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1、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、,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 =uC u2,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
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
4、,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)
5、 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，URUBE2 , T2截止，电路正常工作。,电路外特性,保护电路,工作原理,1. 电路组
6、成,10.3.3 高精度基准电压源,微电流源,温度补偿电路,2. 工作原理,图中,由此可得,如果合理地选择IC1/IC2和RC2/RE2的值，使正温度系数的电压IC2RC2正好补偿负温度系数电压的UBE3，可获得零温度系数的基准电压。,基准电压为,式中,Ug0为硅材料在0K时禁带宽度(能带间隙)的电压值。,2. 主要特点,10.3.4 集成三端稳压器,1. 电路主要组成部分,(1) 串联反馈型线性稳压电路,(2) 高精度基准电压源,(3) 过流、过热保护等电路,(2) 外接元件少,(1) 工作可靠,(3) 使用方便,3. 外形图,外形图,4. 分类, 输出电压的标称值,5. 固定式集成三端稳压
7、器的型号,a. 78（输出正电压）系列,b. 79（输出负电压）系列,输出电压种类,5V、6V、9V、12V、15V和24V等,6. 稳压器电路符号,7. 固定式三端稳压器的典型接法,a. 78系列,C1 防止自激振荡,C2 减小高频干扰,C3 减小输出纹波和低频干扰,b. 79系列,a. 输出正、负电压的稳压电路,8. 固定式三端稳压器的应用电路,b . 提高输出电压,忽略公共端电流IQ,c. 扩大输出电流,式中,图中,若 =10， R1=0.5 , |UBE|=0.3V, 。则,具有抗饱和电路的低压差线性集成稳压器简化原理电路,10.3.5 高效率低压差线性集成稳压器,1. 指出图示稳压电
8、路中的错误，说明原因并改正之。,思 考 题,2. 串联型稳压电路主要由哪四部分组成？简述各部分的主要作用及电路的稳压原理。,10.4 开关型稳压电路,线性稳压电路的主要特点,(1) 电压稳定度高,(2) 纹波电压小,(3) 响应速度快,(4) 电路简单,(5) 调整管的功耗大,(6) 功率变换效率低,开关型稳压电路的主要特点,(1) 调整管工作于开关状态，功耗低,(2) 功率变换效率高,(3) 体积小、重量轻,(4) 可以省去电源变压器,(5) 输出纹波大,降压型开关稳压电路的工作原理,1. 降压型开关稳压电路,开关管,续流二极管,储能电感,滤波电容,控制脉冲,控制脉冲的特点,来自反馈控制电路
9、,周期T恒定,2. 工作原理,(1) 当控制脉冲为高电平(Ton期间)时,T饱和导通,D截止,CO充电、L储能,(2) 当控制脉冲为低电平(Toff期间)时,T截止,D导通,CO、L放能,UI,UO,(3) 工作波形,射极电压uE,输出电压uO,电感电流iL,占空比,输出直流电压,3. 输出电压UO,uE,4. 反馈控制的降压型开关稳压电源方框图,思 考 题,为什么说在开关型稳压电源中，当控制脉冲周期不变时，调整管饱和导通时间越长，输出电压越高？,例1 某稳压电源如图所示,试问： (1) 输出电压UO 的极性和大小如何? (2) 电容器C1和C2的极性如何? (3) 如将稳压管接反，后果如何?
10、 (4) 如R=0，又将产生怎样的后果?,练 习 题,UO,解 (1) UO=15 V，极性上“”下“”。,(2) C1和C2的极性均为上“”下“”。,(b) 可能造成二极管和稳压管也被烧坏。,(3) 稳压管接反的直接后果是:,(a) 输出电压UO0;,(b) 当稳压管烧坏造成短路时,二极管电流过大也会被烧坏。,(a) UI UZ 、IZIZmax，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
11、稳压电路如图所示。图中输入直流电压UI=30 V，调整管T的=25，运算放大器的开环增益为100 dB、输出电阻为100 W， 输入电阻为2 MW ，稳压管的稳定电压UZ=5.4 V，稳压电路的输出电压近似等于9 V。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5.1 kW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
12、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（InSystem Programmability），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
13、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,11.2.1 ispPAC10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
14、,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,11.2.2 ispPAC20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,ispPAC20 PAC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,ispPAC20 PAC中的DAC是一个8位数字量输入、电压输
15、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
