電流源和電壓源電路-

關(guān)于電流源和電壓源電路-第一頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日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(duì)負(fù)載阻抗很大，負(fù)載阻抗波動(dòng)不會(huì)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?huì)改變負(fù)載的電流，也不會(huì)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。第二頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日由于內(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(gè)模型對(duì)于電路分析是十分有價(jià)值的。實(shí)際上，如果一個(gè)電流源在電壓變化時(shí)，電流的波動(dòng)不明顯，我們通常就假定它是一個(gè)理想電流源。第三頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日電流源的基本性質(zhì)電流源有兩個(gè)基本性質(zhì)：

(1)它發(fā)出的電流是定值，或是一定的時(shí)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。

第四頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)這是BJT在較大工作電壓時(shí)所出現(xiàn)的一種現(xiàn)象。因?yàn)锽JT在放大狀態(tài)工作時(shí)，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(shì)壘厚度也將隨著變化，這就會(huì)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(shì)壘就是勢(shì)能比附近的勢(shì)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。第五頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日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(duì)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(shí)，力求維持穩(wěn)定不變。2、當(dāng)其兩端電壓變化時(shí)，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第六頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日其中，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(shí)：或表示為所以上式可等效為T1T2VCCiC2=IOiC1IRR第七頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日由于而IS

與發(fā)射結(jié)面積成正比，因此有當(dāng)時(shí)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(shí)，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。第八頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日根據(jù)電路還可知：T1T2VCCiC2=IOiC1IR若T1與T2

的參數(shù)完全匹配，當(dāng)時(shí)：已知所以第九頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日故顯然，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。第十頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日從此式可以看出：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(gè)誤差隨β值的增大而減小。同時(shí)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(shí)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(jì)入基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)時(shí)：第十一頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日當(dāng)時(shí)，已知第十二頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日可見計(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第十三頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日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(duì)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第十四頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日根據(jù)電路有因?yàn)槿艄蕜t注意：此時(shí)電路中的iE3

不能過大，否則會(huì)引起

iB1、iB2

過大，導(dǎo)致飽和失真。T1T2VCCiC2=IOiC1IRT3iE3iB1iB2iB3R第十五頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日所以第十六頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日在實(shí)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(gè)適當(dāng)?shù)碾娮鑂E，則

iE3

的電流為：使

iE3

適當(dāng)?shù)脑龃?。T1T2VCCiC2=IOiC1IRT3iE3iB1iB2iB3RE3R第十七頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日3、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(shí)的情況。T1T2VCCiC2=IOiC1IRRR2R1iE1iE2如圖所示第十八頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日根據(jù)電路有設(shè)并忽略基調(diào)效應(yīng)。則有因?yàn)楣蔜1T2VCCiC2=IOiC1IRRR2R1iE1iE2（根據(jù)PN結(jié)的伏安特性）第十九頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日當(dāng)β值足夠大時(shí)，所以若

iC1

對(duì)IO的比值不太大時(shí)，例如、則T1T2VCCiC2=IOiC1IRRR2R1iE1iE2第二十頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日并且滿足當(dāng)β值足夠大時(shí)，所以則有T1T2VCCiC2=IOiC1IRRR2R1iE1iE2第二十一頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日由此式可知：只要改變兩個(gè)電阻的比值，就可得到IO

對(duì)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(duì)IO

的比值，應(yīng)該滿足：或的條件。對(duì)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。第二十二頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日4、微電流源電路微電流源電路：能夠提供微安量級(jí)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(jí)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(duì)比例電路分析可知若令：R1=0則第二十三頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日由圖可知：第二十四頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日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(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。第二十五頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日第二十六頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日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(gè)基準(zhǔn)電流IR供給多個(gè)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(jí)輸出電流的關(guān)系為第二十七頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日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(jí)，此時(shí)基準(zhǔn)電流IR與各級(jí)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(gè)集電極晶體管來實(shí)現(xiàn)，如兩路電流源可用圖3—39（c）所示電路來實(shí)現(xiàn)?？梢酝频?，它的電路功能與圖3—39（a）電路n=2時(shí)是一致的。第二十八頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日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：第二十九頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日因?yàn)樗訲1T2VSSIRIOID1ID2已知當(dāng)時(shí)：即第三十頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日（2）、動(dòng)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(shí)，T2

管的輸出電流為IO，產(chǎn)生IO所需的柵源電壓為VGS2，這個(gè)電壓儲(chǔ)存在柵源極之間的電容Cgs上，則當(dāng)S斷開時(shí)，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(chǔ)效應(yīng)，顯然是MOS管鏡像電流源電路所特有的性能。第三十一頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日電路還可以改進(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(shí)，S3

斷開，此時(shí)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(shí)柵極電容Cgs

充電，直到II=IO

時(shí)，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(shí)通過S3

的輸出電流為IO=II。第三十二頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日（3）、開關(guān)電流電路利用電流存儲(chǔ)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(hào)電流，開關(guān)S1

和S2

由不重疊的反相時(shí)鐘控制。當(dāng)S1

閉合，S2

斷開時(shí)，T2

管中儲(chǔ)存的電流為：T1IT4T3T2IS2S1iiioVDD第三十三頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日當(dāng)S1

斷開，S2閉合時(shí)，T2

管中的電流通過T3

管傳送到T4

管輸出，顯然這個(gè)輸出電流io

就是前一個(gè)時(shí)鐘周期儲(chǔ)存在T2

管中的輸入電流ii

。即T1IT4T3T2IS2S1iiioVDD第三十四頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日二、其它改進(jìn)型電流源電路由前面討論可知：對(duì)于各種改進(jìn)型電流源電路都要針對(duì)下述目標(biāo)而進(jìn)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(jìn)電流源的恒流特性。1、級(jí)聯(lián)型電流源電路：將兩個(gè)基本鏡像電流源電路相級(jí)聯(lián)，而構(gòu)成的電路。如圖所示第三十五頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日T3T4VCCiC4=IOiC3IRRiC2=iC4T1T2iC1根據(jù)電路可得：若β足夠的大，則可近似認(rèn)為由于T1

與T2

構(gòu)成鏡像電流原則有相應(yīng)的有第三十六頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日所以此式表明，不論外電路加在電流源上的電壓如何變化，級(jí)聯(lián)電路總是強(qiáng)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(shí)，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第三十七頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日不過這個(gè)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(shí)，IO

與IR

之間的關(guān)系。根據(jù)電路有因?yàn)樗訲3T4VCCiC4=IOiC3IRRiC2=iC4T1T2iC1第三十八頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日第三十九頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日2、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(shí)，則會(huì)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(jìn)。第四十頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日根據(jù)電路可以看出：由三個(gè)晶體管構(gòu)成的回路中有表明、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)電路有設(shè)、T3VCCiC3=IOiB3IRRiC2=iC3T1T2iC1第四十一頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日因?yàn)橛忠驗(yàn)樗訲3VCCiC3=IOiB3IRRiC2=iC3T1T2iC1第四十二頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日所以第四十三頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日故第四十四頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日在實(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)饔酶鶕?jù)電路可知第四十五頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日T3T4VCCiC3=IOiC4IRRiC2=iC3T1T2iC1所以強(qiáng)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。第四十六頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日以電流源為有源負(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(shí)必須提高電源電壓。當(dāng)電源電壓增大到一定程度時(shí)，電路的設(shè)計(jì)就不合理了。第四十七頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日

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(duì)于交流信號(hào)，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。第四十八頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日一、有源負(fù)載共射放大電路第四十九頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日第五十頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日第五十一頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日二、有源負(fù)載差分放大電路第五十二頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日第五十三頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日受控源：

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(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(hào)表示：第五十四頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日例如受控源作為晶體管的電路模型：第五十五頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日理想受控源模型：第五十六頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日第五十七頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日幾點(diǎn)說明：第五十八頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日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）諾頓定理第五十九頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日第六十頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日三極管的特性是非線性的，但在低頻小信號(hào)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(shí)三極管可用一線性電路來代替，稱之為三級(jí)管的微變等效則整個(gè)放大電路就變成一個(gè)線性電路，利用分析線性電路的方法對(duì)放大電路進(jìn)行動(dòng)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。第六十一頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日第六十二頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日第六十三頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日電壓源電壓源，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(gè)基本的性質(zhì)：第一，它的端電壓定值U是一定的時(shí)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(gè)模型對(duì)于電路分析是十分有價(jià)值的。實(shí)際上，如果一個(gè)電壓源在電流變化時(shí)，電壓的波動(dòng)不明顯，我們通常就假定它是一個(gè)理想電壓源。第六十四頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日

理想電壓源有兩個(gè)特點(diǎn):

1.端電壓固定不變或是時(shí)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。第六十五頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日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。第六十六頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日串聯(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(shí)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。第六十七頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日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(dòng)電壓。實(shí)現(xiàn)方法主要有以下三種：第六十八頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日方案一：單相半波整流電路第六十九頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日在變壓器次級(jí)電壓u2為正的半個(gè)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(gè)極性為上正下負(fù)的電壓；而在u2為負(fù)的半個(gè)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。第七十頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日由此可見，由于二極管的單向?qū)щ娮饔?，把變壓器次?jí)的交流電壓變換為單向脈動(dòng)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(dòng)大，直流成分比較低；變壓器有半個(gè)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(fù)載要求不高的場合。第七十一頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日方案二：單相全波整流第七十二頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日全波是利用具有中心抽頭的變壓器與兩個(gè)二極管配合，使兩個(gè)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。第七十三頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日全波整流波形如圖2（b）。全波整流的輸出電壓時(shí)半波整流的兩倍，輸出波形的脈動(dòng)成分比半波整流時(shí)有所下降。全波整流電路在負(fù)半周時(shí)二極管承受的反向電壓較高，其最大值等于，且電路中每個(gè)線圈只有一半時(shí)間通過電流，所以變壓器利用率不高。第七十四頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日方案三：單相橋式整流第七十五頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日單相橋式整流電路如圖3（a）。由圖可見，U2正半周時(shí)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(dòng)電壓；而在U2負(fù)半周時(shí)，D2、D3導(dǎo)通，D1、D4截止，在RL上仍形成上正下負(fù)的脈動(dòng)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。第七十六頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日正負(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(dòng)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(dòng)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(jí)線圈的變壓器，達(dá)到了全波整流的目的。因此選用方案三單相橋式整流。第七十七頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日該模塊實(shí)現(xiàn)降低輸出電壓的脈動(dòng)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(dá)到降低交流保留直流成分的目的。濾波電路模塊第七十八頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日方案一：電容濾波第七十九頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日如圖4所示為單相橋式整流電容濾波電路。利用電容的儲(chǔ)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(dòng)成分減小。第八十頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日（2）電容濾波放電時(shí)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(shí)，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。第八十一頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日方案二：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。第八十二頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日第八十三頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日復(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)式濾波第八十四頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日?qǐng)D6（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(jí)電壓；同時(shí)，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。第八十五頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日（b）所示為型濾波電路，這種濾波電路的優(yōu)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。第八十六頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日（c）所示為LC倒L型濾波電路，整流后輸出的脈動(dòng)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(shí)電感體積大，成本高。第八十七頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日綜合考慮，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。第八十八頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日直流穩(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)壓管的第八十九頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日最大穩(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(hào)”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(shí)基本不變。第九十頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日2.取樣電路:它是檢測(cè)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.第九十一頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日3.基準(zhǔn)電壓電路:為了檢測(cè)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.第九十二頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日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.第九十三頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日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(shí),大的負(fù)載電流或短路電流全部流過調(diào)整管,此時(shí)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(shí),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(huì)很快燒壞,所以在過載或短路時(shí)應(yīng)對(duì)調(diào)整管采取保護(hù),保護(hù)電路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證當(dāng)負(fù)載電流在額定值內(nèi),保護(hù)電路對(duì)電源不起作用,但過載或短路時(shí),保護(hù)電路控制調(diào)整管使其截止,輸出電流為零,對(duì)負(fù)載和電源均起保護(hù)作用.第九十四頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路的方框圖：第九十五頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源（具有可調(diào)功能）：第九十六頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日DC-DC開關(guān)型穩(wěn)壓電源：1、DC-DC：只對(duì)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)載控制電路第九十七頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日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(shí)間，TS為開關(guān)周期。第九十八頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日（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(gè)工作過程中，開關(guān)頻率不變，而開關(guān)接通的時(shí)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(gè)工作過程中，開關(guān)接通的時(shí)間不變，而開關(guān)頻率按照要求變化的方法。第九十九頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日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(gè)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(gè)電路m相電路:有m個(gè)基本電路,采用時(shí)分復(fù)用的方法第一百頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日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(dòng)態(tài)響應(yīng),抑制能力強(qiáng)（4）.高效率小型化第一百零一頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日開關(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(gè)電路設(shè)備的體積、重量和成本。第一百零二頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日可以設(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(shí)，因電流很?。创┩鸽娏鳎┒芎暮苄?；當(dāng)其飽和時(shí)，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%。第一百零三頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日開關(guān)型穩(wěn)壓電路的分類：（１）、按調(diào)整管與負(fù)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。第一百零四頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日（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管晶閘管型第一百零五頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日串聯(lián)型（降壓型）開關(guān)穩(wěn)壓電源：１、換能電路的基本原理第一百零六頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日第一百零七頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日２、換能電路的波形分析第一百零八頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日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(dòng)或負(fù)載變化時(shí)，輸出電壓將隨之增大或變小。如果能在Uo增大時(shí)減小占空比，而在Uo減小時(shí)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。第一百零九頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日它包括調(diào)整管及其開關(guān)驅(qū)動(dòng)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(gè)部分。第一百一十頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日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(shí)調(diào)整Ton和Toff。第一百一十一頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日并聯(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)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(chǔ)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Uo>Ui。第一百一十二頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日１、換能電路第一百一十三頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日第一百一十四頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日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。第一百一十五頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日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(dòng)，與開關(guān)電源的開關(guān)動(dòng)作有關(guān)。每一個(gè)開、關(guān)過程，電能從輸入端被“泵到”輸出端，形成一個(gè)充電和放電的過程，從而造成輸出電壓的波動(dòng)，波動(dòng)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)。第一百一十六頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日噪聲的產(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?fù)?、電路中的寄生狀態(tài)及PCB的設(shè)計(jì)有關(guān)。第一百一十七頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日紋波和噪聲的測(cè)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(cè)量是一個(gè)十分重要問題。目前測(cè)量紋波和噪聲電壓是利用寬頻帶示波器來測(cè)量的方法，它能精準(zhǔn)地測(cè)出紋波和噪聲電壓值。第一百一十八頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日用示波器測(cè)量紋波和噪聲的裝置的框圖如圖所示。它由被測(cè)開關(guān)電源、負(fù)載、示波器及測(cè)量連線組成。有的測(cè)量裝置中還焊上電感或電容、電阻等元件。第一百一十九頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日在測(cè)量紋波和噪聲這一性能指標(biāo)時(shí)，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(cè)量裝置不合適，測(cè)量的方法（測(cè)量點(diǎn)的選擇）不合適或采用通用的測(cè)量探頭所致。第一百二十頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日穩(wěn)壓芯片1、7805正5V穩(wěn)壓器（1A）第一百二十一頁，共一百五十三頁，2022年，8月28日