電流源和電壓源電路-

1、 電流源和電壓源電流源和電壓源電流源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(fù)載阻抗很大，負(fù)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?yàn)樗粫淖冐?fù)載的電流，也不會改變負(fù)載上的電壓。在原理圖上這類電阻應(yīng)簡化掉。負(fù)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。由于內(nèi)阻等多方面的原因，理想電流源在真實(shí)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(jià)值的。實(shí)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。電流源的基本性質(zhì)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

2、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?；鶇^(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)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?yàn)锽JT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效效應(yīng)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(diǎn)附近的一小片區(qū)域。 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、

3、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：21BEBEvv當(dāng)忽略基區(qū)調(diào)制效率應(yīng)時：TBEVvSCeIi或表示為SCTBEIiVvln所以上式可等效為2211SCSCI

4、iIi1122CSSCiIIiT1T2VCCiC2= IOiC1IRR由于OCIi2而 IS 與發(fā)射結(jié)面積成正比，因此有1122CEEOCiSSIi當(dāng)12EESS時則OCCIii12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)12EESS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。根據(jù)電路還可知：RVVIonBECCR)(T1T2VCCiC2= IOiC1IR211BBCRiiiI若T1 與 T2 的參數(shù)完全匹配， 當(dāng)、12EESS時：212121CCBBiiii已知21CCOiiI所以2122BOBORiIiII2122BOBORiIiII

5、2122COCOiIiIOOII2故ROII211RI2)2(121)21 (RI 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。)21(ROII 從此式可以看出：它們之間不是嚴(yán)格滿足鏡像關(guān)系，而是由有限的值產(chǎn)生誤差，這個誤差隨值的增大而減小。 同時IR 又與VBE(on) 有關(guān)，而值和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)2)(、onBECCVV時ROIIRVICCR才能忽略溫度以及離散性的影響。 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(jì)入基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)時：)1 (ACEVvSC

6、VveIiTBE)1()1(222111ACESCACESCVvIiVvIi111222)()(CCEASCEASCivVIvVIi11122)()(CCEAECEAEivVSvVS當(dāng)12EESS時， 已知)(1onBECEQVVRonBEACEQACEECOIVVVViSSiI)(21 ()(21122 可見計(jì)入基區(qū)調(diào)制效應(yīng)后，進(jìn)一步降低了IO 的精度和熱穩(wěn)定性。通常AonBEVV)(若滿足ACEQVV2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：2ceOrRRrerbegmvberce2T1T2VCCiC2= IOiC1IRR2、減小、減小

7、值影響的鏡像電流源電路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 過程中由于有限的值引入的誤差。T1T2VCCiC2= IOiC1IRT3iE3iB1iB2iB3R根據(jù)電路有13CBRiiI133EBii因?yàn)?13BBEiii321若21BBBiii21CCOiiI故BBBEiiii222213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。T1T2V

8、CCiC2= IOiC1IRT3iE3iB1iB2iB3R1112CCiiOOII)1 (2OI ) 1)1 (2(所以)1)1 (21(ROIIRRII222131CERiiI1112CBii 在實(shí)際的電路中，為了避免T3 管因工作電流過小，而引起值的減小，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：EonBEERVi)(3使 iE3 適當(dāng)?shù)脑龃?。T1T2VCCiC2= IOiC1IRT3iE3iB1iB2iB3RE3R3、比例式鏡像電流源、比例式鏡像電流源 在實(shí)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(shí)現(xiàn)這種

9、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。12EESST1T2VCCiC2= IOiC1IRRR2R1iE1iE2如圖所示根據(jù)電路有222111RivRivEBEEBE設(shè)SSSIII21并忽略基調(diào)效應(yīng)。則有112221RiRivvEEBEBE因?yàn)?21121lnlnSCTSCTBEBEIiVIiVvv21lnCCTiiV1122RiRiEE故112221lnRiRiiiVEECCTT1T2VCCiC2= IOiC1IRRR2R1iE1iE2（根據(jù)PN結(jié)的伏安特性）當(dāng)值足夠大時，OCEIii2211CEii所以1

10、121lnRiRIIiVCOOCTOCTCOIiRViRRI12121ln若 iC1 對 IO 的比值不太大時，例如、101OCIi3 .2ln1OCIi則mVmVIiVOCT8 .593 . 226ln1T1T2VCCiC2= IOiC1IRRR2R1iE1iE2并且滿足時OCTCIiVRi111ln121COiRRI當(dāng)值足夠大時，RCIi1所以ROIRRI21則有RRVVIonBECCR1)(T1T2VCCiC2= IOiC1IRRR2R1iE1iE2ROIRRI21 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，除了增大值外，還應(yīng)該限

11、制 IR 對 IO 的比值，應(yīng)該滿足：OCTCIiVRi111lnORTRIIVRIln1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(jìn)恒流特性。4、微電流源電路、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OCTCOIiRViRRI12121ln若令：R1 =0 則OCTOIiRVI12lnORTIIRVln2由圖可知：5、威爾遜電流源為了提

12、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(fù)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(fù)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。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339（a）所示。在圖339（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 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

13、+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339（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339（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(shí)現(xiàn)，如兩路電流源可用圖339（c）所示電路來實(shí)現(xiàn)?？梢酝频?，它的電路功能與圖339（a）電路n=2時是一致的。7、MOS管鏡像電流源電路管鏡像電流源電路（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：21GSGSVV

14、因?yàn)?)(1111)(2thGSGSonDVVlWCi2)(2222)(2thGSGSonDVVlWCi所以T1T2VSSIRIOID1ID21122)/()/(DDilWlWi已知ODIi2當(dāng) 時：21)/()/(lWlWRDIi112DDii即ROII（2）、動態(tài)電流鏡）、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

15、，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。電路還可以改進(jìn)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(dá)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 。（3）、開關(guān)電流電路）、開關(guān)電流電路 利用電流存儲效

16、應(yīng)，還可以組成另一大類電路，稱為開關(guān)電流電路。vs1t0vs2t0 I 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 ：iiI iiI T1IT4T3T2IS2S1iiioVDD 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ioii T1IT4T3T2IS2S1iiioVDDiiI 二、其它改進(jìn)型電流源電路二、其它改進(jìn)型電流源電路 由前面討論可知：對于各種改進(jìn)型電流源電路都要針對下述目標(biāo)而進(jìn)行。（

17、1）、減小由值和 VA （或 ）而引入的誤差。（2）、提高 IO 的精度，增大 RO ，改進(jìn)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T3T4VCCiC4= IOiC3IRRiC2= iC4T1T2iC1根據(jù)電路可得：2413CEBEBEBEvvvv若足夠的大，則可近似認(rèn)為31CCii42CCii由于 T1 與 T2 構(gòu)成鏡像電流原則有21CCii相應(yīng)的有13BEBEvv42BEBEvv12BEBEvv所以1432BEBEBECEvvvv113CEBEBEvvv 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(qiáng)制地保持 T2 管

18、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(jìn)了電流源的恒流特性，即增大了 RO 。T3T4VCCiC4= IOiC3IRRiC2= iC4T1T2iC1 不過這個電路并沒有減小，因值為有限制而引入的誤差。證明、當(dāng)各管值相同時，IO 與 IR 之間的關(guān)系。根據(jù)電路有433BBCRiiiI因?yàn)?1332BCECiiii111)2(2CCCiii所以4121)2()2(CCCRiiiIT3T4VCCiC4= IOiC3IRRiC2

19、= iC4T1T2iC14121)2()2(CCCRiiiIOOOIII1)2()2(2ORII2)2(2ROII2422RI411)41 (RI2、反饋型電流源電路、反饋型電流源電路T3VCCiC3= IOiB3IRRiC2= iC3T1T2iC1 利用反饋改進(jìn)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：21CCOiiI相應(yīng)增大。其結(jié)果使加到 T3 管的基極電流為：13CRBiIiiB3 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(jìn)。根據(jù)電路可以看出：由三個晶體管構(gòu)成的回路中有231BEBEC

20、Evvv22BECEvv表明、T3 管強(qiáng)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321設(shè)、31BCRiiIT3VCCiC3= IOiB3IRRiC2= iC3T1T2iC1因?yàn)?1BBii21CCii又因?yàn)?123BBCEiiii122BCii112BCii112CCii)21 (1Ci所以312ECiiT3VCCiC3= IOiB3IRRiC2= iC3T1T2iC1所以31BCRiiI332BEii333)(2BBCiii33311)2(2CCCiii3)121

21、2(Ci故3)1212(CRiI322)222(CRiIOI )222(22ROII22222RIRVVIonBECCR)(2在實(shí)踐上，還可以進(jìn)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?zhàn)饔?1CCii根據(jù)電路可知441CECiii233CECOiiiI432CRBiIiT3T4VCCiC3= IOiC4IRRiC2= iC3T1T2iC12314CEBECEBEvvvv2314BEBEBEBEvvvv22CEBEvv所以21CECEvv強(qiáng)制 T1 與 T

22、2 管的 vCE 近似相等，消除基區(qū)調(diào)制效應(yīng)的影響。以電流源為有源負(fù)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(jì)就不合理了。 在集成運(yùn)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(fù)載，故稱之為有源負(fù)載。一、有源負(fù)載共射放大電路二、有源負(fù)載

23、差分放大電路受控源： 受控源(controlled source)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(yùn)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：0i 0u例如 受控源作為晶體管的電路模型：理想受控源模型：幾點(diǎn)說明 ：含有受控源電路的分析方法：（1）支路電流法（2）節(jié)點(diǎn)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

24、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(jìn)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。電壓源電壓源電壓源，即理想電壓源，是從實(shí)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(shí)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(jià)值的。實(shí)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

25、假定它是一個理想電壓源。 理想電壓源有兩個特點(diǎn)理想電壓源有兩個特點(diǎn):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(shí)際電壓源,其端電壓隨電流的變化而變化.因?yàn)樗袃?nèi)阻。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。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(yùn)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。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

26、流電路，將交流電壓變換為單方向脈動電壓。實(shí)現(xiàn)方法主要有以下三種：方案一：單相半波整流電路在變壓器次級電壓u2為正的半個周期內(nèi)（如圖1（a）中所示上正下負(fù)），二極管導(dǎo)通，在RL上得到一個極性為上正下負(fù)的電壓；而在u2為負(fù)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(fù)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(fù)半周內(nèi)Uo=0，Ud=U2。由此可見，由于二極管的單向?qū)щ娮饔?，把變壓器次級的交流電壓變換為單向脈動電壓，達(dá)到了整流的目的。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，使用的元件少，但也有明顯的缺點(diǎn)：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

27、壓器含有直流部分，容易飽和。只能用于輸出功率較小，負(fù)載要求不高的場合。方案二：單相全波整流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(fù)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(fù)半周在負(fù)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(fù)載RL上得到的電壓極性為上正下負(fù)；負(fù)半周內(nèi)，D1截止，D2導(dǎo)通，在負(fù)載上得到的電壓仍為上正下負(fù)，與正半周相同。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(fù)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

28、時間通過電流，所以變壓器利用率不高。方案三：單相橋式整流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(fù)載電阻RL上形成上正下負(fù)的脈動電壓；而在U2負(fù)半周時，D2、D3導(dǎo)通，D1、D4截止，在RL上仍形成上正下負(fù)的脈動電壓。如果忽略二極管內(nèi)阻，有UoU2。橋式整流電路波形如圖3（b）所示。正負(fù)半周均有電流流過負(fù)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(diǎn)，用一次級線圈的變壓器，達(dá)到了全波整流

29、的目的。因此選用方案三單相橋式整流。該模塊實(shí)現(xiàn)降低輸出電壓的脈動成分，該模塊實(shí)現(xiàn)降低輸出電壓的脈動成分，盡量保留直流成分的功能。利用電容和盡量保留直流成分的功能。利用電容和電感的濾波作用達(dá)到降低交流保留直流電感的濾波作用達(dá)到降低交流保留直流成分的目的。成分的目的。濾波電路模塊方案一：電容濾波如圖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(diǎn)：（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。（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

30、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(fù)載電流變化不大的場合。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。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)式濾波圖6（a）所示為 型濾波電路，這種電路的缺點(diǎn)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(fù)載的場合。（b）所示為 型濾波電路，這種濾波電路的優(yōu)

31、點(diǎn)是：簡單經(jīng)濟(jì)，能兼起限制浪涌電流的作用，濾波效果較好。其缺點(diǎn)是帶負(fù)載能力差，濾波電路有功率損耗。它適合負(fù)載電流小，紋波系數(shù)小的場合。（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(fù)載上獲得更加平滑的直流電壓。這種濾波電路的優(yōu)點(diǎn)是：濾波效果好，幾乎沒有直流損耗。其缺點(diǎn)是低頻時電感體積大，成本高。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(jì)要求，故選擇方案一。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(fù)載電流最大變化范圍等于穩(wěn)壓管的最大穩(wěn)定電流和最小穩(wěn)定電流之差 。不難想象，擴(kuò)大負(fù)載

32、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(fù)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(fù)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(fù)載電阻變化時基本不變。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.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

33、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.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(qiáng).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. 5.過載短路保護(hù)電路:串聯(lián)調(diào)整型的穩(wěn)壓電源,調(diào)整管和負(fù)載是串聯(lián)的,當(dāng)負(fù)載電流過大或短路時,大的負(fù)載電流或短路電流全部流過調(diào)整管,此時負(fù)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

34、載或短路時應(yīng)對調(diào)整管采取保護(hù),保護(hù)電路設(shè)計(jì)時應(yīng)保證當(dāng)負(fù)載電流在額定值內(nèi),保護(hù)電路對電源不起作用,但過載或短路時,保護(hù)電路控制調(diào)整管使其截止,輸出電流為零,對負(fù)載和電源均起保護(hù)作用.串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路的方框圖：串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源（具有可調(diào)功能）：DC-DC開關(guān)型穩(wěn)壓電源：1、DC-DC：只對直流參數(shù)進(jìn)行變換的電路。一般結(jié)構(gòu)：直流電源DC-DC主電路負(fù)載控制電路duou2、基本概念、基本概念（1）占空比的定義：）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。on/SDtT（2）脈沖寬度調(diào)制（）脈沖寬度調(diào)制（PWM）或脈沖頻率）或脈沖頻率調(diào)制（調(diào)制（PFM）

35、v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。v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。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douu douu douu douu 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00, IU0U0I00, IU（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

36、分量（2）.輸出阻抗為零（3）.快速動態(tài)響應(yīng),抑制能力強(qiáng)（4）.高效率小型化開關(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(qiáng)、紋波電壓小等優(yōu)點(diǎn)。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。 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(dá)70%95%

37、。開關(guān)型穩(wěn)壓電路的分類：（）、按調(diào)整管與負(fù)載的連接方式： 串聯(lián)型 并聯(lián)型。（）、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。 （）、按調(diào)整管是否參與振蕩： 自激式 他激式（）、按使用開關(guān)管的類型： 晶體管 VMOS管 晶閘管型串聯(lián)型（降壓型）開關(guān)穩(wěn)壓電源：、換能電路的基本原理、換能電路的波形分析、換能電路的波形分析DoffCESIonOUTTUUTTUIonUTTIOqUU、串聯(lián)開關(guān)型穩(wěn)壓電路的組成、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(fù)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

38、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(dá)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。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(diǎn)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。4、開關(guān)型穩(wěn)壓電路的簡化電路、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： （）、固定Ton，改變f調(diào)節(jié)Toff；（）、同時調(diào)整Ton和Toff。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(fù)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(shí)際應(yīng)用中，還需要將輸入直流電源經(jīng)

39、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(fù)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(fù)載，因而UoUi。、換能電路、換能電路2、并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電路的原理圖、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。DC-DC的紋波和噪音：的紋波和噪音：紋波和噪聲產(chǎn)生的原因紋波和噪聲產(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)。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(jìn)入開關(guān)電源或者通過電源線輸入開關(guān)電源。開