第7章 汽车常用电子电路

1、ISBN 978-7-111-38450-2 机机 械械 工工 业业 出出 版版 社社CHINA MACHINE PRESS目 录前言第一章 直流电路第二章 电磁现象及其应用第三章 正弦交流电路第四章 电工测量及安全用电第五章 电动机与发电机第六章 半导体器件及应用第七章 汽车常用电子电路第八章 数字电路基础参考文献第7章汽车常用电子电路7.1整流电路7.2滤波电路7.3稳压电路7.4基本放大电路7.5集成运算放大器7.1 整流电路整流电路v常用的直流稳压电源一般由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路组成 电源变压器作用：把220V电网电压变换成所需要的交流电压。整流电路作用：将交流电压变

2、换成单向脉动的直流电压。滤波电路作用：将脉动电压中的脉动成分滤掉，使输出电压成为比较平滑的直流电压。稳压电路作用：使输出的直流电压保持恒定。 7.1.1 单相半波整流电路单相半波整流电路v1电路的组成及整流原电路的组成及整流原理理v半波整流是指交流输入电压信号只有在正半波整流是指交流输入电压信号只有在正半周期或负半周期时才有输出，即输出波半周期或负半周期时才有输出，即输出波形只是输入波形的一半形只是输入波形的一半 图7-2 单相半波整流电路 图7-3 单相半波整流电路波形图 v2负载上的直流电压负载上的直流电压U0和电流和电流I02045. 0UU LLRURUI20045. 0v3整流二极管

3、的选择整流二极管的选择v流过二极管电流的平均值流过二极管电流的平均值v二极管截止时所承受的最高反向电压二极管截止时所承受的最高反向电压 LVRUII2045. 022UUvm为了保证二极管能安全可靠地工作，所选二极管的最大整流电流和最高反向工作电压应分别大于计算出的IV和Uvm，并留有余量 缺点：电源的利用率较低，输出电压脉动较大7.1.2 单相桥式整流电路单相桥式整流电路v1电路与工作原理电路与工作原理图7-4 单相桥式整流电路a）常用画法 b）变形画法 c）简单画法 图7-5 单相桥式整流电路波形图 v2负载上的直流电压和电流负载上的直流电压和电流直流电压U0是半波整流的两倍 209 .

4、0 UU 流过负载的直流电流 LLRURUI2009 . 03整流二极管的选择整流二极管的选择每只二极管都只在交流电的半个周期内导通，所以流过每个二极管的电流等于负载电流的一半 LVRUII2045. 05 . 0每个二极管所承受的最大反向电压 22UUvmv注意：桥式整流电路的四个二极管的正负极不能接反。交流电源和直流负载也不许接错。否则，可能发生电源短路，不仅烧坏整流管，甚至烧坏电源变压器。桥式整流电路优点：电源利用率高，输出电压提高了一倍。流过每个管子的电流仅为输出电流的一半，有利于电路的保护。整体的硅桥式整流器：整流桥有四个接线端，两端接交流电源（标有“”符号），两端接负载（标有“+”

5、、“-”端子）。“+”、“-”标志表示整流输出直流电压的极性 7.2 滤波电路滤波电路v常在整流电路后加接滤波电路，把脉动直流电中的交流分量滤掉，使之成为平滑的直流电 图7-7 滤波电路的功用a）输入脉动直流电压 b）滤波器 c）滤波后的输出电压 电容和电感是基本的滤波元件，主要利用电容器两端电压不能突变和流过电感器的电流不能突变的特点，将电容和负载电阻并联或将电感器与负载电阻串联，即可达到使输出波形平滑的目的。 7.2.1 电容滤波电路电容滤波电路v1电容滤波电路的组成电容滤波电路的组成 v在整流电路的输出端和负载之间并联一个电容器，便可实现滤除交流分量的目的。 由于电容器为储能元件，当与负

6、载并联时，在二极管导通期间，电容器会同时充电并储存电荷；在二极管截止，或电压降低时，电容器便会向负载放电，使负载上电流流过的时间延长，减缓电压下降，从而减小了纹波对电路的影响，获得平稳的直流电压。v2电容滤波电路的工作过程电容滤波电路的工作过程 图7-8 电容滤波电路 图7-9 电容滤波电路的输出波形图 图7-10 桥式整流电容滤波电路波形图 v3电容器输出电压的影响因素电容器输出电压的影响因素v（1）负载的电阻值）负载的电阻值v（2）滤波电容量）滤波电容量v（3）整流的形式）整流的形式v7.2.2 电感滤波电路电感滤波电路v电感滤波电路是在整流电路的输出端与负载电阻之间串联一个电感线圈L 图

7、7-11 桥式整流电感滤波电路 图7-12 电感滤波输出波形 v7.2.3 复式滤波电路复式滤波电路v复式滤波电路是由两种或两种以上滤波元件组成的滤波电路 图7-13 带有LC滤波器的单相桥式整流电路 v带有型滤波器的单相桥式整流电路，其滤波效果很好，适用于对波形要求更平滑的电路。 图7-14 带有型滤波器的单相桥式整流电路 v由RC组成的型滤波电路 图7-15 由RC组成的型滤波电路 7.3 稳压电路稳压电路v7.3.1 硅稳压管稳压电路硅稳压管稳压电路图7-16 硅稳压管稳压电路 v稳压原理v（1）输入电压U1不变，当负载电阻RL减小时，流过负载电阻的电流IL将增大，限流电阻R上的电流I也

8、将增大vRLILIRULIZIIRULv（2）负载电阻RL不变，当U1升高时，UL也升高，必然引起流过稳压管电流IZ的显著增大，则限流电阻R上的电流I也将增大vU1ULIZIURULv选择稳压电路元件时注意：v（1）稳压管的稳压值应该等于输出电压的值，即UZ = UL。v（2）稳压管的最大稳定电流应该等于最大输出电流的23倍。v（3）动态电阻尽可能小。7.3.2 串联型稳压电路串联型稳压电路v串联型稳压电路是一个反馈调节系统，包含有取样电路、基准电压电路、比较放大电路和调整电路4部分 7.3.3 集成稳压器集成稳压器v三端集成稳压电路，它只有三个引线端：输入端（一般与整流滤波电路输出端相连）、

9、输出端（与负载相连）和公共搭铁端。 v集成稳压器有W78（正电压输出）系列和W79（负电压输出）系列 图7-18 三端固定式集成稳压器外形及管脚排列 图7-19 基本电路 7.4 基本放大电路基本放大电路v放大电路又称放大器，它的功能是利用三极管的电流控制作用，把微弱的电信号（变化的电压或电流，简称信号）不失真地放大到所需要的数值 v1对放大电路的基本要求对放大电路的基本要求v（1）要有一定的放大倍数。v（2）要有一定的通频带，即在一定的频率范围内要求放大器具有相同的放大能力。v（3）非线性失真要小。v（4）工作稳定。v2放大电路三极管的连接方式放大电路三极管的连接方式v放大器有两个输入端和两

10、个输出端，在输入端加一个微弱的信号ui，通过放大器放大的信号uo从输出端输出。三极管在组成放大器时，一个电极作为信号的输入端，另一个电极作为输出端，第三个电极作为输入和输出信号的公共端 图7-20 放大器的方框图 7.4.1 共射极放大电路共射极放大电路v1共射极放大电路的基本特征共射极放大电路的基本特征v（1）一个微弱的电信号通过放大器后，输出电压或电流的幅度得到放大，但它随时间变化的规律不能变。v（2）输出信号的能量得到加强，这个能量是由直流电源提供的，经过三极管的控制，使之转换成信号能量，提供给负载。v2共射极放大电路的基本组成共射极放大电路的基本组成元器件作用晶体管VT：是放大电路的核

11、心器件，用来实现放大。电源UCC：使晶体管发射结正偏、集电结反偏，确保晶体管工作在放大状态，同时为整个电路提供能源。UCC一般取几伏至几十伏。集电极电阻Rc：将VT的集电极电流的变化转变为集电极电压uo的变化，Rc的值为几千欧至几十千欧；基极偏置电阻Rb：为晶体管提供合适的基极偏置电流，使电路获得合适的工作点。隔直电容或耦合电容C1、C2：作用是隔直流，通交流7.4.2 共基极放大电路与共集电极放大电路共基极放大电路与共集电极放大电路v1共基极放大电路共基极放大电路v以基极为公共点，发射极和基极为输入端，集电极和基极为输出端，这样连接成的电路称为共基极放大电路特点是有电压放大作用，同时也具有功

12、率放大作用，但不具有电流放大作用，稳定性高，输入阻抗小（几到几十欧），输出阻抗高（几十千欧到几百千欧）。 v2共集电极放大电路共集电极放大电路v三极管电路中，集电极是输入电路和输出电路的公共端特点：具有电流放大和小功率放大作用，输出和输入电流反向，输出和输入电压同向，且输入电阻大（几千千欧以上），输出电阻小（几十欧），常作为阻抗变换器。7.4.3 放大电路的基本分析方法放大电路的基本分析方法v放大电路的分析，分为静态和动态。v静态是放大电路没有输入信号时的工作状态，比较简单；v动态是放大电路有输入信号时的工作状态，相对复杂些。 v1放大电路的静态分析放大电路的静态分析v输入信号为零，电路中只有

13、输入信号为零，电路中只有UBE、IB、IC、UCE等直流分量，等直流分量，表示放大电路处于静态，而表示放大电路处于静态，而UBE、IB、IC、UCE四个量的数值四个量的数值就称为放大电路的静态值。就称为放大电路的静态值。1）用估算法确定放大电路的静态值由于放大电路处于静态时各量都是直流量，所以又称静态放大电路为直流通路。v三极管工作于放大状态时，发射结正向偏置，UBE = 0.60.7V，是已知量，而且数值很小，因此只需计算IB、IC、UCE三个量即可 BCCBBECCBRURUUIBCIICCCCCERIUUv例7-1 见图7-25，已知UCC = 12V，RC = 4 k，RB = 300

14、k， =37.5，试求电路的静态值。v解 由上面几式可得 AmAARUIBCCB4004. 010300123mAmAIIBC5 . 104. 05 .37VVRIUUCCCCCE6104105 . 11233v 2）用图解法确定放大电路的静态值图7-26 静态值的图解法 a）简化电路图 b）三极管的输出特性曲线 2放大电路的动态分析放大电路的动态分析v1）三极管的微变等效电路EbeIr261300v 2）放大电路的微变等效电路在三极管微变等效电路的输入端连接信号源ui和基极电阻RB，输出端连接集电极电阻RC和负载电阻RL 图7-29 放大电路的微变等效电路 7.4.4 功率放大电路功率放大电

15、路v功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的放大电路。它一般直接驱动负载，带动负载能力较强。v1功率放大电路的工作状态功率放大电路的工作状态图7-30 放大电路的工作状态 a）甲类 b）乙类 c）甲乙类 v 2推挽互补对称功率放大电推挽互补对称功率放大电路路v所谓所谓推挽推挽，就是电路所采用的两只输出，就是电路所采用的两只输出三极管输入信号的极性相反，其中一管三极管输入信号的极性相反，其中一管导通时，另一管截止，交替工作。导通时，另一管截止，交替工作。v所谓所谓互补互补，就是电路采用的功率输出管，就是电路采用的功率输出管分别为分别为NPN和和PNP型三极管，导电极性型三极管，导电极性相反，同时

16、要求特性参数一致相反，同时要求特性参数一致 7.5 集成运算放大器集成运算放大器v7.5.1 集成运算放大器的结构、外形及符号集成运算放大器的结构、外形及符号v1集成运算放大电路的组成集成运算放大电路的组成（1）输入级（2）中间级（3）输出级（4）偏置电路uuAuoov2理想运算放大器及其分析依据理想运算放大器及其分析依据v运算放大器特点：输入电阻很高、开环放大倍数很大，输出电阻很低。v 输入信号为零时，输出信号也为零。v 开环电压放大倍数Ao=，v 差模输入电阻rid=，v 开环输出电阻ro=0。v1）运算放大器两输入端对地电压相等，即“虚短”。v由于 ，而Ao=，得 所以 ，得v两输入端之

17、间并未短路，而电位却相等，故称“虚短”。uuAuoo0/ooAuuu0uu uuv2）流入运算放大器两输入端的电流为 0 ，即“虚断”。v由于rid=，故v同相输入端和反相输入端都为零，两输入端之间并未断路，而电流却为零，故称“虚断”。v“虚断”、“虚短”是分析运算放大电路的两个重要依据，并为我们分析运算放大器带来很多方便。0iiv3实际运算放大器的结构实际运算放大器的结构图7-34 集成运放的外形 a）圆壳式 b）双列直插式 图7-35 F007 型集成运算放大器的外形、管脚和符号图a）外形 b）管脚图 c）管脚解释及标准接法 7.5.2 集成运放的主要参数集成运放的主要参数v（1）开环电压

18、放大倍数A0v集成运放在开环时（无外加反馈时）输出电压与输入差模信号电压之比称为开环电压放大倍数。它是决定运算放大器运算精度的重要因素，A0值越高，运算精度就越高，一般A0约为104107。v（2）开环差模输入电阻ridv开环差模输入电阻rid是集成运放开环时，输入电压变化量与由它引起的输入电流的变化量之比，即从输入端看进去的动态电阻。rid越大，集成运放的性能越好，它一般在几百千欧至几兆欧。7.5.2 集成运放的主要参数集成运放的主要参数v（3）开环差模输出电阻rodv开环差模输出电阻rod是集成运放开环时，输出电压变化量与输出电流变化量之比。其值越小，说明运放的带负载能力越强，一般为几百欧

19、。v（4）输入失调电压UIOv当输入电压为零时，输出电压并不为零。规定在室温及标准电源电压下，为了使输出电压为零，需在集成运放输入端额外附加的补偿电压称为输入失调电压UIO。UIO越小越好，一般为几毫伏。7.5.2 集成运放的主要参数集成运放的主要参数v（5）输入失调电流IIOv当输入电压为零时，为了使输出电压为零，需在集成运放输入端加的补偿电流称为输入失调电流了IIO。IIO越小越好，一般为1nA0.1A。v（6）输入偏置电流IIBv输入偏置电流IIB是当输出电压为零时，流入运放两输入端静态基极电流的平均值。该值越小，信号源内阻变化时引起输出电压的变化越小。因此，IIB越小越好，一般为1nA100A。7.5.2 集成运放的主要参数集成运放的主要参数v（7）共模抑制比KCMRv KCMR是差模电压放大倍数与共模电压放大倍数之比，它是衡量运放抑制干扰信号能力大小的参数。KCMR值越大，抑制干扰能力越强。一般运放的KCMR达几十万以上。v除上述主