开关电源的设计与制作

1、开关电源的设计与制作摘 要：本文主要介绍一种简易型单管自激式开关电源的工作原理、特点和应用范围、并结合实际按给定参数进行设计。通过对开关电源的原理和Protel应用的介绍，给出了开关电源的使用方法。主要涉及电源、变压器、滤波器以及整流电路的介绍。关键词 开关电源 、PROTEL 99 SE、整流电路、原理设计Switching power supply design and productionAbstract: This paper presents a Simple single-tube self-excited switching power supply of the working

2、 principles, characteristics and applications, combined with the actual design of the given parameters. Switching power supply through the application of the principle and the introduction Protel given switching power supply is used. Mainly related to power supply, transformer, filter and rectifier

3、circuit introduction. Key words switching power supply, PROTEL 99 SE, rectifier circuits, principles of design目 录第1章 绪 论41.1.课题的背景41.2开关电源的发展概述5第二章 开关电源工作原理62.1 开关电源基本结构62.2单管自激式变换器开关电源的工作原理62.2.1整流电路的工作原理分析72.2.2变压器的工作原理分析102.2.3 滤波器的工作原理分析182.3 主要性能参数21第三章 利用Multisim8仿真系统对电路进行仿真22第四章 PCB板的设计244.1印

4、制电路板设计一般步骤24设计感言27致 谢28第一章 绪 论1.1.课题的背景在电子线路的相关应用中，电源是其必不可少的部分，电源系统质量的优劣和性能的可靠性直接决定着整个电子设备的质量。直流稳压电源作为直流能量的提供者，在各种电子设备中有着极其重要的地位，它的性能良好与否直接影响到电子产品的精度、稳定性和可靠性。随着电子技术的日益发展，电源技术也得到了很大的发展，它从过去一个不太复杂的电子线路发展到今天具有较强功能的模块。人们对电源的质量、功能和性能要求也随之变的越来越高。现代电子设备使用的电源大致有线性稳压电源和开关稳压电源两大类。所谓线性稳压电源是指电压调整功能的器件始终在线性放大区的直

5、流稳压电源。将220V、50Hz的工频电压经过线性变压器降压以后，经过整流、滤波和稳压，输出一个直流电压。开关稳压电源简称开关电源，它是指电压调整作用的期间始终以开关方式工作的一种直流稳压电源。线性稳压源的优点是：电源稳定度及负载稳定度较高；输出纹波电压小；瞬态响应速度快；线路结构简单，便于维修；没有开关干扰。缺点是：功耗大、效率低，其效率一般只有35%60%，体积大、质量重、不能微小型化；必须有较大容量的滤波电容。其中，交换效率低下是线性稳压电源的重要缺点，造成了资源的严重浪费。在这种背景下，开关稳压电源应运而生。任何电子设备均需直流电源来供给电路工作，特别是采用电网供电的电子产品，为了适应

6、电网电压波动和电路的工作状态变化，更需要具备适应这种变化的直流稳压电源。但开关电源的主要缺点是电路比较复杂。根据比较，我们选择开关电源。开关电源的最大优点就是转换效率高，特别是在高压变低压而且电压差很大的时候，这种情况下线性电源效率极低发热严重。开关电源还有一个优点是可以把低电压转换成高电压，这是线性电源无法做到的。开关电源的缺点是纹波通常比线性电源大。1.2开关电源的发展概述随着大规模和超大规模集成电路的快速发展，特别是微处理器和半导体存储器的开发利用，孕育了电子系统的新一代产品。显然，那种体积大而笨重的使用工频变压器的线性调节稳压电源已经过时。取而代之的是小型化、重量轻、效率高的隔离式开关

7、电源。隔离式开关电源的核心是一种高频电源变换电路。它使交流电源高效率地产生一路或多路经调整的稳定直流电压。早在70年代，随着电子技术的不断发展，集成化的开关电源就已被广泛地应用于电子计算机、彩色电视机、卫星通信设备、程控交换机、精密仪表等电子设备。这是由于开关电源能够满足现代电子设备对多种电压和电流的需求。随着半导体技术的高度发展，高反压快速开关晶体管使无工频变压器的开关电源迅速实用化。而半导体集成电路技术的迅速发展又为开关电源控制电路的集成化奠定了基础，适应各类开关电源控制要求的集成开关稳压器应运而生，其功能不断完善，集成化水平也不断提高，外接元件越来越少，使得开关电源的设计、生产和调整工作

8、日益简化，成本也不断下降。目前己形成了各类功能完善的集成开关稳压器系列。近年来高反压Mos大功率管的迅速发展，又将开关电源的工作频率从20kHz提高到150一200kHz，其结果是使整个开关电源的体积更小，重量更轻，效率更高。开关电源的性能价格比达到了前所未有的水平，使它在与线性电源的竞争中具有先导之势。当然开关电源能被工业所接受，首先是它在体积、重量和效率上的优势。在70年代后期，功率在100w以上的开关电源是有竞争力的。到1980年，功率在50w以上就具有竞争力了。随着开关电源性能的改善，到80年代后期，电子设备的消耗功率在20w以上，就要考虑使用开关电源了。过去，开关电源在小功率范围内成

9、本较高，但进入90年代后，其成本下降非常显著当然这包括了功率元件，控制元件和磁性元件成本的大幅度下降。此外，能源成本的提高也是促进开关电源发展的因素之一。第二章 开关电源工作原理2.1 开关电源基本结构开关电源的基本结构如图2-1所示，整机电路可分为主电路和控制电路两部分，主电路由交流ENI防电磁干扰电源滤波器、二极管整流与电容滤波、DC/DC功率变换器三个环节组成，控制电路的作用是保证主电路正常工作，同时也起到了对主电路的保护作用。图2-1 开关电源基本结构DC/DC变换器是开关电源最主要电子功率变换环节，它有两种基本类型即脉宽调制型和谐振型。脉宽调制型用控制脉冲占空比、间断工作来产生所需的

10、脉冲电压和电流。谐振型有零电流谐振式和零电压谐振式，电流谐振式就是开关导通时，电流波形呈正弦波状，导通时间快结束时，电流减为零，因而可使通/断时开关损耗降为零。同时也会减少浪涌电流，这种方式叫做零电流开关方式。电压谐振式就是通过开关在断开时间里使其上的电压呈正弦波状，在下一次断开时间之前使其电压降为零，从而减少开关损耗和降低浪涌电压，这种方式叫做零电压开关方式。谐振技术以正弦形式处理功率开关管，使开关管在零电流下换流或者在零电压下换向，降低了开关的转换损耗。2.2单管自激式变换器开关电源的工作原理它由整流滤波电路、主开关电路、浪涌电压吸收电路、电压检测电路和次级整流滤波电路等组成。其工作原理是

11、:交流输入电压经过整流滤波电路变成直流电压 ,再被开关功率管斩波和高频变压器降压 ,经过次级整流滤波电路整流滤波获得所需直流输出电压。控制电路中 ,光电耦合器4N35 及Q2、 Q3、 Q4 对输出起反馈作用 ,以调整占空比 ,达到稳压的目的。电源的设计原理图图2-2 电源设计原理图2.2.1整流电路的工作原理分析把交流电转换成直流电的过程称为整流.利用晶体二极管的单向导电性把单相交流电转换成直流电的电路称为二极管单相整流电路,它有单相半波整流、单相全波整流和倍压整流等电路。（1）单相半波整流电路图2-3 是单相半波整流电路图，电路由电源变压器T、整流二极管V和负载电阻RL组成。一、 工作原理

12、设电源变压器T的初级接交流电压1时，在次级就感应出交流电压1，它的瞬时表达式是2=1.41V2sint式中2为瞬时值，V2 是交流电压有效值，为角频率，t为相位角。当2为正半周即为正值时(A端为正、B端为负，A端电位高于B端电位)，二极管V导通，电流iv自A端经二极管V、自上而下的流过负载RL到B端，因为二极管正向压降很小，可认为负载两端电压L与2几乎相等，即L2。当2为负半周即为负值时(B端为正、A端为负，B端电位高于A端电位)， 二极管V截止，通过负载RL上的电流iv=0, 上的电流iv=0,负载上的电压L =0。可见，在交流电2 工作的全周期内，RL上只有自上而下的单方向电流,实现了整流

13、。2、L、iL 相应的波形如图所示。可以看出他们的大小是波动的，但方向不变.这种大小波动方向不变的电压和电流,称为脉动直流电(它的波形不平滑，通常称为含有交流成分或纹波成分)。由L 的波形可见，这种电路仅利用了电源电压2 的半个波,故称为半波整流电路，它输出的是半波脉动直流电。显然，它的缺点是电源利用率低且输出电压脉动大。图2-3单相半波整流电路 (a)电路 (b)波形 二、负载整流二极管上的电压和电流半波整流输出的电压或电流是用半波脉动直流电压或电流的平均值表示的。理论和实验都证明，负载两端电压L与变压器次级电压有效值V2 的关系是VL=0.45V2流过负载的电流IL是IL=VL/RL=0.

14、45V2/RL由电路图可知，流过整流二极管的正向工作电流 IV 和流过负载RL 的电流IL相等，即IV=IL=0.45V2/RL当二极管截止时，它承受的反向峰值电压VRM 是2 的最大值，即VRM1.41V2图2-4 桥式单相全波整流电路图选用半波整流二极管时应满足下列两个条件：(1)二极管允许的最大反向电压应大于承受的反向峰值电压；(2)二极管允许的最大整流电路应大于流过二极管的实际工作电流。（2）桥式单相全波整流电路 图2-4 是桥式单相全波整流电路图，简称桥式整流电路。它是由四只接成桥式的整流二极管V1V4源变压器T组成，RL是负载电阻。工作原理：如图2-5(a)设2为正半周时，A端电位

15、高于B端（即A端为正，B端为负），二极管V1和V3导通，V2和V4截止，电流i1自A端流过V1、RL、V3到B端，它是自上而下流过RL。如图2-5(b)所示，当2为负半周时，B端电压高于A端（即B端为正，A端为负），二极管V2和V4导通，V1和V3截止，电流i2自B端流过V2，也是自上而下的通过RL，经V4到A端。这样，在2整个周期内，都有方向不变的电流通过RL,且i1和i2 叠加形成I流电路属于全波整流类型，称为桥式单相全波整流电路。 图 2-5 桥式整流电路工作过程 (a) u2为正半周时的电流方向 (b) u2为负半周时的电流方向顺便指出：在很多场合，习惯上把变压器中心抽头式全波整流电路

16、简称为全波整流电路：而把桥式单相全波整流电路简称为桥式整流电路，实质上它们是结构形式不同但都属于全波整流的电路。1、负载上和整流二极管上的电压和电流 由以上的讨论可知，桥式全波整流电路和变压器中心抽头式全波蒸馏电路在负载RL上得到的都是全波脉动直流电，波形是一样的，所以负载上电压和电流计算公式是一样的，即VL=0.9V2IL=0.9V2/RL桥式整流电路中，每个二极管在电源电压变化一周内只有半个周期导通，因此，每个二极管的平均电流值是负载电流的一半，即IV=0.5IL每个二极管在截止时承受的反向峰值是2的峰值。即VRM=1.41V2桥式全波整流电路与变压器中心抽头式全波整流电路相比，所使用的整

17、流二极管多了一倍、但二极管承受的反向峰值电压低了一半，而且变压器无需中心抽头，因而获得广泛的应用。整流元件的组合件称为整流队，常见的有半桥2CQ型整流堆和全桥QL型整流堆，它们的内部电路及外形，使用一个全桥整流堆或连接两个半桥整流堆，就可以代替四只整流二极管与电源变压器相连，组成桥式整流电路，既方便又可靠。选用时仍应注意它们的额定工作电流值和允许的最高反向电压值要符合整流电路的要求。2.2.2 变压器的工作原理分析（1）变压器的用途变压器是将某一数值的交流电压变换为统一频率另一数值的交流电压的电气设备，在工程上有着广泛地应用。在电力输送方面，为了减小输电损失，采用升压变压器将发电机发出的电压升

18、高到35kV以上，在用电目的地又通过降压变压器将高压降为供用户使用的低电压。在整个输配电过程中变压器是关键设备。在电子仪器中，采用电源变压器将220V电压变为合适的低电压给电路供电，起到了电压配合和隔离作用；在电路中采用耦合变压器来进行信号的传递等。在其他方面，有实验用调压器；有用于交流测量的电压和电流互感器；有用于电焊、电炉及整流用的专用变压器等。电子变压器在电源中的作用：电子变压器和半导体开关器件，半导体整流器件，电容器一起，称为电源装置中的4大主要元器件。根据在电源装置中的作用，电子变压器可以分为： 1、电压和功率变换作用的电源变压器，功率变压器，整流变压器，逆变变压器，开关变压器，脉冲

19、功率变压器； 2、起传递宽带、声频、中周功率和信号作用的宽带变压器，声频变压器，中周变压器； 3、起传递脉冲、驱动和触发信号作用的脉冲变压器，驱动变压器，触发变压器； 4、起原边和副边绝缘隔离作用的隔离变压器，起屏蔽作用的屏蔽变压器； 5、起单相变三相或三相变单相作用的相数变换变压器，起改变输出相位作用的相位变换变压器(移相器)； 6、起改变输出频率作用的倍频或分频变压器； 7、起改变输出阻抗与负载阻抗相匹配作用的匹配变压器； 8、起稳定输出电压或电流作用的稳压变压器(包括恒压变压器)或稳流变压器，起调节输出电压作用的调压变压器；9、起交流和直流滤波作用的滤波电感器； 10、起抑制电磁干扰作用

20、的电磁干扰滤波电感器，起抑制噪声作用的噪声滤波电感器； 11、起吸收浪涌电流作用的吸收电感器，起减缓电流变化速率的缓冲电感器； 12、起储能作用的储能电感器，起帮助半导体开关换向作用的换向电感器； 13、起开关作用的磁性开关电感器和变压器； 14、起调节电感作用的可控电感器和饱和电感器； 15、起变换电压、电流或脉冲检测信号的电压互感器、电流互感器、脉冲互感器、直流互感器、零磁通互感器、弱电互感器、零序电流互感器、霍尔电流电压检测器。（2）变压器的基本结构变压器虽然种类很多，用途各不相同，但其基本结构都是由铁心和套装在铁心上的绕组组成。为了减小涡流及磁滞损耗，变压器的铁心是用表面涂有绝缘层、厚

21、度为0.35-0.5mm的硅钢片叠装而成。根据铁心的结构不同，分为心式和壳式两种，绕组绕在两侧的铁心柱上,多用于容量较大的变压器中。它的高压、低压绕组都绕在中间的铁心柱上，常用于小容量的变压器中。绕组构成变压器的电路部分，一般小容量变压器的绕组是用高强度漆包线绕制，大容量变压器可用扁铜线或扁铝线绕制。（3）单相变压器的工作原理图2-6为单相变压器原理图。通常把与电源相连接的绕组称为一次绕组，与负载相连接的绕组称为二次绕组。为讨论方便，一般规定：凡与一次绕组有关的各量都在其下角标以“1”，而与二次绕组有关的各量都在下角标以“2”，例如，一次、二次电压、电流分别用U1、U2、I1、I2表示，匝数分

22、别用N1、N2表示。 + u1 - + Z - + - 图2-6 变压器工作原理（4）变压原理当变压器的一次绕组接入交流电压u1时，在一次绕组中便有交流电流流过，并产生交流磁通。该磁通的绝大部分通过铁心同时穿过一次、二次绕组，称为主磁通；在一次绕组产生的交流磁通中，还有很少一部分通过周围空气闭合，称为漏磁通。通常漏磁通很少，为讨论问题方便而把它忽略不计。当主磁通同时穿过一次、二次绕组时，就在两个绕组中分别产生与电源频率相同的感应电动势e1和e2。设一次、二次绕组匝数分别为N1、N2，则由法拉第电磁感应定律可知，一次、二次绕组上感应电动势的数学表达式为e1= -N1(d/dt)e2= -N2(d

23、/dt)设=msinwt代入上式计算得 e1= wN1mcoswt =2fN1msin(wt-900) =E1msin(wt-90)式中, E1m=2fN1m是一次绕组感应电动势的最大值,其有效值为E1=(1/1.414)fN1m=4.44fN1m (2-1)同理,二次绕组感应电动势的有效值为 E2=4.44fN2m (2-2)当忽略一次、二次绕组的直流电阻和漏电磁通时,有U1=E1,U2=E2,将式(2-1)和式(2-2)取比值 U1/U2=E1/E2=N1/N2=K (2-3)式中,K变压器的变化,即变压器一次、二次绕组的匝数之比。上式表明，变压器一次、二次侧的电压之比等于匝数之比。当K&

24、gt;1 时,U1>U2，为降压变压器；当 K<1时，U1<U2，为升压变压器。由于U1=E1=4.44fN1m，因此在使用变压器时必须注意：U1过高，f过低，N1过少都会引起m过大，使变压器中用来产生磁通的励磁电流大大增加而烧坏变压器。1、变压原理由以上分析可知，变压器从电网上吸收能量并通过电磁感应，以另一个电压等级把电能输送给负载。在这个过程中，变压器只起到能量的传递作用。根据能量守恒定率，在忽略了损耗的情况下，变压器输入、输出的视在功率相等,即 U1I1=U2I2 I1/I2=U2/U1=1/K (2-5)式(2-5)表明,变压器在改变电压的同时，电流也随之成反比例地变

25、化，且一次、二次电流之比等于匝数之反比，即变压器具有变流功能。变换阻抗原理变压器除能变压和变流，还能变换阻抗，这在电信工程中有着广泛的应用。阻抗变换原理如图2-7所示,图中ZL为负载阻抗，其端电压为U2，流过的电流为I2，变压器变比为，则 ZL=U2/I2变压器一次绕组中的电压和电流分别为 U1=KU2,I1=I2/K从变压器输入端看进去,等效的输入阻抗ZL为 图2-7阻抗变换原理 ZL=U1/I1=K2（U2/I2）=K2ZL式(2-6)表明,负载阻抗ZL反映到一次侧的等效输入阻抗ZL,其值为ZL的K2倍,因此,只需改变变压器的匝数比,就可把负载阻抗变换为所需的数值。变压器的同名端及绕组的正

26、确连接 图2-8多绕组变压器当变压器有多个一次绕组或二次绕组，在使用时又需要将一次绕组或二次绕组串联或并联时，就需要知道变压器的同名端（同极性端）。如果连接错误，不但得不到所需的电压值，严重时还会将变压器烧坏。变压器的同名端变压器的同名端是这样定义的；当给变压器的一次绕组（或二次各绕组）通以电流时，它们在磁路中产生的磁通方向如果相同，则称各绕组电流的流入端为同名端，用“”表示，如图2-8所示。其中，A、B为变压器的一次绕组，当电流从和3端流进时，两绕组产生的磁通方向相同，即1和3端为两绕组的同名端。同理，2、4端也是同名端。C、D为变压器的二次绕组，当电流从5和7端流进时，两绕组产生的磁通方向

27、相同，即5和7端为二次绕组的同名端。变压器的正确连接当绕组变压器需要进行绕组的串联或并联时，则要依据它的同名端进行连接例如，一变压器的一次侧有两个绕组，每个绕组的工作额定电压为110V，如将变压器接入220V交流电源，则绕组需串联连接，正确的连接方法，如图2-9（a）所示。如将变压器接入110V交流电源，则绕组需并联连接，正确的连接方法，如图2-9(b)所示。如果同名端接错，则两个绕组产生的磁通方向相反，相互抵消，使穿过俩绕组的磁通为零，两绕组产生的自感器电动势则为零，绕组中的电流将变得很大，将导致两绕组烧毁。（b）两个绕组相并联图2-9 变压器绕组的正确连接变压器的二次绕组在链接时，如果将两

28、个二次绕组的异名端6、7两端相连，由5、8两端输出电压，则输出电压为CD两个绕组的输出电压之和；如将两绕组的同名端57两端响亮，由8两端输出电压，则输出电压为CD两绕组的输出电压之差。即变压器的二次绕组可以通过不同的组合方式得到不同的电压值。变压器在电子电路中应用时，有时需要考虑绕组的同名端，以判别电路是正反馈还是负反馈。（5） 单相变压器的运行特 对于负载而言，变压器相当于一个电源，要求其供电电压相对稳定；而对于电网而言，变压器起电能传递作用，要求在传递过程中本身损耗校，效率高。因此，一般用来表示变压器运行特性的指标有两个：一是变压器的电压变化率，二是变压器的效率。一、变压器的外特性及电压变

29、化率当电源电压和负载的功率因数为定值时，变压器二次侧的端电压U2与二次侧的电流I2之间的关系称为变压器的外特性，即U2=f(I2)，如图2-10所示。 图2-10变压器的外特性从图2-10中可以看出，变压器的外特性与负载的大小和性质有关。随着负载的增大，对于纯电阻性负载，端电压下降较少；对于感性负载，端电压下降较大；对于溶性负载，则端电压有所上升。变压器二次侧输出电压随负载而变化的程度用电压变化率来表示。所谓电压变化率，是指负载的功率因数一定，依次侧加额定电压，二次侧空载和负载时的电压之差的相对值，即= (U20-U2)/U20100 式中，U20二次侧空载时的电压； U2二次侧负载时的电压电

30、压变化率电压变化率表示了变压器运行时输出电压的稳定性，是变压器的主要性能指标之一。电力变压器在额定运行时，一般要求<5二、变压器的损耗与效率变压器从电源得到的有功率P1不会全部转为输出功率P2，因传输过程中有能量损耗。变压器存在两种损耗：一种是电流流过一次二次绕组上的电阻时产生的损耗，称为铜损耗 PCu；另一种是交变磁通在铁心中所产生的磁滞损耗和涡流损耗，合称为铁损耗PFe。这些损耗均变为热量使变压器的温度升高。根据能量守恒定律有 P1=P2+PCu+PFe变压器的效率为 = P2/P1100=P2/(P2+PCu+PFe)100随低损耗材料的使用和变压器结构设计的日趋合理，电力变压器的

31、效率逐渐提高，目前可达95以上。（6） 其他用途变压器及变压器的应用1 自耦变压器普通变压器一般指双绕组变压器，其一次二次绕组在电路上是互相分开的。而自耦变压器是一种单绕组变压器，其中一次绕组的部分线圈兼作二次绕组。因此，自耦变压器的一次二次绕组之间不仅有磁的耦合，在电路上还互相连通，如图2-11所示。图2-11自耦变压器与普通变压器一样，当一次绕组接上交流电压U1后，铁心中产生交流磁通，在N1和N2上的感应电动势分别为 E1=4.44fN1mE2=4.44fN2m因此变压器的变比为 K=E1/E2=N1/N2=U1/U2=I2/I1可见,适当选择匝数N2就可以在二次侧电路中获得所需要电压U2

32、。若将二次绕组接通电源，则自耦变压器可作为升压变压器使用。自耦变压器的优点是：结构简单，节省铜线，效率比普通变压器高。其缺点是：由于高低压绕组在电路上是相通的对使用者构成潜在的危险，因此自耦变压器的变比一般不超过1.52。自耦调压器常在实验室中使用。注意在使用前必须把手柄转到零位，使输出电压为零，以后再慢慢顺时针转动手柄使输出电压逐步上升。按照电器安全操作规程，自耦变压器不能作为安全变压器使用，因为线路万一按错将可能发生触电事故，因此规定：安全变压器一定要采用一次绕组和二次绕组互相分开的双绕组变压器。2变压器的正确使用变压器在工作中如果使用不当，往往会造成变压器的损坏。正确使用变压器的依据是工

33、作时尽量使变压器工作在额定状态，由其不能时间过载。变压器的主要额定值有：1、一次额定电压U1N是指在设计时根据变压器的绝缘强度和容许发热而规定在一次绕组上应加的电压值，在三相变压器中是指线电压。2、二次侧额定电压U2N是指当变压器空载而一次绕组的电压为额定值时的二次绕组两端的电压值，在三相变压器中也是指线电压。3、一次侧额定电流I1N是指在设计时根据变压器的容许发热而规定在一次绕组中长期容许通过的最大电流值，在三相变压器中是指线电流值。4、二次侧额定电流I2N是指在设计时根据变压器的容许发热而规定在二次绕组中长期容许通过的最大电流值，在三相变压器中是指线电流值。5、容量SN变压器的容量用视在功

34、率表示，单相变压器的容量为二次侧的额定电压与额定电流的乘积，常以Kv.A为单位，即 SN=U2NI2N/1000三相变压器的容量SN=1.72U2NI2N/102.2.3 滤波器的工作原理分析（1）滤波器的功能  滤波器的功能就是允许某一部分频率的信号顺利的通过，而另外一部分频率的信号则受到较大的抑制，它实质上是一个选频电路。滤波器中，把信号能够通过的频率范围，称为通频带或通带；反之，信号受到很大衰减或完全被抑制的频率范围称为阻带；通带和阻带之间的分界频率称为截止频率；理想滤波器在通带内的电压增益为常数，在阻带内的电压增益为零；实际滤波器的通带和阻带之间存在一定频率范围的过

35、渡带。 （2）滤波器的分类 (1)按所处理的信号分为模拟滤波器和数字滤波器两种。 (2)按所通过信号的频段分为低通、高通、带通和带阻滤波器四种。 低通滤波器：它允许信号中的低频或直流分量通过，抑制高频分量或干扰和噪声。 高通滤波器：它允许信号中的高频分量通过，抑制低频或直流分量。 带通滤波器：它允许一定频段的信号通过，抑制低于或高于该频段的信号、干扰和噪声。 带阻滤波器：它抑制一定频段内的信号，允许该频段以外的信号通过。 (3)按所采用的元器件分为无源和有源滤波器两种。 无源滤波器： 仅由无源元件(R、L 和C)组

36、成的滤波器，它是利用电容和电感元件的电抗随频率的变化而变化的原理构成的。这类滤波器的优点是：电路比较简单，不需要直流电源供电，可靠性高；缺点是：通带内的信号有能量损耗，负载效应比较明显，使用电感元件时容易引起电磁感应，当电感L较大时滤波器的体积和重量都比较大，在低频域不适用。 有源滤波器：由无源元件(一般用R和C)和有源器件(如集成运算放大器)组成。这类滤波器的优点是：通带内的信号不仅没有能量损耗，而且还可以放大，负载效应不明显，多级相联时相互影响很小，利用级联的简单方法很容易构成高阶滤波器，并且滤波器的体积小、重量轻、不需要磁屏蔽(由于不使用电感元件)；缺点是：通带范围受有源器件(

37、如集成运算放大器)的带宽限制，需要直流电源供电，可靠性不如 无源滤波器高，在高压、高频、大功率的场合不适用。（3） 滤波器的主要参数 (1)通带增益A0：滤波器通带内的电压放大倍数。 (2)特征角频率 和特征频率fn：它只与滤波用的电阻和电容元件的参数有关，通常对于带通(带阻)滤波器，称为带通(带阻)滤波器的中心角频率 或中心频率f0，是 通带(阻带)内电压增益最大(最小)点的频率。 (3)截止角频率 和截止频率f0：它是电压增益下降到 (即)时所对应的角频率。必须注意 不一定等于 。带通和带阻滤波器有两个(4)通带(阻带)宽度BW：它是带通(带阻)滤波器的两个之

38、差值。 (5)等效品质因数Q：对低通和高通滤波器而言,Q值等于 时滤波器电路电压增益的模与通带增益之比，即 ；对带通(带阻)滤波器而言,Q值等于中心角频率与通带(阻带)宽度BW之比。 （4） 有源滤波器的阶数 有源滤波器传递函数分母中“S”的最高“方次”称为滤波器的“阶数”。阶数越高，滤波器幅频特性的过渡带越陡，越接近理想特性。一般情况下，一阶滤波器过渡带按每十倍频20dB速率衰减；二阶滤波器每十倍频40dB速率衰减。高阶滤波器可由低阶滤波器串接组成。 低通和高通滤波器之间的对偶关系(1)幅频特性的对偶关系 当低通滤波器和高通滤波器的通带增益

39、A0、 截止频率或f0分别相等时，两者的幅频特性曲线相对于垂直线f=f0对称。(2)传递函数的对偶关系 将低通滤波器传递函数中的S换成1/S，则变成对应的高通滤波器的传递函数。  (3)电路结构上的对偶关系 将低通滤波器中的 起滤波作用的电容C换成电阻R，并将起滤波作用的电阻R换成电容C，则低通滤波器转化为对应的高通滤波器。（5）极性转换极性转换（英文：Umpolung），也称极性翻转、极性反转、极性颠倒，指有机化学中官能团极性的改变，是有机合成重要概念之一。1此概念首先由德国化学家Dieter Seebach（迪特尔·泽巴赫）与美国化学家艾里亚斯

40、83;詹姆斯·科里提出，极性转换的英文名称Umpolung也由德语的Umpolung得来，意为极性倒转。这里的极性，指的是官能团不同原子的亲电/亲核反应性；从逆合成分析来看，是指不同原子的供电子/受电子反应性。杂原子（如金属原子、氧、硫、硅等）的引入会改变化学键的极性，从而使某一基团的极性发生翻转，这也是极性转换的常用技巧。这样，这个基团既可作为正离子，也可作为负离子；既可作为供电子基团，也可作为受电子基团，很多看似无法获得的合成子都可以得到，官能团可以作为不同的“身份”来参与化学反应，有机合成反应的范围因此大大扩展。2.3 主要性能参数1) 电网允许的电压波动范围单相交流输入，有效

41、值波动范围：220 V±20%，即176264 V;频率：50 Hz。2) 直流输出电压，电流输出DC ±12V ,1A输出DC5V ,3A两组输出功率12 ×1 ×2 + 5 ×3 = 39W第三章 利用Multisim8仿真系统对电路进行仿真 Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。  工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真

42、。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。 启动Multisim8软件，根据电源原理图在元件库里找元件并画出相应的仿真原理图，如图3-1图3-1仿真原理图 画完之后对其检测及仿真使其达到预期要求，仿真结果如图3-2图3-2仿真所得到的波形第四章 PCB板的设计4.1印制电路板设计一般步骤 印制电路板设计步骤如图4-1，具体步骤如下：第一

43、步：电路板框架设计。设计印制电路板之前，用户要对电路板有一个初步的规划，如电路板的边框尺寸，采用几层电路板，是单面板还是双面板，各元器件采用何种封装形式及其安装位置等。第二步：参数设置。主要设置元器件的布置参数、板层参数、布线参数等。一般某些参数可用其默认值，而某些参数在使用过Protel 99 SE之后，即第一次设置后，以后几乎无须修改。第三步：装入网络表及元件封装。网络表是电路板自动布线的灵魂，也是电路原理图设计系统与印制电路板设计系统的接口。元器件的封装是指元器件的实际外形、尺寸，对于每个装入的元器件必须有相应的外形封装，才能保证电路板布线的顺利进行。只有将网络表装入之后，才可能完成对电路板的自动布线。第四步：元器件布