第五章 电力电子技术-直流直流变流电路
——与整流对应，将直流电变为另一固定电压或可调电压
5.1基本斩波电路
1. 降压斩波电路(Buck Chopper)
z 电路结构
{全控器件IGBT 和续流VD
{若负载为直流电动机或蓄电池负载，会出现反电动势E m
z 工作原理
{t=0，V 导通，E 向负载供电，
u o =E ，i o 按指数曲线上升
{t=t 1，V 关断，VD 续流，u o ≈0，i o 呈指数曲线下降，通常串较大电感L 使i o 连续且脉动小
z 稳态时，i o 在一个周期的初值和终值相等u
E
u
E
5.1基本斩波电路
1. 降压斩波电路(Buck Chopper)
z 电流连续
{负载电压的平均值U o
t on ——V 导通的时间t off ——V 断开的时间α——导通占空比
{降压斩波电路(Buck变换器)——
U o 最大为E，改变α可改变U o 大小{负载电流平均值I o
E
E T t E t t t U on
off
on on o α==+=o m
o U E I R
?=
u
E
u
E
5.1基本斩波电路
1. 降压斩波电路(Buck Chopper)
z 电流断续
{若负载L 值小，V 关断后，t 2时，i o =0{u o 会被抬高，不希望出现该情况
z 斩波电路控制方式
{脉冲宽度调制（PWM ，脉冲调宽型）：T 不变，改变t on
{频率调制(调频型)：t on 不变，改变T {混合型：t on 和T 都可调，使α改变
u
E
u E
(Buck Chopper)
处于通态和
5.1基本斩波电路
1. 降压斩波电路(Buck Chopper)
z 电流连续
{有{则{有，，
，，I 10和I 20又分别是负载电流瞬时值的最小值和最大值
{泰勒级数近似，若L 足够大，则I 10=I 20=I 0，得
）（2210t i I =）（1120t i I =R E m e e R E R E e e I m
T t ???????????=????
???????=1111//101
ραρττR E m e e R E R E e e I m T t ??????
?????=????
???????=????ραρττ
1111//20
1()o
I R
E
m I I =?≈
≈α2010τρ/T =E E m m /=()()11/t t T T τταρ=?=R L /=τ
因此输出功率等于输入功率，降压斩波器即为直流降压变
2201on
on
t t t t M E i I e
e R
τ
τ
???
?
=??（）
1201111t /m T /E e E e E
I m R R R e e
τ
αρτ
ρ
??????????=?=???????????5.1基本斩波电路
1. 降压斩波电路(Buck Chopper)
z 电流断续
{I 10=0，且t=t on +t x 时，i 2=0，有
{t x {输出电压平均值U o {负载电流平均值I o ? ? ? ?????=?m e m t x αρτ)1(1ln 1 1 ??>ρ αρ e e m E m T t t T E t t T E t U x on m x on on o ??? ???????? ?+?+=??+=1)(αR E U R E m T t t t i t i T I m o x on t t t t o on x on ?=??????+?=??????+=∫∫+α021d d 1 升压斩波电路(Boost Chopper) 电路结构 此电路为降压电路不考虑开关极性情况下，逆时针方向旋保持输出电压 (Boost Chopper) u GE ，则输出电压 E R t E O t O T E c) u o t 1t 2 t x t off I 20 E m (Boost Chopper) βE i 2 I 10 t off 1e E R e ρ ?????? (Boost Chopper) t E u o E m 斩波电路 释放能量，电流为极性相t i 1t on t off I L 为升压 t t i 1t on t off 直流电压变换电路 第七章直流电压变换电路 目的要求 1．掌握直流电压变换电路的基本原理和三种控制变换方式。 2．了解晶闸管直流电压变换电路的工作原理及晶闸管换流原理。 3．掌握降压和升压直流变换电路的工作原理及库克（Cuk）电路的工作原理。 4. 了解复合直流电压变换电路的组成及应用。 主要内容及重点难点 1. 直流电压变换电路的基本原理 2. 直流电压变换电路的三种控制变换方式 3. 晶闸管直流电压变换电路的工作原理 4. 晶闸管换流原理 5. 降压及升压直流变换电路的工作原理 6. 库克（Cuk）电路的工作原理 7. 复合直流电压变换电路的组成以及应用 第一节直流电压变换电路的工作原理及分类 直流电压变换电路也称为直流斩波器，它是将直流电压变换为另一固定电压或大小可调的直流电压的电路。具有效率高、体积小、重量轻、成本低等优点，广泛地应用于可控直流开关稳压电源、直流电动机调速控制和焊接电源等。 一、直流电压变换电路的工作原理 1．电路构成：如图7-1所示为直流电压变换电路原理图及工作波形图， R 为负载；S 为控制开关，是电路中的关键功率器件，它可用普通型晶闸管、可关断晶闸管GTO 或者其它自关断器件来实现。 2．电路输出波形： a) b) 图7-1 直流电压变换电路原理图及工作波形 a) 电路原理图 b) 工作波形 3．工作原理分析： 当开关S 闭合时，负载电压u o =U d ，并持续时间t on ，当开关S 断开时，负载上电压u o =0V ，并持续时间t off 。则T =t on +t off 为直流变换电路的工作周期，电路的输出电压波形如图7-1b 所示。若定义占空比为T t k on = ，则由波形图上可得输出电压得平均值为 d d on d off on on o kU U T t U t t t U ==+= （7-1） 只要调节k ，即可调节负载的平均电压。 二、直流电压变换电路的三种控制方式 直流电压变换电路主要由以下三种控制方式。 1) 脉冲宽度调制(PWM )：脉冲宽度调制也称定频调宽式，保持电路频率f ＝ l ／T 不变，即工作周期T 恒定，只改变开关S 的导通时间t on 。 《电路与电子技术基础》2004~2005学年第二学期期末考试试卷（A） 时间：120分钟 班级学号姓名成绩 【注意事项】 1.答题用黑色或兰色钢笔与圆珠笔，作图可以用铅笔； 2.除可以携带指定的文具用品（钢笔、圆珠笔、铅笔、橡皮、绘图仪器、无存储功能的计算器）外，其他物品不准带入考场（手机必须关机，参考资料与书包全部放到教室前面）； 3.遇有试卷字迹不清、卷面缺损等问题，可以先举手，经监考人员同意后方可提问。 一、单项选择题（本题共40分，每题2分，将你认为正确的选项对应的字母填在括号内） 1．测得一放大电路中三极管各极电压如考试题图1所示：该管为（）。 A. PNP型硅管 B. NPN型硅管 C. PNP型锗管 D. NPN型锗管 2．正常工作状态下的稳压二极管，处于伏安特性曲线中的（）。 A. 正向特性工作区 B. 反向击穿区 C. 正向特性非工作区 D. 特性曲线所有区域 3．组合逻辑电路的设计是指（）。 A. 已知逻辑要求，求解逻辑表达式并画逻辑图的过程 B. 已知逻辑要求，列真值表的过程 C. 已知逻辑图，求解逻辑功能的过程 4．考试题图2所示电路的u S (t) = 2 cos t V，则电感电流 i L(t)的初相等于（）。 A. 26.6° B. －26.6° C. 63.4° D. －63.4° 5．电流并联负反馈对放大器的输入、输出的电阻的影响是（）。 A. 减小输入电阻及输出电阻 B. 减小输入电阻、增大输出电阻 C. 增大输入电阻、减小输出电阻 D. 增大输入电阻及输出电阻 6．考试题图3所示电路中的电压U为（）。 A. 5V B. -5V C. 10V D. 7V 7．TTL与非门中多余的输入端应接电平是（）。 考试题图3 ① -2V ③-2.2V -8V 考试题图1 考试题图2 u s(t 手机供电电路结构和工作原理 一、电池脚的结构和功能。 目前手机电池脚有四脚和三脚两种：（如下图） 正温类负正温负 极度型极极度极 脚脚脚 （图一）（图二） 1、电池正极（VBATT）负责供电。 2、TEMP：电池温度检测该脚检测电池温度；有些机还参与开机，当用电池能开机，夹正负极不能开机时，应把该脚与负极相接。 3、电池类型检测脚（BSI）该脚检测电池是氢电或锂电，有些手机只 认一种电池就是因为该电路，但目前手机电池多为锂电，因此，该脚省去便为三脚。 4、电池负极（GND）即手机公共地。 二、开关机键: 开机触发电压约为2.8-3V(如下图)。 内圆接电池正极外圆接地;电压为0V。 电压为2.8-3V。 触发方式 ①高电平触发：开机键一端接VBAT，另一端接电源触发 脚。 （常用于：展讯、英飞凌、科胜讯芯片平台） ①低电平触发：开机键一端接地，另一端接电源触发脚。 （除以上三种芯片平台以外，基本上都采用低电平触发。如：MTK、AD、TI、飞利浦、杰尔等。） 三星、诺基亚、moto、索爱等都采用低电平触发。 三、手机由电池直接供电的电路。 电池电压一般直接供到电源集成块、充电集成块、功放、背光灯、振铃、振动等电路。在电池线上会并接有滤波电容、电感等元件。该电路常引起发射关机和漏电故障。 四、手机电源供电结构和工作原理。 目前市场上手机电源供电电路结构模式有三种； 1、 使用电源集成块（电源管理器）供电；（目前大部分手机都使用该电路供电） 2、 使用电源集成块（电源管理器）供电电路结构和工作原理：（如下图） 电池电压 逻辑电压(VDD) 复位信号(RST) 射频电压(VREF) VTCXO 26M 13M ON/OFF AFC 开机维持 关机检测 （电源管理器供电开机方框图） 1）该电路特点： 低电平触发电源集成块工作； 把若干个稳压器集为一个整体，使电路更加简单； 把音频集成块和电源集成块为一体。 2）该电路掌握重点: 电 源 管 理 器 CPU 26M 中频 分频 字库 暂存 《电路与电子技术基础》参考解答 习题七 7-1 什么是静态工作点如何设置静态工作点若静态工作点设置不当会出现什么问题估算静态工作点时，应根据放大电路的直流通路还是交流通路 答：所谓静态工作点就是输入信号为零时，电路处于直流工作状态，这些直流电流、电压的数值在三极管特性曲线上表示为一个确定的点，设置静态工作点的目的就是要保证在被被放大的交流信号加入电路时，不论是正半周还是负半周都能满足发射结正向偏置，集电结反向偏置的三极管放大状态。 可以通过改变电路参数来改变静态工作点，这就可以设置静态工作点。 若静态工作点设置的不合适，在对交流信号放大时就可能会出现饱和失真（静态工作点偏高）或截止失真（静态工作点偏低）。 估算静态工作点是根据放大电路的直流通路。 7-2 试求题图7-1各电路的静态工作点。设图中的所有三极管都是硅管。 解：图(a)静态工作点 V R I U U mA I I A mA I c c cc ce b c b 3.14101107.9247.9194.050194194.010 1207 .024333 =???-=-==?===≈?-=-βμ 图(b)和图(c)的发射结反向偏置，三极管截止，所以I b =0，I c =βI b ≈0，三极管工作在截止区，U ce ≈U cc 。 图(d)的静态工作点 c R e R b 3V 6V R e R b 1 R e ) 1.3712(]10)212(1065.212[)]()6(6[65.226026.01 65.21027 .06333 --=?+??--=+----≈=≈=≈+= =?-= -e c c ce e c e b e R R I U mA I I A mA I I mA I μβ 依此I c 电流，在电阻上的压降高于电源电压，这是不可能的，由此可知电流要小于此值，即三极管工作在饱和状态。 图(e)的静态工作点 V R I U U mA I I I I mA I V U e e cc ce e b e c e B 3.161021085.3240475.01 8085.3185.310 27.08810310)6030(24333 3 3=???-=-==+=+=≈=?-==???+= -β 7-3 放大电路的输入电阻与输出电阻的含义是什么为什么说放大电路的输入电阻可以用来表示放大电路对信号源电压的衰减程度放大电路的输出电阻可以用来表示放大电路带负载的能力 答：输入电阻就是将放大电路看为一个四端元件，从输入端看入的等效电阻。即输入端的电压与输入端的电流之比。输出电阻也是将放大电路看作一个四端元件，从输出端看的等效电阻。即戴维南等效电路的内阻。 因为信号源为放大电路提供输入信号，由于信号源内阻的存在，因此当提供给放大电路的信号源是电压源串电阻的形式时，输入电阻越大，则放大电路对信号源的衰减越小；若信号源是电流源与电阻并联，则输入电阻越小，放大电路对信号源的衰减越小。 放大电路我们可以根据戴维南等效电路将其化简为一个电压源与电阻的串联形式，输出电阻可以看作一个电源的内阻，因此，输出电阻越小，放大电路的带负载能力越强。 请参看下图，可以增强对上面文字描述的理解。 第5章基本放大电路 习题解答 【5-1】填空、选择正确答案 1．对于阻容耦合放大电路，耦合电容器的作用是 A．将输入交流信号耦合到晶体管的输入端； √B．将输入交流信号耦合到晶体管的输入端，同时防止偏置电流被信号源旁路； C．将输入交流信号加到晶体管的基极。 2．在基本放大电路中，如果集电极的负载电阻是R c，那么R c中： A．只有直流； B．只有交流； √ C．既有直流，又有交流。 3．基本放大电路在静态时，它的集电极电流是（）；动态时，在不失真的条件下，它的集电极电流的平均值是（）。（I CQ，I CQ） 4．下列说法哪个正确： A．基本放大电路，是将信号源的功率加以放大； √B．在基本放大电路中，晶体管受信号的控制，将直流电源的功率转换为输出的信号功率； C．基本放大电路中，输出功率是由晶体管提供的。 5．放大电路的输出电阻越小，放大电路输出电压的稳定性（）。（越好） 6．放大电路的饱和失真是由于放大电路的工作点达到了晶体管特性曲线的（）而引起的非线性失真。（饱和区） 7．在共漏基本放大电路中，若适当增加g m，放大电路的电压增益将（）。（基本不增加） 8．在共射基本放大电路中，若适当增加，放大电路的电压增益将（）。（基本不增加） 9．在共漏（或共射）基本放大电路中，适当增大R d（或R c），电压放大倍数和输出电阻将有何变化。 √ A．放大倍数变大，输出电阻变大； B．放大倍数变大，输出电阻不变； C．放大倍数变小，输出电阻变大； D．放大倍数变小，输出电阻变小。 10．有两个电压放大电路甲和乙，它们本身的电压放大倍数相同，但它们的输入输出电阻不同。对同一个具有一定内阻的信号源进行电压放大，在负载开路的条件下测得甲的输出电压小。哪个电路的输入电阻大？（对放大电路输出电压大小的影响，一是放大电路本身的输入电阻，输入电阻越大，加到放大电路输入端的信号就越大；二是输出电阻，输出电阻越小，被放大了的信号在输出电阻上的压降就越小9，输出信号就越大。在负载开路的条件下，也就是排除了输出电阻的影响，只剩下输入电阻这一个因素。甲、乙两个放大电路电压放大倍数相同，甲的输出小，说明甲的输入电阻小，乙的输入电阻大。） k负载电阻后，输出 11．某放大电路在负载开路时的输出电压的有效值为4V，接入3Ω 电压的有效值降为3V，据此计算放大电路的输出电阻。( ) k； √A．1Ω k； B．1.5Ω k； C．2Ω k。 D．4Ω 12．有一个共集组态基本放大电路，它具有如下哪些特点：( ) A．输出电压与输入电压同相，电压增益略大于1； 运放作为模拟电路的主要器件之一，在供电方式上有单电源和双电源两种，而选择何种供电方式，是初学者的困惑之处，本人也因此做了详细的实验，在此对这个问题作一些总结。 首先，运放分为单电源运放和双电源运放，在运放的datasheet上，如果电源电压写的是（＋3V-＋30V）/（±1.5V-±15V）如324，则这个运放就是单电源运放，既能够单电源供电，也能够双电源供电；如果电源电压是（±1.5V-±15V）如741，则这个运放就是双电源运放，仅能采用双电源供电。 但是，在实际应用中，这两种运放都能采用单电源、双电源的供电模式。具体使用方式如下： 1：在放大直流信号时，如果采用双电源运放，则最好选择正负双电源供电，否则输入信号幅度较小时，可能无法正常工作；如果采用单电源运放，则单电源供电或双电源供电都可以正常工作； 2：在放大交流信号时，无论是单电源运放还是双电源运放，采用正负双电源供电都可以正常工作； 3：在放大交流信号时，无论是单电源运放还是双电源运放，简单的采用单电源供电都无法正常工作，对于单电源运放，表现为无法对信号的负半周放大，而双电源运放无法正常工作。要采用单电源，就需要所谓的“偏置”。而偏置的结果是把供电所采用的单电源相对的变成“双电源”。具体电路如图：首先，采用耦合电容将运放电路和其他电路直流隔离，防止各部分直流电位的相互影响。然后在输入点上加上Vcc/2的直流电压，分析一下各点的电位，Vcc是Vcc,in是Vcc/2,－Vcc是GND, 然后把各点的电位减去Vcc/2，便成了Vcc是Vcc/2,in是0,－Vcc是－Vcc/2,相当于是“双电源”！！在正式的双电源供电中，输入端的电位相对于输入信号电压是0，动态电压是Vcc是＋Vcc,in是0＋Vin,－Vcc是-VCC，而偏置后的单电源供电是Vcc是＋Vcc,in是Vcc/2+Vin,－Vcc 是GND,相当于Vcc是Vcc/2,in是0+Vin,－Vcc是－Vcc/2,与双电源供电相同，只是电压范围只有双电源的一半，输出电压幅度相应会比较小。当然，这里面之所以可以相对的分析电位，是因为有了耦合电容的隔直作用，而电位本身就是一个相对的概念。 这里用的是反相放大电路，同相的原理类似，就是将输入端电位抬高到Vcc/2，同时注意隔直电容的应用。电路大家可以在网上找找， 《电路与电子技术基础》2004~2005学年第 二学期期末考试试卷（A ） 时间：120分钟 班级 学号 姓名 成绩 【注意事项】 1.答题用黑色或兰色钢笔与圆珠笔，作图可以用铅笔； 2.除可以携带指定的文具用品（钢笔、圆珠笔、铅笔、橡皮、绘图仪器、无存储功能的计算器）外，其他物品不准带入考场（手机必须关机，参考资料与书包全部放到教室前面）； 3.遇有试卷字迹不清、卷面缺损等问题，可以先举手，经监考人员同意后方可提问。 一、单项选择题（本题共40分，每题2分，将你认为正确的选项对应的字母填在括号内） 1．测得一放大电路中三极管各极电压如考试题图1所示：该管 为（C ）。 A. PNP 型硅管 B. NPN 型硅管 C. PNP 型锗管 D. NPN 型锗管 2．正常工作状态下的稳压二极管，处于伏安特性曲线中的（ B ）。 A. 正向特性工作区 B. 反向击穿区 C. 正向特性非工作区 D. 特性 ①② 1 曲线所有区域 3．组合逻辑电路的设计是指（ A ）。 A. 已知逻辑要求，求解逻辑表达式并画逻辑图的过程 B. 已知逻辑要求，列真值表的过程 C. 已知逻辑图，求解逻辑功能的过程 4．考试题图2所示电路的u S (t ) = 2 cos t V ， 则电感电流i L (t )的初相等于（ D ）。 A. 26.6° B. －26.6° C. 63.4° D. －63.4° 5．电流并联负反馈对放大器的输入、输出的电阻的影响是（ B ）。 A. 减小输入电阻及输出电阻 B. 减小输入电阻、增大输出电阻 C. 增大输入电阻、减小输出电阻 D. 增大输 入电阻及输出电阻 6．考试题图3所示电路中的电压U 为（ C ）。 A. 5V B. -5V C. 10V D. 7V 7．TTL 与非门中多余的输入端应接电平是（ C ）。 A. 低 B. 地 C. 高 D. 悬空 8．考试题图4所示电路的节点电压方程为（ ）。 考试题图3 考试题图2 u s ( 第五章 电路的暂态分析 5.1 题5.1图所示各电路在换路前都处于稳态，求换路后电流i 的初始值和稳态值。 解：（a ）A i i L L 326)0()0(===-+， 换路后瞬间 A i i L 5.1)0(2 1 )0(== ++ 稳态时，电感电压为0， A i 32 6== （b ）V u u C C 6)0()0(==-+， 换路后瞬间 02 ) 0(6)0(=-= ++C u i 稳态时，电容电流为0， A i 5.12 26 =+= （c ）A i i L L 6)0()0(11==-+，0)0()0(22==-+L L i i 换路后瞬间 A i i i L L 606)0()0()0(21=-=-=+++ 稳态时电感相当于短路，故 0=i （d ）2 (0)(0)6322 C C u u V +-==?=+ 换路后瞬间 6(0)63 (0)0.75224 C u i A ++--= ==+ (a)(b) (d) (c) C C 2Ω L 2 +6V - 题5.1图 i 稳态时电容相当于开路，故 A i 12 226 =++= 5.2 题5.2图所示电路中，S 闭合前电路处于稳态，求u L 、i C 和i R 的初始值。 解：换路后瞬间 A i L 6=，V u C 1863=?= 06=-=L R i i 03 18 63=-=-=C L C u i i 0==+R C L Ri u u ，V u u C L 18-=-= 5.3 求题5.3图所示电路换路后u L 和i C 的初始值。设换路前电路已处于稳态。 解：换路后，0)0()0(==-+L L i i ， 4mA 电流全部流过R 2，即 (0)4C i mA += 对右边一个网孔有： C C L u i R u R +?=+?210 由于(0)(0)0C C u u +-==，故 2(0)(0)3412L C u R i V ++==?= 5.4 题5.4图所示电路中，换路前电路已处于稳态，求换路后的i 、i L 和 u L 。 解：对RL 电路，先求i L (t)，再求其它物理量。 10 (0)(0)0.520 L L i i A +-== = 电路换路后的响应为零输入响应 2 0.140||(2020) L S R τ===+，故 A e e i t i t t L L 10/5.0)0()(--+==τ 换路后两支路电阻相等，故 3Ω +u L - 题5.2图 C 题5.3图 C +u L - i L 题5.4图 模拟电子技术课程设计报告 题目名称：直流稳压电源电路设计姓名： 学号： 班级： 指导教师： 成绩： 目录 1课程设计任务和要求 2 2方案设计 2 3单元电路设计与参数计算 4 4总原理图及元器件清单9 5安装与调试 11 6性能测试与分析12 7结论与心得14 8参考文献 14 课程设计题目： 直流稳压电源电路设计 一、课程设计任务和要求: 1）用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计固定的正负直流电源（±12V）。 2）输出可调直流电压，范围：1.5∽15V； 3）输出电流:IOm≥1500mA；（要有电流扩展功能） 4）稳压系数Sr≤0.05；具有过流保护功能。 二、方案设计： 稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分组成，如下图1所示，其整流与稳压过程的电压输出波形如图2所示。 图1稳压电源的组成框图 图二整流与稳压过程波形图 电网供电电压交流220V(有效值)50Hz，要获得低压直流输出，首先必须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大（即脉动大）。脉动大的直流电压须经过滤波电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成份滤掉，保留其直流成份。滤波后的直流电压，再通过稳压电路稳压，便可得到基本不受外界影响的稳定直流电压输出，供给负载RL。 方案一、单相半波整流电路 半波单相整流电路简单，电路及其电压输出波形分别如图3、图4所示，使用元件少，它只对交流电的一半波形整流，其输出波形只利用了交流电的一半波形则整流效率不高，且输出波形脉动大，其值为：S= =≈1.57，直流成分小，= ≈0.45，变压器利用率低。 图3 单相半波整流电路 图 4 单相半波整流电路电压输出波形图 方案二、单相全波整流电路 使用的整流器件是半波电路的两倍，整流电压脉动较小，是半波的一半，无滤波电路时的输出电压=0.9，变压器的利用率比半波电路的高，整流器件所承受的反向电压要求较高。 方案三、单相桥式整流电路 单相桥式整流电路使用的整流器件较多，但其实现了全波整流电路，它将的负半周也利用起来，所以在变压器副边电压有效值相同的情况下，输出电压的平均值是半波整流电路的两倍，且如果负载也相同的情况下，输出电流的平均值也是半波整流电路的两倍，且其与半波整流电路相比，在相同的变压器副边电压下，对二极管的参数要求一样，还具有输出电压高、变压器利用率高、脉动小等优点。所以综合三种方案的优缺点决定用方案三。 直流直流(DCC)变换 ————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期： 第四章直流—直流（DC-DC）变换 将大小固定的直流电压变换成大小可调的直流电压的变换称为DC-DC变换，或称直流斩波。直流斩波技术可以用来降压、升压和变阻，已被广泛应用于直流电动机调速、蓄电池充电、开关电源等方面，特别是在电力牵引上，如地铁、城市轻轨、电气机车、无轨电车、电瓶车、电铲车等。这类电动车辆一般均采用恒定直流电源（如蓄电池、不控整流电源）供电，以往采用变阻器来实现电动车的起动、调速和制动，耗电多、效率低、有级调速、运行平稳性差等。采用直流斩波器后，可方便地实现了无级调速、平稳运行，更重要的是比变阻器方式节电（20～30）%，节能效果巨大。此外在AC-DC变换中，还可采用不控整流加直流斩波调压方式替代晶闸管相控整流，以提高变流装置的输入功率因数，减少网侧电流谐波和提高系统动态响应速度。 DC-DC变换器主要有以下几种形式：（1）Buck（降压型）变换器；（2）Boost（升压型）变换器；（3）Boost-Buck（升-降压型）变换器；（4）Cúk变换器；（5）桥式可逆斩波器等。其中Buck和Boost为基本类型变换器，Boost-Buck和Cúk为组合变换器，而桥式可逆斩波器则是Buck变换器的拓展。此外还有复合斩波和多相、多重斩波电路，它们更是基本DC-DC 变换器的组合。 4.1 DC-DC变换的基本控制方式 DC-DC变换是采用一个或多个开关（功率开关器件）将一种直流电压变换为另一种直流电压。当输入直流电压大小恒定时，则可控制开关的通断时间来改变输出直流电压的大小， 这种开关型DC-DC变换器原理及工作波形如图4-1所示。如果开关K导通时间为，关 断时间为，则在输入电压E恒定条件下，控制开关的通、断时间、的相对长短，便可控制输出平均电压U0的大小，实现了无损耗直流调压。从工作波形来看，相当于是一个将恒定直流进行“斩切”输出的过程，故称斩波器。 斩波器有两种基本控制方式：时间比控制和瞬时值控制。 图4-1 DC-DC变换器原理电路及工作波形 (a)原理电路；(b)工作波形 4.1.1 时间比控制 这是DC-DC变换中采用最多的控制方式，它是通过改变斩波器的通、断时间而连续控 第五章习题 1．题图5-1所示电路是用两片555构成的脉冲发生器，试画出Y 1和Y 2两处的输出波形，并标注主要参数（参数只需估算）。 R 1 C 133k R 233k 10 题图5-1 2．题图5-2所示的 555定时器构成的单稳态触发器及输入v I 的波形，求： （1）输出信号v O 的脉冲宽度T W ； （2）对应v I 画出v C 、v O 的波形，并标明波形幅度。 v I /V CC /3 v I v O 题图5-2 3．由555定时器组成的多谐振荡器如图5-3所示，已知V DD =12V 、C =0.1μF、R 1=15k Ω、 R 2=22k Ω。试求：（1）多谐振荡器的振荡周期；（2）画出的v C 和v O 波形。 v O /V v C /V 00 t R C v v O R 题图5-3 4．由555定时器、3位二进制加计数器、理想运算放大器A 构成如题图5-4所示电路。设计数器初始状态为000，且输出低电平V OL =0 V ，输出高电平V OH =3.2 V ，R d 为异步清零端，高电平有效。 （1）说明虚框（1）、（2）部分各构成什么功能电路？（2）虚框（3）构成几进制计器？ （3）对应CP 画出v O 波形，并标出电压值。 题图5-4 5．用集成芯片555构成的施密特触发器电路及输入波形i v 如题图5-5所示，要求： （1）求出该施密特触发器的阈值电压V T ＋、V T －；（2）画出输出v o 的波形。 v I /V t v O /V v v O 题图5-5 6．用集成定时器555构成的电路及可产生的波形如题图5-6（a ）、（b ）所示，试回答： （1）该电路的名称；（2）指出（b ）图中v C 波形是1～8引脚中，哪个引脚上的电压波形； （3）求出矩形波的宽度t W 。 直流电源过载及短路保护电路 保护电路的元器件只有1O个，具有电源短路保护、停电自锁、过负荷电流保护功能（过负荷电流大小可调节设定）；电路原理图见附图。接通直流电源VCC。双色发光管发绿光。指示直流电源正常。电源短路保护功能：按下轻触开关K1。三极管BGI基极经限流电阻R2得到高电平，BG1饱和导通，继电器J吸合，其常开触点J闭合，OUT端正常输出直流电源，发光管发橙色光。在继电器J 吸合的同时，三极管BG2基极也被下拉成低电平，BG2导通，此时BGl保持导通，整个电路正常工作。 当OUT端发生短路时。Vcc电压被下拉成近似为零伏（其实。只要V et电压下降造成三极管BG1基极的电压低于O.7V时），三极管BG1退出饱和导通状态，继电器J释放。 停电自锁：当Vcc电源停电再来电时。由于BG2基极通过继电器J的线圈处于高电平。所以BG2截止。BG1也截止。继电器J不吸合，OUT端无直流电压输出。过负荷电流保护：由于变压器存在内阻以及线路存在线电阻，所以。 在电源带上负荷的时侯，会出现电压下降的现象。负荷越大电压下降也越大。根据这种原理。本电路由。R2和w组成了分压器，分压点电压=W÷（R2+W）xVcc。所以，当Vcc一定时，如W越小则分压点电压越低；反之。R2和w是定值。Vcc越低。同样分压点电压也越低。当分压点电压低于017V 时，三极管BGI截止。继电器J释放，起到了限制负荷电流的作用。本人采用市售1000mA/15V、800mA/12V、500mA/10V直流电源做实验。用300W电阻丝作负载（把电阻丝的一端与电源地可靠接牢，并放在一块耐热板上。然后把电流表的红表笔接在OUT输出端，再用黑表笔从电阻丝的一端贴紧。慢慢滑向中段）。调节W阻值。在100mA一800mA都可以取得满意的保护作用。 电容C1的作用： 在实验制作过程中，未接C1时。在多次关断并再接通电源Vcc的瞬间。BG1有时会出现误导通现象，这主要是干扰和BG2可能存在的微小漏电流造成的。利用电容两端电压不能突变的原理。在BG1的基极并接上C1后，连续几十次关断并再接通电源Vcc.未再出现误导通现象。另外，电位器w还起着在停电瞬间对Cl快速放电的作用。避免电源Vcc在关、开时间极短的情况下。由于c1的作用出现BG2延迟误导通的现象。 一、选择题 4-1、（ C ）变流电路是把一种形式的交流变换成另一种形式交流电的电路。 A、交流-直流 B、直流-交流 C、交流-交流 D、直流-直流 4-2、只改变电压、电流大小或对电路的通断进行控制，而不改变频率的电路称为( A)电路。 A、交流电力控制 B、变频 C、交流调压电路 D、交流调功电路 4-3、在单相交-交变频电路中，要改变输出频率，必须改变两组变流器的( A)；要改变输出电压的幅值，就要改变变流电路工作时的( D )。 A、切换频率 B、幅值 C、电压 D、控制角 4-4、交-交变频电路是把电网频率的交流电直接变换成(C)频率的交流电的变流电路。属于(A)变频电路。 A、直接 B、间接 C、可调 D、不可调 4-5、电网频率为50Hz时，对6脉波三相桥式电路而言，交-交变频电路的输出上限频率约为( B )。 A、10Hz B、20Hz C、50Hz D、100Hz 二、填空题 4-1、变频电路有（）变频电路和（）变频电路等形式。交-交；交-直-交 4-2、单相交流调压电路中，由于波形正负半波（），所以不含直流分量和（）谐波。对称；偶次4-3、交流调功电路和交流调压电路的电路形式( )，控制方式( )。相同；不同 4-4、两组变流电路在工作时采取直流可逆调速系统中的（）工作方式，即一组变流电路工作时，封锁另一组变流电路的触发脉冲。无环流 4-5、三相交-交变频电路的接线方式有公共交流母线进线方式和（）联结方式。输出星形 三、问答题 4-1、交流调压电路和交流调功电路有什么区别？二者各运用于什么样的负载？为什么？ 答：交流调压电路和交流调功电路的电路形式完全相同，二者的区别在于控制方式不同。 交流调压电路是在交流电源的每个周期对输出电压波形进行控制。而交流调功电路是将负载与交流电源接通几个周波，再断开几个周波，通过改变接通周波数与断开周波数的比值来调节负载所消耗的平均功率。 交流调压电路广泛用于灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制）及异步电动机的软起动，也用于异步电动机调速。 交流调功电路常用于电炉温度这样时间常数很大的控制对象。由于控制对象的时间常数大，没有必要对交流电源的每个周期进行频繁控制。 4-2、晶闸管相控整流电路和晶闸管交流调压电路在控制上有何区别？ 答：相控整流电路和交流调压电路都是通过控制晶闸管在每一个电源周期内的导通角的大小（相位控制）来调节输出电压的大小。但二者电路结构不同，在控制上也有区别。 《电路与电子技术基础》2004~2005学年第?二学期期末考试试卷（A ） 时间：120分钟 班级 学号 姓名 成绩 【注意事项】 1.答题用黑色或兰色钢笔与圆珠笔，作图可以用铅笔； 2.除可以携带指定的文具用品（钢笔、圆珠笔、铅笔、橡皮、绘图仪器、无存储功能的计算器）外，其他物品不准带入考场（手机必须关机，参考资料与书包全部放到教室前面）； 3.遇有试卷字迹不清、卷面缺损等问题，可以先举手，经监考人员同意后方可提问。 一、单项选择题（本题共40分，每题2分，将你认为正确的选项对应的 字母填在括号内） 1．测得一放大电路中三极管各极电压如考试题图1所示：该管为（C ）。 A. PNP 型硅管 B. NPN 型硅管 C. PNP 型锗管 D. NPN 型锗管 2．正常工作状态下的稳压二极管，处于伏安特性曲线中的（ B ）。 A. 正向特性工作区 B. 反向击穿区 C. 正向特性非工作区 D. 特性曲线所有区域 3．组合逻辑电路的设计是指（ A ）。 A. 已知逻辑要求，求解逻辑表达式并画逻辑图的过程 B. 已知逻辑要求，列真值表的过程 C. 已知逻辑图，求解逻辑功能的过程 4．考试题图2所示电路的u S (t ) = 2 cos t V ，则电感电流 i L (t )的初相等于（ D ）。 A. 26.6° B. －26.6° C. 63.4° D. －63.4° 5．电流并联负反馈对放大器的输入、输出的电阻的影响 是（ B ）。 A. 减小输入电阻及输出电阻 B. 减小输入电阻、增大输出电阻 C. 增大输入电阻、减小输出电阻 D. 增大输入电阻及输出电阻 6．考试题图3所示电路中的电压U 为（ C ）。 A. 5V B. -5V C. 10V D. 7V 7．TTL 与非门中多余的输入端应接电平是（ C ）。 A. 低 B. 地 C. 高 D. 悬空 8．考试题图4所示电路的节点电压方程为（ ）。 A. 11112111R U I U R R s s +=???? ??+ B. 1111 321 111R U I U R R R s s +=???? ??++ 考试题图 3 ① 1 考试题图2 u s (t 5.1 (a)因为基极通过R b 与发射极等电位，发射结零偏，所以不能放大 (b) 没有基极电阻，不能放大 (c)因为基极电位高于发射极电位，使发射结反偏，所以不能放大 (d)因为基极在动态时将交流电源短路，所以不能放大 (e)因为当电路工作在动态时，C将交流电源短路，所以不能放大 (f)可以 (g)因为电容C阻直导交，所以当工作在静态时，集电极无电位，故不能放大 (h)当工作在动态时，输出被短路，所以不能放大 5.2 (a)放大(b)饱和(c)截止(d)放大 5.3 (1)I BQ =-0.13mA I CQ =? I BQ =-5.2mA U CEQ =-8.2V (2)若管子坏了，换上?=80的晶体管，则I CQ =? I BQ =-11.2mA, U CEQ=-0.8V<0 所以电路工作在饱和区，不能达到放大效果 5.4 (1) I BQ =0.0314mA I CQ =?I BQ =1.53mA U CEQ =8.94V改为：I BQ =0.0314mA I CQ =? I BQ =1.57mA U CEQ =8.86V (2)u A.=-43改为：-44 R i=1.1KΩR o=2 KΩ (3)u i 的有效值大于25.2mV时将出现失真，首先出现截止失真 5.5 (1) I BQ =20.4μA I CQ =? I BQ =1.632mA U CEQ ≈4V (2) u A.= -13.6 R i=1.6KΩR o=3.3 KΩ (3)U max o =3V (4)R b =122KΩ 5.6 (1) I BQ =24μA I EQ =1.224mA I CQ =? I BQ =1.2mA U CEQ =16.8V (2) u A.= -62.5 R i=1.2KΩR o=3 KΩ (3)U max o =1.8V U max i =28.8mV 所以U i 有效值大于28.8mV时将首先出现截止失真 5.7 (1) I BQ =20μA I CQ =? I BQ =1mA U CEQ ≈3.6V (2) u A.= -12.7 R i=5.8KΩR o=6 KΩ (3) 若C e 开路，则u A.= -1.21 R i=10.3KΩR o=6 KΩ 5.8 (1) I BQ =96μA I CQ =? I BQ =7.68mA U CEQ ≈-4.06V ２２０v交流电转５v直流电的电源设计（电路图+详解） (2009-11-22 13:05:10) 转载 分类：电子科技 标签： 直流电源设计 电路 5v 220v it 一．电路实现功能 该电路输入家用220v交流电，经过全桥整流，稳压后输出稳定的5v直流电。 二．特点 方便实用，输出电压稳定，最大输出电流为1A，电路能带动一定的负载三．电路工作原理 从图上看,变压器输入端经过一个保险连接电源插头,如果变压器或后面的电路 发生短路，保险内的金属细丝就会因大电流引发的高温溶化后断开。 变压器后面由4个二极管组成一个桥式整流电路，整流后就得到一个电压波动 很大的直流电源，所以在这里接一个330uF/25V的电解电容。 变压器输出端的9V电压经桥式整流并电容滤波，在电容C1两端大约会有11V 多一点的电压，假如从电容两端直接接一个负载，当负载变化或交流电源有少许波动都会使C1两端的电压发生较大幅度的变化，因此要得到一个比较稳定的电压，在这里接一个三端稳压器的元件。 三端稳压器是一种集成电路元件，内部由一些三极管和电阻等构成，在分析电路时可简单的认为这是一个能自动调节电阻的元件，当负载电流大时三端稳压器内的电阻自动变小，而当负载电流变小时三端稳压器内的电阻又会自动变大，这样就能保持稳压器的输出电压保持基本不变。 因为我们要输出5V的电压，所以选用7805，7805前面的字母可能会因生产厂家不同而不同。LM7805最大可以输出1A的电流，内部有限流式短路保护，短时间内，例如几秒钟的时间，输出端对地（2脚）短路并不会使7805烧坏，当然如果时间很长就不好说了，这跟散热条件有很大的关系。 三端稳压器后面接一个105的电容，这个电容有滤波和阻尼作用。 最后在C2两端接一个输出电源的插针，可用于与其它用电器连接,比如MP3等。 虽然7805最大电流是一安培，但实际使用一般不要超过500mA,否则会发热很大，容易烧坏。一般负载电有200mA以上时需要散热片。 四．设计过程 平时对于5v 的直流电源需求的情况比较多，在单片机，以及一些电路中应用的较多，因此，为了更方便快捷的由220v 的交流电得到这样的电源，故设计了一个电路。 首先，翻阅了参考书，复习了整流稳压的一些电路知识，然后设计出一个实现电路，使用了portel99绘制出电路图，对电路进行简单的仿真和校验。 然后列出了元器件表，去电子市场买到元器件后，进行了电路板上元器件的规划，设计好元件的摆放位置，焊接完毕以后确认无误。 《电路与电子技术基础》参考解答 习题一 1-1 一个继电器的线圈，电阻为48Ω，当电流为0.18A 时才能动作，问线圈两端应施加多大的电压？ 答：根据欧姆定律可得：U=IR=0.18*48=8.64V 1-2 一个1000W 的电炉，接在220V 电源使用时，流过的电流有多大？ 答：由电路的功率计算公式可知：P=UI ，所以A 55.4220 1000===U P I 1-3 求题图1-1(a)、(b)电路得U ab 。 解：（1）图(a)，由a 到b 的电压降U ab =U ac +U cb ，假定电流方向如图所示，沿a —电池—c —a 回路逆时针方向绕行一周，电压方程式为： -6+4I+2I=0 即得：I=1A 则U ac =2(-I)=-2V （或者U ac =-6+4I=-2V ） 对于cb 支路：因为构不成回路，所以电流为零。故：U cb =4V # 所以：U ab =U ac +U cb =-2+4=2V # （2）图(b)，由a 到b 的电压降U ab =U ac +U cb ，假定电流方向如图所示，与(a)同理在回路中列出电压方程为： -3+1I+2I=0 即得：I=1A 则U ac =1(-I)=-1V （或者U ac =-3+2I=-1V ） 对于cb 支路：因为构不成回路，所以电流为零。故：U cb =8V 所以：U ab =U ac +U cb =-1+8=7V # 1-7 电路如题图1-2所示，求 （1）列出电路得基尔霍夫电压定律方程； （2）求出电流 （3）求U ab 及U cd 解：（1）假设电流的参考方向如图所示，对于db 支路，因为不构成回路，支路电流等于零， U db =10V 由a 点出发按顺时针方向绕行一周的KVL 电压方程式为：2I+12+1I+2I+2I+1I-8+2I=0 得：10I+4=0 # （2）求电流 由上面得回路电压方程式得： )A (4.010 4 -=- =I # 6V I 2Ω a 4Ω b c 4V 2Ω (a) I 1Ω 2Ω 3V c a 8V 5Ω b (b) 题图1-1 习题1-3电路图 I 12V 1Ω 2Ω 10V 2Ω a b c d 4Ω 2Ω 2Ω 8V 1Ω 题图1-2 习题1-7电路图 习题 5.1试判断如题5.1 图所示的各电路能否放大交流电压信号？为什么？ 题5.1图 解：(a)能(b)不能(c)不能(d)能 5.2已知如题5.2图所示电路中，三极管均为硅管，且β=50，试估算静态值I B 、I C 、U CE 。解：（a）751)501(1007.012=×++?=B I （μA）75.3==B C I I β（mA） 825.3)1(=+=B E I I β（mA） 75.01825.3275.312=×?×?=CE U (V) (b)CC B C C B B BE ()U I I R I R U =+×++CC BE B C 120.716(1)200(150)10 B U U I R R β??===++++×（μA） C B 0.8I I β==(mA)CE 12(0.80.016)10 3.84U =?+×=(V) 5.3晶体管放大电路如题5.3图所示，已知U CC =15V ，R B =500k Ω，R C =5k Ω，R L =5k Ω， β=50，r be =1k Ω。 （1）求静态工作点；（2）画出微变等效电路；（3）求电压放大倍数A u 、输入电阻r i 、输出电阻r o 。 题5.2图题5.3图 解：(1)CC BE B B 1530500 U U I R ?=≈=（μA）C B 5030 1.5I I β==×=(mA) CE CC C C 15 1.557.5 U U I R =??=?×= (V) 第5章基本放大电路119 (2)(3)C L u be //125R R A r β=?=?i B be //1R R r =≈(KΩ) O C 5R R ==(KΩ) 5.4 在题5.3图的电路中，已知I C =1.5mA ，U CC =12V ，β=37.5，r be =1k Ω，输出端开路，若要求u A =-150，求该电路的R B 和R C 值。 解：由于C L C u be be //150R R R A r r ββ=?=?=?C u be 150R A r β ==则C 1501437.5 R ×==(KΩ)CC B 6B 12300 (K ?)4010 U R I ?===×5.5试问在题5.5 图所示的各电路中，三极管工作在什么状态？ 题5.5图 解：(a)B 60.12 (mA)50I ==12121 CS I ==(mA) 一、问答题 5-1、试说明直流斩波器主要有哪几种电路结构？试分析它们各有什么特点？ 答：直流斩波电路主要有降压斩波电路（Buck ），升压斩波电路（Boost ），升-降压斩波电路（Buck-Boost ）和库克（Cuk ）斩波电路。 降压斩波电路是输出电压的平均值低于输入电压的变换电路。它主要用于直流稳压电源和直流电机的调速。 升压斩波电路是输出电压的平均值高于输入电压的变换电路。它可用于直流稳压电源和直流电机的再生制动。 升-降压变换电路是输出电压的平均值可以大于或小于输入直流电压，输出电压与输入电压极性相反。主要用于要求输出与输入电压反向，其值可大于或小于输入电压的直流稳压电源。 库克电路也属升-降压型直流变换电路，但输入端电流波纹小，输出直流电压平稳，降低了对滤波器的要求。 5-2、简述图3-1基本降压斩波电路的工作原理。 输出电压电流波形。 答：0=t 时刻驱动V 导通，电源E 向负载供电，负载电压E u =0，负载电流0i 按指数曲线上升。1t t =时控制V 关断，二极管VD 续流，负载电压0u 近似为零，负载电流呈指数曲线下降。通常串接较大电感L 使负载电流连续且脉动小。 5-3、根据下图简述升压斩波电路的基本工作原理。（图中设：电感L 、与电容C 足够大） 输出电流波形 答：当V 处于通态时，电源E 向电感L 充电，设充电电流为i 1，L 值很大，i 1基本恒定，同时电容C 向负载供电，C 很大，使电容器电压u 0基本不变，设V 处于通态的时间为t on ，在t on 时间内，电感L 上积蓄的能量为EI 1t on ； 图3-2 基本升压斩波 图3-1基本降压斩波电路直流电压变换电路复习过程
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