第7章 信号的产生和变换电路
第8章 信号的产生与变换复习题
第8章信号的产生与变换 一、判断题（正确打“√”，错误打“×”，每题1分） ，就一定会维持正弦波振荡。（） 1．正弦波振荡电路，只要满足1 A ＝ F 2．因为RC串并联选频网络作为反馈网络时的φF＝0°，单管共集放大电路的φA＝0°，满足正弦波振荡的相位条件φA＋φF＝2nπ（n为整数），故合理连接它们可以构成正弦波振荡电路。（） 3．在RC桥式正弦波振荡电路中，若RC串并联选频网络中的电阻均为R，电容均为C，则其振荡频率f0＝1/RC。（） 4．当集成运放工作在非线性区时，输出电压不是高电平，就是低电平。（）5.一般情况下，在电压比较器中，集成运放不是工作在开环状态，就是仅仅引入了正反馈。（） 一、判断题答案：（每题1分） 1．×； 2．×； 3．×； 4．√； 5. √； 二、填空题（每题1分） 1．正弦波振荡的相位平衡条件是。 2．正弦波振荡的幅值平衡条件是。 3．一个正弦波振荡电路通常包括四个组成部分，分别为:电路、正反馈电路、选频网络和稳幅电路。 4．一个正弦波振荡电路通常包括四个组成部分，分别为:放大电路、电路、选频网络和稳幅电路。 5．正弦波振荡电路包括四个组成部分，分别为: 放大电路、正反馈电路、 网络和稳幅电路。 6．一个正弦波振荡电路通常包括四个组成部分，分别为:放大电路、正反馈电路、选频网络和电路。 7.正弦波振荡器的选频网络主要有三种，分别为：、LC并联选频网络、晶体选频网络。 8. 正弦波振荡器的选频网络主要有三种，分别为：RC串并联选频网络、、晶
体选频网络。 9. 正弦波振荡器的选频网络主要有三种，分别为：RC串并联选频网络、LC并联选频网络和选频网络。 10.电压比较器通常分为：比较器、滞回比较器和窗口比较器。 11.电压比较器通常分为：单限比较器、比较器和窗口比较器。 12.电压比较器通常分为：单限比较器、滞回比较器和比较器。 二、填空题答案：（每题1分） 1．φ A ＋φ F ＝2nπ； 2．1 ＝ F A ； 3．放大电路； 4．正反馈电路； 5 选频网络； 6. 稳幅； 7.RC串并联选频网络； 8.LC并联选频网络； 9.晶体； 10. 单限； 11.滞回； 12.窗口 三、单项选择题（将正确的答案题号及内容一起填入横线上，每题1分） 1．LC并联网络在发生谐振时呈。 A、电容性 B、电阻性 C、电感性 D、不好确定2．LC并联网络在信号频率大于谐振频率f0时呈。 A、电容性 B、电阻性 C、电感性 D、不好确定3．LC并联网络在信号频率小于谐振频率f0时呈。 A、电容性 B、电阻性 C、电感性 D、不好确定4．当信号频率f＝f0时，RC串并联网络呈B。 A、电容性 B、电阻性 C、电感性 D、不好确定5．当信号频率等于石英晶体的串联谐振频率或并联谐振频率时，石英晶体呈。 A、电容性 B、电阻性 C、电感性 D、不好确定 6. 当信号频率在石英晶体的串联谐振频率和并联谐振频率之间时，石英晶体呈。
功率变换器
题目:举例说明功率变换器的实际应用。包括电路结构,原理分析,参数计算等内容。 要求:1、理论联系实际 2、1500字左右 1.功率变换器的实际应用 由于功率变换器具有提高系统的效率，增大装置的功率密度的功能。在现代社会中，其（DC/DC变换器）广泛应用于远程及数据通讯、计算机、办公自动化设备、工业仪器仪表、军事、航天等领域，涉及到国民经济的各行各业，有着广泛的应用前景。 近年（DC/DC）功率变换器在低功率范围内的增长率大幅度提高，其中6W～ 25WDC/DC变换器的增长率最高，这是因为它们大量用于直流测量和测试设备、计算机显示系统、计算机和军事通讯系统。由于微处理器的高速化，DC/DC变换器由低功率向中功率方向发展是必然的趋势，所以251W～750W的DC/DC变换器的增长率也是较快的，这主要是它用于服务性的医疗和实验设备、工业控制设备、远程通讯设备、多路通信及发送设备，这也显示出了其在远程和数字通讯领域的广阔应用前景。 具体使用，例如：①直流开关电源，其功率变换的核心就是DC/DC功率变换器；② DC/DC功率变换器也是现代燃料电池车动力系统中一个重要部分，主要功能是把不可调的直流电源变为可调的直流电源。 2.原理分析 DC/DC功率变换器按输入与输出间是否有电气隔离可以分为无电气隔离和有电器隔离的直流变化器两类。按工作电路区分有降压式（BUCK），升压式（BOOST），升降压式（BUCK/BOOST），库克（CUK），瑞泰（ZETA），塞皮克（SEPIC）等六种。DC/DC功率变换器基本电路原理图如图1所示。 图1中，功率开关管S1~S4及内部集成的二极管组成全桥开关变换器，S1及S3组成超前桥臂，S2及S4组成滞后桥臂，S1~S4在寄生电容、外接电容C1~C4和变压器漏感的作用F谐振，实现零电压开关。其中C7为隔直电容，可有效地防止高频变压器的直流偏磁。低压直流侧滤波电容为C5、C6、L1为共模电感。 下面，我将就升压降压的不同功能分别对其进行原理分析：
第7章 信号处理电路 习题解答
第7章习题解答 自测题7 一、分别从LPF、HPF、BPF和BEF中选择最合适的一词填空。 1）直流电压放大倍数就是它的通带电压放大倍数的电路是。 2）在f=0或f→∞(意即频率足够高)时的电压放大倍数均等于零的电路是。 3）在理想条件下，f→∞时的电压放大倍数就是它的通带电压放大倍数的电路 是。 4）在理想条件下，f=0与f→∞的电压放大倍数相等，且不等于零的放大倍数是。 解：1）LBF；2）BPF；3）HPF；4）BEF。 二、判断下列说法是否正确，用“√”（正）和“?”（误）填入括号内。 1）高通滤波器的通频带是指电压的放大倍数不变的频率范围。（） 2）低通滤波器的截止频率就是电压放大倍数下降1/2的频率点。（） 3）带通滤波器的频带宽度是指电压放大倍数大于或等于通带内放大倍数0.707的频率范围。（） 4）在带阻滤波器的阻带内，所有频率信号的电压放大倍数一定低于通带的放大倍数。 （） 5）全通滤波器也是直流放大器。（） 6）滤波器中的运放工作在线性状态，所以滤波电路中只引入了负反馈。（） 解： 1）×；使 .. ||0.707|| u up A A ≈时的频率为截止频率。 2）×；使 .. ||0.707|| u up A A ≈时的频率为截止频率。 3）√； 4）×； 5）√； 6) ×。有时候同时也引入了正反馈。 三、在每小题的四个词中选择最合适的一个填入空格。 1）开关电容滤波器所不具备的特点是
A．集成度高 B. 截止频率稳定 C. 电路简单 D. 体积小、功耗低2）测量放大器显著的特点是 A 输出功率大 B 共模抑制比大 C 高频特性好 D 电流放大倍数高 3）电荷放大器的主要作用是 A 电流放大 B 电荷存储 C 高频放大 D 电压放大 4）隔离放大器在放大较低频率信号时，一般采取的方式为 A 电容耦合 B 光电耦合 C 直接耦合 D 变压器调制耦合 解：1）C；2）B；3）D；4）D。 习题7 7.1在下列各种情况下，因分别采用那种类型（低通、高通、带通、带阻）的滤波电路？ （1）抑制频率为200kHz以上的高频干扰； （2）为了避免50Hz电网电压的干扰进入放大器； （3）防止干扰信号混入已知频率为20kHz~35kHz的输入信号； （4）获得低于50Hz的信号。 解：（1）低通滤波器；（2）带阻滤波器；（3）高通滤波器（4）低通滤波器 7.2简述仪表放大器有什么特点，应用于何种场合。 解：仪表放大器也称精密放大器，用于弱信号放大。 在测量系统中，通常都用传感器获取信号，然后进行放大。因此，传感器的输出是放大器的信号源。为了保证放大器对不同幅值信号具有稳定的放大倍数，就必 须使得放大器得输入电阻R i>>Rs，R i愈大，因信号源内阻变化而引起得放大误差 就愈小。此外，从传感器所获得的信号为差模小信号，并含有较大共模部分，其数 值有时远大于差模信号。因此，要求放大器应具有较强的抑制共模信号的能力。 综上所述，仪表放大器的特点是：具备足够大的放大倍数、高的输入电阻和高共模抑制比。 7.3简述电荷放大器有什么特点，应用于何种场合。
信号产生与变换电路的设计
信号产生与变换电路的设计 自动化12-1班 李振兴，自动化12-1 韩超杰 摘要：在《模拟电子技术》的学习基础上，针对课程要求，本电路由电阻、电容、555芯片，LM324放大器组成。该滤波器属于有源滤波器，由有源元件和无源元件组成，设计用到了LM324集成运放，通滤波电路来分别实现方波、三角波、正弦波和正弦三次谐波的输出。 1设计思路与整体框图 该实验设计根据题目要求,是基于555芯片为基础的实现占空比可调的方波发生电路，然后可以产生方波信号；第二步是将方波信号作为输入信号分别接入积分电路并加以LM324为基础的倍数可调放大电路，从而产生三角波；第三步是在方波的基础上加上二阶积分电路产生正弦基波；第四步是在方波电路的基础上加上带通滤波电路并加以LM324为基础的电路从而产生三次谐波。该是所要求的频率为1KHz ，正弦波的截止频率为1.5倍的基波频率，三次谐波的频率为3KHz ；并且要求这四种波的输出幅值必须大于500mv 。 原理框图： 积分电路 带通 滤波 微 电路 分 电 路 方波 发生 电路 三角波 发生电路 正弦 发生电路 三次谐波 发生电路
图1信号的产生与变换整体思路仿真总图为： 2硬件电路设计 2.1 方波发生电路的设计与计算
图2方波发生电路 方波信号只有两种状态，不是高电平就是低电平，所以比较器是它重要组成部分 ，因为产生震荡就是要求高低电平能够自由的切换，所以电路需要引入负反馈；因为输出状态需要按一定时间间隔交替变化，即产生周期性变化。因此它由磁滞回路比较器和RC 电路组成。RC 回路作为延迟环节，即反馈网络。 要求：1f kHz =，则 1.43 ()A B f R R C = +，得出3 () 1.4310A B R R C -+=? 取 1C F μ=,则140B A R R +=Ω。 2.2 三角波发生电路的设计与计算 1213 23 2001000A B R R R R R R R R R ==Ω=Ω=+=+
第八章波形发生电路要点
第八章波形发生电路 本章8学时 知识点：产生正弦波振荡的相位、幅度平衡条件，介绍RC正弦波振荡电路的工作原理、振荡频率、起振条件及电路特点；介绍变压器反馈式、电感三点式和电容三点式等典型LC 振荡电路的工作原理及振荡频率的估算方法；石英晶体振荡电路的特点及工作原理；各种非正弦波发生电路的工作原理。 重点：产生正弦波振荡平衡条件，文氏电桥式RC振荡电路的原理及振荡频率计算，典型LC振荡电路的工作原理及振荡频率的估算方法。 难点：RC振荡电路及典型LC振荡电路的工作原理。 8。1正弦波振荡电路的分析方法 正弦波振荡电路也是一种基本的模拟电子电路。电子技术实验中经常使用的低频信号发生器就是一种正弦波振荡电路。大功率的振荡电路还可以直接为工业生产提供能源，例如高频加热炉的高频电源。此外，诸如超声波探伤、无线电广播电视信号的发送和接收等等，都有离不开正弦波振荡电路。总之，正弦波振荡电路在量测、自动控制、通信和热处理等各种技术领域中，都有着广泛的应用。 8。1。1 产生正弦波振荡的条件 由第五章的介绍可知，放大电路引入反馈后，在一定的条件下可能产生自激振荡，使电路不能正常驻工作，因此必须设法消除这种振荡。但是，在另一些情况下，又有意识地利用自激振荡现象，使放大电路变成振荡器，以便产生各种高频或低频的正弦波信号。 图8.1.1正弦波振荡的条件
以下先来讨论产生正弦波振荡的条件。在图8.1.1中，假设先将开关S 接在1端，并在放大电路的输入端加上一个正弦波电压i u ，即 t U u i i ωsin 2= i u 经过放大电路和反馈网络后，在2端将得到一个同样频率的正弦波电压f u ，即 )sin(2?ω+=t U u i f 如果f u 与原来的输入信号i u 相比，无论在幅度或者相位上都完全相等，即 )sin(2?ω+t U i t U i ωsin 2= 则若将开关S 倒向2端，放大电路的输出信号o u 将仍与原来完全相同没有任何改变。注意到此时电路未加任何输入信号，但在输出端却得到了一个正弦波信号。也就是说，放大电路产生了角频率为ω的正弦波振荡。由此可知，放大电路产生自激振荡的条件可表示如下： i f U U = 因为i i o f U U A F U F U === 所以产生正弦波振荡的条件是 1=F A （8。1。1） 上式可以分别用幅度平衡条件和相位平衡条件来表示： 1=F A （8。1。2） π??n F A F A 2arg ±=+= n=0,1,2,3,……… （8。1。3） 式（8。1。2）所表示的幅度平衡条件，是表示振荡电路已经达到稳幅振荡时的情况。 但若要求振荡能够自行起振，开始时必须满足1>F A 的幅度条件。然后在振荡建立的过 程中，随着振幅的增大，由于电路中非线性元件的限制，使F A 值逐步下降，最后达到1=F A ，此时振荡电路处于稳幅振荡状态，输出电压的幅度达到稳定。 8。1。2 正弦波振荡电路的组成和分析步骤 由图8.1.1可知，正弦波振荡电路应该具有放大电路和反馈网络，此外电路中还应包含有选频网络和稳幅环节。 正弦波振荡电路的选频网络若由电阻和电容元件组成，通常称为RC 正弦波振荡电路；
学习情境三 功率变换电路
驱动电机及控制技术 何忆斌侯志华主编 尹万建主审机械工业出版社全国机械行业职业教育优质规划教材（高职高专）经全国机械职业教育汽车类专业教学指导委员会审定
学习情境三功率变换电路
知识准备：功率变换技术是新能源汽车的调速和转向等动力控制系统的关键技术，其基本作用就是通过合理、有效地控制电源系统电压、电流的输出和驱动电机电压、电流的输入，完成对驱动电机的转矩、转速和旋转方向的控制。此外，新能源汽车的充电及低压设备的供电也是通过相应的功率变换技术完成。 电力电子器件正向着大容量、高可靠性、装置体积小、节约电能和智能化方向发展。除了早期使用的功率二极管、晶闸管外，目前常用的器件主要有门极可关断晶闸管（GTO）、大功率晶体管（GTR）、功率场效应晶体管（MOSFET）、绝缘栅极晶体管（IGBT）、MOS控制晶闸管（MCT）等。从新能源汽车的应用上看，MOSFET、IGBT具有较好的应用前景。 问题1：什么是功率二极管？
问题1：什么是功率二极管？ 1）功率二极管的主要类型：功率二极管的类型主要有三种: (1)普通二极管。普通二极管又称为整流二极管，多用于开关频率不高（1kHZ以下）的整流电路中。其反向恢复时间较长，一般在5μs以上，这在开关频率不高时并不重要。
问题1：什么是功率二极管？ 1）功率二极管的主要类型：功率二极管的类型主要有三种: (2)快速恢复二极管。快速恢复二极管可分为快速恢复和超快速恢复两个等级。其中前者反向恢复时间为数百纳秒或更长；后者则在100ns以下，甚至达到如20～30ns。
问题1：什么是功率二极管？ 1）功率二极管的主要类型：功率二极管的类型主要有三种: (3)肖特基二极管。以金属和半导体接触形成的势垒为基础的二极管称为肖特基势垒二极管（SBD，简称为肖特基二极管。 肖特基二极管的优点是：反向恢复时间很短（10～40ns），正向恢复过程中也不会有明显的电压过冲；在反向耐压较低的情况下，其正向压降也很小（通常在0.5Ⅴ左右），明显低于快速恢复二极管（通常在1V左右或更大），其开关损耗和正向导通损耗都比快速恢复二极管要小。肖特基二极管的弱点是，当反向耐压提高时其正向压降也会高得不能满足要求，因此多用于200V以下的低压场合。同时，由于反向漏电流较大且对温度敏感，反向稳态损耗不可忽略，而且必须严格限制其工作温度。
第七章 信号检测与处理电路
第七章信号检测与处理电路一、教学要求 知识点 教学要求 学时掌握理解了解 信号检测系统的基本组成√ 检测系统中的放大电路 测量放大器的电路结构和工作 原理 √ 隔离放大器的电路结构和工作 原理 √ 有源滤波 器 滤波器的基础知识√ 低通、高通有源滤波器特性和 分析方法 √ √ 带通、带阻有源滤波器电路结 构与特性 √ 电压比较器的特性和分析方法√ 二、重点和难点 本章的重点和难点 本章的重点是：测量放大器的电路结构和工作原理、滤波器的基础知识、低通和高通有源滤波器特性和 分析方法、电压比较器的特性和分析方法。本章的难点是：二阶有源滤波器、迟滞比较器的电路分析。 三、教学内容 7.1 信号检测系统的基本组成 一般信号检测系统的前向通道主要包含传感器、放大器、滤波器、采样保持器和模数转换器等电路模块。 将被测物理量转换成相应的电信号的部件称为传感器。传感器输出的电信号一般都比较微弱，通常需要利用放大电路将信号放大。然而，与被测信号同时存在的还会有不同程度的噪声和干扰信号，有时被测信号可能会被淹没在噪声及干扰信号之中，很难能分清哪些是有用信号，哪些是干扰和噪声。因此，为了提取出有用的信号，而去掉无用的噪声或干扰信号，就必须对信号进行处理。 在信号处理电路中，应根据实际情况选用合理的电路。例如，当传感器的工作环境恶劣，输出信号中的有用信号微弱、共模干扰信号很大，而传感器的输出阻抗又很高，这时应采用具有高输入阻抗、高共模抑制比、高精度、低漂移、低噪声的测量放大器；当传感器工作在高电压、强电磁场干扰等场所时，还必须将检测、控制系统与主回路实现电气上的隔离，这时应采用隔离放大器；对于那些窜入被测信号中的差模干扰和噪声信号，通常需要根据信号的频率范围选择合理的滤波器来滤除。 另外，在信号检测系统中，有时还需要对某些被测模拟信号的大小先做
毫安信号转换电压信号电路
实用的4～20mA输入/0～5V输出的I／V转换电路_电路图 最简单的4－20mA输入/5V输出的I/V转换电路 在与电流输出的传感器接口的时候，为了把传感器(变送器)输出的1-10mA或者4-20mA 电流信号转换成为电压信号，往往都会在后级电路的最前端配置一个I/V转换电路，图1就是这种电路最简单的应用示意图。 仅仅使用一只I/V转换取样电阻，就可以把输入电流转换成为信号电压，其取样电阻可以按照Vin／I=R求出，Vin是单片机需要的满度A／D信号电压，I是输入的最大信号电流。 这种电路虽然简单，但是却不实用，首先，其实际意义是零点信号的时候，会有一个零点电流流过取样电阻，如果按照4~20mA输入电流转换到最大5V电压来分析，零点的时候恰好就是1V，这个1V在单片机资源足够的时候，可以由单片机软件去减掉它。可是这样一来。其有用电压就会剩下5-1=4V而不是5V了。由于单片机的A／D最大输入电压就是单片机的供电电压，这个电压通常就是5V，因此，处理这种简单的输入转换电路时比较麻烦。为了达到A／D转换的位数，就会导致芯片成本增加。 LM324组成的4－20mA输入/5V输出的I/V转换电路 解决上面问题的简单方法是在单片机输入之前配置一个由运算放大器组成的缓冲处理电路，见图2。
增加这级运算放大器可以起到对零点的处理会变得更加方便，无需耗用单片机的内部资源，尤其单片机是采用A／D接口来接受这种零点信号不为零电压的输入时，可以保证A/D转换位数的资源能够全部应用于有用信号上。 以4～20mA 例，图B中的RA0是电流取样电阻，其值的大小主要受传感变送器供电电压的制约，当前级采用24V供电时，RA0经常会使用500Ω的阻值，对应20mA 的时候，转换电压为10V，如果仅仅需要最大转换电压为5V，可以取RA0=250Ω，这时候，传感变送器的供电只要12V就够用了。因为即使传送距离达到1000米，RA0最多也就几百Ω而已。 同时，线路输入与主电路的隔离作用，尤其是主电路为单片机系统的时候，这个隔离级还可以起到保护单片机系统的作用。 图2 采用的是廉价运放LM324，其对零点的处理是在反相输入端上加入一个调整电压，其大小恰好为输入4mA时在RAO上的压降。有了运算放大器，还使得RAO的取值可以更加小，因为这时信号电压不够大的部分可以通过配置运放的放大倍数来补足。这样，就可以真正把4～20mA电流转换成为0～5V电压了。 使用运算放大器也会带来一些麻烦，尤其在注重低成本的时候，选择的运放往往是最最廉价的，运放的失调与漂移，以及因为运放的供电与单片机电路供电的稳定性，电源电压是否可以保证足够稳定，运放的输入阻抗是否对信号有分流影响，以及运放是否在整个信号范围内放大特性平坦，如此等等，造成这种廉价电路的实际效果不如人意。 而最大的不如人意之处还是在零点抵消电路上，随着信号电流的变化，运放的反相端的电压总是会与零点调整电压发生矛盾，就是这个零点电压也在随着运放输出的变化而变化，只不过由于有了信号有用电压的存在，而在结果中不容易区分而已。这种现象最容易造成非线性加大。虽然可以在单片机里采用软件校正
模拟电子线路 第七章 信号产生电路
模拟电子线路第七章信号产生电路 第一节学习要求 第二节正弦波振荡器的振荡条件 第三节RC正弦波振荡器 第四节LC正弦波振荡器 第一节学习要求 1、掌握产生正弦波振荡的相位平衡条件和幅值平衡条件及相位平衡条件的判断方法。 2、掌握文氏桥振荡器的电路形式、起振条件、振荡频率的估算；熟悉电感三点式、电容三点式等LC振荡的组成原则，会估算其振荡频率。 3、了解石英晶体振荡器的特点和频率稳定的原理。 学习重点：振荡条件的判断和振荡频率的计算 学习难点：振荡条件的判别 返回 第二节正弦波振荡器的振荡条件
从结构上看，正弦波振荡电路就是一个没有输入信号的带选频网络的正反馈放大器。图9.1（a）表示接成正反馈时，因此有 放大电路在输入信号时的方框图。可改画成图9.1（b）所示。由图可知，若在放大器的 输入端（1端）外接一定频率、一定幅度的正弦波信号经过基本放大器和反馈网络构成的环 路传输后,在反馈网络的输出端（2端) ，得到反馈信号与在大小和相位上都一致,那么就 可以去除外接信号，而将（1）、（2）两端连接在一起(如图中的虚线所示）而形成闭环系 统，其输出端可能继续维持与开环时一样的输出信号。这样由于便有 或
正弦波振荡器的振荡条件为： 幅度平衡条件：， 相位平衡条件： 讨论1、如果反馈电压和放大器输入电压幅度相等而相位不同，那么，经放大后，反馈的 每一个循环将会使输出电压较前一次的相位提前或推迟一些，振荡周期就会一次比一次缩短或延长，所以始终得不到固定的振荡频率，只能得杂乱无章的信号输出。 讨论2、如果反馈电压和输入电压的相位相同, 而振幅不等，就会出现两种情况： 1.|V f|＜|V a|，即使电路中产生了振荡，但每经过一轮放大反馈的循环,|V o|的振幅就会减小一些，最终振荡消失。 2.|V f|＞|V i|，每经过一个循环，|V o|的振幅就会增大一些，电路中产生增幅振荡，最终由于器件进入非线性区而出现失真。 讨论3、若反馈电压和输入电压不仅幅度相等，而且相位相同，则放大器在没有外加输入 信号的情况下，也能维持有等幅的输出电压。这时，就得到所要的振荡。 讨论4、|AF|=1是维持振荡的幅度条件，电路能够起振的幅度条件是|AF|＞1。稳定之后满足|AF|=1以维持等幅振荡。另外，φa+φf= 2nπ称为相位平衡条件。以上条件同时满足，电路才能起振。
功率变换电路
功率变换电路 前端变换器 在过去十多年中，成本低、结构简单、实现容易的高输入功率因数、高效率、低EMI的前端变换器得到了广泛的研究。系统掉电保持时间（Hold-up time）是前端变换器设计的一个重要指标。因此要求前端变换器中的DC/DC 变换器的输入电压范围较宽，但这将影响额定输入电压时的性能。针对这个问题，提出了单级式变换拓扑、延伸绕组、不对称绕组以及辅助升压装置等方法。由于电压较高，MOSFET 的导通损耗大，体二极管反向恢复特性差，即使采用同步整流（Synchronous rectification, SR）技术对效率的提高也非常有限。为了提高前端变换器的变换效率，新器件和材料被广泛使用，如采用Cool MOS 减小导通损耗，采用Si C 二极管减小反向恢复损耗等；谐振技术也被广泛采用，通过实现零电压开关（Zero voltage switching, ZVS）、零电流开关（Zero current switching, ZCS）减小开关损耗。另外，单周期控制、滑模控制、非线性载波控制等控制策略可以简化控制设计，提高了前端变换器的性能。有源箝位正激变换器如图(a)所示，其优点是电路结构简洁、控制简单，但开关损耗较大，尽管可以利用激磁电感或漏感与箝位电容谐振实现主开关 管的ZVS，但会导致导通损耗增大，因此效率提高不明显。
在动态要求较高的时候，辅助管的电压应力将较大，容易造成变换器失效。考虑到器件的应力，它不适合在宽输入范围使用。不对称半桥变换器如图(b)所示，其优点是原边开关管可以实现ZVS，开关管电压应力为输入电压，不足之处在于变压器存在直流偏磁，并且输入与输出电压关系为非单调性，因此它适用于输入电压范围不宽的场合。。半桥变换器如图(c)所示，其开关管的电压应力为输入电压，变压器对称工作，但其变压器原边电压为输入电压的一半，原边电流大。该变换器适用于中小功率场合。推挽变换器如图(d)所示，其优点是两个开关管共地，驱动电路简单。但是开关管的电压应力为输入电压的两倍，而且变压器漏感会在开关管上产生电压尖峰，更加增加了开关管的电压应力。而开关器件的电压定额越高，其导通电阻就越大，导通损耗就越大。因此推挽变换器难以实现高效率。桥变换器如图(e)所示，与上述变换器相比，其开关管数目较多，但开关管电压应力低，且容易实现ZVS，因此适用于中大功率场合。随着系统的性能指标不断提高，在许多应用场合，单一采用上述变换器很难满足系统的要求，因此提出了两级式架构。尽管多了一级功率变换，两级式架构仍可以通过合理组合，获得比单级式变换器更高的效率和更好的性能模块电源中的高新技术
第七章 lAB VIEW信号分析与处理1
第六章信号处理与分析 ６．１概述 数字信号在我们周围无所不在。因为数字信号具有高保真、低噪声和便于信号处理的优点，所以得到了广泛的应用，例如电话公司使用数字信号传输语音，广播、电视和高保真音响系统也都在逐渐数字化。太空中的卫星将测得数据以数字信号的形式发送到地面接收站。对遥远星球和外部空间拍摄的照片也是采用数字方法处理，去除干扰，获得有用的信息。经济数据、人口普查结果、股票市场价格都可以采用数字信号的形式获得。因为数字信号处理具有这么多优点，在用计算机对模拟信号进行处理之前也常把它们先转换成数字信号。本章将介绍数字信号处理的基本知识，并介绍由上百个数字信号处理和分析的VI构成的LabVIEW分析软件库。 目前，对于实时分析系统，高速浮点运算和数字信号处理已经变得越来越重要。这些系统被广泛应用到生物医学数据处理、语音识别、数字音频和图像处理等各种领域。数据分析的重要性在于，无法从刚刚采集的数据立刻得到有用的信息，如下图所示。必须消除噪音干扰、纠正设备故障而破坏的数据，或者补偿环境影响，如温度和湿度等。 通过分析和处理数字信号，可以从噪声中分离出有用的信息，并用比原始数据更全面的表格显示这些信息。下图显示的是经过处理的数据曲线。
用于测量的虚拟仪器(VI) 用于测量的虚拟仪器(VI)执行的典型的测量任务有： ●计算信号中存在的总的谐波失真。 ●决定系统的脉冲响应或传递函数。 ●估计系统的动态响应参数，例如上升时间、超调量等等。 ●计算信号的幅频特性和相频特性。 ●估计信号中含有的交流成分和直流成分。 在过去，这些计算工作需要通过特定的实验工作台来进行，而用于测量的虚拟仪器可以使这些测量工作通过LabVIEW程序语言在台式机上进行。这些用于测量的虚拟仪器是建立在数据采集和数字信号处理的基础之上，有如下的特性： ●输入的时域信号被假定为实数值。 ●输出数据中包含大小、相位，并且用合适的单位进行了刻度，可用来直接进行 图形的绘制。 ●计算出来的频谱是单边的（single_sided），范围从直流分量到Nyquist频率(二 分之一取样频率)。（即没有负频率出现） ●需要时可以使用窗函数，窗是经过刻度地，因此每个窗提供相同的频谱幅度峰 值，可以精确地限制信号的幅值。 一般情况下，可以将数据采集VI的输出直接连接到测量VI的输入端。测量VI的输出又可以连接到绘图VI以得到可视的显示。 有些测量VI用来进行时域到频域的转换，例如计算幅频特性和相频特性、功率谱、网路的传递函数等等。另一些测量VI可以刻度时域窗和对功率和频率进行估算。 本章我们将介绍测量VI中常用的一些数字信号处理函数。 LabVIEW的流程图编程方法和分析VI库的扩展工具箱使得分析软件的开发变得更加简单。LabVIEW 分析VI通过一些可以互相连接的VI，提供了最先进的数据分析技术。你不必像在普通编程语言中那样关心分析步骤的具体细节，而可以集中注意力解决信号处理与分析方面的问题。LabVIEW 6i版本中，有两个子模板涉及信号处理和数学，分别是Analyze 子模板和Methematics子模板。这里主要涉及前者。 进入Functions模板Analyze》Signal Processing子模板。 其中共有6个分析VI库。其中包括： ①．Signal Generation（信号发生）：用于产生数字特性曲线和波形。 ②．Time Domain（时域分析）：用于进行频域转换、频域分析等。 ③．Frequency Domain（频域分析）： ④．Measurement（测量函数）：用于执行各种测量功能，例如单边FFT、频谱、比例加窗以及泄漏频谱、能量的估算。 ⑤．Digital Filters（数字滤波器）：用于执行IIR、FIR 和非线性滤波功能。
30kW电流模式PWM控制的DCDC功率变换器
华 伟 1965年生,1990 年获北京工业大学功率半 导体器件专业工学硕士学位,副教授,从事新型电力电子器件应用及开关功率变换器的教学和科研工作。 设计与研究 30k W 电流模式PWM 控制的 DC DC 功率变换器 北方交通大学(北京100044) 华 伟 摘 要:新型30k W 电流模式P WM 控制的功率变换器采用N PT -IGBT 器件,无需串联隔直防偏磁电容,使用有源斜坡补偿技术,效率达到90%,具有极好的动态响应、过流保护及模块均流并联性能,是一种具有极大功率扩容(可达到100k W )潜力并易于工程化实现的IGBT 功率变换器。 关键词:电流模式 IGBT 全桥拓扑 开关模式整流器 变换器 收修改稿日期:1999203215 30k W curren t m ode P WM con trolled DC DC power converter N o rthern J iao tong U n iversity (B eijing 100044) Hua W e i Abstract :P resen ted in the paper is a novel 30k W cu rren t mode P WM con tro lled pow er converter .T he converter ,of w h ich the efficiency reaches 90%,app lies N PT -IGBT device and an active slope compen sati on techno logy w ith no need to series connect a DC b lock ing and b ias 2p roof capacito r .It featu res excellen t dynam ic respon se ,over 2cu rren t p ro tecti on ,parallel modu le cu rren t equalizati on ,very h igh pow er expan si on po ten tial (as h igh as 100k W )as w ell as easy engineering realizati on . Key words :cu rren t mode ,IGBT ,fu ll 2b ridge topo logy ,S M R ,converter . 近年来,随着新型电力电子器件的飞速发展, 10k W 以上的直流功率变换器已从SCR 的低频相控整流器方式发展为IGB T 的高频DC DC 开关功率变换器方式。国外的DW A 、GEC -AL STON 、AD tranz 、ABB [1] 等公司也于近年研制出各自的IGB T DC DC 充电机,主要用于高速电气化列车及地铁列车。IGB T DC DC 充电机的重量、 体积大幅度减小,性能明显改善,但要实现15k W ～200k W 的DC DC 高频开关功率变换,存在许多技术问题需要解决。下面根据30k W IGB T DC DC 充电机的研制情况,对有关技术问题进行分析研究。 1 主电路及控制方案 (1)主电路原理图 不同的DC DC 功率变换器拓扑及PWM 控制方法可以构成许多不同的主电路及控制方案[2]。根据技 术的成熟程度、工程化实现难度、装置的性能要求、系列化功率扩容考虑、长期可靠性要求等,在设计30k W IGB T DC DC 充电机时,选择了电流模式PWM 控制 的全桥拓扑(无隔直电容)功率变换器方案。功率变换器的工作频率约为20kH z 。主电路原理如图1所示。 其中C 2为母线单电容型snubber 电路,CT 为检测一次侧电流用的电流互感器。此一次侧电流信号用作电流模式PWM 反馈控制 。 图1 IGBT DC DC 充电机用功率变换器主电路原理图 (2)控制系统原理方框图 控制系统原理如图2所示。这是一个由110V 输出电压控制的电压外环及电流互感器CT 所检测的一次侧电流内环构成的双闭环反馈系统。斜坡补偿电路是电流模式PWM 控制的大占空比双端开关电源电路是为防止次谐波振荡所必需的。反馈补偿网络用以控制电压反馈闭环的稳定性。A 、B 两路驱动信号分别提供给图1中的两路对角线IGB T V 1、V 3和V 2、V 4。 1999年第5期机 车 电 传 动№5,1999 1999年9月10日EL ECTR I C DR I V E FOR LOCOM O T I V E Sep .10,1999
第八章 信号发生器
第八章信号发生器 知识点 教学要求 学时掌握理解了解 正弦波信号发生 器正弦波自激振荡的基本原理√ 正弦波信号发生器的分析方法√ RC 型正弦波信号发生器√ LC型正弦波信号发生器√ 石英晶体振荡器√ 非正弦波信号发生器非正弦波信号发生器的分析方法√ 方波、三角波和锯齿波发生器√ 压控振荡器√ 二、重点和难点 本章的重点是：正弦波自激振荡的基本原理，正弦波信号发生器的组成、起振、稳幅原理及振荡频率的计算，非正弦波信号发生器的组成及分析方法。 本章的难点是：正弦波自激振荡的基本原理，压控振荡电路的工作原理。 三、教学内容 8.1 正弦波自激振荡的基本原理 在放大电路中，为了改善电路性能，通常引入负反馈（中频区）。当电路附加相移（高频区或低频区）改变了反馈信号的极性时，电路中的负反馈就会变成正反馈。此时，若反馈环路增益满足一定条件，电路就会产生自激振荡。这是有害的，应当消除。 在振荡电路中，人为地引入正反馈，并使反馈环路增益满足一定的条件，那么，电路在没有外部激励的情况下会产生输出信号，即产生自激振荡。无论在放大电路还是在振荡电路中，自激振荡的本质是相同的。即振荡时电路中的反馈一定是正反馈，并且反馈环路增益必须满足一定的条件。 1．产生正弦波自激振荡的条件 产生正弦波自激振荡的平衡条件为： 实质上，只要电路中的反馈是正反馈，相位平衡条件就一定满足，这是由电路结构决定的，而幅度平衡条件则由电路参数决定，当环路增益AF＝1时，电路产生等幅振荡；AF<1时电路产生减幅振荡；AF>1时，电路产生增幅振荡。所以自激振荡的起振条件为：
2．选频特性 在振荡电路中，当放大电路或正反馈网络具有选频特性时，电路才能输出所需频率的正弦信号。也就是说，在电路的选频特性作用下，只有频率为的正弦信号才能满足振荡条件。 3．稳幅措施 如果振荡电路满足起振条件，在接通直流电源后，它的输出信号将随时间的推移逐渐增大。当输出信号幅值达到一定程度后，放大环节的非线性器件接近甚至进入饱和或截止区，这时放大电路的增益A将会逐渐下降，直到满足幅度平衡条件AF＝1，输出信号将不会再增大，从而形成等幅振荡。这就是利用放大电路中的非线性器件稳幅的原理。由于放大电路进入非线性区后，信号幅度才能稳定，所以输出信号必然会产生非线性失真（削波）。为了改善输出信号的非线性失真，常常在放大电路中设置非线性负反馈网络（如，热敏电阻、半导体二极管、钨丝灯泡等），使放大电路未进入非线性区时，电路满足幅度平衡条件 （），维持等幅振荡输出。这是一种比较好的稳幅措施。 4．正弦波信号发生器的电路组成 正弦波信号发生器一般由放大电路、正反馈网络、选频网络和稳幅环节组成。其中选频网络既可以包含在放大电路内，也可以包含在正反馈网络之中。稳幅环节一般由放大电路中的非线性元件或增加非线性负反馈网络实现。 8.2 正弦波信号发生器 正弦波信号发生器按照选频网络所用的元件可分为RC和LC型两种。由RC串－并联选频网络构成的文氏电桥振荡器是正弦波信号发生器中常用的电路。此外，还有RC移相式振荡电路和双T网络振荡电路。LC型正弦波信号发生器常用LC谐振电路作选频网络。变压器反馈式、电感三点式和电容三点式振荡电路是几种常用的LC型正弦波信号发生电路。 石英晶体振荡器的频率稳定度（数量级）比LC型振荡器的频率稳定度（数量级）高几个数量级。实际应用中，如果对频率稳定性要求较高，可采用石英晶体振荡器。石英晶体的选频特性类似与LC谐振电路。 1．正弦波信号发生器的分类 根据选频网络的形式进行分类，分类见表8.1
运算放大器信号运算与变换电路.
第2章模拟电路制作实训 2.1 运算放大器基本运算电路 2.1.1 实训目的与器材 实训目的：制作一个基于MCP6021运算放大器的基本运算电路实验模板[16]。 实训器材：常用电子装配工具，万用表，示波器。基本运算电路实验模板元器件清单如表2.1.1所列。 表2.1.1 基本运算电路实验模板元器件清单 2.1.2 MCP6021运算放大器的基本特性 MCP6021（MCP6022、MCP6023和MCP6024）是高性能的轨对轨输入/输出运算放大器，带宽为10 MHz，噪声为8.7（10 kHz），低失调电压为±500~ ±250μV，总谐波失真为0.00053%，电源电压范围为2.5V ～5.5V ，采用PDIP 、SOIC 和TSSOP 封装，引脚端封装形式如图2.1.1所示。
图2.1.1 MCP6021引脚端封装形式 2.1.3 基本运算电路实验模板电路结构 基本运算电路实验模板电路如图2.1.2所示。基本运算电路实验模板可以构成的一些运算放大器电路如图2.1.3所示。 图2.1.2 基本运算电路实验模板电路
（a ）反相放大器电路 （b ）同相放大器电路 （c ）电压跟随器电路 （d ）反相比较器电路
（e ）同相比较器电路 （f ）反相微分电路 （g ）同相微分电路 图2.1.3 基本运算电路实验电路结构
2.1.4 基本运算电路实验模板的制作步骤 1．印制电路板制作 按印制电路板设计要求，设计基本运算电路实验模板电路的印制电路板图，一个参考的基本运算电路实验模板电路PCB 图如图2.1.4所示。印制电路板制作过程请参考“全国大学生电子设计竞赛技能训练”一书。 2．元件焊接 按图2.1.4（a ）所示，将元器件逐个焊接在印制电路板上，元件引脚要尽量的短。元件焊接方法与要求请参考“全国大学生电子设计竞赛技能训练”一书有关章节。注意：元器件布局图中所有元器件均未采用下标形式。 （a ）元器件布局图
功率变换器
Dc/dc功率变换器 1.引言 随着生产技术的发展，电力电子技术的应用已深入到工业生产和社会生活的各方面，功率变换技术作为电力电子技术研究的基础之一，有着广泛的应用前景。本文将就DC/DC 功率变换器的发展与应用展开分析，并探讨其发展的趋势。 2.功率变换器的实际应用 由于功率变换器具有提高系统的效率，增大装置的功率密度的功能。在现代社会中，其（DC/DC变换器）广泛应用于远程及数据通讯、计算机、办公自动化设备、工业仪器仪表、军事、航天等领域，涉及到国民经济的各行各业，有着广泛的应用前景。 近年（DC/DC）功率变换器在低功率范围内的增长率大幅度提高，其中6W～25WDC/DC变换器的增长率最高，这是因为它们大量用于直流测量和测试设备、计算机显示系统、计算机和军事通讯系统。由于微处理器的高速化，DC/DC变换器由低功率向中功率方向发展是必然的趋势，所以 251W～750W的DC/DC变换器的增长率也是较快的，这主要是它用于服务性的医疗和实验设备、工业控制设备、远程通讯设备、多路通信及发送设备，这也显示出了其在远程和数字通讯领域的广阔应用前景。 具体使用，例如：①直流开关电源，其功率变换的核心
就是DC/DC功率变换器；②DC/DC功率变换器也是现代燃料电池车动力系统中一个重要部分，主要功能是把不可调的直流电源变为可调的直流电源。 3.原理分析 DC/DC功率变换器按输入与输出间是否有电气隔离可以分为无电气隔离和有电器隔离的直流变化器两类。按工作电路区分有降压式（BUCK），升压式（BOOST），升降压式（BUCK/BOOST），库克（CUK），瑞泰（ZETA），塞皮克（SEPIC）等六种。DC/DC功率变换器基本电路原理图如图1所示。 图1中，功率开关管S1~S4及内部集成的二极管组成全桥开关变换器，S1及S3组成超前桥臂，S2及S4组成滞后桥臂，S1~S4在寄生电容、外接电容C1~C4和变压器漏感的作用F 谐振，实现零电压开关。其中C7为隔直电容，可有效地防止高频变压器的直流偏磁。低压直流侧滤波电容为C5、C6、
信号处理电路习题
第七章 信号处理电路 1．填空 （1）集成运放作为运算电路和电压比较器，它们的主要区别是：电压比较器中集成运放工 作在 或 状态，而运算电路中的集成运放工作在 状态； 电压比较器输出只有 和 两个稳定状态。 （2）为了获得输入电压中的低频信号，应选用 滤波电路。 （3）为了使滤波电路的输出电阻足够小，保证负载电阻变化时滤波特性不变，应选用 滤波电路。 （4）电压比较器，其输出电压与两个输入端的电位关系有关。若+U ＞-U ，则输出电压 =o U ；而+U ＜-U 时输出电压=o U 。 （5）无论是简单电压比较器还是滞回电压比较器，均可采用同向输入和反向输入两种接法。 若希望I u 足够高时输出电压为低电平，则应采用 输入接法。若希望I u 足够低时输出 电压为低电平，则应采用 输入接法。 2. 判断 （1）运算电路中一般均引入负反馈。 （ ） （2）在运算电路中，集成运放的反向输入端均为虚地。 （ ） （3）凡是运算电路均可利用“虚短”和“虚断”的概念求解运算关系。 （ ） （4）各种滤波电路的通带放大倍数的数值均大于1。 （ ） 3．说明下图各电路属于哪种类型的滤波电路，是几阶滤波电路？
4．电路如图所示，已知正弦信号V U t U U m m i 15,sin ==ω，稳压管的反相工作电压V U Z 4=，正向压降V V D 7.0=，试画出输出波形o U 。 5．电压比较器电路如图，指出电路属于何种类型的比较器，并画出它们的传输特性。设集 成运放的V U OH 12+=，V U OL 12-=，各稳压管的稳压值V U Z 6=，二极管的压降V U D 7.0=。 6．试分别求解下图所示各电路的电压传输特性。