電流源和電壓源電路-

關(guān)于電流源和電壓源電路-第1頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月電流源電流源是電路的基本元件，它是一種二端元件。電流源的內(nèi)阻相對負載阻抗很大，負載阻抗波動不會改變電流大小。在電流源回路中串聯(lián)電阻無意義，因為它不會改變負載的電流，也不會改變負載上的電壓。在原理圖上這類電阻應(yīng)簡化掉。負載阻抗只有并聯(lián)在電流源上才有意義，與內(nèi)阻是分流關(guān)系。第2頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月由于內(nèi)阻等多方面的原因，理想電流源在真實世界是不存在的，但這樣一個模型對于電路分析是十分有價值的。實際上，如果一個電流源在電壓變化時，電流的波動不明顯，我們通常就假定它是一個理想電流源。第3頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月電流源的基本性質(zhì)電流源有兩個基本性質(zhì)：

(1)它發(fā)出的電流是定值，或是一定的時間函數(shù)，與兩端的電壓無關(guān)。

(2)電流源的電流是由它本身確定的，至于它兩端的電壓則是任意的。

第4頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)這是BJT在較大工作電壓時所出現(xiàn)的一種現(xiàn)象。因為BJT在放大狀態(tài)工作時，集電結(jié)上的反偏電壓（直流電壓+交流電源）是變化的，則集電結(jié)的勢壘厚度也將隨著變化，這就會導(dǎo)致基區(qū)寬度發(fā)生變化；這種由集電結(jié)電壓而引起基區(qū)寬度發(fā)生變化的現(xiàn)象，最早是由Early提出并加以說明的，故稱為Early效應(yīng)（愛里效應(yīng)），又稱為基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)。勢壘就是勢能比附近的勢能都高的空間區(qū)域，基本上就是極值點附近的一小片區(qū)域。第5頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月電流源電路是提供恒定電流的一類電子線路，它廣泛應(yīng)用于各種功能電路中。對電流源電路的要求：1、提供電流

IO

，并且其值在外界環(huán)境因素（溫度、電源電壓等）變化時，力求維持穩(wěn)定不變。2、當(dāng)其兩端電壓變化時，應(yīng)該具有保持電流IO

恒定不變的恒流特性，或者說電流源電路的交流內(nèi)阻RO趨于無窮。一、鏡像電流源電路1、基本鏡像電流源電路：如圖所示電路結(jié)構(gòu)：T1與T2

應(yīng)該選取參數(shù)完全匹配的晶體三極管。T1T2VCCiC2=IOiC1IRR第6頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月其中，T1

的集電極和基極相連，接成二極管的形式，并且由VCC

通過R提供電流IR。分析：（1）、精度和熱穩(wěn)定性根據(jù)電路有：當(dāng)忽略基區(qū)調(diào)制效率應(yīng)時：或表示為所以上式可等效為T1T2VCCiC2=IOiC1IRR第7頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月由于而IS

與發(fā)射結(jié)面積成正比，因此有當(dāng)時則由此式可以看出T1管的電流I1

等值得轉(zhuǎn)移到T2

管中。當(dāng)時，T1

管電流I1

則加權(quán)地轉(zhuǎn)移到T2

管中，加權(quán)因子為發(fā)射結(jié)面積比值。第8頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)電路還可知：T1T2VCCiC2=IOiC1IR若T1與T2

的參數(shù)完全匹配，當(dāng)時：已知所以第9頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月故顯然，IR

是由VCC

通過R提供的，它是電流源電路的參考電流，只要IR

確定后，IO

也就被確定。第10頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月從此式可以看出：它們之間不是嚴(yán)格滿足鏡像關(guān)系，而是由有限的β值產(chǎn)生誤差，這個誤差隨β值的增大而減小。同時IR又與VBE(on)

有關(guān)，而β值和VBE(on)又是溫度敏感的參數(shù)，因而造成IO的熱穩(wěn)定性下降。只有當(dāng)時才能忽略溫度以及β離散性的影響。在高精度電流源中還必須考慮基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)的影響，當(dāng)計入基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)時：第11頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)時，已知第12頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月可見計入基區(qū)調(diào)制效應(yīng)后，進一步降低了IO

的精度和熱穩(wěn)定性。通常若滿足則可忽略基區(qū)調(diào)制效應(yīng)的影響。（2）、恒流特性：為了保持恒流特性，應(yīng)該增大RO。根據(jù)電路得：Rrerb'egmvb'erce2T1T2VCCiC2=IOiC1IRR第13頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月2、減小β值影響的鏡像電流源電路如圖所示與前面介紹的電流源不同的是，用T3

管代替T1

管的集電極與基極的短路線。此電路是利用T3

管的電流放大作用，以減小

iB1、iB2

對IR

的分流，使iC1

更接近IR，從而有效的減小了IR

轉(zhuǎn)換為iC2

過程中由于有限的β值引入的誤差。T1T2VCCiC2=IOiC1IRT3iE3iB1iB2iB3R第14頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)電路有因為若故則注意：此時電路中的iE3

不能過大，否則會引起

iB1、iB2

過大，導(dǎo)致飽和失真。T1T2VCCiC2=IOiC1IRT3iE3iB1iB2iB3R第15頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月所以第16頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月在實際的電路中，為了避免T3

管因工作電流過小，而引起β值的減小，并且又不能增大iB3，一般都在T3

管的發(fā)射極上接一個適當(dāng)?shù)碾娮鑂E，則

iE3

的電流為：使

iE3

適當(dāng)?shù)脑龃?。T1T2VCCiC2=IOiC1IRT3iE3iB1iB2iB3RE3R第17頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月3、比例式鏡像電流源在實際應(yīng)用中，經(jīng)常需要IO

與IR

成特定比例關(guān)系的鏡像電流源電路。實現(xiàn)這種比例關(guān)系的電路可以從兩方面著手：（2）、在兩管的發(fā)射極上串接不同阻值的電阻。（1）、改變兩管的發(fā)射結(jié)面積，前面介紹過時的情況。T1T2VCCiC2=IOiC1IRRR2R1iE1iE2如圖所示第18頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)電路有設(shè)并忽略基調(diào)效應(yīng)。則有因為故T1T2VCCiC2=IOiC1IRRR2R1iE1iE2（根據(jù)PN結(jié)的伏安特性）第19頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)β值足夠大時，所以若

iC1

對IO的比值不太大時，例如、則T1T2VCCiC2=IOiC1IRRR2R1iE1iE2第20頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月并且滿足當(dāng)β值足夠大時，所以則有T1T2VCCiC2=IOiC1IRRR2R1iE1iE2第21頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月由此式可知：只要改變兩個電阻的比值，就可得到IO

對IR

的不同比例關(guān)系，為了保證IO

的精度，除了增大β值外，還應(yīng)該限制IR對IO

的比值，應(yīng)該滿足：或的條件。對T2

管來說，接入R2

后，還可以增大輸出的交流電阻RO，可以改進恒流特性。第22頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月4、微電流源電路微電流源電路：能夠提供微安量級電流的電流源電路。在前面所介紹的三種電流源電路，很難滿足輸出微安量級的電流，即使能夠滿足，則需要R或R2

的電阻值很大，這又不符合集成工藝。T1T2VCCiC2=IOiC1IRRR2iE2通過對比例電路分析可知若令：R1=0則第23頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月由圖可知：第24頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月5、威爾遜電流源為了提高電流源的傳輸精度，可采用如圖所示的威爾遜電流源。威爾遜電流源是根據(jù)負反饋原理制成因而具有良好的溫度特性和很高的輸出電阻。假定由于溫度或負載的變化使IO=IC3加大，則IE3也隨之增加，它的鏡像電流IC1跟著增加，使UC1=UB3下降，IB3減小，使IO基本保持不變。第25頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月第26頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月6.多路恒流源電路上述的基本電流源和比例電流源都可以連續(xù)成多路恒流源,多路恒流源是采用一個基準(zhǔn)電流IR供給多個恒流輸出，其電路如圖3—39（a）所示。在圖3—39（a）中，若管子特性一致，則各路輸出電流相等，即基準(zhǔn)電流IR與各級輸出電流的關(guān)系為第27頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月由于所有各管的基極電流均由基準(zhǔn)電流IR提供,因此輸出電流Io與基準(zhǔn)電流IR的偏差為（n+1）IB,n值越大，偏差越大。為了使Io與IR盡量接近相等，可采用圖3—39（b）所示電路。電路中，采用了晶體管To作為緩沖級，此時基準(zhǔn)電流IR與各級輸出電流的關(guān)系為可見，輸出電流Io與基準(zhǔn)電流IR的偏差值比圖3—39（a）電路減小了倍。在集成電路中，多路恒流源可采用多個集電極晶體管來實現(xiàn)，如兩路電流源可用圖3—39（c）所示電路來實現(xiàn)?？梢酝频?，它的電路功能與圖3—39（a）電路n=2時是一致的。第28頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月7、MOS管鏡像電流源電路（1）、基本鏡像電流源電路T1T2VSSIRIOID1ID2如圖所示要求T1

與T2

管的性能參數(shù)匹配，并且工作在飽和區(qū)。根據(jù)電路可知：第29頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月因為所以T1T2VSSIRIOID1ID2已知當(dāng)時：即第30頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）、動態(tài)電流鏡如圖所示T1T2IRIOID1ID2SCgs在MOS管鏡像電流源電路中接入開關(guān)S，設(shè)、S閉合時，T2

管的輸出電流為IO，產(chǎn)生IO所需的柵源電壓為VGS2，這個電壓儲存在柵源極之間的電容Cgs上，則當(dāng)S斷開時，由于MOS管的柵極電流幾乎為零，而Cgm

又無放電回路，因此，其上的電壓幾乎不變，結(jié)果是T2

管的輸出電流繼續(xù)維持在IO

上。這種電流存儲效應(yīng)，顯然是MOS管鏡像電流源電路所特有的性能。第31頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月電路還可以改進為如圖所示的電路：S1S3S2TIIIO=IICgs結(jié)構(gòu)由一只MOS管T和三只開關(guān)S1、S2、S3

組成。工作原理當(dāng)S1

與S2

閉合時，S3

斷開，此時T管作為電流源的參考支路，其柵極和漏極連在一起，并接到輸入電流II

上，這時柵極電容Cgs

充電，直到II=IO

時，達到所需要的柵源電壓，而后斷開S1、S2

，閉合S3，T管便作為電流源的輸出管，這時通過S3

的輸出電流為IO=II。第32頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）、開關(guān)電流電路利用電流存儲效應(yīng)，還可以組成另一大類電路，稱為開關(guān)電流電路。vs1t0vs2t0I

為偏置電流，ii

為輸入信號電流，開關(guān)S1

和S2

由不重疊的反相時鐘控制。當(dāng)S1

閉合，S2

斷開時，T2

管中儲存的電流為：T1IT4T3T2IS2S1iiioVDD第33頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)S1

斷開，S2閉合時，T2

管中的電流通過T3

管傳送到T4

管輸出，顯然這個輸出電流io

就是前一個時鐘周期儲存在T2

管中的輸入電流ii

。即T1IT4T3T2IS2S1iiioVDD第34頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月二、其它改進型電流源電路由前面討論可知：對于各種改進型電流源電路都要針對下述目標(biāo)而進行。（1）、減小由β值和VA（或λ）而引入的誤差。（2）、提高IO

的精度，增大RO，改進電流源的恒流特性。1、級聯(lián)型電流源電路：將兩個基本鏡像電流源電路相級聯(lián)，而構(gòu)成的電路。如圖所示第35頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月T3T4VCCiC4=IOiC3IRRiC2=iC4T1T2iC1根據(jù)電路可得：若β足夠的大，則可近似認為由于T1

與T2

構(gòu)成鏡像電流原則有相應(yīng)的有第36頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月所以此式表明，不論外電路加在電流源上的電壓如何變化，級聯(lián)電路總是強制地保持T2

管的vCE2

接近于T1

管的vCE1。這樣不僅減小了iC1

轉(zhuǎn)移到

iC2

時，因基區(qū)調(diào)制效應(yīng)引入的誤差，還使IO（其值取決于

iC2)幾乎于外加電壓的變化無關(guān)，因此，該電路既提高IO

的精度，又改進了電流源的恒流特性，即增大了RO。T3T4VCCiC4=IOiC3IRRiC2=iC4T1T2iC1第37頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月不過這個電路并沒有減小，因β值為有限制而引入的誤差。證明、當(dāng)各管β值相同時，IO

與IR

之間的關(guān)系。根據(jù)電路有因為所以T3T4VCCiC4=IOiC3IRRiC2=iC4T1T2iC1第38頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月第39頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月2、反饋型電流源電路T3VCCiC3=IOiB3IRRiC2=iC3T1T2iC1利用反饋改進性能的電流源電路，如圖所示。分析：當(dāng)外電路變化時，則會引起IO

的變化，設(shè)IO

增大，已知：相應(yīng)增大。其結(jié)果使加到T3

管的基極電流為：iB3

減小從而阻止

iC3

的變化，因而，也就阻止

IO

的變化。使IO

的恒流特性得以改進。第40頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)電路可以看出：由三個晶體管構(gòu)成的回路中有表明、T3

管強制T1

管的vCE1

靠近T2

管的vCE2

兩者僅相差vBE3。因此，有效的減小了由基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)而引入的誤差。討論IO

與IR

之間的關(guān)系：根據(jù)電路有設(shè)、T3VCCiC3=IOiB3IRRiC2=iC3T1T2iC1第41頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月因為又因為所以T3VCCiC3=IOiB3IRRiC2=iC3T1T2iC1第42頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月所以第43頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月故第44頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月在實踐上，還可以進一步減小這種誤差，電路如圖所示：T3T4VCCiC3=IOiC4IRRiC2=iC3T1T2iC1若IOiC3（iE3

）iC2iC1iE4iC42iB3iC3

IO這就是反饋作用根據(jù)電路可知第45頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月T3T4VCCiC3=IOiC4IRRiC2=iC3T1T2iC1所以強制T1與T2

管的vCE

近似相等，消除基區(qū)調(diào)制效應(yīng)的影響。第46頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月以電流源為有源負載的放大電路

在共射（共源）放大電路中，為了提高電壓放大倍數(shù)的數(shù)值，行之有效的方法是增大集電極電阻Rc（或漏極電阻Rd）。然而，為了維持晶體管（場效應(yīng)管）的靜態(tài)電流不變，在增大Rc（或Rd）的同時必須提高電源電壓。當(dāng)電源電壓增大到一定程度時，電路的設(shè)計就不合理了。第47頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月

在集成運放中，常用電流源電路取代Rc（或Rd），這樣在電源電壓不變的情況下，既可獲得合適的靜態(tài)電流，對于交流信號，又可得到很大的等效的Rc（或Rd）。由于晶體管和場效應(yīng)管是有源元件，而上述電路中又以它們作為負載，故稱之為有源負載。第48頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月一、有源負載共射放大電路第49頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月第50頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月第51頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月二、有源負載差分放大電路第52頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月第53頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月受控源：

受控源(controlledsource)是由某些電子器件抽象而來的一種電源模型，是一種雙口元件（四端）元件），由控制支路和受控支路組成。受控源的電壓或電流受電路中另一支路電壓或電流的控制。像晶體管、變壓器、運算放大器等電子器件都可以用受控源作為其電路模型。受控電源的符號表示：第54頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月例如受控源作為晶體管的電路模型：第55頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月理想受控源模型：第56頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月第57頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月幾點說明：第58頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月含有受控源電路的分析方法：（1）支路電流法（2）節(jié)點電壓法（3）網(wǎng)孔電流法（4）疊加定理（5）戴維南定理（6）諾頓定理第59頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月第60頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月三極管的特性是非線性的，但在低頻小信號的條件下，工作在放大區(qū)三極管，它的特性曲線的非線性已不明顯，這時三極管可用一線性電路來代替，稱之為三級管的微變等效則整個放大電路就變成一個線性電路，利用分析線性電路的方法對放大電路進行動態(tài)分析，求出它的主要性能指標(biāo)這種方法就是微變等效電路法。第61頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月第62頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月第63頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月電壓源電壓源，即理想電壓源，是從實際電源抽象出來的一種模型，在其兩端總能保持一定的電壓而不論流過的電流為多少。電壓源具有兩個基本的性質(zhì)：第一，它的端電壓定值U是一定的時間函數(shù)U(t)與流過的電流無關(guān)。第二，電壓源自身電壓是確定的，而流過它的電流是任意的。由于內(nèi)阻等多方面的原因，理想電壓源在真實世界是不存在的，但這樣一個模型對于電路分析是十分有價值的。實際上，如果一個電壓源在電流變化時，電壓的波動不明顯，我們通常就假定它是一個理想電壓源。第64頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月

理想電壓源有兩個特點:

1.端電壓固定不變或是時間t的函數(shù)Us(t),與外電路無關(guān).。

2.通過理想電壓源的電流取決于它所聯(lián)結(jié)的外電路。

實際電壓源,其端電壓隨電流的變化而變化.因為它有內(nèi)阻。第65頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月AC-DC串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器、整流濾波電路、穩(wěn)壓電路組成，其基本原理框圖如圖1所示。第66頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源的一般方案：交流電壓經(jīng)整流濾波后,得到平滑的直流電壓,作為穩(wěn)壓電路的輸入電源從UI輸入。同時運用了比較放大電路,它的核心是調(diào)整管,輸出電壓的穩(wěn)定是管的壓降相應(yīng)改變,使輸出電壓保持穩(wěn)定。第67頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月整流電路模塊該模塊主要利用二極管的單向?qū)щ娦越M成整流電路，將交流電壓變換為單方向脈動電壓。實現(xiàn)方法主要有以下三種：第68頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月方案一：單相半波整流電路第69頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月在變壓器次級電壓u2為正的半個周期內(nèi)（如圖1（a）中所示上正下負），二極管導(dǎo)通，在RL上得到一個極性為上正下負的電壓；而在u2為負的半個周期內(nèi)，二極管反向偏置，電流基本上等于0。所以在負載上的電壓的極性是單方向的（如圖1（b）所示）。正半周內(nèi)Uo=U2，Ud=0；負半周內(nèi)Uo=0，Ud=U2。第70頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月由此可見，由于二極管的單向?qū)щ娮饔茫炎儔浩鞔渭壍慕涣麟妷鹤儞Q為單向脈動電壓，達到了整流的目的。其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，使用的元件少，但也有明顯的缺點：輸出電壓脈動大，直流成分比較低；變壓器有半個周期不導(dǎo)電，利用率低；變壓器含有直流部分，容易飽和。只能用于輸出功率較小，負載要求不高的場合。第71頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月方案二：單相全波整流第72頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月全波是利用具有中心抽頭的變壓器與兩個二極管配合，使兩個二極管在正、負半周輪流導(dǎo)電，而且二者流過RL的電流保持同一方向，從而使正、負半周在負載上均有輸出電壓。電路如圖2（a）所示。正半周內(nèi)D1導(dǎo)通，D2截止，在負載RL上得到的電壓極性為上正下負；負半周內(nèi)，D1截止，D2導(dǎo)通，在負載上得到的電壓仍為上正下負，與正半周相同。第73頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月全波整流波形如圖2（b）。全波整流的輸出電壓時半波整流的兩倍，輸出波形的脈動成分比半波整流時有所下降。全波整流電路在負半周時二極管承受的反向電壓較高，其最大值等于，且電路中每個線圈只有一半時間通過電流，所以變壓器利用率不高。第74頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月方案三：單相橋式整流第75頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月單相橋式整流電路如圖3（a）。由圖可見，U2正半周時D1、D4導(dǎo)通，D3、D2截止，在負載電阻RL上形成上正下負的脈動電壓；而在U2負半周時，D2、D3導(dǎo)通，D1、D4截止，在RL上仍形成上正下負的脈動電壓。如果忽略二極管內(nèi)阻，有Uo≈U2。橋式整流電路波形如圖3（b）所示。第76頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月正負半周均有電流流過負載，而且電路方向是一致的，因而輸出電壓的直流成分提高，脈動成分降低。單相橋式整流電路主要參數(shù)：輸出直流電壓,脈動系數(shù)S，二極管正向平均電流,二極管最大反向峰值電壓。橋式整流電路解決了單相整流電路存在的缺點，用一次級線圈的變壓器，達到了全波整流的目的。因此選用方案三單相橋式整流。第77頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月該模塊實現(xiàn)降低輸出電壓的脈動成分，盡量保留直流成分的功能。利用電容和電感的濾波作用達到降低交流保留直流成分的目的。濾波電路模塊第78頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月方案一：電容濾波第79頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月如圖4所示為單相橋式整流電容濾波電路。利用電容的儲能特性，使波形平滑，提高直流分量，減小輸出波紋，其輸出波形如圖4（b）所示。電容濾波有以下特點：（1）加入濾波電容后，輸出電壓的直流成分提高，脈動成分減小。第80頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）電容濾波放電時間常數(shù)越大，放電過程越慢，輸出直流電壓越高，紋波越小，效果越好。為了獲得較好的濾波效果，一般選擇電容值滿足，此時，輸出電壓的平均值。（3）電容濾波電路的輸出電壓隨輸出電流的增大而減小，所以電容濾波適合于負載電流變化不大的場合。第81頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月方案二：電感濾波單相橋式整流電感濾波電路如圖5，利用電感不能突變的特性，使輸出電流波形平滑，從而使輸出電壓波形也平滑，提高直流分量，減小輸出紋波。第82頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月第83頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月復(fù)式濾波電路由電阻和電容，電阻和電感或電感和電容組合成的濾波。幾種常見的復(fù)式濾波電路如圖所示。方案三：復(fù)式濾波第84頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月圖6（a）所示為

型濾波電路，這種電路的缺點是在R上有壓降，因而需要提高變壓器次級電壓；同時，整流管的沖擊電流仍然較大，這種電路只適合小電流負載的場合。第85頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月（b）所示為型濾波電路，這種濾波電路的優(yōu)點是：簡單經(jīng)濟，能兼起限制浪涌電流的作用，濾波效果較好。其缺點是帶負載能力差，濾波電路有功率損耗。它適合負載電流小，紋波系數(shù)小的場合。第86頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月（c）所示為LC倒L型濾波電路，整流后輸出的脈動直流經(jīng)過電感，交流成分被削弱，再經(jīng)過C濾波后，可在負載上獲得更加平滑的直流電壓。這種濾波電路的優(yōu)點是：濾波效果好，幾乎沒有直流損耗。其缺點是低頻時電感體積大，成本高。第87頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月綜合考慮，由于在小功率電源中電容濾波最為常見，滿足本設(shè)計要求，故選擇方案一。第88頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月直流穩(wěn)壓電源的一般組成：1、基本調(diào)整管電路在圖10.5.1（a）所示的穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路中，負載電流最大變化范圍等于穩(wěn)壓管的第89頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月最大穩(wěn)定電流和最小穩(wěn)定電流之差。不難想象，擴大負載電流的最簡單的方法：將穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的輸出電流作為晶體管的基極電流，而晶體管的發(fā)射極電流作為負載電流，電路采用射極輸出形式，如圖10.5.1（b）所示，常見畫法如圖（c）所示。由于圖（b）、（c）所示電路引入了電壓負反饋，故能夠穩(wěn)定輸出電壓。但它們與一般共集放大電路有著明顯的區(qū)別：其工作電壓Ui不穩(wěn)定，“輸入信號”為穩(wěn)定電壓Uz，并且要求輸出電壓Uo在Ui變化或負載電阻變化時基本不變。第90頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月2.取樣電路:它是檢測輸出電壓Vo的變化,把Vo的全部或部分取出來和基準(zhǔn)電壓比較并放大后來控制調(diào)整管的調(diào)整作用,使輸出電壓穩(wěn)定.第91頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月3.基準(zhǔn)電壓電路:為了檢測取樣電路取得的Vo值究竟是升高還是降低?升高了多少降低了多少?這就需要把Vo值與恒定的電壓值比較,此恒定電壓的作用是作為一種基準(zhǔn),也稱基準(zhǔn)電壓.提供恒定電壓的電路就是基準(zhǔn)電壓電路.第92頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月4.比較放大電路:有了Vo的取樣電壓和基準(zhǔn)電壓,把取樣電壓和基準(zhǔn)電壓相比較,由基準(zhǔn)電壓減去取樣電壓,所得的差值電壓的大小反映越強.輸出電壓Vo也就越穩(wěn)定.電路的穩(wěn)定系數(shù)和輸出電阻就越小.第93頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月5.過載短路保護電路:串聯(lián)調(diào)整型的穩(wěn)壓電源,調(diào)整管和負載是串聯(lián)的,當(dāng)負載電流過大或短路時,大的負載電流或短路電流全部流過調(diào)整管,此時負載端的壓降小,幾乎全部整流電壓加在調(diào)整管的c極和e極之間,因此在過載或短路時,調(diào)整管Vce，Ie和允許功耗超過正常值,調(diào)整管在此情況下會很快燒壞,所以在過載或短路時應(yīng)對調(diào)整管采取保護,保護電路設(shè)計時應(yīng)保證當(dāng)負載電流在額定值內(nèi),保護電路對電源不起作用,但過載或短路時,保護電路控制調(diào)整管使其截止,輸出電流為零,對負載和電源均起保護作用.第94頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路的方框圖：第95頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源（具有可調(diào)功能）：第96頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月DC-DC開關(guān)型穩(wěn)壓電源：1、DC-DC：只對直流參數(shù)進行變換的電路。一般結(jié)構(gòu)：直流電源DC-DC主電路負載控制電路第97頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月2、基本概念（1）占空比的定義：開關(guān)接通的占空比定義為D，其中ton為開關(guān)導(dǎo)通時間，TS為開關(guān)周期。第98頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）脈沖寬度調(diào)制（PWM）或脈沖頻率調(diào)制（PFM）所謂脈沖寬度調(diào)制的方法是一種在整個工作過程中，開關(guān)頻率不變，而開關(guān)接通的時間按照要求變化的方法。所謂脈沖頻率調(diào)制的方法是一種在整個工作過程中，開關(guān)接通的時間不變，而開關(guān)頻率按照要求變化的方法。第99頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月3、直流變換電路的分類（1）.換流過程分為:電壓換流電流換流（2）.降壓電路升壓電路升降壓電路或單向限電路雙向限電路四象限電路（3）.均為一個方向和其中之一改變方向均改變方向（4）.單相電路:只有一個電路m相電路:有m個基本電路,采用時分復(fù)用的方法第100頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月4、理想直流變換應(yīng)具備的性能（1）.輸入輸出端的電壓均為平滑直流,無交流諧波分量（2）.輸出阻抗為零（3）.快速動態(tài)響應(yīng),抑制能力強（4）.高效率小型化第101頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月開關(guān)型穩(wěn)壓電源：前面所講的串聯(lián)型穩(wěn)壓電源具有結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)節(jié)方便、輸出電壓穩(wěn)定性強、紋波電壓小等優(yōu)點。但是由于調(diào)整管始終工作在放大狀態(tài)，自身功耗大；故效率較低，甚至僅為30%~40%。而且，為了解決調(diào)整管散熱問題，必須安裝散熱器，這就必然增大了整個電路設(shè)備的體積、重量和成本。第102頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月可以設(shè)想，如果調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，那么當(dāng)其截止時，因電流很?。创┩鸽娏鳎┒芎暮苄?；當(dāng)其飽和時，因管壓降很?。轱柡凸軌航担┒芎囊埠苄?，這將大大可以提高電路的效率。開關(guān)型穩(wěn)壓電路中的調(diào)整管正是工作在開關(guān)狀態(tài)，并因此得名，其效率可達70%~95%。第103頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月開關(guān)型穩(wěn)壓電路的分類：（１）、按調(diào)整管與負載的連接方式：串聯(lián)型并聯(lián)型。（２）、按穩(wěn)壓的控制方式：脈沖寬度調(diào)制型（PWM）脈沖頻率調(diào)制型（PFM）混合調(diào)制（即脈寬—頻率調(diào)制）型。第104頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月（３）、按調(diào)整管是否參與振蕩：自激式他激式（４）、按使用開關(guān)管的類型：晶體管VMOS管晶閘管型第105頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月串聯(lián)型（降壓型）開關(guān)穩(wěn)壓電源：１、換能電路的基本原理第106頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月第107頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月２、換能電路的波形分析第108頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月３、串聯(lián)開關(guān)型穩(wěn)壓電路的組成在換能電路中，當(dāng)輸入電壓波動或負載變化時，輸出電壓將隨之增大或變小。如果能在Uo增大時減小占空比，而在Uo減小時增大占空比，那么輸出電壓就可獲得穩(wěn)定。將Uo的采樣電壓通過反饋來調(diào)節(jié)控制電壓uB的占空比，就可達到穩(wěn)壓的目的。由此而構(gòu)思的串聯(lián)型穩(wěn)壓電源如下圖所示。第109頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月它包括調(diào)整管及其開關(guān)驅(qū)動電路（電壓比較器）、采樣點路、三角波發(fā)生電路、基準(zhǔn)電壓電路、比較放大電路、濾波電路（電感L、電容C和續(xù)流二極管D）等幾個部分。第110頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月4、開關(guān)型穩(wěn)壓電路的簡化電路調(diào)節(jié)脈沖占空比的方式：（１）、固定Ton，改變f調(diào)節(jié)Toff；（２）、同時調(diào)整Ton和Toff。第111頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月并聯(lián)型（升壓型）開關(guān)穩(wěn)壓電源：

串聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電路中調(diào)整管與負載串聯(lián)，輸出電壓總是小于輸入電壓，故成為降壓型穩(wěn)壓電路。在實際應(yīng)用中，還需要將輸入直流電源經(jīng)穩(wěn)壓電路轉(zhuǎn)換成大于輸入電壓的穩(wěn)定的輸出電壓，稱為升壓型穩(wěn)壓電路。在這類電路中，開關(guān)管常與負載并聯(lián)，故稱之為并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電路；它通過電感的儲能作用，將感生電感與輸入電壓相疊加后作用于負載，因而Uo>Ui。第112頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月１、換能電路第113頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月第114頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月2、并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電路的原理圖

在換能電路中加上脈沖寬度調(diào)制電路后便可得到并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電路。第115頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月DC-DC的紋波和噪音：紋波和噪聲產(chǎn)生的原因開關(guān)電源輸出的不是純正的直流電壓，里面有些交流成分，這就是紋波和噪聲造成的。紋波是輸出直流電壓的波動，與開關(guān)電源的開關(guān)動作有關(guān)。每一個開、關(guān)過程，電能從輸入端被“泵到”輸出端，形成一個充電和放電的過程，從而造成輸出電壓的波動，波動頻率與開關(guān)的頻率相同。紋波電壓是紋波的波峰與波谷之間的峰峰值，其大小與開關(guān)電源的輸入電容和輸出電容的容量及品質(zhì)有關(guān)。第116頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月噪聲的產(chǎn)生原因有兩種，一種是開關(guān)電源自身產(chǎn)生的；另一種是外界電磁場的干擾（EMI），它能通過輻射進入開關(guān)電源或者通過電源線輸入開關(guān)電源。開關(guān)電源自身產(chǎn)生的噪聲是一種高頻的脈沖串，由發(fā)生在開關(guān)導(dǎo)通與截止瞬間產(chǎn)生的尖脈沖所造成，也稱為開關(guān)噪聲。噪聲脈沖串的頻率比開關(guān)頻率高得多，噪聲電壓是其峰峰值。噪聲電壓的振幅很大程度上與開關(guān)電源的拓撲、電路中的寄生狀態(tài)及PCB的設(shè)計有關(guān)。第117頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月紋波和噪聲的測量方法利用示波器可以看到紋波和噪聲的波形，如圖所示。紋波的頻率與開關(guān)管頻率相同，而噪聲的頻率是開關(guān)管的兩倍。紋波電壓的峰峰值和噪聲電壓的峰峰值之和就是紋波和噪聲電壓，其單位是mVp-p。紋波和噪聲電壓是開關(guān)電源的主要性能參數(shù)之一，因此如何精準(zhǔn)測量是一個十分重要問題。目前測量紋波和噪聲電壓是利用寬頻帶示波器來測量的方法，它能精準(zhǔn)地測出紋波和噪聲電壓值。第118頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月用示波器測量紋波和噪聲的裝置的框圖如圖所示。它由被測開關(guān)電源、負載、示波器及測量連線組成。有的測量裝置中還焊上電感或電容、電阻等元件。第119頁，課件共153頁，創(chuàng)作于2023年2月在測量紋波和噪聲這一性能指標(biāo)時，經(jīng)常有這樣的情況發(fā)生，發(fā)現(xiàn)與產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格上的指標(biāo)不符，大大地超過技術(shù)規(guī)格上的性能指標(biāo)要求，這往往是用戶的測量裝置不合適，測量的方法（測量點的選擇）不合適或采用通用的測量探頭所致。第120頁，課件共1