稳压器W117输出电压UREF＝1.25V，调整端电流只有几微安。减小纹波电压*模拟电子技术基础*讨论四：W117的应用1.R1的上限值为多少？2.UO可能的最大值为多少？3.输出电压最小值为多少？4.UOmax＝30V，选取R1、R2；5.已知电网电压波动±10％，输出电压最大值为30V，UI至少取多少伏？决定于IOmin两种情况：1.已知UI2.自己选取UI决定于W117的输出输入电压最低、输出电压最高时，UI－UO＞3V。根据输出电压表达式*模拟电子技术基础*§10.6开关型稳压电路一、开关型稳压电路的特点和基本原理二、串联开关型稳压电路三、并联开关型稳压电路模拟电子技术基础*一、开关型稳压电源的特点及基本原理线性稳压电源：结构简单，调节方便，输出电压稳定性强，纹波电压小。缺点是调整管工作在甲类状态，因而功耗大，效率低（20％～49％）；需加散热器，因而设备体积大，笨重，成本高。若调整管工作在开关状态，则势必大大减小功耗，提高效率，开关型稳压电源的效率可达70％～95％。体积小，重量轻。适于固定的大负载电流、输出电压小范围调节的场合。1.开关型稳压电源的特点*模拟电子技术基础*构成开关型稳压电源的基本思路将交流电经变压器、整流滤波得到直流电压↓控制调整管按一定频率开关，得到矩形波↓滤波，得到直流电压引入负反馈，控制占空比，使输出电压稳定。*模拟电子技术基础*二、串联开关型稳压电路T截止，D导通，uE≈－UD；L释放能量，C放电。T、D均工作在开关状态。T饱和导通，D截止，uE≈UI；L储能，C充电。uB＝UH时uB＝UL时1.电路组成及工作原理*模拟电子技术基础*2.波形分析及输出电压平均值关键技术：大功率高频管，高质量磁性材料稳压原理：若某种原因使输出电压升高，则应减小占空比。*模拟电子技术基础*3.稳压原理脉冲宽度调制式：PWM电路作用：UO↑→Ton↓→δ↓→UO↓其它控制方式：脉冲频率调制式：UO↑→T↑（脉宽不变）→δ↓→UO↓混合调制式：UO↑→T↑Ton↓→δ↓→UO↓在串联开关型稳压电路中UO<UI，故为降压型电路。*模拟电子技术基础*三、并联开关型稳压电路（升压型）T截止，L产生感生电动势，D导通；UI与L所产生的感生电动势相加对C充电。T饱和导通，L储能，D截止，C对负载放电。uB＝UH时uB＝UL时要研究调整管在饱和导通和截止状态下电路的工作情况。1.工作原理*模拟电子技术基础*2.输出电压只有L足够大，才能升压；只有C足够大，输出电压交流分量才足够小!在周期不变的情况下，uB占空比越大，输出电压平均值越高。*模拟电子技术基础*3.稳压原理脉宽调制式：UO↑→Ton↓（频率不变）→δ↓→UO↓*模拟电子技术基础*讨论1.什么样的电子设备适于用开关型稳压电源作能源？2.在开关型稳压电源中，调整管的开关信号频率高些好还是低些好？为什么？3.在开关型稳压电源中是否可不用电源变压器而直接进行整流？为什么？4.如何使开关型稳压电路输出电压有较小的调节范围？*模拟电子技术基础第十章直流电源内容 重点节10.2，10.5.1(二、三) 了解节10.1，10.3.1，10.5.4(一、二)； 不要求节10.3.2，10.3.3，10.5.2，10.5.3，10.6要求 掌握半波整流电路和桥式整流电路的组成、工作原理、输出平均电压和电流的计算；了解脉动系数、二级管的参数和选择方法； 了解电容滤波的基本原理，了解输出电压平均值与变压器副边电压有效值的关系；*模拟电子技术基础第十章直流电源要求 理解稳压管稳压电路的工作原理，了解电路性能指标； 掌握串联型稳压电路的稳压原理及输出电压的计算，了解调整管参数和选择方法； 了解三端稳压器W7800系列的应用。*模拟电子技术基础第十章直流电源电路 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 半波整流电路、桥式整流电路、稳压管稳压电路、串联型稳压电路。 请自己将电路特点列表对比细化方法总结 整流电路输出平均电压和电流的计算、二级管参数计算和选择方法。 稳压管稳压电路性能指标的计算方法。 串联型稳压电路输出电压的计算方法。*模拟电子技术基础第十章直流电源常见题型 直流电源的基本知识，包括整流、滤波和稳压电路的作用，不同电路的特点和在一定需求下电路的选择。 单相整流电路工作原理和波形分析、输出电压和电流平均值的估算、整流二极管的选择以及整流滤波电路的故障分析。 稳压管稳压电路的工作原理、分析计算和参数的选择。 串联型稳压电源的组成、输出电压调节范围的估算、调整管的极限参数以及故障分析；集成稳压器的应用电路分析及参数的选择。 开关型稳压电路与线性稳压电路的比较。由于串联型稳压电源除了涉及到直流电源的整流、滤波和稳压电路等各个组成部分以及考虑性能指标时问题的复杂性外，还涉及到大功率晶体管的极限参数、放大与负反馈的基本概念和分析方法等多方面的知识，故此类题目具有一定的综合性和难度。*模拟电子技术基础*模拟电子技术基础课程的复习与考试一、考查什么二、复习什么三、怎样复习模拟电子技术基础*一、考查什么 会看：电路的识别、定性分析。 如，是哪种电路： 共射、共基、共集、共源、共漏、差分放大电路及哪种接法 比例、加减、积分、微分……运算电路 低通、高通、带通、带阻有源滤波器 单限、滞回、窗口电压比较器 正弦波、矩形波、三角波、锯齿波发生电路 OTL、OCL、BTL、变压器耦合乙类推挽功率放大电路 线性、开关型直流稳压电源…… 又如，性能如何： 放大倍数大小、输入电阻高低、带负载能力强弱、频带宽窄 输出功率的大小、效率的高低 滤波效果的好坏……*模拟电子技术基础* 会算：电路的定量分析。 例如求解 电压放大倍数、输入电阻、输出电阻 截止频率、波特图 运算关系 电压传输特性 输出电压波形及其频率和幅值 输出功率及效率 输出电压的平均值、可调范围*模拟电子技术基础* 会选：根据需求选择电路及元器件 在已知需求情况下选择电路形式，如： 是采用单管放大电路还是采用多级放大电路；是直接耦合、阻容耦合、变压器耦合还是光电耦合；是晶体管放大电路还是场效应管放大电路；是否用集成放大电路。 是采用电压串联负反馈电路、电压并联负反馈电路、电流串联负反馈电路还是采用电流并联负反馈电路。 是采用文氏桥振荡电路、LC正弦波振荡电路还是采用石英晶体正弦波振荡电路。*模拟电子技术基础* 会选：根据需求选择电路及元器件 在已知功能情况下选择元器件类型，如： 是采用低频管还是高频管。 是采用通用型集成运放还是采用高精度型、高阻型、低功耗……集成运放。 采用哪种类型的电阻、电位器和电容 在已知指标情况下选择元器件的参数 电路中所有电阻、电容、电感等的数值。 例如：实现下列电路 将正弦波变为方波 产生100kHz的正弦波 输出电压为10～20V负载电流为3A的直流稳压电源模拟电子技术基础* 会调： EDA软件的应用； 电路调试的方法及步骤； 调整电路性能指标应改变哪些元件参数、如何改变； 电路故障的判断和消除； 例如 调整放大器的电压放大倍数、输入电阻和输出电阻的方法与步骤 调整三角波振荡电路的振荡频率和幅值达到预定值的方法和步骤 电路中某电阻断路或短路将产生什么现象。 电路出现异常情况可能的原因……*模拟电子技术基础*二、复习什么 以基本概念、基本电路、基本分析方法为主线 概念和性能指标：每个术语的物理意义，如何应用 基本电路：电路结构特征、性能特点、基本功能、适用场合，这是读图的基础。见表11.2.1 基本放大电路 集成运放 运算电路 有源滤波电路 正弦波振荡电路 电压比较器 非正弦波振荡电路 信号变换电路 功率放大电路 直流电源*模拟电子技术基础* 基本分析方法通常，不同类型的电路采用不同的方式来描述其功能和性能指标，不同类型电路的指标参数有不同的求解方法。即正确识别电路，并求解电路.例如 放大电路用放大倍数、输入电阻、输出电阻和通频带描述 运算电路用运算关系式描述 电压比较器用电压传输特性描述 有源滤波器用幅频特性描述 功率放大电路用最大输出功率和效率描述 波形发生电路用输出电压波形及其周期和振幅描述 求解放大电路的参数用等效电路法 求解运算电路要利用节点电流法、叠加原理 见11.2.2节模拟电子技术基础*三、怎样复习 重点是基础知识：基本概念、电路、方法 特别注意基础知识的综合应用，融会贯通。例如： 非正弦波发生电路既含有运算电路（积分电路）又含有电压比较器（滞回比较器），即既包含集成运放工作在线性区的电路又包含集成运放工作在非线性区的电路。 功率放大电路需要和前级电路匹配才能输出最大功率，且为了消除非线性失真通常要引入负反馈。因此，实用功放涉及到放大的概念、放大电路的耦合问题、反馈的判断和估算、自激振荡和消振、功放的输出功率和效率。 串联型稳压电源本身既是一个负反馈系统，又是大功率电路，还要考虑电网电压的影响。******************************************************