模拟电子线路-清华大学

第八章波形的发生和信号的转换§8.1正弦波振荡电路§8.2电压比较器§8.3非正弦波发生电路§8.4信号的转换§8.1

正弦波振荡电路一、正弦波振荡的条件和电路的组成二、RC正弦波振荡电路三、LC正弦波振荡电路四、石英晶体正弦波振荡电路一、正弦波振荡的条件和电路的组成1.正弦波振荡的条件无外加信号，输出一定频率一定幅值的信号。与负反馈放大电路振荡的不同之处：在正弦波振荡电路中引入的是正反馈，且振荡频率可控。在电扰动下，对于某一特定频率f0的信号形成正反馈：

由于半导体器件的非线性特性及供电电源的限制，最终达到动态平衡，稳定在一定的幅值。。1.正弦波振荡的条件

一旦产生稳定的振荡，则电路的输出量自维持，即幅值平衡条件相位平衡条件起振条件：

要产生正弦波振荡，必须有满足相位条件的f0，且在合闸通电时对于f=f0信号有从小到大直至稳幅的过程，即满足起振条件。2.起振与稳幅：输出电压从幅值很小、含有丰富频率，到仅有一种频率且幅值由小逐渐增大直至稳幅。很多种频率频率逐渐变为单一振幅越来越大趋于稳幅2.起振与稳幅电路如何从起振到稳幅？稳定的振幅非线性环节的必要性！3.基本组成部分1)放大电路：放大作用2)正反馈网络：满足相位条件3)选频网络：确定f0，保证电路产生正弦波振荡4)非线性环节（稳幅环节）：稳幅1)是否存在主要组成部分；2)放大电路能否正常工作，即是否有合适的Q点，信号是否可能正常传递，没有被短路或断路；3)是否满足相位条件，即是否存在f0，是否可能振荡

；4)是否满足幅值条件，即是否一定振荡。常合二为一4、分析方法相位条件件的判断断方法：瞬时极性性法断开反馈馈，在断断开处给给放大电电路加f＝f0的信号Ui，且规定其其极性，，然后根根据Ui的极性→→Uo的极性→→Uf的极性若Uf与Ui极性相同同，则电电路可能能产生自自激振荡荡；否则则电路不不可能产产生自激激振荡。。在多数正正弦波振振荡电路路中，输输出量、、净输入入量和反反馈量均均为电压压量。极性？5.分类常用选频频网络所所用元件件分类。。1)RC正弦波振振荡电路路：1兆赫以下2)LC正弦波振振荡电路路：几百百千赫～几百兆赫3)石英晶体体正弦波波振荡电电路：振振荡频率率稳定二、RC正弦波振振荡电路路1.RC串并联选选频网络络低频段高频段在频率从从0～∞中必必有一个个频率f0，φF＝0º。RC串并联选选频网络络的频率率响应当f=f0时，不但φ=0，且最大，为1/3。1)是否可用用共射放放大电路路？2)是否可用用共集放放大电路路？3)是否可用用共基放放大电路路？4)是否可用用两级共共射放大大电路？？2.电路组成成应为RC串并联网网路配一一个电压压放大倍倍数略大大于3、输入电电阻趋于于无穷大大、输出出电阻趋趋于0的放大电电路。不符合相相位条件件不符合幅幅值条件件输入电阻阻小、输输出电阻阻大，影影响f0可引入电电压串联联负反馈馈，使电电压放大大倍数大大于3，且Ri大、Ro小，对f0影响小3.RC桥式正弦弦波振荡荡电路（（文氏桥桥振荡器器）用同相比比例运算算电路作作放大电电路。因同相比比例运算算电路有有非常好好的线性性度，故故R或Rf用热敏电电阻，或或加二极极管作为为非线性性环节。。文氏桥振荡荡器的特点点？以RC串并联网络络为选频网网络和正反反馈网络、、并引入电电压串联负负反馈，两两个网络构构成桥路，，一对顶点点作为输出出电压，一一对顶点作作为放大电电路的净输输入电压，，就构成文文氏桥振荡荡器。频率可调的的文氏桥振振荡器改变电容以以粗调，改改变电位器器滑动端以以微调。加稳压管可可以限制输输出电压的的峰-峰值。同轴电位器讨论一：合理连接电电路，组成成文氏桥振振荡电路讨论二：判断图示电电路有可能能产生正弦弦波振荡吗吗？RC移项式电路路RC双T选频网络选频网络和和正反馈网网络是两个个网络。1)RC移相电路有有几级才可可能产生正正弦波振荡荡？2)若R和C互换呢？正反馈网络选频网络三、LC正弦波振荡荡电路1.LC并联网络的选频频特性理想LC并联网络在在谐振时呈呈纯阻性，，且阻抗无无穷大。谐振频率为在损耗较小小时，品质质因数及谐谐振频率损耗在f＝f0时，电容和和电感中电电流各约为为多少？网网络的电阻阻为多少？？构成正弦波波振荡电路路最简单的的做法是通通过变压器器引入反馈馈。附加相移LC选频放大电电路→正弦波振荡荡电路当f=f0时，电压放放大倍数的的数值最大大，且附加加相移为0。共射电路φA=-π2.变压器反馈馈式电路C1是必要的吗吗？特点：易振，波形形较好；耦耦合不紧密密，损耗大大，频率稳稳定性不高高。分析电路是是否可能产产生正弦波波振荡的步步骤：1)是否存在四四个组成部部分2)放大电路是是否能正常常工作3)是否满足相相位条件4)是否可能满满足幅值条条件为使N1、N2耦合紧密，，将它们合合二为一，，组成电感感反馈式电电路。必须有合适适的同铭端端！为什么用分分立元件放放大电路如何组成？？3.电感反馈式式电路反馈电压取取自哪个线线圈？反馈电压的的极性？必要吗？电感的三个个抽头分别别接晶体管管的三个极极，故称之之为电感三三点式电路路。电路特点？？3.电感反馈式式电路特点：耦合合紧密，易易振，振幅幅大，C用可调电容容可获得较较宽范围的的振荡频率率。波形较较差，常含含有高次谐谐波。由于电感感对高频频信号呈呈现较大大的电抗抗，故波波形中含含高次谐谐波，为为使振荡荡波形好好，采用用电容反反馈式电电路。4.电容反馈馈式（电电容三点点式）电电路若要振荡荡频率高高，则L、C1、C2的取值就就要小。。当电容减小到一一定程度度时，晶体管管的极间间电容将将并联在在C1和C2上，影响响振荡频频率。特点：波形好，，振荡频频率调整整范围小小，适于于频率固固定的场场合。与放大电电路参数数无关作用？四、石英英晶体正正弦波振振荡电路路SiO2结晶体按按一定方方向切割割的晶片片。压电效应应和压电电振荡：：机械变变形和电电场的关关系固有频率率只决定定于其几几何尺寸寸，故非非常稳定定。容性感性阻性一般LC选频网络络的Q为几百，，石英晶晶体的Q可达104～106；前者Δf/f为10－5，后者可可达10－10～10－11。1.石英晶体体的特点点2.电路①石英晶体体工作在在哪个区区？②是哪哪种典型型的正弦弦波振荡荡电路？？①石英晶体体工作在在哪个区区？②两级级放大电电路分别别为哪种种基本接接法？③C1的作用？？（1）并联型型电路（2）串联型型电路讨论三：改错，，使电路路有可能能产生正正弦波振振荡同名端对对吗？放大电路路能放大大吗？各各电容的的作用？？清华大学学华成成英hchya@讨论四同铭端？？能产生正弦波振荡吗？“判振”时时的注意意事项：：1.放大电路路必须能能够正常常工作，，放大电电路的基基本接法法；2.断开反馈馈，在断断开处加加f=f0的输入电电压；3.找出在哪哪个元件件上获得得反馈电电压，是是否能取取代输入入电压。。三个电路路有什么么相同之之处？这这样的电电路形式式有什么么好处？？§8.2电压比较较器一、概述述二、单限限比较器器三、滞回回比较器器四、窗口口比较器器五、集成成电压比比较器一、概述述1.电压比较较器的功功能：比较电电压的大大小。输入电压压是模拟拟信号；；输出电电压表示示比较的的结果，，只有高高电平和和低电平平两种情情况，为为二值信信号。使使输出产产生跃变变的输入入电压称称为阈值值电压。。广泛用于于各种报报警电路路。2.电压比较较器的描描述方法法:电压传输输特性uO＝f(uI)电压传输输特性的的三个要要素：（1）输出高高电平UOH和输出低低电平UOL（2）阈值电电压UT（3）输入电电压过阈阈值电压压时输出出电压跃跃变的方方向3.几种常用用的电压压比较器器（1）单限比比较器：：只有一一个阈值值电压（3）窗口比比较器：：有两个阈阈值电压压，输入入电压单单调变化化时输出出电压跃跃变两次次。（2）滞回比比较器：：具有滞滞回特性性输入电压压的变化化方向不不同，阈阈值电压压也不同同，但输输入电压压单调变变化使输输出电压压只跃变变一次。。回差电压：4、集成运运放的非非线性工工作区电路特征征：集成成运放处处于开环环或仅引引入正反反馈理想运放放工作在在非线性性区的特特点：1)净输入电电流为02)uP>uN时，uO＝＋UOMuP<uN时，uO＝－UOM无源网络络5、教学基基本要求求1)电路的识识别及选选用；2)电压传输输特性的的分析。。二、单限限比较器器（1）UT＝0（2）UOH＝＋UOM，UOL＝－UOM（3）uI>0时uO＝－UOM;uI<0时uO＝＋UOM集成运放放的净输输入电压压等于输输入电压压，为保保护集成成运放的的输入级级，需加加输入端端限幅电电路。二极管限限幅电路路使净输输入电压压最大值值为±UD1.过零比较较器必要吗？？输出限幅幅电路为适应负负载对电电压幅值值的要求求，输出出端加限限幅电路路。UOH＝＋UZ1＋UD2UOL＝－(UZ2＋UD1)UOH＝－UOL＝UZUOH＝UZUOL＝－UD不可缺少少！为使UOL接近0，怎么办办？锗管输出限幅幅电路uO＝±UZ（1）保护输输入端（2）加速集集成运放放状态的的转换电压比较较器的分分析方法法：（1）写出uP、uN的表达式式，令uP＝uN，求解出的的uI即为UT；（2）根据输出出端限幅幅电路决决定输出出的高、、低电平平；（3）根根据输入入电压作作用于同同相输入入端还是是反相输输入端决决定输出电压压的跃变方方向。2.一般单限限比较器器（1）若要UT<0，则应如何何修改电电路？（2）若若要改变变曲线跃跃变方向向，则应应如何修改电电路？（3）若若要改变变UOL、UOH呢？作用于反反相输入入端三、滞回回比较器器1.阈值电压压2.工作原理理及电压压传输特特性设uI＜－UT，则uN＜uP，uO＝+UZ。此时uP＝+UT，增大uI，直至+UT，再增大大，uO才从+UZ跃变为－－UZ。设uI＞+UT，则uN＞uP，uO＝－UZ。此时uP＝－UT，减小uI，直至－－UT，再减小小，uO才从－UZ跃变为+UZ。1.若要电压压传输特特性曲线线左右移移动，则则应如何何修改电电路？讨论一：如何改变变滞回比比较器的的电压传传输特性性2.若要电压压传输特特性曲线线上下移移动，则则应如何何修改电电路？3.若要改变变输入电电压过阈阈值值电压时时输出电电压的跃跃变变方向，，则应如如何修改改电电路？改变输出出限幅电电路向左右移移多少？？四、窗口口比较器器当uI>URH时，uO1=－uO2=UOM，D1导通，D2截止；uO=UZ。当uI<URL时，uO2=－uO1=UOM，D2导通，D1截止；uO=UZ。当URL<uI<URH时，uO1=uO2=－UOM，D1、D2均截止；；uO=0。特点：1.无需限幅幅电路，，根据所所需输出出高、低低电平确确定电源源电压；；2.可直接驱驱动集成成数字电电路；3.应用灵活活，可具具有选通通端；五、集成成比较器器某型号集集成比较较器的等等效电路路4.响应速度度快；5.电源电压压升高，，工作电电流增大大，工作作速度加加快。讨论二：电路的识识别及电电压传输输特性的的求解已知某型型号集成成电压比比较器内内部等效效电路如如图（a）所示，，试判断各电电路属于于哪种类类型电压压比较器器，标出2、3的极性，，并求解解图（b）～（e）各电路路的电压压传输特特性。若要有选选通端，，则应如如何修改改？uC讨论三：从电压传传输特性性识别电电路，画画波形已知各电电压比较较器的电电压传输输特性如如图所示示，说出出它们各各为哪种种电压比比较器；；输入电电压为5sinωt(V)，画出各各电路输输出电压压的波形形。你能分别别组成具具有图示示电压传传输特性性的电压压比较器器电路吗吗？同相输入入单限比较较器反相输入入滞回比较较器窗口比较器清华大学学华成成英hchya@讨论四：带有二极极管电路路的分析析方法首先应判判断二极极管的工工作状态态，它们们决定于于集成运运放的输输出电压压是高电电平还是是低电平平。UT=？UOL=？UOH=？讨论五：：电子电路路时测量量信号的的选择现有信号号：①通频频带内某某一频率率的交流流小信号号；②频率率很低（（如10Hz）且幅值值足够大大的三角角波或锯锯齿波；；③固定定的小幅幅值且足足够频率率范围的的交流小小信号；；④足够够幅值的的阶跃信信号。请在括号号内填写写上述信信号①、、②、③③、④中中的一种种。（1）测量集集成运放放的转换换速率SR，应用；（2）测量放放大电路路的电压压放大倍倍数，应应用；（3）测量放放大电路路的输入入电阻和和输出电电阻，应应用；（4）测量放放大电路路的通频频带，应应用；（5）放大电电路的电电压传输输特性，，应用。讨论六：：利用Multisim分析电压压传输特特性§8.3非正弦波波发生电电路一、常见见的非正正弦波二、矩形形波发生生电路三、三角角波发生生电路四、锯齿齿波发生生电路五、波形形变换电电路一、常见见的非正正弦波矩形波三角波锯齿波尖顶波阶梯波矩形波是是基础波波形，可可通过波波形变换换得到其其它波形形。通过什么么电路可可将矩形形波变为为其它几几种波形形？二、矩形形波发生生电路输出无稳态，有两个暂暂态；若输出出为高电电平时定定义为第第一暂态态，则输输出为低低电平为为第二暂暂态。1.基本组成成部分（1）开关电电路：因为输输出只有有高电平平和低电电平两种种情况，，即两个个暂态；；故采用用电压比比较器。。（2）反馈网网络：因需自自控，在在输出为为某一暂暂态时孕孕育翻转转成另一一暂态的的条件，，故应引引入反馈馈。（3）延迟环环节：要使两两个暂态态均维持持一定的的时间，，故采用用RC环节实现，从而决决定振荡荡频率。2.电路组成成正向充电电：uO（+UZ）→R→C→地反向充电电：地→C→R→uO（－UZ）RC回路滞回比较较器3.工作原理理：分析方法法方法一：：设电路已已振荡，，且在某某一暂态态，看是是否能自自动翻转转为另一一暂态，，并能再再回到原原暂态。。方法二：：电路合闸闸通电，，分析电电路是否否有两个个暂态，，而无稳稳态。设合闸通通电时电电容上电电压为0，uO上升，则则产生正正反馈过过程：uO↑→uP↑→uO↑↑，直至uO＝UZ，uP＝+UT，为第一暂态态。3.工作原理理：电容正向向充电，，t↑→uN↑，t→∞，uN→UZ；但当uN＝+UT时，再增增大，uO从+UZ跃变为－UZ，uP＝－UT，电路进入入第二暂态态。电容反向向充电，，t↑→uN↓，t→∞，uN→－UZ；但当uN＝－UT时，再减减小，uO从－UZ跃变为+UZ，uP＝+UT，电路返回第一一暂态。第一暂态态：uO＝UZ，uP＝+UT。脉冲宽度度4.波形分析析5.占空比可可调电路路为了占空空比调节节范围大大，R3应如何取取值？正向充电和反反向充电时间间常数可调，，占空比就可可调。三、三角波发发生电路1.电路组成用积分运算电电路可将方波波变为三角波波。两个RC环节实际电路将两两个RC环节合二为一一为什么采用同同相输入的滞滞回比较器？？uO要取代uC，必须改变输输入端。集成运放应用用电路的分析析方法：化整为零（分分块），分析析功能（每块块），统观整整体，性能估估算2.工作原理滞回比较器积分运算电路路求滞回比较器器的电压传输输特性：三要要素UOH=－UOL=UZ，uI作用于集成运运放的同相输输入端，求UT：合闸通电，通通常C上电压为0。设uO1↑→uP1↑→uO1↑↑，直至uO1＝UZ（第一暂态）；积分电路路反向积分，，t↑→uO↓，一旦uO过－UT，uO1从＋UZ跃变为－UZ（第二暂态）。积分电路正向向积分，t↑→uO↑，一旦uO过＋UT，uO1从－UZ跃变为＋UZ，返回第一暂态态。重复上述过过程，产生周周期性的变化化，即振荡。。电路状态翻转转时，uP1=?三角波发生电电路的振荡原原理3.波形分析如何调整三角角波的幅值和和频率？怎样修改可获获得锯齿波？？“理性地调试””：哪些参数数与幅值有关关？哪些参数数与频率有关关？先调哪个个参数？T/2四、锯齿波发发生电路1.R3应大些？小些些？2.RW的滑动端在最最上端和最下下端时的波形形？≈T3.R3短路时的波形形？若由输入电压压确定，则将将电压转换为为频率五、波形变换换电路1.利用基本电路路实现波形变变换正弦波变方波波、变矩形波波、变二倍频频，方波变三三角波，三角波变方波波，固定频率率的三角波变变正弦波如何得到？利用电子开关关改变比例系系数2.三角波变锯齿齿波：二倍频三角波用傅立立叶级数展开开，除基波外外，还含有3次、5次……谐波。3.三角波变正弦弦波若输入信号的的频率变化不不大，则可用用滤波法实现现。范围是什么？？若输入信号的的频率变化较较大，则可用用折线法实现现。讨论一已知uO1和uO2的峰-峰值均为10V，二极管为理理想二极管。。1.求出稳压管的的稳压值UZ和R4的阻值；2.定性画出uO1、uO2的波形图；3.求解q的表达式。讨论二：设计实现将峰值为1V、频率为100Hz的正弦波输入入电压变换为为峰值为5V、频率为200Hz锯齿波电压的的电路。§8.3信号的转换一、概述二、u-i转换电路三、精密整流流电路四、u-f转换电路一、概述信号的发送：：调幅、调频频、调相信号的接收：：解调信号对负载的的驱动：i-u，u-i信号的预处理理：AC-DC（整流、检波波、滤波）DC-AC（斩波）信号的接口：：A-D（如u-f），D-A二、u-i转换电路若信号源不能能输出电流，，则选电路一一；若信号源源能够输出一一定的电流，，则可选电路路二。若负载需接地地，则上述两两电路均不符符合要求。电路一电路二引入了电流串串联负反馈引入了电流并并联负反馈豪兰德电流源源电路电路既引入了了负反馈，又又引入了正反反馈。Ro=∞!如何求解输出出电阻？参阅6.7.1节理想运放情况下：为什么一般的的整流电路不不能作为精密密的信号处理理电路？三、精密整流流电路若uImax<Uon，则在uI的整个周期中中uO始终为零；若若uImax>Uon，则uO仅在大于Uon近似为uI，失真。精密整流电路路是信号处理理电路，不是是电源中AC-DC的能量转换电电路；实现微微小信号的整整流。设R＝Rf对于将二极管管和晶体管作作电子开关的的集成运放应应用电路，在在分析电路时时，首先应判判断管子相当当于开关闭合合还是断开，，它们的状态态往往决定于于输入信号或或输出信号的的极性。精密整流电路路的组成半波整流，若若加uI的负半周，则则实现全波整整流为什么是精密整流？全波精密整流流电路二倍频三角波波绝对值运算电电路四、u-f转换电路（压控振荡器）1.电荷平衡式压压控振荡器电路的组成：：由锯齿波发发生电路演变变而来。≈T电位器滑动端在最上端时：若T2决定于外加电电压，则电路路的振荡频率率就几乎仅仅仅受控于外加加电压，实现现了u→f的转换。1.电荷平衡式压压控振荡器R1>>R5单位时间内脉脉冲个数表示示电压的数值值，故实现A/D转换若uI>0，则电路作何何改动？2.复位式压控振振荡器清华大学华华成英hchya@1.晶体管什么情情况下导通？？什么情况下下截止？2.晶体管饱和导导通和截止uO1和uI的运算关系？？3.uI的极性？4.uO1、uO2的波形？5.uI与振荡频率的的关系？讨论：已知三极管饱饱和压降为0。第九章功率率放大电路第九章功率率放大电路§9.1概述§9.2互补输出级的的分析计算§9.1概述一、功率放大大电路研究的的问题二、对功率放放大电路的要要求三、晶体管的的工作方式四、功率放大大电路的种类类

1.性能指标：输出功率和效率。若已知Uom，则可得Pom。最大输出功率率与电源损耗耗的平均功率率之比为效率率。2.分析方法：因大信号作作用，故应采采用图解法。。3.晶体管的选用用：根据极限参参数选择晶体体管。在功放中，晶晶体管集电极极或发射极电电流的最大值值接近最大集集电极电流ICM，管压降的最最大值接近c-e反向击穿电压压U(BR)CEO，集电极消消耗功率的最最大值接近集集电极最大耗耗散功率PCM。称为工作在在尽限状态。。一、功率放大大电路研究的的问题二、对功率放放大电路的要要求1.输出功率尽可可能大:即在电源电压压一定的情况况下，最大不不失真输出电电压最大。2.效率尽可能高高:即电路损耗的的直流功率尽尽可能小，静静态时功放管管的集电极电电流近似为0。三、晶体管的的工作方式1.甲类方式：晶体管在信信号的整个周周期内均处于于导通状态2.乙类方式：晶体管仅在在信号的半个个周期处于导导通状态3.甲乙类方式：晶体管在信信号的多半个个周期处于导导通状态1.变压器耦合功功率放大电路路①输入信号增大大，输出功率率如何变化？？②输入信号号增大，管子子的平均电流流如何变化？？③输入信号号增大，电源源提供的功率率如何变化？？效率如何变变化？四、功率放大大电路的种类类做功放适合吗吗？单管甲类电路路为什么管压降降会大于电源源电压？乙类推挽电路路信号的正半周周T1导通、T2截止；负半周周T2导通、T1截止。两只管子交替替工作，称为为“推挽””。设β为常量，则负负载上可获得得正弦波。输输入信号越大大，电源提供供的功率也越越大。2.OTL电路输入电压的正正半周：＋VCC→T1→C→RL→地C充电。输入电压的负负半周：C的“＋”→→T2→地→RL→C“－”C放电。C足够大，才能能认为其对交交流信号相当当于短路。OTL电路低频特性性差。因变压器耦合合功放笨重、、自身损耗大大，故选用OTL电路。3.OCL电路输入电压的正正半周：＋VCC→T1→RL→地输入电压的负负半周：地→RL→T2→－VCC两只管子交替替导通，两路路电源交替供供电，双向跟跟随。静态时，UEQ＝UBQ＝0。4.BTL电路输入电压的正正半周：＋VCC→T1→RL→T4→地输入电压的负负半周：＋VCC→T2→RL→T3→地①是双端输入、、双端输出形形式，输入信信号、负载电电阻均无接地地点。②管子多，损损耗大，使效效率低。几种电路的比较变压器耦合乙乙类推挽：单电源供电，，笨重，效率低低，低频特性性差。OTL电路：单电源供电，，低频特性差。。OCL电路：双电源供电，，效率高，低频频特性好。BTL电路：单电源供电，，低频特性好；；双端输入双双端输出。§9.2互补输出级的的分析计算一、输出功率率二、效率三、晶体管的的极限参数然后求出电源的平均功率，效率在已知RL的情况下，先求出Uom，则求解输出功率率和效率的方方法一、输出功率率数值较大不可忽略大功率管的UCES常为2~3V。二、效率电源电流3.晶体管的极限限参数PT对UOM求导，并令其其为0，可得得在输出功率最最大时，因管管压降最小，，故管子损耗耗不大；输出出功率最小时时，因集电极极电流最小，，故管子损耗耗也不大。管子功耗与输输出电压峰值值的关系为管压降发射极电流因此，选择晶晶体管时，其其极限参数将UOM代入PT的表达式，可可得讨论一3.最大输出功率率和效率的表表达式；1.指出图中放大大电路部分；；2.说明电路中是是否引入了级级间反馈，是是直流反馈还还是交流反馈馈，若为交流负反馈馈则说明其反反馈组态；4.说明如何估算算在输出最大大功率时输入入电压的有效效值；5.说明D1～D3和RW的作用，C1～C4的作用；6.说明哪些元件件构成过流保保护电路及其其原理。讨论二：图示各电路路属于哪种种功放？清华大学华华成英hchya@讨论三：出现下列故故障时，将将产生什么么现象?1.R2短路；2.R2断路；3.D1短路；4.D1断路；5.T1集电极开路路。T2、T5的极限参数数：PCM＝1.5W，ICM＝600mA，UBR（CEO）＝40V。故障分析的的问题，答答案具有多多样性，需需多方面思思考！功放的故障障问题，特特别需要考考虑故障的的产生是否否影响功放放管的安全全工作！第十章直直流电源§10.1直流电源的的组成§10.2单相整流电电路§10.4稳压管稳压压电路§10.5串联型稳压压电路§10.6开关型稳压压电路§10.3滤波电路§10.1直流电源的的组成直流电源的的组成及各各部分的作作用直流电源的的组成及各各部分的作作用改变电压值值通常为降降压交流变脉动动的直流减小脉动1)负载变化输输出电压基基本不变；；2)电网电压变变化输出电电压基本不不变。直流电源是是能量转换换电路，将将220V（或380V）50Hz的交流电转换换为直流电电。半波整流全波整流在分析电源源电路时要要特别考虑虑的两个问问题：允许许电网电压压波动±10％，且负载载有一定的的变化范围围。§10.2单相整流电电路一、对整流电路路要研究的的问题二、单相半半波整流电电路三、单相桥桥式整流电电路一、对整流电路路要研究的的问题1.电路的工作作原理：即二极管管工作状态态、电路波波形的分析析2.输出电压和和输出电流流平均值：即输出脉脉动直流电电压和电流流平均值的的求解方法法3.整流二极管管的选择：即二极管管承受的最最大整流平平均电流和和最高反向向工作电压压的分析为分析问题题简单起见见，设二极极管为理想想二极管，，变压器内内阻为0。整流二极管管的伏安特特性：实际特性理想化特性理想二极管管的正向导导通电压为为0，即正向电电阻为0；反向电流流为0，即反向电电阻为无穷穷大。二、单相半半波整流电电路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，承受受反向电压压，为u2；uO=0。2.UO（AV）和IL（AV）的估算已知变压器器副边电压压有效值为为U2考虑到电网网电压波动动范围为±10％，二极管管的极限参参数应满足足：（3）二极管的的选择三、单相桥桥式整流电电路u2的正半周A→D1→RL→D3→B，uO=u2u2的负半周B→D2→RL→D4→A，uO=-u2四只管子如如何接？集成的桥式式整流电路路称为整流流堆。1.工作原理若接反了呢呢？2.输出电压和和电流平均均值的估算算3.二极管的选选择考虑到电网网电压波动动范围为±10％，二极管管的极限参参数应满足足：与半波整流流电路对二二极管的要要求相同§10.3滤波电路一、电容滤滤波电路二、电感滤滤波电路三、倍压整整流电路一、电容滤波电路1.工作原理充电放电速度与正弦波下降速度相似按指数规律律下降滤波后，输输出电压平平均值增大大，脉动变变小。C越大，RL越大，τ越大，放电越慢，，曲线越平平滑，脉动动越小。考虑整流电电路的内阻阻2.二极管的导导通角导通角无滤波电容容时θ＝π。有滤波电容容时θ<π，且二极管管平均电流流增大，故故其峰值很很大！θ小到一定程程度，难于于选择二极极管！简单易行，，UO（AV）高，C足够大时交流分量较较小；不适适于大电流流负载。3.电容的选择择及UO（AV）的估算4.优缺点整流桥的简简化画法二、电感滤波电电路当回路电流流减小时，，感生电动动势的方向向阻止电流流的减小，，从而增大大二极管的的导通角。。电感对直流流分量的电电抗为线圈圈电阻，对对交流分量量的感抗为为ωL。适于大电流流负载！三、倍压整整流电路分析时的两两个要点：：设①负载载开路，②②电路进入入稳态。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讨论已知变压器器副边电压压有效值为为10V，电容足够够大，判断断下列情况况下输出电电压平均值值UO（AV）≈？1.正常工作；；2.C开路；3.RL开路；4.D1和C同时开路；；5.D1开路。§10.2稳压管稳压压电路一、稳压电电路的性能能指标二、稳压管管稳压电路路一、稳压电电路的性能能指标1.输出电压2.输出电流3.稳压系数表明电网电电压波动时时电路的稳稳压性能。。在负载电流流不变时，，输出电压压相对变化化量与输入入电压变化化量之比。。4.输出电阻表明负载电电流变化时时电路的稳稳压性能。。在电网电压压不变时，，负载变化化引起的输输出电压的的变化量与与输出电流流的变化量量之比。5.纹波电压测试出输出出电压的交交流分量。。二、稳压管管稳压电路路稳定电压UZ：稳压管的的击穿电压压稳定电流IZ：使稳压管管工作在稳稳压状态的的最小电流流最大耗散功功率PZM：允许的最最大功率，，PZM=IZMUZ动态电阻rz：工作在稳稳压状态时时，rz＝ΔU/ΔI1.稳压管的伏伏安特性和和主要参数数伏安特性符号等效电路2.稳压管稳压压电路的工工作原理3.稳压管稳压压电路的主主要指标（1）输出电压压UO＝UZ（2）输出电流IZmax－IZmin≤IZM－IZ（3）稳压系数（4）输出电阻阻简单易行，，稳压性能能好。适用用于输出电电压固定、、输出电流流变化范围围较小的场场合。4.特点5.稳压管稳压压电路的设设计（1）UI的选择UI＝（2～3）UZ（2）稳压管的选选择UZ＝UOIZM－IZ>ILmax－ILmin（3）限流电阻的的选择保保证稳压管管既稳压又又不损坏。。电网电压最最低且负载载电流最大大时，稳压压管的电流流最小。电网电压最最高且负载载电流最小小时，稳压压管的电流流最大。为减小Sr,取值矛盾!若求得Rmin>Rmax，怎么办？？若求得R=200~300Ω，则该取接接近200Ω还是接近300Ω？为什么？？讨论：稳压管稳稳压电路的的设计依次选择稳稳压管、UI、R、C、U2、二极管1.输出电压、、负载电流流→稳压管管2.输出电压→→UI3.输出电压、、负载电流流、稳压管管电流、UI→R4.UI、R→滤波电路的的等效负载载电阻→C5.UI→U26.U2、R中电流→整流二极管管已知输出电电压为6V，负载电流流为0～30mA。试求图示电路的的参数。§10.3串联型稳压压电路一、基本调整管管稳压电路路二、具有放大环环节的串联联型稳压电电路三、集成稳稳压器（三三端稳压器器）为了使稳压压管稳压电电路输出大大电流，需需要加晶体体管放大。。稳压原理：：电路引入入电压负反馈馈，稳定输出出电压。一、基本调整管管稳压电路路不管什么原原因引起UO变化，都将将通过UCE的调节使UO稳定，故称称晶体管为为调整管。。若要提高电电路的稳压压性能，则则应加深电电路的负反反馈，即提提高放大电电路的放大大倍数。1.稳压原理：若由于某某种原因使使UO增大2.输出电压的的调节范围围同相比例运算电路则UO↑→UN↑→UB↓→UO↓二、具有放大环环节的串联联型稳压电电路3.串联型稳压压电路的基本组成成及其作用用调整管取样电阻调整管：是电路的的核心，UCE随UI和负载产生生变化以稳稳定UO。比较放大基准电压基准电压：是UO的参考电压压。取样电阻：对UO的取样，与与基准电压压共同决定定UO。比较放大：将UO的取取样样电电压压与与基基准准电电压压比比较较后后放放大大，，决决定定电电路路的的稳稳压压性性能能。。4.串联联型型稳稳压压电电源源中中调调整整管管的的选选择择IEmax＝IR1＋ILmax≈ILmax<ICMUCEmax＝UImax－UOmin<U(BR)CEOPTmax＝IEmaxUCEmax<PCM根据据极极限限参参数数ICM、U(BR)CEO、PCM选择择调调整整管管！！应考考虑虑电电网网电电压压的的波波动动和和负负载载电电流流的的变变化化！！讨论论一一：对于于基基本本串串联联型型稳稳压压电电源源的的讨讨论论3.若电电网网电电压压波波动动±±10％％，，UI为28V，UO为10V～20V；晶体体管管的的电电流流放放大大系系数数为为50，，PCM＝5W，ICM＝1A；集成成运运放放最最大大输输出出电电流流为为10mA，则最最大大负负载载电电流流约约为为多多少少？？1.若UO为10V～20V，R1＝R3＝1kΩΩ，则R3和UZ各为为多多少少？？2.若电电网网电电压压波波动动±±10％％，，UO为10V～20V，UCES＝3V，UI至少少选选取取多多少少伏伏？？0.9U2>UOmax+UCES应取取几几个个极极限限值值求求出出的的负负载载电电流流最最大大值值中中最最小小的的那那个个作作为为电电源源的的性性能能指指标标———最大大负负载载电电流流讨论论二二：关关于于实实用用串串联联型型稳稳压压电电源源的的讨讨论论1.标出出集集成成运运放放的的同同相相输输入入端端和和反反相相输输入入端端；；2.电路路由由哪哪些些部部分分组组成成？？3.UI＝21V，R1＝R2＝R3＝300ΩΩ，UZ＝6V，UCES＝3V，UO＝？？4.如何何选选取取R’和R？限流型过流保护电路输出出电电流流取取样样电电阻阻讨论论三三：关关于于实实用用串串联联型型稳稳压压电电源源的的讨讨论论5.取样电电阻阻的的取取值值应应大大些些还还是是小小些些，，为为什什么么？？它它们们有有上上限限值值吗吗？？6.若电电路路输输出出纹纹波波电电压压很很大大，，则则其其原原因因最最大大的的可可能能性性是是什什么么？？7.根据据图图中中过过流流保保护护电电路路的的原原理理组组成成一一种种限限流流型型过过流流保保护护电电路路。。其电电流流应应大大于于调调整整管管的的穿穿透透电电流流电路路可可能能产产生生了了自自激激振振荡荡三、、集集成成稳稳压压器器（三三端端稳稳压压器器））输出出电电压压：：5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V输出出电电流流：：1.5A（W7800）、、0.5A（W78M00）、、0.1A（W78L00）1.W7800系列列（1））简简介介（2）基基本本应应用用消除除高高频频噪噪声声使Co不通通过过稳稳压压器器放放电电抵销销长长线线电电感感效效应应，，消消除除自自激激振振荡荡将输输入入端端接接整整流流滤滤波波电电路路的的输输出出，，将将输输出出端端接接负负载载电电阻阻，，构构成成串串类类型型稳稳压压电电路路。。（3）输出出电电流流扩扩展展电电路路为使使负负载载电电流流大大于于三三端端稳稳压压器器的的输输出出电电流流，，可可采采用用射射极极输输出出器器进进行行电电流流放放大大。。很小小三端端稳稳压压器器的的输输出出电电压压若UBE=UD，则二极极管管的的作作用用：：消消除除UBE对UO的影影响响。。（4）输出出电电压压扩扩展展电电路路IW为几几mA，UO与三三端端稳稳压压器器参参数数有有关关。。隔离离作作用用基准准电电压压2.基准准电电压压源源三端端稳稳压压器器W117输出出电电压压UREF＝1.25V，调调整整端端电电流流只只有有几几微微安安。。减小小纹纹波波电电压压保护稳压器讨论论三三：W117的应应用用1.R1的上上限限值值为为多多少少？？2.UO可能能的的最最大大值值为为多多少少？？3.输出出电电压压最最小小值值为为多多少少？？4.UOmax＝30V，选取取R1、R2；5.已知知电电网网电电压压波波动动±±10％％，，输输出出电电压压最最大大值值为为30V，UI至少少取取多多少少伏伏？？决定定于于IOmin两种种情情况况：：1.已知知UI2.自己己选选取取UI决定定于于W117的输输出出输入入电电压压最最低低、、输输出出电电压压最最高高时时，，UImin－UOmax＞3V。根据据输输出出电电压压表表达达式式§10.4开关关型型稳稳压压电电路路一、、开关关型型稳稳压压电电路路的的特特点点和和基基本本原原理理二、、串联联开开关关型型稳稳压压电电路路三、、并联联开开关关型型稳稳压压电电路路一、、开关关型型稳稳压压电电源源的的特特点点及及基基本本原原理理线性性稳稳压压电电源源：结构构简简单单，，调调节节方方便便，，输输出出电电压压稳稳定定性性强强，，纹纹波波电电压压小小。。缺缺点点是是调调整整管管工工作作在在甲甲类类状状态态，，因因而而功功耗耗大大，，效效率率低低（（20％～～49％））；；需需加加散散热热器器，，因因而而设设备备体体积积大大，，笨笨重重，，成成本本高高。。若调调整整管管工工作作在在开开关关状状态态，，则则势势必必大大大大减减小小功功耗耗，，提提高高效效率率，，开开关关型型稳稳压压电电源源的的效效率率可可达达70％～～95％。。体体积积小小，，重重量量轻轻。。适适于于固固定定的的大大负负载载电电流流、、输输出出电电压压小小范范围围调调节节的的场场合合。。构成成开开关关型型稳稳压压电电源源的的基基本本思思路路:将交交流流电电经经变变压压器器、、整整流流滤滤波波得得到到直直流流电电压压↓控制制调调整整管管按按一一定定频频率率开开关关，，得得到到矩矩形形波波↓滤波波，，得得到到直直流流电电压压引入入负负反反馈馈，，控控制制占占空空比比，，使使输输出出电电压压稳稳定定。。AC→→DC→→AC→→DC二、、串联联开开关关型型稳稳压压电电路路T截截止止，，D导导通通，，uE≈－－UD；L释放放能能量量，，C放电电。。T、D均工工作作在在开开关关状状态态。。T饱饱和和导导通通，，D截截止止，，uE≈UI；L储能能，，C充电电。。uB＝UH时uB＝UL时1.电路路组组成成及及工工作作原原理理2.波形形分分析析及及输输出出电电压压平平均均值值关键键技技术术：：大大功功率率高高频频管管，，高高质质量量磁磁性性材材料料稳压压原原理理：：若若某某种种原原因因使使输输出出电电压压升升高高，，则则应应减减小小占占空空比比。。3.稳压压原原理理脉冲冲宽宽度度调调制制式式：：PWM电路路作作用用：：UO↑→→Ton↓→→δ↓→→UO↓其它它控控制制方方式式：：脉冲冲频频率率调调制制式式：：UO↑→→T↑（（脉脉宽宽不不变变））→→δ↓→→UO↓混合合调调制制式式：：UO↑→→T↑Ton↓→→δ↓→→UO↓在串串联联开开关关型型稳稳压压电电路路中中UO<UI，故为为降降压压型型电电路路。。三、、并联联开关关型型稳稳压压电电路路（（升升压压型型））T截止止，，L产生生感感生生电电动动势势，，D导通通；；UI与L所产产生生的的感感生生电电动动势势相相加加对对C充电电。T饱和和导导通通，，L储能能，，D截止止，C对负负载载放放电电。。uB＝UH时uB＝UL时要研研究究调调整整管管在在饱饱和和导导通通和和截截止止状状态态下下电电路路的的工工作作情情况况。。1.工作作原原理理2.输出出电电压压只有有L足够够大大，，才才能能升升压压；；只只有有C足够够大大，，输输出出电电压压交交流流分分量量才才足足够够小小!在周周期期不不变变的的情情况况下下，，uB占空空比比越越大大，，输输出出电电压压平平均均值值越越高高。。＋－＋－讨论论1.什么么样样的的电电子子设设备备适适于于用用开开关关型型稳稳压压电电源源作作能能源源？？2.在开开关关型型稳稳压压电电源源中中，，调调整整管管的的开开关关信信号号频频率率高高些些好好还还是是低低些些好好？？为为什什么么？？3.在开开关关型型稳稳压压电电源源中中是是否否可可不不用用电电源源变变压压器器而而直直接接进进行行整整流流？？为为什什么么？？4.如何何使使开开关关型型稳稳压压电电路路输输出出电电压压有有较较小小的的调调节节范范围围？？复习习与与考考试试一、、考考查查什什么么二、、复复习习什什么么三、、怎怎样样复复习习四、、复复习习举举例例：：集集成成运运放放应应用用电电路路一、、考考查查什什么么会看看：电电路路的的识识别别、、定定性性分分析析。。如是是哪哪种种电电路路：：共射射、、共共基基、、共共集集、、共共源源、、共共漏漏、、差差分分放放大大电电路路及及哪哪种种接接法法引入入了了什什么么反反馈馈比例例、、加加减减、、积积分分、、微微分分………运算算电电路路低通通、、高高通通、、带带通通、、带带阻阻有有源源滤滤波波器器单限限、、滞滞回回、、窗窗口口电电压压比比较较器器正弦弦波波、、矩矩形形波波、、三三角角波波、、锯锯齿齿波波发发生生电电路路OTL、OCL、BTL、变变压压器器耦耦合合乙乙类类推推挽挽功功率率放放大大电电路路线性性、、开开关关型型直直流流稳稳压压电电源源………又如如性性能能如如何何：：放大大倍倍数数的的大大小小、、输输入入电电阻阻的的高高低低、、带带负负载载能能力力的的强强弱弱、、频频带带的的宽宽窄窄引入入负负反反馈馈后后电电路路是是否否稳稳定定输出出功功率率的的大大小小、、效效率率的的高高低低滤波波效效果果的的好好坏坏稳压压性性能能的的好好坏坏………会算算：电路路的的定定量量分分析析。。例如求求解电压放放大倍倍数、、输入入电阻阻、输输出电电阻截止频频率、、波特特图深度负负反馈馈条件件下的的放大大倍数数运算关关系电压传传输特特性输出电电压波波形及及其频频率和和幅值值输出功功率及及效率率输出电电压的的平均均值、、可调调范围围会选：根据需需求选选择电电路及及元器器件在已知知需求求情况况下选选择电电路形形式，，例如如：是采用用单管管放大大电路路还是是采用用多级级放大大电路路；是是直接接耦合合、阻阻容耦耦合、、变压压器耦耦合还还是光光电耦耦合；；是晶晶体管管放大大电路路还是是场效效应管管放大大电路路；是是否用用集成成放大大电路路。是采用用电压压串联联负反反馈电电路、、电压压并联联负反反馈电电路、、电流流串联联负反反馈电电路还还是采采用电电流并并联负负反馈馈电路路。是采用用文氏氏桥振振荡电电路、、LC正弦波波振荡荡电路路还是是采用用石英英晶体体正弦弦波振振荡电电路。。是采用用OTL、OCL、BTL电路还还是变变压器器耦合合乙类类推挽挽电路路是采用用电容容滤波波还是是电感感滤波波是采用用稳压压管稳稳压