模拟电子技术模电之串联反馈稳压电路

1、6.46.4 负反馈放大电路的稳定性一、自激振荡产生的原因及条件一、自激振荡产生的原因及条件二、负反馈放大电路稳定性的分析二、负反馈放大电路稳定性的分析三、负反馈放大电路稳定性的判断三、负反馈放大电路稳定性的判断四、消除自激振荡的方法四、消除自激振荡的方法一、自激振荡产生的原因及条件1. 现象：输入信号为：输入信号为0 0时，输出有一定幅值、一时，输出有一定幅值、一定频率的信号，称电路产生了自激振荡。定频率的信号，称电路产生了自激振荡。负反馈放大电路自激振荡的频率在低频段或高频段。负反馈放大电路自激振荡的频率在低频段或高频段。低频低频干扰干扰或产或产生了生了轻微轻微低频低频振荡振荡高频高频干扰

2、干扰或产或产生了生了轻微轻微高频高频振荡振荡实验实验波形波形oifo XXXX 在电扰动下，如合闸通电，必含有频率为在电扰动下，如合闸通电，必含有频率为f0的信号，对于的信号，对于f = f0 的信号，产生正反馈过程的信号，产生正反馈过程 输出量逐渐增大，直至达到动态平衡，电路产生了自激输出量逐渐增大，直至达到动态平衡，电路产生了自激振荡。振荡。2. 原因fiiXXX 在低频段或高频段，若存在在低频段或高频段，若存在一个频率一个频率f0，且当，且当 f f0 时附加时附加相移为相移为，则，则ooi 0XXX维持时，ooXFAX1FA3. 自激振荡的条件1FA)( ) 12(1FA为整数nnFA

3、 由于电路通电后输出量有一个从小到大直至稳幅的由于电路通电后输出量有一个从小到大直至稳幅的过程，起振条件为过程，起振条件为幅值平衡条件幅值平衡条件相位平衡条件相位平衡条件什么样的放大电路引入负反馈后容易产生自激振荡？ 三级或三级以上放大电路引入负反馈后有可能三级或三级以上放大电路引入负反馈后有可能产生高频振荡；同理，耦合电容、旁路电容等为三产生高频振荡；同理，耦合电容、旁路电容等为三个或三个以上的放大电路，引入负反馈后有可能产个或三个以上的放大电路，引入负反馈后有可能产生低频振荡。生低频振荡。 放大电路的级数越多，耦合电容、旁路电放大电路的级数越多，耦合电容、旁路电容越多，引入的负反馈越深，产

4、生自激振荡容越多，引入的负反馈越深，产生自激振荡的可能性越大。的可能性越大。 环路放大倍数环路放大倍数AF越大，越容易满足起振条件，闭越大，越容易满足起振条件，闭环后越容易产生自激振荡。环后越容易产生自激振荡。8.18.1 正弦波振荡电路一、正弦波振荡的条件和电路的组成一、正弦波振荡的条件和电路的组成二、二、RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路三、三、LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路四、石英晶体正弦波振荡电路四、石英晶体正弦波振荡电路一、正弦波振荡的条件和电路的组成1. 正弦波振荡的条件 无外加信号，输出一定频率一定幅值的信号。无外加信号，输出一定频率一定幅值的信号。 与负反馈放大电路振荡的不同之

5、处：在正弦波振荡电路与负反馈放大电路振荡的不同之处：在正弦波振荡电路中引入的是正反馈，且振荡频率可控。中引入的是正反馈，且振荡频率可控。在电扰动下，对于某一特定频率在电扰动下，对于某一特定频率f0的信号形成正反馈：的信号形成正反馈：oioXXX 由于半导体器件的非线性特性及供电电源的限制，最由于半导体器件的非线性特性及供电电源的限制，最终达到动态平衡，稳定在一定的幅值。终达到动态平衡，稳定在一定的幅值。1. 正弦波振荡的条件211FAnFAFA 一旦产生稳定的振荡，则一旦产生稳定的振荡，则电路的输出量自维持，即电路的输出量自维持，即ooXFAX幅值平衡条件幅值平衡条件相位平衡条件相位平衡条件1

6、FA起振条件：起振条件： 要产生正弦波振荡，必须有满足相位条件的要产生正弦波振荡，必须有满足相位条件的f0，且在，且在合闸通电时对于合闸通电时对于f= f0信号有从小到大直至稳幅的过程，信号有从小到大直至稳幅的过程，即满足起振条件。即满足起振条件。2. 起振与稳幅：输出电压从幅值很小、含有丰富频率，到输出电压从幅值很小、含有丰富频率，到仅有一种频率且幅值由小逐渐增大直至稳幅。仅有一种频率且幅值由小逐渐增大直至稳幅。很多种频率很多种频率频率逐渐变频率逐渐变为单一为单一振幅越来越大振幅越来越大趋于稳幅趋于稳幅3. 基本组成部分1) 放大电路：放大作用放大电路：放大作用2) 正反馈网络：满足相位条件

7、正反馈网络：满足相位条件3) 选频网络：确定选频网络：确定f0，保证电路产生正弦波振荡，保证电路产生正弦波振荡4) 非线性环节（稳幅环节）：稳幅非线性环节（稳幅环节）：稳幅1) 是否存在主要组成部分；是否存在主要组成部分；2) 放大电路能否正常工作，即是否有合适的放大电路能否正常工作，即是否有合适的Q点，信号是否点，信号是否可能正常传递，没有被短路或断路；可能正常传递，没有被短路或断路；3) 是否满足相位条件，即是否存在是否满足相位条件，即是否存在 f0，是否可能振荡，是否可能振荡 ；4) 是否满足幅值条件，即是否一定振荡。是否满足幅值条件，即是否一定振荡。常合二为一常合二为一4、分析方法相位

8、条件的判断方法：瞬时极性法瞬时极性法断开反馈，在断开处给放大电路加断开反馈，在断开处给放大电路加 ff0的信号的信号Ui，且规，且规定其极性，然后根据定其极性，然后根据 Ui的极性的极性 Uo的极性的极性 Uf的极性的极性若若Uf与与Ui极性相同，则电路可能产生自激振荡；否则电路不极性相同，则电路可能产生自激振荡；否则电路不可能产生自激振荡。可能产生自激振荡。 在多数正弦波振荡电路在多数正弦波振荡电路中，输出量、净输入量和中，输出量、净输入量和反馈量均为电压量。反馈量均为电压量。 iU极性？极性？5. 分类常用选频网络所用元件分类。常用选频网络所用元件分类。1) RC正弦波振荡电路：正弦波振荡

9、电路：1兆赫以下兆赫以下2) LC正弦波振荡电路：几百千赫几百兆赫正弦波振荡电路：几百千赫几百兆赫3) 石英晶体正弦波振荡电路：振荡频率稳定石英晶体正弦波振荡电路：振荡频率稳定二、RC 正弦波振荡电路1. RC串并联选频网络低频段低频段高频段高频段900 0Ff，Uf900 Ff，UfUo.Uf.I.Uo.Uf.I. 在频率从在频率从0中必有一个频率中必有一个频率f0，F0。CRCRCRUUF j1 j1 j1of ) 1 ( j31RCRCFRC串并联选频网络的频率响应当当 f=f0时，不但时，不但=0，且，且 最大，为最大，为1/3。F)( j31 21000ffffFRCf，则令3.3.

10、 RC 桥式正弦波振荡电路（文氏桥振荡器）用同相比例运算电路作放大电路。用同相比例运算电路作放大电路。 因同相比例运算电路有非常好的因同相比例运算电路有非常好的线性度，故线性度，故 R 或或 Rf 用热敏电阻，或用热敏电阻，或加二极管作为非线性环节。加二极管作为非线性环节。文氏桥振荡文氏桥振荡器的特点？器的特点？1f2RR 以以RC串并联网络为选频网络和正反馈网络、并引入电串并联网络为选频网络和正反馈网络、并引入电压串联负反馈，两个网络构成桥路，一对顶点作为输出电压串联负反馈，两个网络构成桥路，一对顶点作为输出电压，一对顶点作为放大电路的净输入电压，就构成文氏桥压，一对顶点作为放大电路的净输入

11、电压，就构成文氏桥振荡器。振荡器。频率可调的文氏桥振荡器 改变电容以粗调，改变电改变电容以粗调，改变电位器滑动端以微调。位器滑动端以微调。 加稳压管可以限制输出电加稳压管可以限制输出电压的峰压的峰-峰值。峰值。同轴同轴电位器电位器 10.1 小功率整流滤波电路小功率整流滤波电路 10.2 串联反馈式稳压电路串联反馈式稳压电路 10.0 引言引言引言引言直流稳压电源的作用直流稳压电源的作用 将交流电网电压转换为直流电压，为放大电路提供直流工将交流电网电压转换为直流电压，为放大电路提供直流工作电源。作电源。组成组成各部分功能各部分功能变压器：变压器：整流：整流：滤波：滤波：稳压：稳压：end降压降

12、压滤除脉动滤除脉动交流变脉动直流交流变脉动直流进一步消除纹波，提高电压的稳定性和带载能力进一步消除纹波，提高电压的稳定性和带载能力 电源变压器 v1 220V v2 50Hz 整流电路 vR 滤波电路 vF 稳压电路 VO t 交流电网电压 v1 t v2 t vR t vF t VO 10.1 小功率整流滤波电路小功率整流滤波电路10.1.1 单相桥式整流电路单相桥式整流电路10.1.2 滤波滤波电路电路1. 工作原理工作原理10.1.1 单相桥式整流电路单相桥式整流电路利用二极管的单向导电性利用二极管的单向导电性 电网 电压 v1 Tr a b v2 D1 D2 D4 D3 iD1、3 i

13、D2、4 vL R1 220V 50Hz iL 1. 工作原理工作原理10.1.1 单相桥式整流电路单相桥式整流电路利用二极管的单向导电性利用二极管的单向导电性 v1 Tr v2 RL D1D4 220V 50Hz + - 电网 电压 v1 Tr a b v2 D1 D2 D4 D3 vL R1 220V 50Hz iL v2 O 2 3 4 t 2V2 O iL t vL O t iD1 iD3 iD2 iD4 iD1 iD3 iD2 iD4 D1 D3 D2 D4 D1 D3 D2 D4 导通 导通 导通 导通 2V2 0.9V2 VL0.9V2 10.1.1 单相桥式整流电路单相桥式整流

14、电路3. 纹波系数纹波系数ttVV dsin2120L 2. VL和和ILLLLRVI 483. 0L2L22r VVVK222V 29 . 0 V L29 . 0RV 4. 平均整流电流平均整流电流D3D1II D4D2II L2L45. 021RVI 5. 最大反向电压最大反向电压2RM 2VV vL O D1 D3 D2 D4 D1 D3 D2 D4 t 导通 导通 导通 导通 2V2 0.9V2 VL0.9V2 几种滤波电路几种滤波电路10.1.2 滤波滤波电路电路（a）电容滤波电路）电容滤波电路（b）电感电容滤波电路（倒）电感电容滤波电路（倒L型）型）（c） 型滤波电路型滤波电路 t

15、 2 3 4 O v2，vL，vC 10.1.2 滤波滤波电路电路电容滤波电路电容滤波电路 D1 D2 D3 D4 RL vL + a b v2 Tr v1 S1 C + S2 D1 D2 D3 D4 RL vL + a b v2 Tr v1 S1 C + S2 D1 D2 D3 D4 RL vL + a b v2 Tr v1 S1 C + S2 t 2 3 4 O v2，vL，vC tVv sin222 t 2 3 4 O v2，vL，vC tVv sin222 t 2 3 4 O v2，vL，vC RL未接入未接入 tVv sin222 2C2Vv a t 2 3 4 O v2，vL，vC

16、 RL未接入未接入 RL接入后接入后 tVv sin222 2C2Vv b c C 放电放电 C 充电充电 vC = vL d e a t 2 3 4 导电导电 D4 D2 t iD iL iD O O LLLRvi v2，vL，vC RL未接入未接入 RL接入后接入后 tVv sin222 2C2Vv b c C 放电放电 C 充电充电 vC = vL d e 导电导电 D3 D1 导电导电 D4 D2 导电导电 D3 D1 10.1.2 滤波滤波电路电路电容滤波的特点电容滤波的特点A. 二极管的导电角二极管的导电角 ，流过二极管的瞬时电流流过二极管的瞬时电流很大。很大。B. 负载直流平均电

17、压负载直流平均电压 VL 升高升高 d = RLC 越大，越大， VL 越高越高C. 直流电压直流电压 VL 随负载电流随负载电流增加而减少增加而减少当当 d （3 5） 时，时，2TVL = ( 1.1 1.2 )V2 v2, vL, vC RL未接入 RL接入后 2V2 vC2V2 a C 放电 C 充电 vCvL b O D1 D3 导 电 D2 D4 导 电 D1 D3 导 电 D2 D4 导 电 2 3 4 t t1 t2 2T iL iD O iD iLLLRv c d e t 10.1.2 滤波滤波电路电路VL 随负载电流的变化随负载电流的变化end D1 D2 D3 D4 RL

18、 vL + a b v2 Tr v1 S1 C + S2 D1 D2 D3 D4 RL vL + a b v2 Tr v1 S1 C + S2 VL 纯电阻负载 0.9V2 O IL C 型滤波 2V2 10.2 串联反馈式稳压电路串联反馈式稳压电路10.2.1 稳压电源质量指标稳压电源质量指标10.2.2 串联反馈式稳压电路工作原理串联反馈式稳压电路工作原理10.2.3 三端集成稳压器三端集成稳压器10.2.4 三端集成稳压器的应用三端集成稳压器的应用输出电压输出电压10.2.1 稳压电源质量指标稳压电源质量指标) , , (OIOTIVfV 输出电压变化量输出电压变化量TSIRVKVT O

19、oIVO 输入调整因数输入调整因数00IOVO TIVVK电压调整率电压调整率00IOOVO %100/ TIVVVS稳压系数稳压系数00IIOOO / TIVVVV 输出电阻输出电阻00OOoI TVIVR温度系数温度系数00OI TVTTVS1. 结构结构10.2.2 串联反馈式稳压电路的工作原理串联反馈式稳压电路的工作原理 DZ R + R1 R2 RL VREF VF VB b e c T 比较放大比较放大 调整调整 基准电压基准电压 取样取样 VO + VI A 10.2.2 串联反馈式稳压电路的工作原理串联反馈式稳压电路的工作原理2. 工作原理工作原理输入电压波动输入电压波动负载电

20、流变化负载电流变化输出电输出电压变化压变化 OV)(REFF不不变变VV BV OV电压串联负反馈电压串联负反馈所以输出电压所以输出电压)1(21REFORRVV 满足深度负反馈，根据满足深度负反馈，根据虚短虚短和和虚断虚断有有 DZ R + R1 R2 RL VREF VF VB b e c T 比较放大比较放大 调整调整 基准电压基准电压 取样取样 VO + VI A (+)(+)(+)(+)212OFRRRVV REFFVV 1P2OminZ12P()RRRVVRR1P2OmaxZ12()RRRVVR A v1 v2 D3 D1 D4 D2 VI A C DZ2 2000F R1 T1

21、T3 T2 E B R2 C D DZ1 R3 300 RP 300 R4 300 C 1000F VO 220V 50Hz R0 RL 例例（类似习题（类似习题10.2.3） （1）设变压器副边电压的有效值）设变压器副边电压的有效值V220 V，求，求VI？说明电路中？说明电路中T1、R1、DZ2的作用；的作用；（2）当）当VZ16 V，VBE0.7 V，电位器，电位器RP箭头在中间位置，不接负载箭头在中间位置，不接负载电阻电阻RL时，试计算时，试计算A、B、C、D、E点的电位和点的电位和VCE3的值；的值；（3）计算输出电压的调节范围。）计算输出电压的调节范围。（4）当）当VO12 V、R

22、L150，R2510时，计算调整管时，计算调整管T3的功耗的功耗PC3。 A v1 v2 D3 D1 D4 D2 VI A C DZ2 2000F R1 T1 T3 T2 E B R2 C D DZ1 R3 300 RP 300 R4 300 C 1000F VO 220V 50Hz R0 RL 例例（1）设变压器副边电压的有效值）设变压器副边电压的有效值V220 V，求，求VI？说明电路中？说明电路中T1、R1、DZ2的作用；的作用； A v1 v2 D3 D1 D4 D2 VI A C DZ2 2000F R1 T1 T3 T2 E B R2 C D DZ1 R3 300 RP 300 R

23、4 300 C 1000F VO 220V 50Hz R0 RL 例例解：解：VI（1.11.2）V2取取 VI1.2V2则则 VI1.2V21.22024V T1、R1和和DZ2为启动电路为启动电路 ,T1导通，导通，E点电位确立，点电位确立，T2,T3导通导通（2）当）当VZ16 V，VBE0.7 V，电位器，电位器RP箭头在中间位置，不接负载箭头在中间位置，不接负载电阻电阻RL时，试计算时，试计算A、B、C、D、E点的电位和点的电位和VCE3的值；的值； A v1 v2 D3 D1 D4 D2 VI A C DZ2 2000F R1 T1 T3 T2 E B R2 C D DZ1 R3

24、300 RP 300 R4 300 C 1000F VO 220V 50Hz R0 RL 例例解：解：VAVI 24 V)21(P44P31ZRRRRRV VEVO2VBE12 V1.4 V13.4VVCE3VAVO24 V12 V12 VVCVDVZ16 V12 VVBVO)1(21REFRRV R2R1VREF（3）计算输出电压的调节范围。）计算输出电压的调节范围。 A v1 v2 D3 D1 D4 D2 VI A C DZ2 2000F R1 T1 T3 T2 E B R2 C D DZ1 R3 300 RP 300 R4 300 C 1000F VO 220V 50Hz R0 RL 例例解：解：R2R1VREFVO)1(21REFRRV )21(P44P31ZRRRRRV )(P44P31ZOminRRRRRVV = 9V)(44P31ZOmaxRRRRVV = 18V（4）当）当VO12 V、RL150，R2510时，计算调整管时，计算调整管T3的功耗的功耗PC3。 A v1 v2 D3 D1 D4 D2 VI A C DZ2 2000F R1 T1 T3 T2 E B R2 C D DZ1 R3 300 RP 300 R4 300 C 1000F VO 220V 50Hz R0 RL 例例解：解：mA80A08. 0150V12LOL RVI