模拟电子技术设计课程PPT学习教案.pptx

会计学 1模拟电子技术(jsh)设计课程第一页，共39 页。n n 1 1 设计制作一个学生实验用的 设计制作一个学生实验用的“连续可调直流稳压电源 连续可调直流稳压电源”n n 2 2 主要技术指标与要求：主要技术指标与要求：n n（1 1）输入）输入(shr)(shr)电压在 电压在220V10%220V10%时，输出电压从 时，输出电压从5 5 12V 12V 可调 可调(且尽量向低端扩展 且尽量向低端扩展)，输出电流大于，输出电流大于0.5A 0.5A；n n（2 2）输出纹波电压小于）输出纹波电压小于5mV 5mV，稳压系数小于，稳压系数小于510-2 510-2，输出内阻小于，输出内阻小于0.2 0.2 欧；欧；n n（3 3）主要调整元件由晶体管构成；）主要调整元件由晶体管构成；n n 3 3 发挥部分：发挥部分：n n（1 1）具有过流保护、过压保护功能：输出电流超过）具有过流保护、过压保护功能：输出电流超过0.7A 0.7A 时电路自动过流保护，输入 时电路自动过流保护，输入(shr)(shr)交流电压超过 交流电压超过250V 250V 时电路 时电路自动过压保护；自动过压保护；n n（2 2）噪声尽可能低）噪声尽可能低(注：由电路类型分析确定 注：由电路类型分析确定)。第1 页/共39 页第二页，共39 页。二整体(zhngt)思路第2 页/共39 页第三页，共39 页。n n（1 1）电网供电电压交流）电网供电电压交流220V(220V(有效值 有效值)50Hz)50Hz，要获得低压直流输出，首先必须采用电源变压器将电，要获得低压直流输出，首先必须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。网电压降低获得所需要交流电压。n n（2 2）降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大（即脉动大）。）降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大（即脉动大）。n n（3 3）脉动大的直流电压须经过滤波）脉动大的直流电压须经过滤波(l(l b)b)电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成份滤掉，电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成份滤掉，保留其直流成份。保留其直流成份。n n（4 4）滤波）滤波(l(l b)b)后的直流电压，再通过稳压电路稳压，便可得到基本不受外界影响的稳定直流电 后的直流电压，再通过稳压电路稳压，便可得到基本不受外界影响的稳定直流电压输出，供给电压表。压输出，供给电压表。第3 页/共39 页第四页，共39 页。交流电压脉动直流电压整流滤波有波纹的直流电压稳压直流电压第4 页/共39 页第五页，共39 页。三模块(m kui)构成第5 页/共39 页第六页，共39 页。变压 整流(zhngli)滤波 稳压 过流、过压保护 输出第6 页/共39 页第七页，共39 页。四模块(m kui)分析第7 页/共39 页第八页，共39 页。1.单相(dn xin)半波整流电路二极管导通，忽略(hl)二极管正向压降，uo=u2u1u2aTbDRLuo二极管截止(jizh),uo=0+io+u2 0 时:u20 时:整流电路第8 页/共39 页第九页，共39 页。输出(shch)电压平均值（Uo）,输出(shch)电流平均值（Io)：()=pwp2 021t d u Uo o=()pwp 021t d sinw t22 U=p2245.02UU=u1u2aTbDRLuouDioIo=Uo/RL=0.45 U2/RL uo 2 0t第9 页/共39 页第十页，共39 页。二极管上的平均(pngjn)电流及承受的最高反向电压：u1u2aTbDRLuouDiouD 2 0tUDRM二极管上的平均电流：ID=IOUDRM=22U承受的最高反向电压:第10 页/共39 页第十一页，共39 页。2.单相(dn xin)全波整流电路u1 u2aTbD1RLuoD2u2io+原理(yunl)：+变压器副边中心抽头(chu tu)，感应出两个相等的电压u2当u2正半周时，D1导通，D2截止。当u2负半周时，D2导通，D1截止。第11 页/共39 页第十二页，共39 页。输出电压(diny)平均值（Uo）,输出电流平均值（Io)：u1 u2aTbD1RLuoD2u2iouo2 0t()=pwp 01t d u Uo o=()pwp 01t d sinw t22 UIo=Uo/RL=0.9 U2/RL=p229.02UU=2第12 页/共39 页第十三页，共39 页。二极管上的平均(pngjn)电流及承受的最高反向电压：u1 u2aTbD1RLuoD2u2io二极管上的平均(pngjn)电流：o DI I21=uD2 0tDRM22UU=2二极管承受(chngshu)的最高反向电压：第13 页/共39 页第十四页，共39 页。3.单相(dn xin)桥式整流电路（最终选定）u1u2TD3D2D1D4RLuo组成(z chn)：由四个二极管组成(z chn)桥路第14 页/共39 页第十五页，共39 页。+u1u2TD3D2D1D4RLuou2 正半周时电流(dinli)通路D1、D4 导通，D2、D3 截止(jizh)第15 页/共39 页第十六页，共39 页。-+u0u1u2TD3D2D1D4RLu2 负半周时电流(dinli)通路D2、D3 导通，D1、D4 截止(jizh)第16 页/共39 页第十七页，共39 页。u20 时D1,D4 导通D2,D3 截止(jizh)电流通路:a D1 RL D4 bu20 时D2,D3 导通D1,D4 截止(jizh)电流通路:b D2 RL D4 a单相(dn xin)桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形u2D3D2D1 D4RLuoab整流输出电压平均值：Uo=0.9U2负载电流平均值:Io=Uo/RL=0.9 U2/RL 二极管平均电流：ID=Io/2二极管最大反向电压：DRM22UU=u2uD2,uD3 uD1,uD4uo第17 页/共39 页第十八页，共39 页。n n 在单相半波整流、单相全波整流、单相桥式整流中，最终选定为单项桥式整流。主要是因为其输出电压高、纹波电压较小、管子锁承受的最大反向电压较低，同时因电源变压器在正、负半周内都有电流供给负载，电源变压器得到了充分的利用，效率较高。另外其由四只二极管组成，其构成原则就是保证在变压器副边电压u的整个(zhngg)周期内，负载上的电压和电流始终不变。第18 页/共39 页第十九页，共39 页。滤波电路经过整流后的直流电幅值变化很大，会影响电路的工作性能。可利用电容的“通交流，隔直流”的特性，在电路中并入两个电容作为电容滤波器，滤去其中的交流成分。电容滤波电路是最常见也是最简单的滤波电路，在整流电路的输出端(即负载电阻两端)并联一个电容即构成电容滤波电路。滤波电容容量较大，因此一般均采用电解电容，在接线时要注意电解电容的正负极。电容滤波电路利用电容的充、放电作用，使输出电压趋于平滑。如果将两个滤波电容相连接，且连接点接地，就可同时得到输出电压平滑的正负电源。在理想情况下，变压器副边无损耗，二极管导通电压为零，所以电容两端电压相等。而当其上升到峰值后开始(kish)下降，电容便通过负载电阻放电，其电压也开始(kish)下降，趋势与电容两端电压基本相同。第19 页/共39 页第二十页，共39 页。RC 型 滤波器改善滤波特性(txng)的方法：采取多级滤波uoRu2u1C1C2uo1RLRC 型 滤波器将RC 型滤波器中的电阻(dinz)换为电感，变为LC 型滤波器 第20 页/共39 页第二十一页，共39 页。稳压电路并联稳压电源的优缺点并联稳压电源的优点：有过载自保护性能，输出断路时调整管不会损坏。在负载变化小时，稳压性能比较好。对瞬时变化的适应性较好。并联稳压电路的缺点：效率较低，特别是轻负载时，电能(dinnng)几乎全部消耗在限流电阻和调整管上。输出电压调节范围很小。稳定度不易做得很高。其实并联稳压电源的这些优点对于串联稳压电源而言，都可以通过采用一些特殊的电路实现。但是并联稳压电源的这些固有的缺点却很难改进，所以现在普遍使用的都是串联稳压电源。第21 页/共39 页第二十二页，共39 页。串联负反馈稳压电源：由于简易串联稳压电源输出电压 串联负反馈稳压电源：由于简易串联稳压电源输出电压受稳压管稳压值得限制无法调节，当需要 受稳压管稳压值得限制无法调节，当需要(xyo)(xyo)改变 改变输出电压时必须更换稳压管，造成电路的灵活性较差；输出电压时必须更换稳压管，造成电路的灵活性较差；同时由输出电压直接控制调整管的工作，造成电路的稳 同时由输出电压直接控制调整管的工作，造成电路的稳压效果也不够理想。所以必须对简易稳压电源进行改进，压效果也不够理想。所以必须对简易稳压电源进行改进，增加一级放大电路，专门负责将输出电压的变化量放大 增加一级放大电路，专门负责将输出电压的变化量放大后控制调整管的工作。由于整个控制过程是一个负反馈 后控制调整管的工作。由于整个控制过程是一个负反馈过程，所以这样的稳压电源叫串联负反馈稳压电源。过程，所以这样的稳压电源叫串联负反馈稳压电源。第22 页/共39 页第二十三页，共39 页。五电路(dinl)初选第23 页/共39 页第二十四页，共39 页。第24 页/共39 页第二十五页，共39 页。六参数(cnsh)计算第25 页/共39 页第二十六页，共39 页。n n 变压器部分：令变压器次级 变压器部分：令变压器次级(c j)(c j)电压为 电压为U1,U1,整流滤波后电压为 整流滤波后电压为U2 U2，U2=1.2U1 U2=1.2U1。整流滤波电压波动大约。整流滤波电压波动大约 u=2v u=2v，使调整管工，使调整管工作在放大区最小电压（作在放大区最小电压（UT UT）ce=3v ce=3v，最大输出电压，最大输出电压Umax=12v Umax=12v。则：则：U1=(U1=(u+u+（UT UT）ce+Umax)/1.2=14V ce+Umax)/1.2=14V电网电压下降 电网电压下降-10%-10%时，为保证后面电路正常工作的额定电压 时，为保证后面电路正常工作的额定电压（U1 U1）o=U1/0.9=15.5V o=U1/0.9=15.5V电网电压上升 电网电压上升+10%+10%时，变压器功率最大，设此时最大输出电流是 时，变压器功率最大，设此时最大输出电流是Iom=0.5A Iom=0.5A，此时变压器次级，此时变压器次级(c j)(c j)电压 电压U1=U1=（U1 U1）o*1.1=17v o*1.1=17v，最大功率所以选择输出为，最大功率所以选择输出为U=18v U=18v，额定功率为，额定功率为25w 25w 的变压器 的变压器整流部分 整流部分:主要计算整流管最大电流 主要计算整流管最大电流Idmax Idmax 和耐压值 和耐压值Vdcm VdcmIdmax=0.5Iom=0.25A Idmax=0.5Iom=0.25AVdcm=2*U*1.1=27.7V Vdcm=2*U*1.1=27.7V查手册选定额定电流为 查手册选定额定电流为1A 1A，反向峰值电压，反向峰值电压50v 50v 的 的IN4001 IN4001第26 页/共39 页第二十七页，共39 页。n n 滤波部分：主要计算滤波电容(dinrng)C1 和耐压值Vc1C=(Io*t)/Ui 已知Uo=5mv，Sv=0.05,Uo=+4v+12v,Ui=U*1.2=21.6vSv=(Uo/Uo)/(Ui/Ui)取Uo=5mv，Sv=0.05,Uo=4vn n 解得Ui=2.6v则C=1923uFVc1=2U*1.1=27.72V这里可以选择2200uF 铝质电解电容(dinrng),耐压值取35v第27 页/共39 页第二十八页，共39 页。n n 调整部分：主要计算 调整部分：主要计算(j sun)T1,T2(j sun)T1,T2 集电极 集电极-发射极反向击穿电压 发射极反向击穿电压（BTt1 BTt1）ceo ceo，最大允许集电极电流（，最大允许集电极电流（It1 It1）cm cm，最大允许集电极，最大允许集电极功耗（功耗（Pt1 Pt1）cm cm当市电上升 当市电上升10%10%，负载短路时，整流滤波后电压都加在，负载短路时，整流滤波后电压都加在T1 T1 上，此时 上，此时（BTt1 BTt1）负载最大时允许集电极电流（）负载最大时允许集电极电流（ITI ITI）cm=0.5A cm=0.5A（Pt1 Pt1）取）取3DD155A 3DD155A 作 作T1 T1 管，此管参数 管，此管参数Pcm=20W Pcm=20W，Icm=1A Icm=1A，BVceo=50V BVceo=50V对于 对于T2:T2:（BVt2 BVt2）ceo=ceo=（BTt1 BTt1）ceo=27.72V ceo=27.72V 取 取BT1=40 BT1=40 倍 倍（IT2 IT2）cm=cm=（It1 It1）cm/B=0.5/40=12.5mA cm/B=0.5/40=12.5mA（Pt2 Pt2）所以）所以T2 T2 选 选9014 9014，此管参数，此管参数Pcm=0.45w Pcm=0.45w，Icm=100mA Icm=100mA，BVceo=45V BVceo=45V取 取B=80 B=80 倍 倍T2 T2 所需的基极驱动电流（所需的基极驱动电流（IT2 IT2）=（IT2 IT2）cm/80=0.156mA cm/80=0.156mA第28 页/共39 页第二十九页，共39 页。n n 稳压部分：稳压管选 稳压部分：稳压管选3V 3V 的 的2CW51,2CW51,此管最大工作电流 此管最大工作电流71mA 71mA，最大功耗，最大功耗250mW 250mW，工作电流，工作电流Id=It3+Ir2 Id=It3+Ir2由于 由于IT3 IT3 工作中变化 工作中变化(binhu)(binhu)，为保证稳定性，为保证稳定性Ir2 Ir2 IT3,IT3,取 取Id=10mA Id=10mAR2=R2=（1.2U-Ud 1.2U-Ud）/Id=/Id=（21.6-3 21.6-3）/10=1.86K/10=1.86K当输出电压 当输出电压Uo Uo 最高时，最高时，Id=Id=（）（）/R2=13mA/R2=13mA所以电压的变化 所以电压的变化(binhu)(binhu)对电路影响不大 对电路影响不大 放大部分 放大部分:主要计算 主要计算IR1=(IT3)c+(IT2)b IR1=(IT3)c+(IT2)b 因为 因为T3 T3 工作在放大区，工作在放大区，(IT3)c(IT3)c 不能太大，而（不能太大，而（IT2 IT2）b b 很小 很小所以取 所以取IR1=2mA IR1=2mAR1=(1.2U-Uomin-1.4-0.5*R6)/2mA=5.6K R1=(1.2U-Uomin-1.4-0.5*R6)/2mA=5.6KT3 T3 选 选9014 9014第29 页/共39 页第三十页，共39 页。n n 取样部分 取样部分:为避免 为避免T3 T3 基极电流对取样分压比产生影响，基极电流对取样分压比产生影响，则 则IT3b IT3b IR3,IR3,又保证稳压电源空载时能工作在放大 又保证稳压电源空载时能工作在放大(fngd)(fngd)区，区，IT1 IT1 最小工作电流为 最小工作电流为1mA 1mA，取，取IR3=2mA IR3=2mAR3+R4+R5=Uomin/IR3=2K R3+R4+R5=Uomin/IR3=2K当输出 当输出Uo=4V Uo=4V 时：时：Ud+(UT3)be=(R4+R5)/(R3+R4+R5)*Vo Ud+(UT3)be=(R4+R5)/(R3+R4+R5)*Vo当 当Uo=12V Uo=12V 时：时：Ud+(UT3)be=R5/(R3+R4+R5)*Vo Ud+(UT3)be=R5/(R3+R4+R5)*Vo 解得 解得R3=150,R4=1.25k,R5=0.6K R3=150,R4=1.25k,R5=0.6K第30 页/共39 页第三十一页，共39 页。类型 序号 型号 数量稳压二极管 D1 D2,D3 2CW51 IN4736 1 2整流二极管D4 D7 IN4001 4 三极管 T1 T2,T3 3DD155A 9014 1 2 电容 C1 C2 C3 3000uF 0.01uF 470uF 1 1 1第31 页/共39 页第三十二页，共39 页。七仿真(fn zhn)图像第32 页/共39 页第三十三页，共39 页。第33 页/共39 页第三十四页，共39 页。保护电路 保护电路过流保护：当电流达到 过流保护：当电流达到0.7A 0.7A 时，时，通过电阻 通过电阻(dinz(dinz)R6)R6 的电压达到稳压 的电压达到稳压管和 管和LED LED 的压降，使其导通产生分 的压降，使其导通产生分流作用，此时 流作用，此时LED LED 亮，从而达到保护 亮，从而达到保护放大管 放大管T1,T2 T1,T2 的作用。的作用。过压保护：当电压过高时，过压保护：当电压过高时，通过电阻 通过电阻(dinz(dinz)R7,R8)R7,R8 分压使稳压管 分压使稳压管和 和T4 T4 分路导通，分路导通，从而实现分压 从而实现分压第34 页/共39 页第三十五页，共39 页。当可调电阻 当可调电阻(dinz(dinz)调到最大值时，电压最小：调到最大值时，电压最小：第35 页/共39 页第三十六页，共39 页。当可调电阻 当可调电阻(dinz(dinz)调到最小值时，电压最大：调到最小值时，电压最大：第36 页/共39 页第三十七页，共39 页。关于输出向低端发展的思考：环境温度变化时稳压管的击穿特 关于输出向低端发展的思考：环境温度变化时稳压管的击穿特性还会产生漂移。性还会产生漂移。6V 6V 以下的稳压管具有负温度系数、温升度高 以下的稳压管具有负温度系数、温升度高时稳压值减小。击穿电压越低则负温度系数越大，时稳压值减小。击穿电压越低则负温度系数越大，6V 6V 以上为正温度系数、温度升高时稳压值增大，击穿电压越高 以上为正温度系数、温度升高时稳压值增大，击穿电压越高的温度系数越大，例如 的温度系数越大，例如30V 30V 稳压管的温度系数约为 稳压管的温度系数约为33mV/33mV/；而 而6V 6V 左右稳压管的温度系数最小、且在正负之间变化。因而在 左右稳压管的温度系数最小、且在正负之间变化。因而在允许情况下应尽可能选用击穿特性较硬、温度系数最小的 允许情况下应尽可能选用击穿特性较硬、温度系数最小的6V 6V 稳 稳压管。这类稳压管的另一个缺点是同一型号管子其击穿电压的 压管。这类稳压管的另一个缺点是同一型号管子其击穿电压的离散性很大，例如 离散性很大，例如2CW1 2CW1 为 为7 7 8.5V 8.5V、2CW5 2CW5 为 为11.5 11.5 14V 14V，要想，要想挑出合适电压值的管子是非常困难的。但如果对稳压值要求不 挑出合适电压值的管子是非常困难的。但如果对稳压值要求不高、电路又比较简单的场合，选用普通稳压管还是合适的。高、电路又比较简单的场合，选用普通稳压管还是合适的。如需要很低的基准 如需要很低的基准(jzh(jzh n)n)电压，要求不高、而又不希望增 电压，要求不高、而又不希望增加成本时，也可利用二极管的正向特性做为约 加成本时，也可利用二极管的正向特性做为约0.7V 0.7V 的稳压管使 的稳压管使用。用。第37 页/共39 页第三十八页，共39 页。第38 页/共39 页第三十九页，共39 页。