西安交通大学 赵进全 模拟电子技术基础 第10-11章ppt课件VIP

10.1概述,直流稳压电源的组成方框图,波形图,10直流稳压电源,波形图,10.2单相整流及电容滤波电路,10.2.1单相桥式整流电路,1.电路组成,2.工作原理,输入电压,输出电压,输出电流,输入电压,二极管D1、D3电流,二极管D1、D3电压,3.主要性能指标,(1)整流输出直流电压,因为输出电压,输出直流电压,(2)输出电压纹波因数,定义,式中,Uor输出电压中各次谐波电压有效值的总和,UO输出电压的平均值,对于全波整流电路,由于,故,(3)整流二极管的正向平均电流,(4)整流二极管的最高反向电压,10.2.2电容滤波电路,(1)当C=0时,1.工作原理,2,3,4,u2,t,O,输入电压,输出电压波形,桥式整流电路,输出电压,输出电压波形,由于电容器的充电时间常数,(2)当C0、RL=时,2,3,4,u2,t,O,输入电压,(3)当C0、RL时,电容器的充电时间常数,输出电压,2,3,4,u2,t,O,输入电压,ro,uO=uCu2,输出电压,2,3,4,u2,t,O,输入电压,ro,当C充电到最高点时,C将通过RL开始放电,二极管D1、D3将截止,电容器的放电时间常数,由于2较大，放电比较缓慢,2,3,4,u2,t,O,输出电压,O,2,3,4,t,ro,当|u2|uC时,C又开始充电，直到最大值。,二极管D2、D4导通,2,3,4,u2,t,O,ro,输出电压,O,2,3,4,t,t,输出电压波形,2,3,4,u2,t,O,输入电压,ro,C放电,C充电,D截止,D导通,2电容滤波电路的外特性及主要参数估计,(1)电容滤波电路的外特性,C=0,C小,C大,a.当iO一定时，C越小，UO(AV)越小，纹波越大。,b.当C一定时，iO越大,UO(AV)越小。,外特性特点,电容滤波电路适用于负载电流比较小或负载基本不变的场合。,结论：外特性差,(3)输出电流平均值,(2)输出电压平均值,一般取,(4)整流二极管的平均电流,(b)二极管导通时，有冲击电流,(a)比无滤波电容时的平均电流大,二极管电流的特点,流过二极管电流波形,电压波形,放电时间常数越大，越小，冲击电流越大。,(c)冲击电流与二极管的导通角()有关,(5)整流二极管的最高反向电压,3型滤波电路,LC型滤波电路,RC型滤波电路,在图示电烙铁供电电路中，试分析以下几种情况各属于什么供电电路？输出电压多高？哪种情况下电烙铁温度最低？为什么？,(1)S1、S2均闭合;(2)S1、S2均分断;(3)S1闭合、S2分断;(4)S1分断、S2闭合。,思考题,10.3.1稳压电路的功能和性能指标,1稳压电路的功能,稳定输出直流电压,2稳压电路的主要性能指标,(1)稳压系数,10.3串联反馈型线性稳压电路,(2)电压调整率,(3)输出电阻,(4)电流调整率,(5)输出电压的温度系数,稳压电路输出端的交流分量（通常为100Hz）的有效值或幅值。,(6)纹波电压,(7)纹波电压抑制比,输入、输出电压中的纹波电压之比,10.3.2串联反馈型线性稳压电路的工作原理,1电路组成,基准环节,比较放大环节,调整环节,取样环节,2稳压原理,3输出电压,4调整管参数选取原则,(1)ICMIOmax,(2)PCM,5限流保护电路,(2)当Io增大,T2导通。IB1减小，限制了Io的增大。,(1)当IO较小时，URIZmax，稳压管首先可能被烧坏。,(4)如R=0,则,例2试求图示电路的输出电压UO的可调范围。,解由题意知，运算放大器处于线性状态，根据“虚短”的概念，由图可得,故,当时,当时,故UO的可调范围为812V。,(0),例3运算放大器组成的稳压电路如图所示。图中输入直流电压UI=30V，调整管T的=25，运算放大器的开环增益为100dB、输出电阻为100W，输入电阻为2MW，稳压管的稳定电压UZ=5.4V，稳压电路的输出电压近似等于9V。在稳压电路工作正常的情况下，试问：,(1)调整管T的功耗PT和运算放大器的输出电流等于多少？,(2)从电压串联负反馈电路详细分析计算的角度看，该稳压电路的输出电压能否真正等于9V?如不能，输出电压的精确值等于多少？,(3)在调整管的集电极和基极之间加一只5.1kW的电阻R4（如图中虚线所示），再求运算放大器的输出电流；(4)说明引入电阻R4的优点。,解(1)调整管功耗,运算放大器的输出电流IAO即为调整管的基极电流IB,(2)由于电路中运放的电压放大倍数是有限值，所以UO只能近似等于9V。,已知运放的开环增益A=105,电路的反馈系数,按负反馈电路增益计算方法可得闭环增益,故,(c)增加电阻R4后，流过R4的电流I4为,运放的输出电流为,(d)R4接入后减小了运放A的输出电流，从而降低运放的功率损耗。但是运放A对调整管的基极电流的控制作用则有所削弱。,11在系统可编程模拟器件原理及其应用,11.1概述,在系统可编程（InSystemProgrammability），是指可编程器件在不脱离所在应用系统的情况下，能够通过计算机对其编程，而不需要专用的编程器。,11.2在系统可编程模拟器件的结构及原理,1ispPAC10的结构和原理,11.2.1ispPAC10的结构和原理,(a)引脚图(b)结构框图,(1)OTA电压放大器,2跨导运放（OTA）的基本应用电路,实现电压电流转换,构成一个等效电阻R，实现电流电压变换,ispPAC10内部电路示意图,(2)OTA相加、相减电路,a.相加电路,b.相减电路,信号从反相端输入,(3)OTA积分电路,积分电容,积分电阻,R=1/gm2,无耗积分器,由图可得,电路构成了有耗积分器（一阶低通滤波器）,3.ispPAC10基本单元（PAC模块）的工作原理,差分输入仪表放大器,输出相加放大器,差分输入差分输出的OTA电路,图中,电路将差模输入电压转换为差模输入电流,ispPAC10的PAC模块输出级,PAC模块的有耗积分器等效电路,PAC模块的理想积分器等效电路,(a)引脚图(b)结构框图,11.2.2ispPAC20的结构和原理,ispPAC20内部电路示意图,ispPAC20与ispPAC10的区别:,1.PAC模块,(1)多路输入控制,(2)极性控制,2.比较器CP1和CP2,ispPAC20PAC的比较器的特性及其输入电压信号的来源可通过编程来改变。,3.8位D/A转换器,ispPAC20PAC中的DAC是一个8位数字量输入、电压输出的数/模转换器。,数字接口方式：8位并行方式；串行JTAG寻址方式；串行SPI寻址方式。,DAC的输出：以差分形式输出。,11.3.1放大电路设计,1信号耦合方式,11.3在系统可编程模拟器件的应用电路,(1)简单的直接耦合,(2)外接偏置电路的直接耦合,(3)阻容耦合,VREFout缓冲电路,2增益设置方法,(1)整数倍增益的设置方法,(2)分数倍增益的设置方法,(3)整数比增益的设置方法,1用三运放实现双二阶滤波器,11.3.2滤波电路设计,双二阶函数的一般表达式为,二阶低通滤波器的传递函数,为了利用运算放大器组成的单元电路实现低通函数关系，对它进行必要的变换。,式中，b=k1k2。由上式可画出滤波器的方框图,由传递函数得三运放组成的双二阶滤波器,2用ispPAC器件实现双二阶滤波器,PAC模块1输出电压与其两个输入电压的关系,PAC模块2输出电压与其输入电压的关系,当输出信号从PAC模块2的输出端传送出去时，该电路是一个二阶低通滤波器。,当输出信号从PAC模块1的输出端传送出去时，该电路是一个二阶带通滤波器。,两路直流信号调理电路,11.3.3数据采集系统中的信号调理电路设计,1多路信号的选择,2放大及滤波,3自动调整ADC参考电压的大小,4自动控制ADC输入信号的极性,工作原理,11.4PACDesigner软件开发实例,11.4.1.设计步骤,1设计输入,(1)选择器件,在PACDesigner软件主窗口中按FileNew菜单,(2)添加连线,(3)编辑元件,添加连线时，只要双击某一节点，就会弹出连线信息对话框，根据设计要求连线即可。,编辑元件就是根据设计要求设置放大电路的增益、选择电容元件的数值以及确定反馈电阻是否连通等。只要双击所要编辑的元件，就会弹出相应的对话框，根据需要选择即可。,2设计仿真,(1)设置仿真参数,在PACDesigner软件主窗口中按OperationsSimulator菜单,在该对话框中确定仿真频率的起始值和终止值、仿真点数、输入节点和输出节点。,(2)执行仿真操作,完成参数设置后，按ToolsRunSimulator菜单进行仿真。,3器件编程,通过编程电缆给器件下载，执行ToolsDownload菜单即可。执行ToolsVerify菜单可验证ispPAC中已编程的内容是否与原理图所示一致。