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1、第十章 直流电流源,小功率直流稳压电源的组成,功能：把交流电压变成稳定的大小合适的直流电压,交流电源,负载,整流电路的作用:将交流电压转变为脉动的直流电压,常见的整流电路：半波、全波、桥式和倍压整流；单相和三相整流等,分析时可把二极管当作理想元件处理：二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大,整流原理：利用二极管的单向导电性,一、单相整流电路,（2）工作波形,（1）电路结构,u=,1、半波整流,（3）参数计算,(1)整流电压平均值 Uo,(2)整流电流平均值 Io,（4）整流二极管的选择,平均电流 ID 与最高反向电压 UDRM 是选择整流二极管的主要依据。,选管时应满足：IF 1.1IO，
2、URM 1.1,2、单相桥式整流电路,（2）工作波形,（1）电路结构,四只管子如何接？,（3）估算,（4）二极管的选择,考虑到电网电压波动范围为10，二极管的极限参数应满足：,（5）参数计算,1)整流电压平均值 Uo,2)整流电流平均值 Io,3)流过每管电流平均值 ID,4)每管承受的最高反向电压 UDRM,RL,UO,RL,UO,I,9,.,0,o,=,=,（6）简化画法,（7）整流桥,把四只二极管封装在一起称为整流桥,例1：,试分析图示桥式整流电路中的二极管D2 或D4 断开时负载电压的波形。如果D2 或D4 接反，后果如何？如果D2 或D4因击穿或烧坏而短路，后果又如何？,解：当D2或
3、D4断开后 电路为单相半波整流电路。正半周时，D1和D3导通，负载中有电流过，负载电压uo=u；负半周时，D1和D3截止，负载中无电流通过，负载两端无电压，uo=0。,如果D2或D4接反 则正半周时，二极管D1、D4或D2、D3导通，电流经D1、D4或D2、D3而造成电源短路，电流很大，因此变压器及D1、D4或D2、D3将被烧坏。,如果D2或D4因击穿烧坏而短路 则正半周时，情况与D2或D4接反类似，电源及D1或D3也将因电流过大而烧坏。,三、滤波电路,（1）工作原理,1.电容滤波电路,滤波后，输出电压平均值增大，脉动变小。,考虑变压器和整流电路的内阻,C 越大，RL越大，放电 将越大，曲线越
4、平滑，脉动越小。,内阻使,（2）二极管的导通角,导通角,无滤波电容时。有滤波电容时，且二极管平均电流增大，故其峰值很大！,小到一定程度，难于选择二极管！,简单易行，UO（AV）高，C 足够大时交流分量较小；不适于大电流负载。,（3）电容的选择及UO（AV）的估算,若负载开路UO（AV）？,（4）优缺点,2.电感滤波电路,适合大电流负载！,3.复式滤波电路,为获得更好的滤波效果，可采用复式滤波电路。,电感应与负载串联，电容应与负载并联。,4.倍压整流电路,分析时的两个要点：设负载开路，电路进入稳态。,u2负半周，u2加C1上电压对C2充电：PD2C2A，最终,u2正半周C1充电：AD1C1B，最
5、终,P,讨论,已知变压器副边电压有效值为10V，电容足够大，判断下列情况下输出电压平均值UO（AV）？1.正常工作；2.C开路；3.RL开路；4.D1和C同时开路。,第一章 常用半导体器件,1.1 半导体基础知识,一、本征半导体,二、杂质半导体,三、PN结的形成及其单向导电性,四、PN结的电容效应,1.N型半导体,磷（P）,杂质半导体主要靠多数载流子导电。掺入杂质越多，多子浓度越高，导电性越强，实现导电性可控。,多数载流子,空穴比未加杂质时的数目多了？少了？为什么？,多子与少子,N型中,自由电子为多子，空穴为少子,施主原子?,2.P型半导体,硼（B）,多数载流子,受主原子?,三价元素价电子与半
6、导体原子形成共价键时,产生一个空位(呈电中性)该空位可吸引邻近价电子来填补，使杂质原子成为带负电的离子 杂质原子吸收电子,称为受主原子 空穴为多数载流子，自由电子为少子,PN结的形成,PN结的形成,PN结的单向导电性,外加正向电压或正向偏置时(P 区加正、N 区加负电压),内电场被削弱,多子的扩散加强,能够形成较大的扩散电流,外加反向电压或反向偏置时(N 区加正、P 区加负电压),内电场被加强，多子的扩散受抑制，少子漂移加强。但少子数量有限，只能形成较小的反向电流,PN结的伏安特性曲线,1.2 半导体二极管,一、二极管的组成,二、二极管的伏安特性及电流方程,三、二极管的等效电路,四、二极管的主
7、要参数,五、稳压二极管,二极管的微变等效,整流电路(交流变直流),a.电路；b.输入/输出波形关系 理想二极管半波整流电路及波形,限幅电路(削波电路，一种能把输入电压的变化范围加以限制的电路，常用于波形变换和整形),a.电路 b.输入/输出波形关系 二极管上限幅电路及波形,a.伏安特性 b.符号和等效电路 稳压管的伏安特性和等效电路,稳压二极管,晶体三极管,输入特性曲线,输出特性曲线,温度对晶体管特性的影响,晶体管在放大区,由于发射结正偏,输入电阻较小,不适于要求高输入阻抗的情况,且受温度影响较大(少子作用)场效应管(Field Effect Transistor)利用电场效应来控制电流,以半
8、导体中的多子来实现导电 特点:控制端基本上不需要电流(输入阻抗高),且受温度,幅射等外界条件影响小,便于集成,1.4 场效应管,转移特性曲线,(IDSS 饱和漏极电流),2.1.1 放大的概念2.1.2 放大电路的性能指标,2.1 放大的概念和放大电路的性能指标,现实生活中常需要将微弱的电信号进行放大.如扩音机.放大器是一种用来放大电信号的装置,是电子设备中使用最广泛的一种电路,扩音机示意图,2.1.1 放大的概念,2.2.1 组成及各元件的作用2.2.2 静态工作点2.2.3 组成原则与其它常见共射电路,2.2 基本共射放大电路的工作原理,基本共射放大电路,输入信号ui:ui=0时,称放大电
9、路处于静态 偏置电路VBB 与Rb:保证发射结正向偏置.Rb 起限流作用.,VCC 与Rc:保证集电结反向偏置.Rc 将变化的集电极电流转换为电压输出,晶体管T:放大作用,以上各元件是必不可少的,2.2.1 结构及各元件的作用,放大电路 的静态工作点Q,记为IBQ,ICQ,UBEQ,UCEQ,2.2.2 静态工作点,其它常见的共射放大电路(I)-直接耦合共射放大电路,静态工作点(ui=0),静态工作点(ui=0),2.3.1 直流通路与交流通路2.3.2 图解法2.3.3 等效电路法,2.3 放大电路的分析方法,例1:基本共射放大电路,例2:直接耦合共射放大电路,直接耦合电路,静态工作点与RS
10、,RL有关,例3:阻容耦合共射放大电路,阻容耦合电路,静态工作点与RS,RL无关,利用晶体管的特性曲线来表示其电压与电流的关系,电路的电压与电流的关系也用曲线(或直线)来表示,然后利用作图的方法来求解.(这里所说的电流与电压均为交直流混合量),分析思路:先找出电路中电压和电流的一般关系,确定出相应的曲线,再依次分析静态与动态时的情况,2.3.2 分析方法(I)-图解法,1.输入回路分析,基本共射放大电路,虚线以左的回路方程,虚线以右输入/输出关系,(晶体管的发射结),回路方程的斜率为-1/Rb 两线的交点即是Q点 工作点坐标(UBEQ,IBQ),输入回路的静态分析:,电路参数(VBB Rb V
11、CC Rc)对输出回路Q点位置的影响,VBB 增加,Q点沿输出回路方程确定的直线上移,反之下移 Rb 减小,Q点沿输出回路方程确定的直线上移,反之下移,Rc 增加,负载线的斜率改变,Q点在IB=IBQ 特性曲线向左移动,VCC 增加,Q点在IB=IBQ 特性曲线向右移动,基本共射放大电路,Q点位置对波形非线性失真的影响,Q点位置过低,且输入信号幅值较小时的放大电路的波形,输入回路波形 输出回路波形,截止失真:晶体管截止产生的失真.输出电压uo产生顶部失真,解决方法:增大VBB,Q点位置对波形非线性失真的影响,Q点位置过高,且输入信号幅值较小时的放大电路的波形,饱和失真:晶体管饱和产生的失真.输
12、出电压uo产生底部失真,解决方法:增大Rb 或减小Rc 或减小,输入回路波形 输出回路波形,Q点位置对波形非线性失真的影响,若Q点已定(放大区内),最大不失真输出电压Uom(有效值)=?,最大不失真条件:uCE UCES iB 0,Q点位置对波形非线性失真的影响,Q点设置在什么地方,能使电路不失真输出电压Uom(max)最大?,Q点应设置在放大区内负载线的中点,直流负载线与交流负载线,直流负载线方程,交流负载线过Q点,且满足,交流负载线的画法,ui=0 时,交流负载线必过Q点 由交流负载线方程,得到斜率,画法II(已知两点),交流负载线必过Q点 求交流负载线与横坐标的交点,画法I:(已知点与斜
13、率),说明,对于直接耦合放大电路,直流与交流负载线重合 对于阻容耦合放大电路,只有在空载情况下,两条直线才重合,带载RL后,ui 不变,由于交流负载线斜率变陡,所以uo变小,从而导致电压放大倍数变小,最大不失真输出电压也变小,例P93 1)分析基本共射电路静态工作点从Q1到Q2,从Q2到Q3,从Q3到Q4时,分别由电路中哪 个参数变化造成的?,2)静态工作点Q1,Q2,Q3,Q4,哪种情况下容易产生截止失真,饱和失真以及出现最大不失真输出电压?,输出是以Q点为中心,在负载线上移动,Q4点下电路的最大不失真输出电压最大,求负载线与横,纵坐标的交点,3)静态工作点Q4时,集电极电源 VCC=?集电极电阻 Rc=?,晶体管特性的非线性导致电路分析变得复杂 等效电路法是将晶体管的非线性模型线性化 同一只晶体管有不同的等效模型.这里只介绍两种,2.3.3 等效电路法,静态工作点(ui=0),简化的h参数等效模型,rbe 与Q点有关,(P101)例2.3.2 求解电压放大倍数,输入电阻和输出电阻,1.求Q点,(P101)例2.3.2 求解电压放大倍数,输入电阻和输出电阻,2.求动态参数,(P102)例2.3.3 求动态参数(关键是画出交流等效电路),1.求Q点2.求动态参数,
