模拟电路基础简明教程课件.ppt

1、模拟电路基础简明教程10.1直流电源的组成直流电源的组成图图 10.1.1直流电源的组成直流电源的组成电网电网电压电压电源电源变压器变压器整流整流电路电路滤波器滤波器稳压稳压电路电路负负载载10.2单相整流电路单相整流电路10.2.1单相半波整流电路单相半波整流电路tU sin22LRU2222U22U优点：使用元件少。优点：使用元件少。缺点：输出波形脉动大；缺点：输出波形脉动大；直流成分小；变压器利用率直流成分小；变压器利用率低。低。图图 10.2.110.2.2单相全波整流电路单相全波整流电路+-图图 10.2.2全波整流电路全波整流电路图图 10.2.3全波整流电路波形图全波整流电路波形

2、图22U222U10.2.3单相桥式整流电路单相桥式整流电路22UL22RU22U22UL22RU图图 10.2.4图图 10.2.5图图 10.2.610.2.4整流电路的主要参数整流电路的主要参数一、输出直流电压一、输出直流电压 UO(A V)(d2120oO(AV)tuU 二、脉动系数二、脉动系数 SO(AV)O1mUUS 三、二极管正向平均电流三、二极管正向平均电流 ID(A V)四、二极管最大反向峰值电压四、二极管最大反向峰值电压 URM在桥式整流电路中，在桥式整流电路中，输出直流电压：输出直流电压：2202O(AV)9.022)(tdsin21UUtUU 脉动系数：脉动系数：)4c

3、os1542cos342(22OttUu -67.02232422O(AV)O1m UUUUS二极管正向平均电流：二极管正向平均电流：O(AV)D(AV)21II 二极管最大反向峰值电压：二极管最大反向峰值电压：2RM2UU 缺点：输出波形脉动大；6串联型直流稳压电路一、电路组成及工作原理4三端集成稳压器基本应用电路2晶闸管的结构和符号RL 不变，UI 升高负载电流超过某一值后，VT2 导通，限制 VT1 中的电流，保护调整管。输出电压中纹波和噪声成分较大。4三端集成稳压器基本应用电路1开关型稳压电路的特点和分类调整管的控制电路比较复杂、2三端集成稳压器的主要参数UBO 正向转折电压控制极与阴

4、极间加正向电压，阳极与阴极之间加正向电压，晶闸管导通。晶闸管由导通变为阻断的条件是减小阳极电流 IA。当 ut uA 时，uB=-UOPP，调整管截止，iE=0，电感释放能量，产生的电流流过负载和二极管。反向重复峰值电压 URRM5扩大三端集成稳压器的输出电流VD 的作用：补偿三极管的发射结电压，使电路输出电压等于三端集成稳压器的输出电压。1开关型稳压电路示意图表表 10-1单相整流电路的主要参数单相整流电路的主要参数 主要参数主要参数电路形式电路形式UO（AV）/U2SID（AV）/IO（AV）URM/U2半波整流半波整流0.45157%100%1.41全波整流全波整流0.9067%50%2

5、.83桥式整流桥式整流0.9067%50%1.4110.3滤波电路滤波电路10.3.1电容滤波电路电容滤波电路适用于负载电流较小的场合。适用于负载电流较小的场合。滤波电容大，效果好。滤波电容大，效果好。输出直流电压为：输出直流电压为：2O(AV)2.1 UU 脉动系数脉动系数 S 约为约为 10%20%。2)53(LTCR 当当图图 10.3.110.3.2RC-型滤波电路型滤波电路输出直流电压为：输出直流电压为：O(AV)LLO(AV)URRRU+脉动系数脉动系数 S 约为：约为：SRRCS )/(1L2 适用于负载电流较小的场合。适用于负载电流较小的场合。图图 10.3.410.3.3电感

6、滤波电路和电感滤波电路和 LC 滤波电路滤波电路一、电感滤波器一、电感滤波器适用于负载电流比较适用于负载电流比较大的场合。大的场合。二、二、LC 滤波器滤波器输出直流电压为：输出直流电压为：2O(AV)O(AV)9.0 UUU 脉动系数脉动系数 S：SLCS 21 适用于各种场合。适用于各种场合。图图 10.3.5图图 10.3.610.3.4LC-型滤波电路型滤波电路图图 10.3.7图图 10-2各种滤波电路的性能比较各种滤波电路的性能比较序号序号 性能性能类型类型U O（AV）/U2适用场合适用场合整流管的整流管的冲击电流冲击电流外特性外特性1电容滤波电容滤波 1.2小电流小电流大大软软

7、2RC-型滤波型滤波 1.2小电流小电流大大更软更软3LC-型滤波型滤波 1.2小电流小电流大大软软4电感滤波电感滤波0.9大电流大电流小小硬硬5LC 滤波滤波0.9适应性较强适应性较强小小硬硬10.4倍压整流电路倍压整流电路10.4.1二倍压整流电路二倍压整流电路22UiD1iD222U图图 10.4.1二倍压整流电路二倍压整流电路10.4.2多倍压整流电路多倍压整流电路+-+-22U-+u2+-222U+-222U+-222U+-222U+-222U适用于要求输出电压较高、负载电流较小的场合。适用于要求输出电压较高、负载电流较小的场合。图图 10.4.2多倍压整流电路多倍压整流电路10.5

8、硅稳压管稳压电路硅稳压管稳压电路10.5.1稳压电路的主要指标稳压电路的主要指标整流滤波电路输出电压不稳定的主要原因：整流滤波电路输出电压不稳定的主要原因：负载变化；负载变化；电网电压波动。电网电压波动。一、内阻一、内阻 Ro常数常数 IOOoUIUR二、稳压系数二、稳压系数 Sr常数常数常数常数 LLOIIOIIOOr/RRUUUUUUUUS10.5.2硅稳压管的伏安特性硅稳压管的伏安特性 O图图 10.5.1硅稳压管的伏安特性硅稳压管的伏安特性IU在反向击穿区，流在反向击穿区，流过稳压管的电流发生很过稳压管的电流发生很大变化，两端电压基本大变化，两端电压基本不变。不变。10.5.3硅稳压管

9、稳压电路硅稳压管稳压电路一、电路组成和工作原理一、电路组成和工作原理稳压原理：稳压原理：1.UI 不变，不变，RL 减小减小RLILURUOIZIR=IL+IZ基本不变基本不变2.RL 不变，不变，UI 升高升高UIUOIZURUO=UI-UR基本不变基本不变UOUO图图 10.5.2二、内阻和稳压系数的估算二、内阻和稳压系数的估算1.内阻内阻 RoZZIOo/rRrUUR 2.稳压系数稳压系数 Sr当当 rZ RL，rZ R 时，时，IZOURrU OIZIIOOr/UURrUUUUS 所所以以图图 10.5.2图图 10.5.4(2)触发电路的漏电压不超过 0.单结晶体管又称为双基极晶体管

10、。(5)控制角的范围接近或大于 150。2硅稳压管的伏安特性单结晶体管又称为双基极晶体管。4三端集成稳压器基本应用电路1电路组成和工作原理负载电流超过某一值后，VT2 导通，限制 VT1 中的电流，保护调整管。适用于负载电流比较大的场合。一、电路组成及工作原理2晶闸管的结构和符号额定通态平均电流 IT负载电流超过某一值后，VT2 导通，限制 VT1 中的电流，保护调整管。5扩大三端集成稳压器的输出电流3电感滤波电路和 LC 滤波电路晶闸管由导通变为阻断的条件是减小阳极电流 IA。三、集电极最大允许耗散功率 PCM当 ut uA 时，uB=-UOPP，调整管截止，iE=0，电感释放能量，产生的电

11、流流过负载和二极管。ID（AV）/IO（AV）当 R2 的滑动端调至最下端时，UO 为最大值，2开关型稳压电路的组成三、限流电阻的选择三、限流电阻的选择1.当电网电压最高和负载电流最小时，当电网电压最高和负载电流最小时，IZ 的值最大，的值最大，此时此时 IZ 不应超过允许的最大值，即不应超过允许的最大值，即ZmaxLminZImaxIIRUU-或：或：LminZmaxZImaxIIUUR+-2.当电网电压最低和负载电流最大时，当电网电压最低和负载电流最大时，IZ 的值最小，的值最小，此时此时 IZ 不应低于其允许的最小值，即不应低于其允许的最小值，即ZminLmaxZIminIIRUU-或：

12、或：LmaxZminZIminIIUUR+-10.6串联型直流稳压电路串联型直流稳压电路10.6.1电路组成和工作原理电路组成和工作原理采样电路：采样电路：R1、R2、R3；放大电路：放大电路：A；基准电压：由基准电压：由 VDZ 提供；提供；调整管：调整管：VT；稳压过程：稳压过程：UI 或或 IL UO UF UId UBE IC UCEUO图图 10.6.110.6.2输出电压的调节范围输出电压的调节范围由于由于 U+=U-，UF=UZ，所以所以O32132FZURRRRRUU+当当 R2 的滑动端调至最上端时，的滑动端调至最上端时，UO 为最小值为最小值Z32321OURRRRRU+Z

13、32321OminURRRRRU+当当 R2 的滑动端调至最下的滑动端调至最下端时，端时，UO 为最大值，为最大值，Z3321OmaxURRRRU+则：则：图图 10.6.1串联型直流稳压电路串联型直流稳压电路10.6.3调整管的选择调整管的选择一、集电极最大允许电流一、集电极最大允许电流 ICM 二、集电极和发射极之间的最大允许电压二、集电极和发射极之间的最大允许电压 U(BR)CEO三、集电极最大允许耗散功率三、集电极最大允许耗散功率 PCMCOICEC)(IUUIUPC-RLmaxCMIII+2Imax(BR)CEO21.1UUU EmaxOmin2CmaxOminImaxCM)2.11

14、.1()(IUUIUUP-稳压电路的输入直流电压为：稳压电路的输入直流电压为：V)83(OmaxI+UU变压器副边电压为：变压器副边电压为：1.21.1I2UU 10.6.4稳压电路的过载保护稳压电路的过载保护R4 很小，约为很小，约为 1 。负载电流超过某一值负载电流超过某一值后，后，VT2 导通，限制导通，限制 VT1 中的电流，保护调整管。中的电流，保护调整管。保护电路的输出特性：保护电路的输出特性：UOILO正常稳压区正常稳压区限流保护限流保护一、限流型保护电路一、限流型保护电路图图 10.6.2图图 10.6.3二、截流型保护电路二、截流型保护电路过载时，过载时，T2 导通，引起正反

15、馈过程：导通，引起正反馈过程：IC2 IB1 UO UE2 UBE2 IC2使使 VT2 饱和，输出电压下降到饱和，输出电压下降到 1 V 左右。左右。图图 10.6.5负载故障排除后，负载故障排除后，IL 减小，引起正反馈过程：减小，引起正反馈过程：UR4 UB2 IC2 IB1 UOIC2 使稳压电路的输出恢复到原来的数值。使稳压电路的输出恢复到原来的数值。UE2 UBE2 10.7集成稳压器集成稳压器10.7.1三端集成稳压器的组成三端集成稳压器的组成调整管调整管启启动动电电路路基基准准电电压压放大放大电路电路保护保护电路电路采采样样电电路路输入端输入端输出端输出端+-UOUI图图 10

16、.7.1三端集成稳压器的组成三端集成稳压器的组成10.7.2三端集成稳压器的主要参数三端集成稳压器的主要参数参数名称参数名称符号符号单位单位参参 型号型号 数数 值值7805780678087812781578187824输入电压输入电压UIV10111419232733输出电压输出电压UOV56812151824电压调整率电压调整率SU%/V0.00760.00860.010.0080.00660.010.011电流调整率电流调整率SImV40434552525560最小压差最小压差UI-UOV2222222输出噪声输出噪声UNV10101010101010输出电阻输出电阻Rom 17171

17、818191920峰值电流峰值电流IOMA2.22.22.22.22.22.22.2输出温漂输出温漂STmV/C1.01.01.21.51.82.4单结晶体管又称为双基极晶体管。主要参数VD 的作用：补偿三极管的发射结电压，使电路输出电压等于三端集成稳压器的输出电压。脉冲波形的占空比。适用于负载电流比较大的场合。6串联型直流稳压电路1三端集成稳压器的组成有低压开关稳压电路、高压开关稳压电路；RL 不变，UI 升高单结晶体管又称为双基极晶体管。反向特性：与二极管的反向特性相似。1开关型稳压电路示意图控制极不加电压，无论在阳极与阴极之间加正向或反向电压，晶闸管都不导通。一、电路组成及工作原理2开关

18、型稳压电路的组成1开关型稳压电路的特点和分类保护电路的输出特性：二、集电极和发射极之间的最大允许电压 U(BR)CEO三、集电极最大允许耗散功率 PCM(2)触发电路的漏电压不超过 0.单结晶体管又称为双基极晶体管。1开关型稳压电路示意图晶闸管承受的最大反向电压：晶闸管由导通变为阻断的条件是减小阳极电流 IA。ID（AV）/IO（AV）3三端集成稳压器的应用三、集电极最大允许耗散功率 PCM2硅稳压管的伏安特性结论：调整管处于开关状态，发射极电位是高低交替的脉冲波形，经 LC 滤波电路后，负载上得到较平滑的输出电压互感器 uO。UI 不变，RL 减小双极型三极管、MOS 场效应管和可控硅开关电

19、路等。RL 不变，UI 升高控制极与阴极间加正向电压，阳极与阴极之间加正向电压，晶闸管导通。当 rZ RL，rZ uA 时，时，uB=+UOPP，调整管饱和导通，调整管饱和导通，iE 向负向负载提供电流，并将能量储存在电感的磁场中；载提供电流，并将能量储存在电感的磁场中；当当 ut uA 时，时，uB=-UOPP，调整管截止，调整管截止，iE=0，电感，电感释放能量，产生的电流流过负载和二极管。释放能量，产生的电流流过负载和二极管。图图 10.8.2结论：调整管处于开关状态，发射极电位是高低交替结论：调整管处于开关状态，发射极电位是高低交替的脉冲波形，经的脉冲波形，经 LC 滤波电路后，负载上

20、得到较平滑的输滤波电路后，负载上得到较平滑的输出电压互感器出电压互感器 uO。-+-110DCESI0EOd)(d)(1d1TTTTtUtUUTtuTUII10IO1d1DUUTTtUTUT 脉冲波形的占空比。脉冲波形的占空比。TTD1 图图 10.8.3图图 10.8.2 电路的波形图电路的波形图10.9可控整流电路可控整流电路10.9.1晶闸管的基本特性晶闸管的基本特性一、结构与符号一、结构与符号图图 10.9.2晶闸管的结构和符号晶闸管的结构和符号阳极阳极阴极阴极控制极控制极二、工作原理二、工作原理图图 10.9.41.控制极不加电压，无论在阳极与阴控制极不加电压，无论在阳极与阴极之间加

21、正向或反向电压，晶闸管都不导极之间加正向或反向电压，晶闸管都不导通。通。称为阻断称为阻断2.控制极与阴极间加正向电压，阳极控制极与阴极间加正向电压，阳极与阴极之间加正向电压，晶闸管导通。与阴极之间加正向电压，晶闸管导通。NPNPNPIG1 2IG1IG图图 10.9.3结论：结论：晶闸管由阻断变为导通的条件是在阳极和阴极之间晶闸管由阻断变为导通的条件是在阳极和阴极之间加正向电压时，再在控制极加一个正的触发脉冲；加正向电压时，再在控制极加一个正的触发脉冲；晶闸管由导通变为阻断的条件是减小阳极电流晶闸管由导通变为阻断的条件是减小阳极电流 IA。晶闸管导通后，管压降很小，约为晶闸管导通后，管压降很小

22、，约为 1 V 左右。左右。三、伏安特性和主要参数三、伏安特性和主要参数1.伏安特性伏安特性OUAKIAUBOABCIHIG=0正向阻断特性：当正向阻断特性：当 IG=0，而，而阳极电压不超过一定值时，管子阳极电压不超过一定值时，管子处于阻断状态。处于阻断状态。UBO 正向转折电压正向转折电压正向导通特性：管子导正向导通特性：管子导通后，伏安特性与二极管的通后，伏安特性与二极管的正向特性相似。正向特性相似。IH 维持电流维持电流当控制极电流当控制极电流 IG 0 时，时，使晶闸管由阻断变为导通所使晶闸管由阻断变为导通所需的阳极电压减小。需的阳极电压减小。IG 增大增大反向特性：与二极管的反向特

23、性相似。反向特性：与二极管的反向特性相似。UBR图图 10.9.6晶闸管的伏安特性晶闸管的伏安特性2.主要参数主要参数 断态重复峰值电压断态重复峰值电压 UDRM 反向重复峰值电压反向重复峰值电压 URRM 额定通态平均电流额定通态平均电流 IT 额定通态平均电压额定通态平均电压 UT 维持电流维持电流 IH：控制极触发电压控制极触发电压 UGT 控制极触发电流控制极触发电流 IGT10.9.2单相桥式可控整流电路单相桥式可控整流电路+-uG在在 u2 正半周，当控制极加触发正半周，当控制极加触发脉冲，脉冲，VT1 和和 VD2 导通；导通；在在 u2 负半周，当控制极加触发负半周，当控制极加

24、触发脉冲，脉冲，VT2和和 VD1 导通；导通；：控制角；：控制角；：导电角：导电角一、电路组成及工作原理一、电路组成及工作原理图图 10.9.7图图 10.9.83三端集成稳压器的应用晶闸管承受的最大反向电压：1串联型直流稳压电路晶闸管承受的最大反向电压：有自激式、他激式；当控制极电流 IG 0 时，使晶闸管由阻断变为导通所需的阳极电压减小。使 VT2 饱和，输出电压下降到 1 V 左右。RL 不变，UI 升高反向特性：与二极管的反向特性相似。当电网电压最低和负载电流最大时，IZ 的值最小，此时 IZ 不应低于其允许的最小值，即三、二极管正向平均电流 ID(AV)ID（AV）/IO（AV）输

25、出电压中纹波和噪声成分较大。若输出电压较高，接一保护二极管 VD，以保护集成稳压器内部的调整管。一般要求大于 20 s。一、输出直流电压 UO(AV)1开关型稳压电路示意图当 rZ RL，rZ R 时，表 10-1单相整流电路的主要参数二、集电极和发射极之间的最大允许电压 U(BR)CEO三、集电极最大允许耗散功率 PCM整流滤波电路输出电压不稳定的主要原因：二、电路参数的估算二、电路参数的估算)(dsin212O(AV)ttUU 2cos19.02O(AV)+UU即：即：输出电压平均值：输出电压平均值：输出电流平均值：输出电流平均值：2cos19.0L2LO(AV)O(AV)+RURUI 晶

26、闸管承受的最大反向电压：晶闸管承受的最大反向电压：2TM2UU 2cos1222+U0 6012018000.40.81.0UO(AV)/U2图图 10.9.910.9.3单结管触发电路单结管触发电路 对触发电路的要求：对触发电路的要求：(1)触发时，能提供足够的触发脉冲电压和电流。触发时，能提供足够的触发脉冲电压和电流。(2)触发电路的漏电压不超过触发电路的漏电压不超过 0.25 V。(3)触发脉冲的前沿时间小于触发脉冲的前沿时间小于 10 s。(4)触发脉冲要有足够的宽度。一般要求大于触发脉冲要有足够的宽度。一般要求大于 20 s。(5)控制角的范围接近或大于控制角的范围接近或大于 150

27、。(6)触发电路必须与主电路同步。触发电路必须与主电路同步。一、单结管的结构及特性一、单结管的结构及特性N 型硅片型硅片P 区区PN 结结eb1b2单结晶体管单结晶体管又称为又称为双基极晶双基极晶体管。体管。(a)结构结构(b)符号符号等效电路等效电路图图 10.9.10单结管的结构及符号单结管的结构及符号特性：特性：+-UA+-UD+-UEB1+-UBBBBBBb2b1b1AUUrrrU +b2b1b1rrr+分压比分压比OUEB1IEAPVBIPUP截止区截止区负阻区负阻区饱和区饱和区峰点峰点UP：峰点电压：峰点电压IP：峰点电流：峰点电流谷点谷点UV：谷点电压：谷点电压IV：谷点电流：谷

28、点电流图图 10.9.11(a)图图 10.9.11(b)双极型三极管、MOS 场效应管和可控硅开关电路等。2三端集成稳压器的主要参数性能(3)触发脉冲的前沿时间小于 10 s。1开关型稳压电路示意图对触发电路的要求：晶闸管由导通变为阻断的条件是减小阳极电流 IA。1开关型稳压电路示意图5扩大三端集成稳压器的输出电流RL 不变，UI 升高1电路组成和工作原理适用于负载电流较小的场合。当 ut uA 时，uB=-UOPP，调整管截止，iE=0，电感释放能量，产生的电流流过负载和二极管。正向阻断特性：当 IG=0，而阳极电压不超过一定值时，管子处于阻断状态。5扩大三端集成稳压器的输出电流适用于负载电流比较大的场合。晶闸管承受的最大反向电压：晶闸管由导通变为阻断的条件是减小阳极电流 IA。ID（AV）/IO（AV）额定通态平均电流 IT负载电流超过某一值后，VT2 导通，限制 VT1 中的电流，保护调整管。二、单结管的脉冲发生电路二、单结管的脉冲发生电路图图 10.9.12单结管的脉冲发生电路单结管的脉冲发生电路