《模電基礎(chǔ)穩(wěn)壓》課件

課程簡介本課程為電子信息類專業(yè)必修課程，旨在為學(xué)生打下扎實(shí)的模擬電路基礎(chǔ)知識。課程內(nèi)容包括：模擬電路基本概念、基本電路分析方法、運(yùn)算放大器、反饋放大器、基本放大電路、功率放大器、信號發(fā)生電路、濾波器等。做aby做完及時下載aweaw模電基礎(chǔ)知識回顧本節(jié)課將回顧一些重要的模電基礎(chǔ)知識，為學(xué)習(xí)穩(wěn)壓電路奠定基礎(chǔ)。1基本概念電阻、電容、電感等基本元件2二極管PN結(jié)特性、二極管的種類3晶體管三極管的特性、放大電路4運(yùn)算放大器理想運(yùn)放特性、反饋電路這些基礎(chǔ)知識是學(xué)習(xí)穩(wěn)壓電路的基礎(chǔ)，建議大家復(fù)習(xí)相關(guān)內(nèi)容，并對相關(guān)概念有深入理解。穩(wěn)壓電路的作用與分類穩(wěn)定電壓穩(wěn)壓電路的主要作用是將不穩(wěn)定的直流電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流電壓。提高可靠性穩(wěn)壓電路可以提高電子設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性，防止電壓波動導(dǎo)致設(shè)備故障。分類穩(wěn)壓電路主要分為線性穩(wěn)壓電路和開關(guān)穩(wěn)壓電路。二極管穩(wěn)壓電路工作原理二極管穩(wěn)壓電路利用二極管的穩(wěn)壓特性，將不穩(wěn)定的直流電壓穩(wěn)定到預(yù)定的電壓值。電路組成一般包括一個二極管、一個電阻和一個負(fù)載。二極管作為穩(wěn)壓元件，電阻用于限流，負(fù)載則是需要穩(wěn)壓的電路。穩(wěn)壓過程當(dāng)輸入電壓高于穩(wěn)壓電壓時，二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，將多余的電壓降落在二極管上，保持輸出電壓穩(wěn)定。應(yīng)用場景二極管穩(wěn)壓電路常用于小功率的穩(wěn)壓電源，如手機(jī)充電器、音頻放大器等。二極管穩(wěn)壓電路的特點(diǎn)簡單易用二極管穩(wěn)壓電路結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，成本低廉，廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備中。精度有限二極管穩(wěn)壓電路的精度受溫度影響，穩(wěn)定性相對較差，輸出電壓通常不穩(wěn)定。輸出電流小二極管穩(wěn)壓電路的輸出電流有限，通常較小，無法滿足高功率應(yīng)用需求。適應(yīng)性較強(qiáng)二極管穩(wěn)壓電路對輸入電壓變化適應(yīng)性較強(qiáng)，但輸出電壓波動范圍較廣。二極管穩(wěn)壓電路的應(yīng)用電源穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路可用于電源穩(wěn)壓，例如為電子設(shè)備提供穩(wěn)定的直流電壓。電子設(shè)備許多電子設(shè)備，如收音機(jī)、電視機(jī)和電腦，都使用二極管穩(wěn)壓電路來穩(wěn)定電源。信號處理二極管穩(wěn)壓電路可用于信號處理，例如為音頻放大器提供穩(wěn)定的偏置電壓。三端穩(wěn)壓器原理三端穩(wěn)壓器是一種集成電路，用于將不穩(wěn)定的直流電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流電壓。1輸入電壓三端穩(wěn)壓器需要一個輸入電壓，高于所需的輸出電壓。2內(nèi)部參考電壓三端穩(wěn)壓器內(nèi)部有一個精確的參考電壓，用于比較輸入電壓。3誤差放大器誤差放大器將參考電壓與輸入電壓進(jìn)行比較，并控制輸出電壓。4輸出電壓輸出電壓由誤差放大器控制，保持穩(wěn)定。三端穩(wěn)壓器內(nèi)部包含一個參考電壓源、一個誤差放大器、一個電流限流電路和一個輸出級。三端穩(wěn)壓器的分類固定輸出穩(wěn)壓器固定輸出穩(wěn)壓器輸出電壓固定，常見的有LM7805、LM7812等系列。這些穩(wěn)壓器通常用于固定電壓的場合，例如為單片機(jī)、電路板等提供穩(wěn)定的電源?？烧{(diào)式穩(wěn)壓器可調(diào)式穩(wěn)壓器可以調(diào)節(jié)輸出電壓，常見的有LM317、LM338等系列。這些穩(wěn)壓器可以根據(jù)需要設(shè)置不同的輸出電壓，用于靈活的電壓調(diào)節(jié)場景。低壓差穩(wěn)壓器低壓差穩(wěn)壓器(LDO)是近年來發(fā)展起來的低壓差穩(wěn)壓器，它們具有低壓降、高效率等特點(diǎn)，適用于需要低功耗、低熱量的應(yīng)用。開關(guān)穩(wěn)壓器開關(guān)穩(wěn)壓器是一種高效的穩(wěn)壓器，它們通過開關(guān)控制來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓，能夠提供更高的效率和更小的體積。它們適用于需要高效率、高功率的應(yīng)用。LM7805固定輸出穩(wěn)壓器1簡介LM7805是常見的固定輸出型三端穩(wěn)壓器。它可以將輸入電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的5V直流電壓。2特點(diǎn)它具有高穩(wěn)定性、低輸出紋波、高效率等特點(diǎn)。工作電壓范圍為7-25V。3應(yīng)用LM7805廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備中，例如電源適配器、電腦、手機(jī)等。LM7805的特點(diǎn)及應(yīng)用1特點(diǎn)LM7805是一款固定輸出電壓為5V的三端穩(wěn)壓器。具有輸出電流大、工作電壓范圍廣、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。2應(yīng)用LM7805廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備中，例如電源、音頻放大器、微控制器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器等。3注意事項(xiàng)使用LM7805時，需要注意散熱問題。由于LM7805在工作時會產(chǎn)生熱量，因此需要采取適當(dāng)?shù)纳岽胧﹣肀苊馄骷^熱。4電路設(shè)計LM7805通常用于簡單的電源電路設(shè)計中，可以使用它來構(gòu)建一個穩(wěn)定的5V電源，為其他電子設(shè)備提供電源?？烧{(diào)式三端穩(wěn)壓器LM3171可調(diào)節(jié)輸出電壓可通過外接電阻調(diào)節(jié)輸出電壓2低壓差輸入輸出電壓差較小，效率高3高電流可提供較高電流輸出4易于使用只需少量外部元件即可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓LM317是一種常用的可調(diào)式三端穩(wěn)壓器，具有可調(diào)節(jié)輸出電壓、低壓差、高電流和易于使用的特點(diǎn)。它廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備中，例如電源、充電器、音頻放大器和精密儀器等。LM317的工作原理可調(diào)電阻可調(diào)電阻用于設(shè)置輸出電壓，它與LM317的調(diào)整端(ADJ)連接。通過調(diào)整電阻的阻值，可以改變流過調(diào)整端的電流，進(jìn)而改變輸出電壓。內(nèi)部參考電壓LM317內(nèi)部包含一個穩(wěn)定的參考電壓源，通常為1.25V。該參考電壓與調(diào)整端的電壓差控制著LM317的輸出電流，進(jìn)而調(diào)節(jié)輸出電壓。放大器放大器放大參考電壓與調(diào)整端電壓差，將誤差信號放大。放大后的信號驅(qū)動輸出晶體管，控制輸出電流，使輸出電壓保持穩(wěn)定。輸出晶體管輸出晶體管是LM317的核心，它負(fù)責(zé)提供輸出電流。輸出晶體管的電流由放大器控制，以維持輸出電壓穩(wěn)定。LM317的特點(diǎn)及應(yīng)用高精度和穩(wěn)定性LM317具有極高的精度和穩(wěn)定性，輸出電壓可以穩(wěn)定在指定的電壓值，即使輸入電壓發(fā)生變化。可調(diào)輸出電壓LM317可以提供可調(diào)的輸出電壓，通過外接電阻來調(diào)節(jié)，方便設(shè)計者根據(jù)需要設(shè)置輸出電壓。應(yīng)用廣泛LM317廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備中，例如電源供應(yīng)器、充電器、放大器等，可以滿足不同場景的電壓需求。三端穩(wěn)壓器的熱量分析1熱量來源三端穩(wěn)壓器工作時會產(chǎn)生熱量。熱量來自輸入電壓與輸出電壓之間的電壓降，以及內(nèi)部電路的損耗。2熱量計算可以使用公式P=（Vin-Vout）*Iout來計算三端穩(wěn)壓器的熱量。其中，P為熱量，Vin為輸入電壓，Vout為輸出電壓，Iout為輸出電流。3熱量影響過高的熱量會導(dǎo)致三端穩(wěn)壓器溫度過高，影響其性能和壽命。溫度過高可能會導(dǎo)致器件損壞，甚至發(fā)生火災(zāi)。三端穩(wěn)壓器的散熱方式1自然冷卻自然冷卻是指通過空氣對流和輻射散熱，適用于低功率三端穩(wěn)壓器。2散熱器冷卻散熱器冷卻是指通過散熱器將熱量傳遞到空氣中，適用于中等功率三端穩(wěn)壓器。3風(fēng)冷風(fēng)冷是指通過風(fēng)扇強(qiáng)制對流散熱，適用于高功率三端穩(wěn)壓器。4水冷水冷是指通過水循環(huán)散熱，適用于超高功率三端穩(wěn)壓器。三端穩(wěn)壓器的保護(hù)電路過流保護(hù)過流保護(hù)防止穩(wěn)壓器因電流過大而損壞。常用保險絲、電流傳感器、限流電阻等。過壓保護(hù)過壓保護(hù)防止穩(wěn)壓器因電壓過高而損壞。常用齊納二極管、電壓傳感器等。短路保護(hù)短路保護(hù)防止穩(wěn)壓器因短路而損壞。常用電流檢測電路、短路保護(hù)電路等。過熱保護(hù)過熱保護(hù)防止穩(wěn)壓器因溫度過高而損壞。常用熱敏電阻、溫度傳感器等。開關(guān)穩(wěn)壓電路的工作原理脈沖寬度調(diào)制開關(guān)穩(wěn)壓器通過脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制開關(guān)管的導(dǎo)通時間，從而改變輸出電壓。開關(guān)管開關(guān)管通常采用MOSFET或IGBT，以高速切換來實(shí)現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換。反饋回路反饋回路監(jiān)測輸出電壓，并調(diào)整PWM信號以保持輸出電壓穩(wěn)定。濾波器濾波器用于平滑PWM信號，生成穩(wěn)定的直流輸出電壓。開關(guān)穩(wěn)壓電路的特點(diǎn)高效率開關(guān)穩(wěn)壓器的工作原理決定了其高效率，能量損耗較低，尤其適用于高功率應(yīng)用。體積小開關(guān)穩(wěn)壓器采用高頻工作方式，元件尺寸較小，可以實(shí)現(xiàn)體積更小、更輕便的電源設(shè)計。紋波小開關(guān)穩(wěn)壓器在輸出電壓方面具有更小的紋波，提供更穩(wěn)定的電源輸出，有利于精密電子設(shè)備的工作。調(diào)節(jié)范圍廣開關(guān)穩(wěn)壓器可以輕松實(shí)現(xiàn)寬范圍的電壓調(diào)節(jié)，滿足不同電子設(shè)備的電壓需求，具有更大的靈活性。開關(guān)穩(wěn)壓電路的應(yīng)用電源適配器開關(guān)穩(wěn)壓電路常用于各種電源適配器，例如筆記本電腦、手機(jī)充電器等，提供高效的直流電壓。LED照明開關(guān)穩(wěn)壓電路可用于LED照明系統(tǒng)，提供穩(wěn)定的電壓，延長LED的使用壽命。汽車電子汽車電子系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用開關(guān)穩(wěn)壓電路，為車載電子設(shè)備提供穩(wěn)定的電源。工業(yè)控制在工業(yè)控制系統(tǒng)中，開關(guān)穩(wěn)壓電路可用于提供可靠的電源，確保設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。電源的紋波和噪聲電源紋波和噪聲是影響電路穩(wěn)定性和可靠性的重要因素。1紋波指在直流電源中存在的交流成分。2噪聲指在電源電壓上疊加的隨機(jī)信號。3影響影響電路性能，導(dǎo)致電路工作不穩(wěn)定，甚至損壞。4來源電源本身、負(fù)載變化、外部干擾。紋波和噪聲會降低電源的品質(zhì)，影響電路的穩(wěn)定性和可靠性。需要采取相應(yīng)的濾波措施，降低紋波和噪聲的影響。電源濾波電路的設(shè)計濾波電路的類型常用的濾波電路主要分為低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器和帶阻濾波器。其中低通濾波器用于消除高頻噪聲，而高通濾波器則用于消除低頻噪聲。濾波電路的組成電源濾波電路通常由電容、電感和電阻組成。電容用于濾除高頻噪聲，電感用于濾除低頻噪聲，而電阻則用于限制電流。濾波電路的設(shè)計參數(shù)設(shè)計電源濾波電路時需要考慮濾波器的截止頻率、通帶和阻帶等參數(shù)。這些參數(shù)的選擇取決于實(shí)際應(yīng)用的要求。濾波電路的測試設(shè)計完電源濾波電路后，需要進(jìn)行測試，以驗(yàn)證其性能。測試方法包括頻譜分析、示波器觀察等。電源的過流和過壓保護(hù)1過流保護(hù)過流保護(hù)是防止電路過載，保護(hù)元器件不受損壞的關(guān)鍵，通常使用熔斷器或過流繼電器實(shí)現(xiàn)。2過壓保護(hù)過壓保護(hù)防止電源電壓過高，可使用穩(wěn)壓二極管或過壓保護(hù)芯片實(shí)現(xiàn)，以確保電路正常工作。3保護(hù)機(jī)制過流和過壓保護(hù)機(jī)制通過檢測異常電流或電壓信號，觸發(fā)保護(hù)電路，切斷電源或降低輸出電壓，防止設(shè)備損壞。4設(shè)計要點(diǎn)過流和過壓保護(hù)的設(shè)計需要根據(jù)負(fù)載特性和工作環(huán)境選擇合適的保護(hù)器件，并考慮保護(hù)響應(yīng)時間和可靠性等因素。電源的短路保護(hù)保險絲保護(hù)保險絲是一種常用的短路保護(hù)元件，當(dāng)電流超過額定值時，保險絲會熔斷，切斷電路，防止設(shè)備損壞。斷路器保護(hù)斷路器是一種可復(fù)式保護(hù)裝置，當(dāng)電流超過額定值時，它會自動斷開電路，保護(hù)設(shè)備。二極管保護(hù)二極管可以用于保護(hù)電路免受反向電壓的損壞，并可以與其他元件結(jié)合使用，實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的保護(hù)功能。電流限制電路電流限制電路可以限制電流流過設(shè)備的最大值，防止設(shè)備因過流而損壞。電源的熱量分析與散熱1熱量來源分析電源內(nèi)部器件工作時會產(chǎn)生熱量，主要來自開關(guān)器件的損耗、電阻器件的損耗以及線圈的損耗。2熱量計算方法根據(jù)電源的功率和效率，可以計算出電源的熱量?？梢酝ㄟ^計算每個器件的功率損耗來進(jìn)行熱量分析。3散熱方式選擇常用的散熱方式包括自然冷卻、風(fēng)冷、水冷以及熱管散熱。選擇合適的散熱方式取決于電源的功率大小和工作環(huán)境。電源的EMI抑制濾波采用低通濾波器抑制高頻干擾信號，并使用合適的濾波器元件。屏蔽對電路板進(jìn)行屏蔽，使用金屬外殼或屏蔽材料隔離干擾信號。接地建立良好的接地系統(tǒng)，降低共模干擾信號的影響。其他使用共模扼流圈、電容等元件抑制干擾信號。電源的安全性要求安全認(rèn)證電源必須通過相關(guān)安全認(rèn)證，例如UL認(rèn)證、CE認(rèn)證等，以確保產(chǎn)品符合安全標(biāo)準(zhǔn)。絕緣和屏蔽電源的絕緣材料應(yīng)符合安全標(biāo)準(zhǔn)，并進(jìn)行有效的屏蔽，防止電磁干擾和靜電放電。安全設(shè)計電源應(yīng)采用安全設(shè)計，包括過流保護(hù)、過壓保護(hù)、短路保護(hù)等，防止意外事故發(fā)生。電源的可靠性設(shè)計11.元器件選型選擇高可靠性、高品質(zhì)的元器件，并進(jìn)行嚴(yán)格的測試和篩選，以確保其能夠在惡劣的環(huán)境下穩(wěn)定工作。22.電路設(shè)計采用成熟可靠的電路設(shè)計方案，并進(jìn)行合理的電路布局，避免過大的電流和電壓沖擊，降低故障率。33.可靠性測試對電源系統(tǒng)進(jìn)行嚴(yán)格的可靠性測試，包括高溫、低溫、濕度、振動、沖擊、靜電等環(huán)境測試，以驗(yàn)證其可靠性。44.失效分析對電源系統(tǒng)進(jìn)行失效分析，找出潛在的失效模式，并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行預(yù)防，提高電源系統(tǒng)的可靠性。電源系統(tǒng)的測試與調(diào)試測試準(zhǔn)備確保測試環(huán)境安全，并準(zhǔn)備必要的測試儀器，例如示波器、萬用表、負(fù)載等。功能測試驗(yàn)證電源是否能正常輸出電壓和電流，并檢查輸出電壓的穩(wěn)定性和波形。性能測試測試電源的效率、紋波抑制能力、負(fù)載調(diào)節(jié)能力等指標(biāo)。可靠性測試進(jìn)行長時間運(yùn)行測試，以評估電源的可靠性和壽命。安全測試測試電源的過壓、過流、短路保護(hù)功能，以及絕緣性能。調(diào)試優(yōu)化根據(jù)測試結(jié)果，對電源進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，以提高其性能和可靠性。電源設(shè)計中的注意事項(xiàng)電氣安全電源設(shè)計要符合相關(guān)的電氣安全標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)。例如，要確保電源的絕緣性能符合要求，并進(jìn)行必要的安全測試。例如，要使用具有足夠安全間距的元器件，并進(jìn)行必要的接地處理。在設(shè)計過程中，還要考慮電源的可靠性，確保其能夠在各種惡劣環(huán)境下正常工作。