第7章 汽車常用電子電路

1、ISBN 978-7-111-38450-2 機(jī)機(jī) 械械 工工 業(yè)業(yè) 出出 版版 社社CHINA MACHINE PRESS目 錄前言第一章 直流電路第二章 電磁現(xiàn)象及其應(yīng)用第三章 正弦交流電路第四章 電工測(cè)量及安全用電第五章 電動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)第六章 半導(dǎo)體器件及應(yīng)用第七章 汽車常用電子電路第八章 數(shù)字電路基礎(chǔ)參考文獻(xiàn)第7章汽車常用電子電路7.1整流電路7.2濾波電路7.3穩(wěn)壓電路7.4基本放大電路7.5集成運(yùn)算放大器7.1 整流電路整流電路v常用的直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路組成 電源變壓器作用：把220V電網(wǎng)電壓變換成所需要的交流電壓。整流電路作用：將交流電壓變

2、換成單向脈動(dòng)的直流電壓。濾波電路作用：將脈動(dòng)電壓中的脈動(dòng)成分濾掉，使輸出電壓成為比較平滑的直流電壓。穩(wěn)壓電路作用：使輸出的直流電壓保持恒定。 7.1.1 單相半波整流電路單相半波整流電路v1電路的組成及整流原電路的組成及整流原理理v半波整流是指交流輸入電壓信號(hào)只有在正半波整流是指交流輸入電壓信號(hào)只有在正半周期或負(fù)半周期時(shí)才有輸出，即輸出波半周期或負(fù)半周期時(shí)才有輸出，即輸出波形只是輸入波形的一半形只是輸入波形的一半 圖7-2 單相半波整流電路 圖7-3 單相半波整流電路波形圖 v2負(fù)載上的直流電壓負(fù)載上的直流電壓U0和電流和電流I02045. 0UU LLRURUI20045. 0v3整流二極管

3、的選擇整流二極管的選擇v流過二極管電流的平均值流過二極管電流的平均值v二極管截止時(shí)所承受的最高反向電壓二極管截止時(shí)所承受的最高反向電壓 LVRUII2045. 022UUvm為了保證二極管能安全可靠地工作，所選二極管的最大整流電流和最高反向工作電壓應(yīng)分別大于計(jì)算出的IV和Uvm，并留有余量 缺點(diǎn)：電源的利用率較低，輸出電壓脈動(dòng)較大7.1.2 單相橋式整流電路單相橋式整流電路v1電路與工作原理電路與工作原理圖7-4 單相橋式整流電路a）常用畫法 b）變形畫法 c）簡(jiǎn)單畫法 圖7-5 單相橋式整流電路波形圖 v2負(fù)載上的直流電壓和電流負(fù)載上的直流電壓和電流直流電壓U0是半波整流的兩倍 209 .

4、0 UU 流過負(fù)載的直流電流 LLRURUI2009 . 03整流二極管的選擇整流二極管的選擇每只二極管都只在交流電的半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通，所以流過每個(gè)二極管的電流等于負(fù)載電流的一半 LVRUII2045. 05 . 0每個(gè)二極管所承受的最大反向電壓 22UUvmv注意：橋式整流電路的四個(gè)二極管的正負(fù)極不能接反。交流電源和直流負(fù)載也不許接錯(cuò)。否則，可能發(fā)生電源短路，不僅燒壞整流管，甚至燒壞電源變壓器。橋式整流電路優(yōu)點(diǎn)：電源利用率高，輸出電壓提高了一倍。流過每個(gè)管子的電流僅為輸出電流的一半，有利于電路的保護(hù)。整體的硅橋式整流器：整流橋有四個(gè)接線端，兩端接交流電源（標(biāo)有“”符號(hào)），兩端接負(fù)載（標(biāo)有“+”

5、、“-”端子）?！?”、“-”標(biāo)志表示整流輸出直流電壓的極性 7.2 濾波電路濾波電路v常在整流電路后加接濾波電路，把脈動(dòng)直流電中的交流分量濾掉，使之成為平滑的直流電 圖7-7 濾波電路的功用a）輸入脈動(dòng)直流電壓 b）濾波器 c）濾波后的輸出電壓 電容和電感是基本的濾波元件，主要利用電容器兩端電壓不能突變和流過電感器的電流不能突變的特點(diǎn)，將電容和負(fù)載電阻并聯(lián)或?qū)㈦姼衅髋c負(fù)載電阻串聯(lián)，即可達(dá)到使輸出波形平滑的目的。 7.2.1 電容濾波電路電容濾波電路v1電容濾波電路的組成電容濾波電路的組成 v在整流電路的輸出端和負(fù)載之間并聯(lián)一個(gè)電容器，便可實(shí)現(xiàn)濾除交流分量的目的。 由于電容器為儲(chǔ)能元件，當(dāng)與負(fù)

6、載并聯(lián)時(shí)，在二極管導(dǎo)通期間，電容器會(huì)同時(shí)充電并儲(chǔ)存電荷；在二極管截止，或電壓降低時(shí)，電容器便會(huì)向負(fù)載放電，使負(fù)載上電流流過的時(shí)間延長，減緩電壓下降，從而減小了紋波對(duì)電路的影響，獲得平穩(wěn)的直流電壓。v2電容濾波電路的工作過程電容濾波電路的工作過程 圖7-8 電容濾波電路 圖7-9 電容濾波電路的輸出波形圖 圖7-10 橋式整流電容濾波電路波形圖 v3電容器輸出電壓的影響因素電容器輸出電壓的影響因素v（1）負(fù)載的電阻值）負(fù)載的電阻值v（2）濾波電容量）濾波電容量v（3）整流的形式）整流的形式v7.2.2 電感濾波電路電感濾波電路v電感濾波電路是在整流電路的輸出端與負(fù)載電阻之間串聯(lián)一個(gè)電感線圈L 圖

7、7-11 橋式整流電感濾波電路 圖7-12 電感濾波輸出波形 v7.2.3 復(fù)式濾波電路復(fù)式濾波電路v復(fù)式濾波電路是由兩種或兩種以上濾波元件組成的濾波電路 圖7-13 帶有LC濾波器的單相橋式整流電路 v帶有型濾波器的單相橋式整流電路，其濾波效果很好，適用于對(duì)波形要求更平滑的電路。 圖7-14 帶有型濾波器的單相橋式整流電路 v由RC組成的型濾波電路 圖7-15 由RC組成的型濾波電路 7.3 穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路v7.3.1 硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路圖7-16 硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路 v穩(wěn)壓原理v（1）輸入電壓U1不變，當(dāng)負(fù)載電阻RL減小時(shí)，流過負(fù)載電阻的電流IL將增大，限流電阻R上的電流I也

8、將增大vRLILIRULIZIIRULv（2）負(fù)載電阻RL不變，當(dāng)U1升高時(shí)，UL也升高，必然引起流過穩(wěn)壓管電流IZ的顯著增大，則限流電阻R上的電流I也將增大vU1ULIZIURULv選擇穩(wěn)壓電路元件時(shí)注意：v（1）穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值應(yīng)該等于輸出電壓的值，即UZ = UL。v（2）穩(wěn)壓管的最大穩(wěn)定電流應(yīng)該等于最大輸出電流的23倍。v（3）動(dòng)態(tài)電阻盡可能小。7.3.2 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路串聯(lián)型穩(wěn)壓電路v串聯(lián)型穩(wěn)壓電路是一個(gè)反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)，包含有取樣電路、基準(zhǔn)電壓電路、比較放大電路和調(diào)整電路4部分 7.3.3 集成穩(wěn)壓器集成穩(wěn)壓器v三端集成穩(wěn)壓電路，它只有三個(gè)引線端：輸入端（一般與整流濾波電路輸出端相連）、

9、輸出端（與負(fù)載相連）和公共搭鐵端。 v集成穩(wěn)壓器有W78（正電壓輸出）系列和W79（負(fù)電壓輸出）系列 圖7-18 三端固定式集成穩(wěn)壓器外形及管腳排列 圖7-19 基本電路 7.4 基本放大電路基本放大電路v放大電路又稱放大器，它的功能是利用三極管的電流控制作用，把微弱的電信號(hào)（變化的電壓或電流，簡(jiǎn)稱信號(hào)）不失真地放大到所需要的數(shù)值 v1對(duì)放大電路的基本要求對(duì)放大電路的基本要求v（1）要有一定的放大倍數(shù)。v（2）要有一定的通頻帶，即在一定的頻率范圍內(nèi)要求放大器具有相同的放大能力。v（3）非線性失真要小。v（4）工作穩(wěn)定。v2放大電路三極管的連接方式放大電路三極管的連接方式v放大器有兩個(gè)輸入端和兩

10、個(gè)輸出端，在輸入端加一個(gè)微弱的信號(hào)ui，通過放大器放大的信號(hào)uo從輸出端輸出。三極管在組成放大器時(shí)，一個(gè)電極作為信號(hào)的輸入端，另一個(gè)電極作為輸出端，第三個(gè)電極作為輸入和輸出信號(hào)的公共端 圖7-20 放大器的方框圖 7.4.1 共射極放大電路共射極放大電路v1共射極放大電路的基本特征共射極放大電路的基本特征v（1）一個(gè)微弱的電信號(hào)通過放大器后，輸出電壓或電流的幅度得到放大，但它隨時(shí)間變化的規(guī)律不能變。v（2）輸出信號(hào)的能量得到加強(qiáng)，這個(gè)能量是由直流電源提供的，經(jīng)過三極管的控制，使之轉(zhuǎn)換成信號(hào)能量，提供給負(fù)載。v2共射極放大電路的基本組成共射極放大電路的基本組成元器件作用晶體管VT：是放大電路的核

11、心器件，用來實(shí)現(xiàn)放大。電源UCC：使晶體管發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏，確保晶體管工作在放大狀態(tài)，同時(shí)為整個(gè)電路提供能源。UCC一般取幾伏至幾十伏。集電極電阻Rc：將VT的集電極電流的變化轉(zhuǎn)變?yōu)榧姌O電壓uo的變化，Rc的值為幾千歐至幾十千歐；基極偏置電阻Rb：為晶體管提供合適的基極偏置電流，使電路獲得合適的工作點(diǎn)。隔直電容或耦合電容C1、C2：作用是隔直流，通交流7.4.2 共基極放大電路與共集電極放大電路共基極放大電路與共集電極放大電路v1共基極放大電路共基極放大電路v以基極為公共點(diǎn)，發(fā)射極和基極為輸入端，集電極和基極為輸出端，這樣連接成的電路稱為共基極放大電路特點(diǎn)是有電壓放大作用，同時(shí)也具有功

12、率放大作用，但不具有電流放大作用，穩(wěn)定性高，輸入阻抗小（幾到幾十歐），輸出阻抗高（幾十千歐到幾百千歐）。 v2共集電極放大電路共集電極放大電路v三極管電路中，集電極是輸入電路和輸出電路的公共端特點(diǎn)：具有電流放大和小功率放大作用，輸出和輸入電流反向，輸出和輸入電壓同向，且輸入電阻大（幾千千歐以上），輸出電阻小（幾十歐），常作為阻抗變換器。7.4.3 放大電路的基本分析方法放大電路的基本分析方法v放大電路的分析，分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)。v靜態(tài)是放大電路沒有輸入信號(hào)時(shí)的工作狀態(tài)，比較簡(jiǎn)單；v動(dòng)態(tài)是放大電路有輸入信號(hào)時(shí)的工作狀態(tài)，相對(duì)復(fù)雜些。 v1放大電路的靜態(tài)分析放大電路的靜態(tài)分析v輸入信號(hào)為零，電路中只有

13、輸入信號(hào)為零，電路中只有UBE、IB、IC、UCE等直流分量，等直流分量，表示放大電路處于靜態(tài)，而表示放大電路處于靜態(tài)，而UBE、IB、IC、UCE四個(gè)量的數(shù)值四個(gè)量的數(shù)值就稱為放大電路的靜態(tài)值。就稱為放大電路的靜態(tài)值。1）用估算法確定放大電路的靜態(tài)值由于放大電路處于靜態(tài)時(shí)各量都是直流量，所以又稱靜態(tài)放大電路為直流通路。v三極管工作于放大狀態(tài)時(shí)，發(fā)射結(jié)正向偏置，UBE = 0.60.7V，是已知量，而且數(shù)值很小，因此只需計(jì)算IB、IC、UCE三個(gè)量即可 BCCBBECCBRURUUIBCIICCCCCERIUUv例7-1 見圖7-25，已知UCC = 12V，RC = 4 k，RB = 300

14、k， =37.5，試求電路的靜態(tài)值。v解 由上面幾式可得 AmAARUIBCCB4004. 010300123mAmAIIBC5 . 104. 05 .37VVRIUUCCCCCE6104105 . 11233v 2）用圖解法確定放大電路的靜態(tài)值圖7-26 靜態(tài)值的圖解法 a）簡(jiǎn)化電路圖 b）三極管的輸出特性曲線 2放大電路的動(dòng)態(tài)分析放大電路的動(dòng)態(tài)分析v1）三極管的微變等效電路EbeIr261300v 2）放大電路的微變等效電路在三極管微變等效電路的輸入端連接信號(hào)源ui和基極電阻RB，輸出端連接集電極電阻RC和負(fù)載電阻RL 圖7-29 放大電路的微變等效電路 7.4.4 功率放大電路功率放大電

15、路v功率放大電路是一種以輸出較大功率為目的的放大電路。它一般直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載，帶動(dòng)負(fù)載能力較強(qiáng)。v1功率放大電路的工作狀態(tài)功率放大電路的工作狀態(tài)圖7-30 放大電路的工作狀態(tài) a）甲類 b）乙類 c）甲乙類 v 2推挽互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電推挽互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路路v所謂所謂推挽推挽，就是電路所采用的兩只輸出，就是電路所采用的兩只輸出三極管輸入信號(hào)的極性相反，其中一管三極管輸入信號(hào)的極性相反，其中一管導(dǎo)通時(shí)，另一管截止，交替工作。導(dǎo)通時(shí)，另一管截止，交替工作。v所謂所謂互補(bǔ)互補(bǔ)，就是電路采用的功率輸出管，就是電路采用的功率輸出管分別為分別為NPN和和PNP型三極管，導(dǎo)電極性型三極管，導(dǎo)電極性相反，同時(shí)

16、要求特性參數(shù)一致相反，同時(shí)要求特性參數(shù)一致 7.5 集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)算放大器v7.5.1 集成運(yùn)算放大器的結(jié)構(gòu)、外形及符號(hào)集成運(yùn)算放大器的結(jié)構(gòu)、外形及符號(hào)v1集成運(yùn)算放大電路的組成集成運(yùn)算放大電路的組成（1）輸入級(jí)（2）中間級(jí)（3）輸出級(jí)（4）偏置電路uuAuoov2理想運(yùn)算放大器及其分析依據(jù)理想運(yùn)算放大器及其分析依據(jù)v運(yùn)算放大器特點(diǎn)：輸入電阻很高、開環(huán)放大倍數(shù)很大，輸出電阻很低。v 輸入信號(hào)為零時(shí)，輸出信號(hào)也為零。v 開環(huán)電壓放大倍數(shù)Ao=，v 差模輸入電阻rid=，v 開環(huán)輸出電阻ro=0。v1）運(yùn)算放大器兩輸入端對(duì)地電壓相等，即“虛短”。v由于 ，而Ao=，得 所以 ，得v兩輸入端之

17、間并未短路，而電位卻相等，故稱“虛短”。uuAuoo0/ooAuuu0uu uuv2）流入運(yùn)算放大器兩輸入端的電流為 0 ，即“虛斷”。v由于rid=，故v同相輸入端和反相輸入端都為零，兩輸入端之間并未斷路，而電流卻為零，故稱“虛斷”。v“虛斷”、“虛短”是分析運(yùn)算放大電路的兩個(gè)重要依據(jù)，并為我們分析運(yùn)算放大器帶來很多方便。0iiv3實(shí)際運(yùn)算放大器的結(jié)構(gòu)實(shí)際運(yùn)算放大器的結(jié)構(gòu)圖7-34 集成運(yùn)放的外形 a）圓殼式 b）雙列直插式 圖7-35 F007 型集成運(yùn)算放大器的外形、管腳和符號(hào)圖a）外形 b）管腳圖 c）管腳解釋及標(biāo)準(zhǔn)接法 7.5.2 集成運(yùn)放的主要參數(shù)集成運(yùn)放的主要參數(shù)v（1）開環(huán)電壓

18、放大倍數(shù)A0v集成運(yùn)放在開環(huán)時(shí)（無外加反饋時(shí)）輸出電壓與輸入差模信號(hào)電壓之比稱為開環(huán)電壓放大倍數(shù)。它是決定運(yùn)算放大器運(yùn)算精度的重要因素，A0值越高，運(yùn)算精度就越高，一般A0約為104107。v（2）開環(huán)差模輸入電阻ridv開環(huán)差模輸入電阻rid是集成運(yùn)放開環(huán)時(shí)，輸入電壓變化量與由它引起的輸入電流的變化量之比，即從輸入端看進(jìn)去的動(dòng)態(tài)電阻。rid越大，集成運(yùn)放的性能越好，它一般在幾百千歐至幾兆歐。7.5.2 集成運(yùn)放的主要參數(shù)集成運(yùn)放的主要參數(shù)v（3）開環(huán)差模輸出電阻rodv開環(huán)差模輸出電阻rod是集成運(yùn)放開環(huán)時(shí)，輸出電壓變化量與輸出電流變化量之比。其值越小，說明運(yùn)放的帶負(fù)載能力越強(qiáng)，一般為幾百歐

19、。v（4）輸入失調(diào)電壓UIOv當(dāng)輸入電壓為零時(shí)，輸出電壓并不為零。規(guī)定在室溫及標(biāo)準(zhǔn)電源電壓下，為了使輸出電壓為零，需在集成運(yùn)放輸入端額外附加的補(bǔ)償電壓稱為輸入失調(diào)電壓UIO。UIO越小越好，一般為幾毫伏。7.5.2 集成運(yùn)放的主要參數(shù)集成運(yùn)放的主要參數(shù)v（5）輸入失調(diào)電流IIOv當(dāng)輸入電壓為零時(shí)，為了使輸出電壓為零，需在集成運(yùn)放輸入端加的補(bǔ)償電流稱為輸入失調(diào)電流了IIO。IIO越小越好，一般為1nA0.1A。v（6）輸入偏置電流IIBv輸入偏置電流IIB是當(dāng)輸出電壓為零時(shí)，流入運(yùn)放兩輸入端靜態(tài)基極電流的平均值。該值越小，信號(hào)源內(nèi)阻變化時(shí)引起輸出電壓的變化越小。因此，IIB越小越好，一般為1nA100A。7.5.2 集成運(yùn)放的主要參數(shù)集成運(yùn)放的主要參數(shù)v（7）共模抑制比KCMRv KCMR是差模電壓放大倍數(shù)與共模電壓放大倍數(shù)之比，它是衡量運(yùn)放抑制干擾信號(hào)能力大小的參數(shù)。KCMR值越大，抑制干擾能力越強(qiáng)。一般運(yùn)放的KCMR達(dá)幾十萬以上。v除上述主