模拟电子技术与应用教材24253.ppt

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1、模拟电子技术与应用模拟电子技术与应用常州机电技术学院电气工程系常州机电技术学院电气工程系钱金发常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用模拟电子技术与应用模拟电子技术与应用n项目一 电子工艺基础训练n项目二 放大电路的装配与调试n项目三 信号发生器设计与制作n项目四 直流稳压电源装配与调试n附录一 半导体器件命名n附录二 仿真软件的使用常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用项目四项目四 直流稳压电源安装与调试直流稳压电源安装与调试模块一模块一 单相整流滤波电路安装与调试单相整流滤波电路安装与调试模块二模块二 串联直流稳压电源设计与制作串联直流稳压电源设计与制作模块三模块三 集成稳压器应用集成稳

2、压器应用常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用项目四项目四 直流稳压电源安装与调试直流稳压电源安装与调试n一、学习目标一、学习目标 终极目标：终极目标：能够按电源指标要求完成直流稳压电源的设计与制作。促成目标：促成目标：1.了解直流稳压电源的性能指标 2.能正确识读直流稳压电源原理图，明确其工作原理 3.学会直流稳压电源的安装与调试 4.具备直流稳压电源设计能力 5.了解开关电源的工作原理，会对开关电源进行故障分析与排除常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用n二、工作任务二、工作任务 1.单相整流滤波电路的装配与调试 2.串联稳压电源的装配与调试 3.集成稳压器应用 4.开关稳压电源的装配

3、与调试常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用模块一模块一 单相整流滤波电路安装与调试单相整流滤波电路安装与调试n一、学习目标一、学习目标 终极目标：终极目标：能够完成单相整流滤波电路设计与制作。促成目标：促成目标：1会正确使用变压器、桥堆、电解电容等元件，并能检测相关元器件性能。2能正确识读整流滤波电路原理图，理解各元件的作用。3能根据要求设计整流滤波电路，并能进行安装调试。常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用n二、工作任务二、工作任务 1利万用板装配图4-1-1所示电路。2接入交流电压（12V），测试并记录输出波形（与输入波形相比较）及输出电压。3接入滤波电容、负载电阻（自行组合列表）

4、，记录输出波形及电压值；并归纳、比较分析。常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用图4-1-1 单相整流滤波试验电路常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用n三、理论知识三、理论知识 1.1.整流电路的组成整流电路的组成常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用OtuOtuOtuOtuOtu220 V单向单向脉动电压脉动电压合适的合适的交流电压交流电压滤滤 波波稳稳 压压常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用 2.2.单相半波整流电路单相半波整流电路 (1)单相半波整流电路的工作原理 单相半波整流电路如图4-1-2（a）所示。利用二极管的单向导电性，在变压器副边电压为正的半个周期内，二极管正向

5、偏置，处于导通状态，负载上得到半个周期的直流脉动电压和电流；而在为负的半个周期内，二极管反向偏置，处于关断状态，电流基本上等于零。由于二极管的单向导电作用，将变压器副边的交流电压变换成为负载两端的单向脉动电压，达到整流目的，其波形如图4-1-2（b）。因为这种电路只在交流电压的半个周期内才有电流流过负载，所以称为单相半波整流电路。常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用图4-1-2 半波整流电路 (a)(b)常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用(2)(2)性能参数性能参数1）输出电压平均值U0 瞬时值平均值 常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用2）整流二极管正向平均电流ID 当负载电流

6、平均值已知时，可以根据上式来选定整流二极管的 平均电流常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用3）最大反向电压 URM整流二极管所承受的最大反向电压就是变压器副边电压的最大值 缺点:半波整流电路的结构简单，输出波形脉动系数大，直流成分低，并且电源变压器有半个周期不导电，利用效率低。常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用3.3.单相桥式整流电路单相桥式整流电路(1)(1)工作原理工作原理V3RLV4V2V1u1u2ioRLV4V3V2V1+uo u2u1输入正半周输入正半周输入负半周输入负半周+uo 常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用(2)(2)波形波形 tO tO tO tO 2 3

7、2 3 Im 2 2 3 3 uOuDiD=iO常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用(3)(3)性能参数性能参数 1）输出电压平均值U02）整流二极管正向平均电流ID 3）最大反向电压URM to to to to 2 3 2 3 Im 2 2 3 3 uOu2uDiD=iO常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用(4)(4)桥式整流的优点桥式整流的优点:桥式整流电路与单相半波整流电路和单相全桥式整流电路与单相半波整流电路和单相全 波整流电路相比，其明显的优点是波整流电路相比，其明显的优点是输出电压较高输出电压较高，纹波电压较小纹波电压较小，整流二极管所承受的最大反向电整流二极管所承受的最

8、大反向电压较低压较低，并且因为电源变压器在，并且因为电源变压器在正负半周内都有正负半周内都有电流流过电流流过，所以变压器绕组中流过的是交流，所以变压器绕组中流过的是交流，变变压器的利用率高压器的利用率高。在同样输出直流功率的条件下，。在同样输出直流功率的条件下，桥式整流电路可以使用小的变压器，因此，这种桥式整流电路可以使用小的变压器，因此，这种电路在整流电路中得到广泛应用电路在整流电路中得到广泛应用。常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用(5)简化画法简化画法+uo RLio+u2(6)整流桥整流桥把四只二极管封装把四只二极管封装在一起称为整流桥在一起称为整流桥 常州机电职业技术学院 模拟电

9、子技术与应用4.电容滤波电路电容滤波电路 (1)滤波电路的基本形式 (a)电容滤波 (b)电感滤波 常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用 (2)(2)电路和工作原理电路和工作原理io +uo=uc RLV1V4V3V2+u V V 导通时给导通时给 C C 充电，充电，V V 截止时截止时 C C 向向 R RL L 放电放电；滤波后滤波后 u uo o 的波形变得平缓，平均值提高。的波形变得平缓，平均值提高。电容电容充电充电电容电容放电放电C常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用(3)(3)波形及输出电压波形及输出电压当当 R RL L=时：时：O tuO 2 当当 R RL L 为有

10、限值时：为有限值时：通常取通常取RC RC 越大越大 U UO O 越大越大为获得良好滤波效果，一般取：为获得良好滤波效果，一般取：(T 为输入交流电压的周期为输入交流电压的周期)UO=1.2U2RL=常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用5.5.其他形式滤波其他形式滤波1)1)电感滤波电感滤波RLL+u2 整流后的输出电压：整流后的输出电压：直流分量直流分量被电感被电感 L L 短路短路交流分量交流分量主要主要降在降在 L L 上上 电感越大，滤波效果越好电感越大，滤波效果越好常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用2)型滤波型滤波L C1RL+u2 C2C1、C2 对交流对交流容抗小容抗

11、小L 对交流对交流感抗感抗很很大大负载电流小时负载电流小时常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用n四、技能训练四、技能训练 1.单相整流滤波电路仿真测试图4-1-9 单相半波整流电路仿真测试 常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用1)1)观察输出电压波形，解析电路工作过程观察输出电压波形，解析电路工作过程2)2)改变输入交流电压值，寻找输出与输入的改变输入交流电压值，寻找输出与输入的 关系关系3)3)改变负载电阻阻值，观察输出电压平均值的改变负载电阻阻值，观察输出电压平均值的变化情况变化情况4)4)用交流毫伏表测试输出电压（纹波电压）用交流毫伏表测试输出电压（纹波电压）常州机电职业技术学院

12、 模拟电子技术与应用 2.2.单相桥式整流电路仿真测试单相桥式整流电路仿真测试 图4-1-10 单相桥式整流电路仿真测试常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用1)1)观察输出电压波形，解析电路工作过程观察输出电压波形，解析电路工作过程2)2)改变输入交流电压值，寻找输出与输入的关改变输入交流电压值，寻找输出与输入的关系系3)3)改变负载电阻阻值，观察输出电压平均值的改变负载电阻阻值，观察输出电压平均值的变化情况变化情况4)4)用交流毫伏表测试输出电压（纹波电压）用交流毫伏表测试输出电压（纹波电压）常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用 3.3.单相桥式整流滤波电路仿真测试单相桥式整流滤波电

13、路仿真测试 图4-1-11 单相桥式整流电容滤波电路仿真测试常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用1)观察输出电压波形，解析电路工作过程2)保存持电容一定，改变负载电阻阻值，观察输出电压波形与平均值的变化情况3)保存持电阻一定，改变电容量，观察输出电压波形与平均值的变化情况4)测量上述不同情况下输出的纹波电压常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用 2.2.单相桥式整流电容滤波电路装配与调试单相桥式整流电容滤波电路装配与调试（1）单相桥式整流电路装配与调试图4-1-12 单相桥式整流电路常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用 1)根据原理图（如图4-1-12）进行实际电路装配（二极管采用1

14、N4001，电阻分别采用10、100、1K、10K)。2)分析电路工作过程。3)参数测试常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用改变输入电压u2，将数据填入表4-1-1输入输出u2(V)（交流）（交流）Uo(V)（直流）Uo波形 81215表4-1-1 单相桥式整流电路调试数据表常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用改变负载电阻，将数据填入表4-1-2表表4-1-2 单相半波整流电路调试数据表2负载电阻RL（）输 出Uo(V)10100100010000常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用（2）单相桥式整流电容滤波电路测试1)在图4-1-12中依次接入不同的滤波电容和电阻（表4-1-3）

15、进行测试（调试时输入电压u2始终保持有效值为10V），并将数据填入表4-1-3。2)总结单相桥式整流电容滤波的器件参数与输出输入关系的影响。常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用表4-1-5 单相桥式整流电容滤波电路测试数据表测量条件输出C RL Uo(V)Uo波形 47uF 10k 1k 0.1k 470 uF 1k 47uF 4.7 uF 常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用n五五 练习练习 设计一个能输出电压为6V、输出最大电流为2A的整流滤波电源，试确定电路和器件。常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用模块二模块二 串联直流稳压电源设计与制作串联直流稳压电源设计与制作n 一、学

16、习目标一、学习目标 终极目标：终极目标：能够按参数要求完成串联直流稳压电源的设计与制作。促成目标促成目标：1、理解串联稳压电源的工作原理和各元件的作用。2、能根据电路原理图安装调试实际电路。3、理解稳压电源的性能指标 常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用n 二、工作任务二、工作任务 设计一输出电压为固定12V、输出最大电流大于1A、稳压系数Sv小于0.005、输出电阻小于0.1欧姆,输出纹波电压小于5mV,串联稳压电源，并进行安装调试。常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用n 三、理论知识三、理论知识 1稳压电源的主要性能指标 （1）特性指标 特性指标指稳压电源的输入电压、输出电压、输出

17、电压调节范围、最大输出电流等。常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用 （2）质量指标 1)稳压系数S(电压调整率)稳压系数定义为：当负载保持不变，输出电压相对变化量与输入电压相对变化量之比，即常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用 2)输出电阻RO 当输入电压UI（指稳压电路输入电压）保持不 变，由于负载变化而引起的输出电压变化量与 输出电流变化量之比，即输出电阻反映了稳压输出受负载变化的影响 常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用 3)输出纹波电压 指叠加在输出直流电压上的交流分量，可用交流毫伏表进行测量（略有误差），其数值一般很小（毫伏级）。常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用2

18、 2稳压管稳压电路稳压管稳压电路 UR I0 IR IZ 温压原理温压电路图421常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用3 3串联型线性稳压电路串联型线性稳压电路串联式稳压电路的组成：串联式稳压电路的组成：（1 1）基准电压；）基准电压；（2 2）比较放大；）比较放大；（3 3）输出电压取样电路；（）输出电压取样电路；（4 4）调整元件）调整元件UOT+_UI比比较较放放大大基基 准准电电压压Uo取取样样URFUORL调整元件调整元件+(1)组成部分常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用 因调整管与负载接成射极输出器形式，因调整管与负载接成射极输出器形式，为深度串联电压负反馈，故称之为：为

19、深度串联电压负反馈，故称之为：串联反馈式稳压电路。串联反馈式稳压电路。若因输入电压变化或负载变化而使若因输入电压变化或负载变化而使U UO O加大加大,比较放大电路使比较放大电路使U UB1B1变小变小,从而使从而使U UO O降低降低.UB1+UIUoRLR3比比较较放放大大常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用T1调整管调整管R3、T2比较放大比较放大R1、RW、R2采样电阻采样电阻R、UZ基准电基准电压压R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2(2)实际电路常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用(3)(3)稳压原理稳压原理UoUB2UBE2=（UB2-UZ

20、）UC2（UB1）Uo当当 UI 增加或输出电流减小使增加或输出电流减小使 Uo升高时升高时R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2UC2（UB1）常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用(4)(4)输出电压的确定和调节范围输出电压的确定和调节范围因为：因为：OU2BEZUU+22WRR+21WRRR+=()22221BEZWWOUURRRRRU+=所以：所以：2221ZWWURRRRR+=忽略忽略UBE2R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用(5)(5)采用集成运算放大器的串联型稳压电路采用集成

21、运算放大器的串联型稳压电路 8+Uo+UI R 2RLR 1R1UFUZR2RP常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用n 四、技能训练四、技能训练1稳压电源仿真测试图422常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用仿真测试练习过程：1)分别仿真RL为100、470、1000时的输出情况，并分析原因。2)分别测试上述情况下电路的稳压系数。3)稳压过程分析、稳压条件分析。4)输出纹波电压测试（输出交流电压测量值）常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用2 2串联稳压电路仿真测试串联稳压电路仿真测试图423常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用练习过程如下：1)分别仿真RL为50、100、1000

22、时的输出情况，并分析原因。2)分别测试上述情况下电路的稳压系数。3)稳压过程分析、稳压条件分析。4)输出纹波电压测试。常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用3 3具有放大环节的串联稳压电路仿真测试具有放大环节的串联稳压电路仿真测试图424常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用练习过程如下：1.分别仿真RL为50、100、1000时的输出情况，并分析原因。2.分别测试上述情况下电路的稳压系数。3.稳压过程分析、稳压条件分析。4.输出纹波电压测试，并与无放大环节情形进行比较。以复合管代替Q1进行仿真测试，观察电路指标的变化情况。常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用n五、练习五、练习 试用运

23、算放大器、晶体管等设计并制作一个直流可调稳压电源。指标要求:常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用模块三模块三 集成稳压器应用集成稳压器应用n 一、学习目标一、学习目标 终极目标：终极目标：能够利用集成稳压器完成稳压电源的设计与制作。促成目标：促成目标：1、会正确识别三端集成稳压器及其引脚功能。2、正确识读集成直流稳压电源电路原理图，掌握各 元件的作用。3、能根据要求利用三端集成稳压器设计、安装、调试稳压电路常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用n二、工作任务二、工作任务 按图4-3-1 装配调试利用集成三端稳压器构成的稳压电路，并测试其性能指标。图4-3-1 集成三端稳压器应用电路常州机

24、电职业技术学院 模拟电子技术与应用n三、理论知识三、理论知识 1、元器件认识集成三端稳压器是一种串联调整式稳压器，外形如图4-3-2所示，内部设有过热、过流和过压保护电路。它只有三个外引出端(输入端、输出端和公共地端)，将整流滤波后的不稳定的直流电压接到集成三端稳压器输入端，经三端稳压器后在输出端得到某一值的稳定的直流电压。图4-3-2常见三端稳压器外形常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用 （1）集成三端稳压器分类CW7800CW7800 系列系列(正电源正电源)CW7900 CW7900 系列系列(负电源负电源)5 V/6 V/9 V/12 V/15 V/18 V/24 V5 V/6 V

25、/9 V/12 V/15 V/18 V/24 V7878、79 79 系列的型号命名系列的型号命名输出电流输出电流7878L L /79/79L L 输出电流输出电流 100 mA 100 mA7878M M/9/9M M 输出电流输出电流 500 mA 500 mA78 78 /79 /79 输出电流输出电流 1.5 A 1.5 A输出电压输出电压常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用（2）固定输出三端稳压器的外形图及主要参数固定输出三端稳压器的封装形式：有金属外壳封装和塑料封装，常见的塑料封装外形图 如图4-3-3所示。封装封装CW7805CW78051 2 31 2 3U UI IU

26、UO OGNDGNDCW7905CW79051 2 31 2 3U UI IU UO OGNDGND符号符号CW7800CW7800+2 21 13 3CW7900CW79001 13 3_ _2 2_ _塑料封装塑料封装金属封装金属封装常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用表4-3-1中列出几种固定输出三端稳压器的参数(Ci=0.33F，C。=0.1F，Ta=25)参 数单位780578067815输出电压范围V4.85.25.756.2514.415.6最大输入电压V353535最大输出电流A1.51.51.5V0(I0变化引起)mV100(I0=5mA1.5A)100(I0=5mA1.

27、5A)150(I0=5mA1.5A)V0(Vi变化引起)mV50(Vi=725V)60(Vi=825V)150(Vi=1730V)V0(温度变化引起)mV/0.6(I0=500mA)0.7(I0=50OmA)1.8(I0=50OmA)器件压降(Vi-V0)V22.5(I0=lA)22.5(I0=lA)22.5(I0=1A)偏置电流mA666输出电阻m171719输出噪声电压(10100kHz)V404040常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用2、集成三端稳压器基本应用电路 固定三端稳压器常见应用电路如图4-3-5所示。为了保证稳压性能，使用三端稳压器时，输入电压与输出电压相差至少2V以上，

28、但也不能太大，太大则会增大器件本身的功耗甚至于损坏器件。在输入与公共端之间、输出端与公共端之间分别接了0.1F左右的电容，可以防止自激振荡。（a）正固定电压输出 （b）负固定电压输出 图4-3-5常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用3、由三端稳压器构成的正负电源设计如图4-3-6所示，利用78、79两种不同极性的集成稳压器，可以方便地构成正负电源 图4-3-6 由三端稳压器构成的正负电源常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用四、拓展知识四、拓展知识开关电源开关电源线性稳压电路的缺点：线性稳压电路的缺点：调整管调整管管耗大管耗大电源电源效率低效率低(40%(40%60%)60%)改进思路：

29、改进思路：使调整管使调整管截止截止(电流小电流小)饱和饱和(管压降小管压降小)常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用开关稳压电路的优点：开关稳压电路的优点：效率高效率高(80%(80%90%)90%)体积小、重量轻体积小、重量轻稳压范围宽稳压范围宽开关稳压电路的缺点：开关稳压电路的缺点：电路电路复杂复杂对电网要求不高对电网要求不高对电子设备对电子设备干扰较大干扰较大输出电压含输出电压含较大纹波较大纹波常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用1.开关式稳压电源的基本工作原理脉宽调制示意图见图4-3-7。对于单极性矩形脉冲来说，其直流平均电压Uo取决于矩形脉冲的宽度，脉冲越宽，其直流平均电压值就

30、越高。直流平均电压。可由公式计算，即Uo=UmT1/T 式中：Um 矩形脉冲最大电压值；T矩形脉冲周期；T1 矩形脉冲宽度。图4-3-7 脉宽调制示意图 当Um与T不变时，直流平均电压Uo将与脉冲宽度T1成正比。这样，只要我们设法使脉冲宽度随稳压电源输出电压的增高而变窄，就可以达到稳定电压的目的 常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用2、开关式稳压电源的原理电路（1）基本电路 图4-3-8 开关电原基本电路框图常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用（）单端反激式开关电源 单端反激式开关电源的典型电路如图4-3-9所示 图4-3-9单端反激式开关电源常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用（

31、）单端正激式开关电源 图4-3-10 单端正激式开关电源常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用（）自激式开关稳压电源 图4-3-11自激式开关电源常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用（）推挽式开关电源 图4-3-12推挽式开关电源 常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用（）降压式开关电源 图4-3-13 降压式开关电源常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用（）升压式开关电源 图4-3-14 升压式开关电源常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用（）反转式开关电源 图4-3-15 反转式开关电源常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用n四、技能训练四、技能训练 以图4-3-1为操作对象

32、 1、电路装配对所发放的元件进行检测，并按图4-3-1进行装配。图4-3-1常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用2、性能指标测试 1）输出电压UO在输出端改变负载电阻RL（10-100-1000），观察并测量输出电压的变化情况。2）稳压系数S的测量在输出端接负载电阻RL50（即IO约100mA），按表4-3-2改变电路输入电压U2（模拟电网电压波动）电压，分别测出相应的稳压电路输入电压Ui及输出直流电压UO，记入表中。常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用表4-3-2 稳压系数S(电压调整率)的测量 U2（V）678UI（V）UO（V）分别计算出U2从6V到7V变化、从7V到8V变化时稳

33、压系数S值 常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用3)输出电阻RO的测量 取U2=7V，改变负载大小，使IO为0、10 mA、100 mA、300 mA，测量相应的UO值，记入表4-3-3中。表4-3-3 输出电阻R0的测量IO（mA）010100300UO（V）分别计算出IO从0 mA变到10mA、从10 mA变到100 mA、从100 mA变到300 mA时的输出电阻RO值。常州机电职业技术学院 模拟电子技术与应用4)纹波电压测量 利用毫伏表测量电路的输出纹波电压，调整滤波电容，观察输出纹波电压的变化。n 六、练习六、练习试用集成稳压器设计并制作一个可输出正负12V、输出最大电流大于100mA的直流稳压电源。演讲完毕，谢谢观看！