【題目1】：倍壓整流電路如何分析？  

【相關(guān)知識(shí)】：二極管的單向?qū)щ娦裕�整流電路工作原理�?/P>

【解題方法】：為了得到倍壓整流電路輸出電壓的數(shù)值，首先必須明確電路中的二極管在什么條件下導(dǎo)通和什么條件下截止。為簡(jiǎn)化分析，設(shè)負(fù)載開(kāi)路且電路已經(jīng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，然后對(duì)每個(gè)電容上的電壓逐個(gè)分析，最后得到輸出電壓。

【解答過(guò)程】：

        以圖1為例，設(shè)B點(diǎn)為地，變壓器副邊電壓有效值為U2。

        C1上的電壓：u2正半周時(shí)，即A點(diǎn)“＋”，B點(diǎn)“－”時(shí)，如圖中實(shí)線所示，電流從A經(jīng)D1向C1充電，穩(wěn)定時(shí)C1上的電壓為，上正下負(fù)。在u2正半周時(shí)D2是否導(dǎo)通，視C2上的電壓而定。

        C2上的電壓：u2正半周時(shí)不可能通過(guò)D2對(duì)C2充電，事實(shí)上，在u2負(fù)半周，即A點(diǎn)“－”，B點(diǎn)“＋”時(shí)，u2和C1上的電壓疊加通過(guò)D2對(duì)C2充電，如圖中虛線所示，因而進(jìn)入穩(wěn)態(tài)時(shí)，C2上的電壓可達(dá)，極性右正左負(fù)。

        C3上的電壓：u2正半周時(shí)，若C2已經(jīng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，則將與u2疊加通過(guò)D3對(duì)C3充電，如圖中點(diǎn)劃線所示，C3上的電壓可達(dá)，極性上正下負(fù)。因此，輸出電壓，可見(jiàn)這是個(gè)三倍壓電路。

        必須指出，三個(gè)電容的充電過(guò)渡過(guò)程是同時(shí)發(fā)生的，進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，三個(gè)二極管均截止。帶上負(fù)載電阻并進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，在u2的各個(gè)周期均有各個(gè)電容的充放電過(guò)程，但各個(gè)電容上平均電壓的比例關(guān)系基本不變。

  【題目2】：有源濾波器中為什么要引入負(fù)反饋？其通帶放大倍數(shù)如何確定？  

【相關(guān)知識(shí)】：有源濾波器的概念，有源濾波電路的組成、特點(diǎn)和分析方法，負(fù)反饋有關(guān)概念。

【解題方法】：在有源濾波器中，集成運(yùn)放工作在線性區(qū)，因而電路中必須引入負(fù)反饋，這也成為有源濾波器的電路特征，而且通帶放大倍數(shù)與負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)緊密相關(guān)。

【解答過(guò)程】：

        例如，圖1（a）中，以P點(diǎn)電位作為輸入，電路為同相比例運(yùn)算電路，電壓放大倍數(shù)即為比例系數(shù)，決定于負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)

        

        列M、P的節(jié)點(diǎn)電流方程可得電路的中心頻率、品質(zhì)因數(shù)Q、通帶放大倍數(shù)

        ，

        

        可見(jiàn)，以上指標(biāo)均與負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)密切相關(guān)。

        再例如，在圖1（b）所示電路中，當(dāng)信號(hào)頻率趨于零時(shí)，C1、C2、C3相當(dāng)于開(kāi)路，N點(diǎn)是虛地，等效電路如圖所示，輸出電壓。但隨著信號(hào)頻率的升高，輸入電壓可以直接傳輸?shù)捷敵觯�故該電路為高通濾波器。

        通帶放大倍數(shù)如何確定？

        由于C2的容抗趨于零，使M電位趨于N點(diǎn)電位，即趨于零，所以R1中電流也隨之趨于零；R2中的電流遠(yuǎn)小于C3中的電流，因而等效電路如圖2（b）所示，C1的電流等于C3的電流，即：

        

        由此，可得通帶放大倍數(shù)

        

        它取決于輸入端電容C1和反饋電容C2之比。

  【題目3】：無(wú)源濾波電路和有源濾波電路各有什么特點(diǎn)？各適用于什么場(chǎng)合？如何識(shí)別濾波電路的類(lèi)型？  

【相關(guān)知識(shí)】：濾波電路的種類(lèi)、特性，無(wú)源濾波電路和有源濾波器的概念，有源濾波電路的組成、特點(diǎn)和分析方法。

【解題方法】：通過(guò)設(shè)定信號(hào)頻率由0～∞變化，分析濾波器的通帶和阻帶位置。

        若濾波電路元件僅由無(wú)源元件（電阻、電容、電感）組成，則稱為無(wú)源濾波電路。若濾波電路不僅由無(wú)源元件，還由有源元件（雙極型管、單極型管、集成運(yùn)放）組成，則稱為有源濾波電路。

        無(wú)源濾波電路的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于設(shè)計(jì)，但它的通帶放大倍數(shù)及其截止頻率都隨負(fù)載而變化，因而不適用于信號(hào)處理要求高的場(chǎng)合。無(wú)源濾波電路通常用在功率電路中，比如直流電源整流后的濾波，或者大電流負(fù)載時(shí)采用LC（電感、電容）電路濾波。

        有源濾波電路的負(fù)載不影響濾波特性，因此常用于信號(hào)處理要求高的場(chǎng)合。有源濾波電路一般由RC網(wǎng)絡(luò)和集成運(yùn)放組成，因而必須在合適的直流電源供電的情況下才能使用，同時(shí)還可以進(jìn)行放大。但電路的組成和設(shè)計(jì)也較復(fù)雜。

        有源濾波電路不適用于高電壓大電流的場(chǎng)合，只適用于信號(hào)處理。

        根據(jù)濾波器的特點(diǎn)可知，它的電壓放大倍數(shù)的幅頻特性可以準(zhǔn)確地描述該電路屬于低通、高通、帶通還是帶阻濾波器，因而如果能定性分析出通帶和阻帶在哪一個(gè)頻段，就可以確定濾波器的類(lèi)型。

        識(shí)別濾波器的方法是：若信號(hào)頻率趨于零時(shí)有確定的電壓放大倍數(shù)，且信號(hào)頻率趨于無(wú)窮大時(shí)電壓放大倍數(shù)趨于零，則為低通濾波器；反之，若信號(hào)頻率趨于無(wú)窮大時(shí)有確定的電壓放大倍數(shù)，且信號(hào)頻率趨于零時(shí)電壓放大倍數(shù)趨于零，則為高通濾波器；若信號(hào)頻率趨于零和無(wú)窮大時(shí)電壓放大倍數(shù)均趨于零，則為帶通濾波器；反之，若信號(hào)頻率趨于零和無(wú)窮大時(shí)電壓放大倍數(shù)具有相同的確定值，且在某一頻率范圍內(nèi)電壓放大倍數(shù)趨于零，則為帶阻濾波器。

  【題目4】：串聯(lián)型穩(wěn)壓電路為何必須引入深度電壓負(fù)反饋？  

【相關(guān)知識(shí)】：串聯(lián)穩(wěn)壓電路的結(jié)構(gòu)和工作原理，負(fù)反饋的概念、原理、分類(lèi)。

【解題方法】：把UZ看作為穩(wěn)壓電路輸入電壓，R2中心抽頭對(duì)地電壓作為反饋電壓來(lái)分析。

【解答過(guò)程】：串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的基本原理是引入電壓負(fù)反饋來(lái)穩(wěn)定輸出電壓。如圖1所示。

        當(dāng)輸出電壓Uo由于某種原因升高時(shí)，通過(guò)采樣電阻R1～R3，使T3管的基極電位UB3隨之升高，T3管集電極（即調(diào)整管T1的基極）電位降低，T1的發(fā)射極電位隨之降低，即輸出電壓Uo降低，使Uo基本不變。反之，當(dāng)輸出電壓Uo由于某種原因降低時(shí)，也可以保持Uo基本不變。在深度負(fù)反饋條件下，T2和T3的基極電位近似相等，因而輸出電壓的調(diào)整范圍是。

        

        必須注意的是，只有在滿足深度負(fù)反饋的條件下，上述的關(guān)系才成立，因而才能實(shí)現(xiàn)輸出電壓的精確穩(wěn)定。

  【題目5】：串聯(lián)型穩(wěn)壓電路實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓過(guò)程中應(yīng)當(dāng)注意哪些問(wèn)題？  

【相關(guān)知識(shí)】：串聯(lián)穩(wěn)壓電路的結(jié)構(gòu)和工作原理，正／負(fù)反饋的概念、原理。

【解題方法】：從電路的幾種極端情況，分析T1～T3電路能否保持放大狀態(tài)

【解答過(guò)程】：在構(gòu)成反饋電路時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意以下問(wèn)題：

        （1）所引入的必需是電壓負(fù)反饋，而不是正反饋。

        （2）比較放大部分的放大管和調(diào)整管應(yīng)在電網(wǎng)電壓波動(dòng)、負(fù)載電阻變化、輸出電壓調(diào)整過(guò)程中始終處于放大狀態(tài)，負(fù)反饋才起作用，輸出電壓才穩(wěn)定。

        （3）電路不應(yīng)產(chǎn)生自激振蕩。

        舉例來(lái)說(shuō)，在圖1所示的電路中：

        （1）若T2和T3管的集電極互換，意即T2管的集電極接Rc和T1的基極，T3的集電極接T1管的發(fā)射極，則電路引入的正反饋，電路不能正常工作。

        （2）當(dāng)輸入電壓達(dá)到最小值而輸出電壓又為最大值時(shí)，若調(diào)整管的壓降

        

        T1進(jìn)入飽和區(qū)，電路不再穩(wěn)壓。

        （3）若環(huán)境溫度升高，使T1的穿透電流ICEO增大且空載時(shí)，若T1管的壓降

        

        T1進(jìn)入飽和區(qū)，電路出現(xiàn)高溫失控現(xiàn)象，不再穩(wěn)壓。

        （4）T1基極的結(jié)點(diǎn)電流方程為

        

        即Rc的電流等于T1基極電流和T3基極電流之和。若負(fù)載電流增大至使，則T3截止，差分放大電路不能正常工作，電路不能穩(wěn)壓。

        （5）在差分放大電路中，T2和T3的發(fā)射極電流之和等于Re中的電流，而且Re中的電流基本不變，即

        

        若空載，即集電極電流T3最大時(shí)，則T2管截止，差分放大電路不能正常工作，電路不再穩(wěn)壓。

        （6）若在輸出端測(cè)得紋波電壓不是幾毫伏至十幾毫伏，而是幾百毫伏，甚至更大，則說(shuō)明電路中產(chǎn)生了自激振蕩，電路不能穩(wěn)壓，需消振。

        綜上，UI應(yīng)足夠大、采樣電阻不要太大，避免空載時(shí)調(diào)整管飽和；Re與Rc必須相互配合，避免差分放大電路中的差分管截止。即調(diào)整管和差分管在電網(wǎng)電壓的波動(dòng)范圍內(nèi)、輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)和負(fù)載電壓的變化范圍內(nèi)始終工作在放大狀態(tài)，負(fù)反饋才能起作用，電路也才能穩(wěn)壓。

  【題目6】：如何正確理解穩(wěn)壓電路的輸出電壓調(diào)節(jié)范圍，并據(jù)此選擇穩(wěn)壓電路的元件參數(shù)？  

【相關(guān)知識(shí)】：串聯(lián)穩(wěn)壓電路的結(jié)構(gòu)和工作原理。

【解題方法】：從極端條件出發(fā)，分析為保證輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍，應(yīng)如何選用合適的電路元件參數(shù)。

【解答過(guò)程】：穩(wěn)壓電路的基本指標(biāo)是輸出電壓和輸出電流，對(duì)于實(shí)用的直流電源，還應(yīng)給出輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍和最大負(fù)載電流。

        穩(wěn)壓電路的輸出電壓調(diào)節(jié)范圍～，通常是指滿載的情況下，在電網(wǎng)電壓允許的波動(dòng)范圍內(nèi)，輸出電壓允許從調(diào)到，并且在輸出電壓的可調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，即～的任何數(shù)值下，當(dāng)電網(wǎng)電壓在允許的波動(dòng)范圍內(nèi)輸出電流可以從０調(diào)到（滿載）。

        以如圖1所示的串聯(lián)型穩(wěn)壓電源為例。

        電路的輸入電壓UI是50Hz、220V的電網(wǎng)電壓通過(guò)電源變壓器、整流和濾波以后得到的；電網(wǎng)電壓允許的波動(dòng)范圍是±10％，所以整流電壓UI的波動(dòng)范圍也是±10％。若要求輸出電壓調(diào)節(jié)范圍是～，輸出電流為０～，則電路應(yīng)滿足下列條件：

        （1）T1的最大集電極電流，并留有余量。

        （2）在時(shí)可以調(diào)到，即T1不飽和：

        

        （3）在、且時(shí)T1不會(huì)因集電極功耗過(guò)大而損壞，即：

        

        （4）此外，集成運(yùn)放的輸出電壓和電流還應(yīng)滿足調(diào)整管基極電位和電流的需要以上（1）～（3）是調(diào)整管的選取原則，（4）是集成運(yùn)放的選擇原則。具體而言：若＝5～15V；＝22V，波動(dòng)范圍為±10％；，則應(yīng)選擇T1的極限參數(shù)為：

        

        

        

        為留有一定的余地，可選取為1.2A，為25V，為20W的調(diào)整管T1。T1管壓降最小值：

        

        管子沒(méi)有飽和，說(shuō)明選取T1正合適，輸出電壓可以從5V調(diào)整到15V。

        若T1、T2管的電流放大倍數(shù)分別為30和50，b-e間電壓均為0.7V，則要求集成運(yùn)放輸出電流（即T2管的基極電流）最大值為：

        

        要求集成運(yùn)放輸出電壓變化范圍為：

        

        可以以此作為標(biāo)準(zhǔn)選擇集成運(yùn)放的依據(jù)。

  【題目7】：串聯(lián)和并聯(lián)式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路各有什么特點(diǎn)？  

【相關(guān)知識(shí)】：開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路的特點(diǎn)、串聯(lián)式電路和并聯(lián)式電路的工作原理。

【解題方法】：開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路中調(diào)整管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，因而功耗小，電路效率高。在較大功率范圍內(nèi)逐漸取代了線性穩(wěn)壓電源。串聯(lián)式和并聯(lián)式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源分別是兩種基本的開(kāi)關(guān)變換模式，以它們?yōu)榛�本結(jié)構(gòu)加以組合和變換，可以得到各種類(lèi)型的開(kāi)關(guān)變換電路。

【解答過(guò)程】：串聯(lián)式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路及其主要工作波形如圖1所示。

        當(dāng)晶體管T導(dǎo)通時(shí)，二極管D反向偏置而截止，其中電流瞬間轉(zhuǎn)移到晶體管T中。電感上的電壓：

                （1）

        電感電流在該電壓作用下線性上升。

                 （2）

        電感電流在該電壓作用下線性下降。

        從電感電壓UL的波形中可以獲得輸入電壓、輸出電壓和開(kāi)關(guān)占空比的關(guān)系式。根據(jù)法拉第定律，穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)電感電壓在一個(gè)周期內(nèi)的伏秒積為零。即：

                （3）

        由此可得輸出電壓Uo為：

                （4）

        式（4）表明串聯(lián)式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路輸出電壓平均值正比于占空比D。當(dāng)D從0變到1時(shí)，Uo從0變到Ud，且輸出電壓最大不超過(guò)Ud。由于變換器的輸出電壓總是小于輸入電壓，故串聯(lián)式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路也稱降壓變換器。工作中輸入電流在開(kāi)關(guān)閉合時(shí)大于0，在開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)等于0，因此降壓變換器的輸入電流是脈動(dòng)的。對(duì)于脈動(dòng)電流，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)加以限制，否則會(huì)影響到其它電器的正常工作。不過(guò)輸出電流在電感L以及二極管D和電容C的作用下卻是連續(xù)、平穩(wěn)的。

        并聯(lián)式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路及其主要工作波形如圖2所示

        當(dāng)晶體管T導(dǎo)通時(shí)，二極管D反向偏置而截止。電感上的電壓：

                （5）

        電感電流按直線規(guī)律上升。

        當(dāng)晶體管T截止時(shí)，二極管D導(dǎo)通。電感上的電壓為：

                （6）

        電感中的電流按直線規(guī)律下降。

        根據(jù)法拉第定律，穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)電感電壓在一個(gè)周期內(nèi)的伏秒積為零，即：

                （7）

        所以輸出電壓Uo為：

                （8）

        式（8）表明，Boost電路輸出電壓平均值總是大于輸入電壓，當(dāng)D從0變到1時(shí)，Uo從Ud變到任意大。由于變換器的輸出電壓總是大于輸入電壓，故并聯(lián)式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路也稱升壓變換器。通常升壓變換器的輸入電流不是脈動(dòng)的，紋波電流隨著電感L的增大而減小。晶體管輸出電流總是脈動(dòng)的。而且，峰值電流較大，通過(guò)輸出端的濾波電容才能在負(fù)載上獲得連續(xù)而平穩(wěn)的電流。

  【題目8】：為什么采用精密整流電路，精密整流與普通整流電路有何不同？  

【相關(guān)知識(shí)】：二極管伏安特性、單向?qū)щ娦浴�半波和全波整流電路工作原理、精密整流電路工作原理�?/P>

【解題方法】：將交流電轉(zhuǎn)換為直流電稱為整流。全波整流電路的輸出保留輸入電壓的形狀，而僅僅改變輸入電壓的相位。半波和全波整流電路在功能上和精密整流一樣，由于二者的適用范圍不同，理解時(shí)應(yīng)區(qū)分二者的結(jié)構(gòu)和工作原理。

【解答過(guò)程】：當(dāng)輸入電壓為正弦波時(shí)，半波整流電路的輸出電壓波形如圖1中uO1所示，全波整流電路的輸出電壓波形如圖1中uO2所示。

        精密整流電路的功能是可以將微弱的交流電壓過(guò)零處附近準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換成直流電壓。

        在圖2(a)所示為一般半波整流電路，由于二極管的伏安特性如圖(b)所示，當(dāng)輸入電壓uI幅值小于二極管的開(kāi)啟電壓Uon時(shí)，二極管在信號(hào)的整個(gè)周期均處于截止?fàn)顟B(tài)，輸出電壓始終為零。即使uI幅值足夠大，輸出電壓也只反映uI大于Uon的那部分電壓的大小。在uI與Uon相差不大時(shí)，輸出整流波形在零區(qū)附近的失真非常明顯。因此，該電路不能對(duì)微弱信號(hào)整流。

        圖3(a)所示為半波精密整流電路。當(dāng)uI＞0時(shí)，必然使集成運(yùn)放的輸出＜0，從而導(dǎo)致二極管D2導(dǎo)通，D1截止，電路實(shí)現(xiàn)反相比例運(yùn)算，輸出電壓：

                (1)

        當(dāng)uI＜0時(shí)，必然使集成運(yùn)放的輸出＞0，從而導(dǎo)致二極管D1導(dǎo)通，D2截止，Rf中電流為零，因此輸出電壓u0=0。uI和u0的波形如圖(b)所示。

        如果設(shè)二極管的導(dǎo)通電壓為0.7V，集成運(yùn)放的開(kāi)環(huán)差模放大倍數(shù)為50萬(wàn)倍，那么為使二極管D1導(dǎo)通，集成運(yùn)放的凈輸入電壓應(yīng)為：

        

        同理可估算出為使D2導(dǎo)通，集成運(yùn)放所需的凈輸入電壓也具有同等數(shù)量級(jí)。可見(jiàn)，只要輸入電壓uI使集成運(yùn)放的凈輸入電壓產(chǎn)生非常微小的變化，就可以改變D1和D2工作狀態(tài)，從而達(dá)到精密整流的目的。

        圖3(b)所示波形說(shuō)明當(dāng)uI＞0時(shí)u0=-KuI(K＞0)，當(dāng)uI＜0時(shí)u0=0。可以想象，若利用反相求和電路將-KuI與uI負(fù)半周波形相加，就可實(shí)現(xiàn)全波整流，此處不贅述。

        一般整流電路通常用于需要通過(guò)整流獲得某恒定直流電壓的場(chǎng)合，如電子線路的控制電源等。通常在這種應(yīng)用場(chǎng)合下不需計(jì)較整流輸出端的波形，而只關(guān)心濾波后獲得的直流電壓的大小。而精密整流常用作信號(hào)變換，因而除了相位關(guān)系的改變外，主要關(guān)心整流輸出波形與輸入波形的相符程度，任何微小的畸變都會(huì)影響精密整流的性能。