項目七直流穩(wěn)壓電源

校訓：志存高遠

技能報國任務導入

直流穩(wěn)壓電源是各種電子電路常用的直流電源。直流穩(wěn)壓電源是一種把交流電變成直流電的裝置。常用的直流穩(wěn)壓電源由變壓器、整流電路、濾波電路及穩(wěn)壓電路四部分組成。教學目標知識目標

（1）掌握直流穩(wěn)壓電源的組成。（2）掌握整流電路的組成及工作原理。（3）掌握濾波電路的類型、組成，理解濾波原理。（4）掌握并聯(lián)型穩(wěn)壓電路的組成與工作原理，了解串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的組成與工作原理。（5）掌握三端集成穩(wěn)壓器的應用。（6）理解晶閘管單相整流電路的工作原理。能力目標（1）能夠正確分析、設計簡單的直流穩(wěn)壓電源電路。（2）運用所學知識，解決直流穩(wěn)壓電路相關(guān)的問題。素質(zhì)目標（1）通過本項目學習培養(yǎng)學生分析、設計、解決問題的能力。（2）通過本項目學習培養(yǎng)學生團隊協(xié)作精神。思政目標

組織學生進行直流穩(wěn)壓電源的制作和調(diào)試實驗，通過親手操作來加深對理論知識的理解。鼓勵學生在實驗過程中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題。在完成基本實驗后，鼓勵學生嘗試對直流穩(wěn)壓電源進行改進或創(chuàng)新。例如增加保護功能、提高轉(zhuǎn)換效率等。通過創(chuàng)新實踐，激發(fā)學生的創(chuàng)造力和探索精神。重難點

（1）整流、濾波、穩(wěn)壓電路的類型、組成及工作原理。（2）三端集成穩(wěn)壓器的應用。

任務

一

整流電路知識目標

（1）掌握整流的定義。（2）掌握整流電路的類型、組成及工作原理。（3）了解整流電路的參數(shù)。能力目標

（1）通過學習培養(yǎng)學生能夠自主分析電路工作原理的能力。（2）通過學習能熟練掌握相關(guān)儀器儀表使用的能力。素質(zhì)目標（1）通過學習整流電路電路相關(guān)知識培養(yǎng)學生分析、運用及解決實際電路的能力。（2）通過學習整流電路提升學生的動手實踐能力。思政目標

在整流電路的制作和調(diào)試過程中，強調(diào)精益求精、注重細節(jié)的態(tài)度。要求學生嚴格按照電路圖進行操作，確保焊接質(zhì)量、元件布局合理等。培養(yǎng)學生耐心、專注和持之以恒的精神，面對實驗中的困難和挑戰(zhàn)不退縮，積極尋找解決方案并不斷改進。重難點

（1）整流的定義。（2）整流電路的類型、組成及工作原理。（3）整流電路的參數(shù)計算及應用。一、單相半波整流電路1.電路的結(jié)構(gòu)

如圖所示，圖中u1為電源變壓器初級交流電壓，u2為電源變壓器次級交流電壓，D為整流二極管，ID為整流輸出的直流電流，UO為整流輸出的直流電壓，RL為整流電路的負載。

單相半波整流電路

2.電路的工作原理

在u2的正半周，二極管D因受正向電壓而導通，有電流通過二極管D和負載RL并在負載兩端產(chǎn)生上正、下負的脈動直流電壓UO

。在u2的負半周，二極管D因受反向電壓而截止，沒有電流通過二極管，負載兩端無輸出電壓。3.半波整流電路的基本參數(shù)1）輸出電壓平均值UOUO=0.45U22）輸出電流平均值IOIO=0.45U2/RL3）正向平均電流IFIF=IO4）最大反向峰值電壓URM4.半波整流電路的特點

通過上述分析可以看出，半波整流電路的結(jié)構(gòu)簡單，但是它輸出電壓的脈動性很大，效率也很低，只適用于電壓要求較高、電流要求較小的一些簡單的充電電路中。二、單相全波整流電路1.電路的結(jié)構(gòu)

由圖可以看出，全波整流電路是由兩個半波整流電路組合而成。圖中T為電源變壓器（為保證兩個半波整流電路對稱，電源變壓器次級有中心抽頭），u1為電源變壓器的初級交流電壓，u2為電源變壓器次級的兩個交流電壓，D1和D2是兩只參數(shù)相同的整流二極管，IO為整流輸出直流電流，UO為整流輸出直流電壓，RL為整流電路的負載。2.電路的工作原理

在u2的正半周，二極管D1因受正向電壓而導通，D2因受反向電壓而截止，電流IO通過二極管D1和負載，在負載兩端產(chǎn)生上正、下負的脈動直流電壓；

在u2的負半周，二極管D2因受正向電壓而導通，D1因受反向電壓而截止，電流IO通過二極管D2和負載，在負載兩端產(chǎn)生上正、下負的脈動直流電壓UO?？梢?，u2的正半周與負半周電壓經(jīng)二極管D1、D2整流后，

在負載上合成為全波脈動直流電壓UO。

3.全波整流電路的基本參數(shù)1）輸出電壓平均值UOUO=0.45×2U2=0.9U2

2）輸出電流平均值IOIo=0.9U2/RL3）平均電流IF4）最大反向峰值電壓URM

4.電路的特點通過上述分析可以看出,全波整流電路比半波整流電路的效率高，

輸出電壓的脈動性小。

但是它的電源變壓器要有兩個對稱的次級繞組，二極管所承受的最大反向峰值電壓是半波整流電路的兩倍

。

三、單相橋式整流電路1.電路的結(jié)構(gòu)

電路是由電源變壓器和四只二極管組成。u1為電源變壓器的初級交流電壓，u2為電源變壓器次級的交流電壓，D1-D4是四只參數(shù)相同的整流二極管，IO為輸出電流，UO為輸出電壓，RL為電路的負載。2.電路的工作原理

在u2的正半周，二極管D1和D2因受正向電壓而導通,D3和D4因受反向電壓而截止；電流IO通過二極管D1和D2，在負載RL兩端產(chǎn)生上正、下負的脈動直流電壓UO。在u2的負半周，二極管D3和D4因受正向電壓而導通，D1和D2因受反電壓而截止；電流IO通過二極管D3和D4，在負載RL兩端產(chǎn)生上正、下負的脈動直流電壓UO?？梢?，u2的正半周與負半周電壓，經(jīng)二極管D1和D2與D3和D4整流后，在負載上合成為全波脈動直流電壓UO。3.橋式整流電路的基本參數(shù)1）輸出電壓平均值UOUO=0.45×2U2=0.9U22）輸出電流平均值IOIo=0.9U2/RL3）平均電流IF

4）最大反向峰值電壓URM

4.電路的特點

橋式整流電路的優(yōu)點是輸出電壓高，脈動電壓較小，管子所承受的最大反向電壓較低，同時因電源變壓器在正負半周內(nèi)都有電流供給負載，電源變壓器得到充分的利用，效率較高。因此，這種電路在半導體整流電路中得到了廣泛的應用。電路的缺點是二極管用的較多?！纠?.1】某電氣設備采用橋式整流電路整流，工作電壓為10V，電流為25mA，試求整流二極管參數(shù)和變壓器初次級線圈匝數(shù)比。解：由所需的電壓和電流，可計算出負載電阻為

RL=UO/IO=10v/0.025A=400

變壓器次級線圈電壓為

U2=Uo/0.9=10/0.9V=11.11V

二極管平均電流為

ID=I0/2=1/2×0.025A=0.0125A=12.5mA

二極管承受反向電壓最大值為

URM=U2=×11.11V=15.7V

可選用反向耐壓25V，正向電流0.1A以上的整流二極管。

變壓器的初次級匝數(shù)比為n=N1/N2=U1/U2=220/10=22任務二濾波電路知識目標

（1）掌握濾波電路的作用。（2）掌握濾波電路的類型、組成及工作原理。（3）了解濾波電路的參數(shù)。能力目標

（1）通過學習培養(yǎng)學生能夠自主分析電路的能力。（2）會根據(jù)需要選擇合適的濾波電路的能力。素質(zhì)目標

（1）通過學習濾波電路相關(guān)知識培養(yǎng)學生分析、解決實際電路的能力。（2）通過學習濾波電路提高學生的實際操作能力。

思政目標

在濾波電路的設計、制作和調(diào)試過程中，鼓勵學生勇于嘗試新方法、新技術(shù)，不斷探索更優(yōu)的濾波解決方案。通過參與創(chuàng)新競賽等活動，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和實踐能力，鼓勵他們將所學知識應用于解決實際問題中。

重難點

（1）濾波電路的作用。（2）濾波電路的類型、組成。（3）濾波電路的工作原理及參數(shù)計算。一、電容濾波電路1.電路的工作原理

電容濾波是在整流電路輸出端并聯(lián)電容，利用其充、放電特性使電壓趨于平滑的原理組成的電路。2.電容濾波電路特點（1）接入濾波電容后，二極管的導通時間變短了，工作電流較大，特別是在接通電源瞬間會產(chǎn)生很大的浪涌電流。（2）經(jīng)電容濾波后，輸出波形變得平滑，輸出電壓的平均值升高。（3）電容放電時間常數(shù)τ=RLC越大，輸出電壓U越高，濾波效果也越好；反之，則輸出電壓低且濾波效果差。（4）電容濾波電路適用于負載電流較小的場合。二、電感濾波電路1.電路的工作原理

電感濾波電路是在整流電路輸出端串聯(lián)電感，利用線圈產(chǎn)生自感電動勢阻礙電流變化的特點，從而使負載電流和負載電壓的平滑程度得到提高。2.電路特點

整流管的導電角較大（電感L的反電勢使整流管導電角增大），峰值電流很小，輸出特性比較平坦。其缺點是電感元件體積大，結(jié)構(gòu)復雜，其自身的電阻也會引起直流電壓損失和功率損耗，所以一般不采用。它適用于負載電流要求較大且負載變化大的場合。三、復式濾波

（a）LC濾波電路

（b）π型LC濾波電路

（C）π型RC濾波電路（a）LC濾波電路實質(zhì)上經(jīng)過了電感、電容兩次濾波，所以其輸出的直流電壓和電流更為平滑。（b）π型LC濾波器。如圖所示，經(jīng)橋式整流電容C1濾波后，已經(jīng)比較平滑的整流電壓，其交流成分大部分都降落在電感L上，再經(jīng)并聯(lián)的濾波電容C2進一步濾波，可以使負載得到更加平滑的直流電。LC濾波器的外特性與電感濾波器相同，但濾波效果更好，適用于負載電流較大且電壓脈動小的場合。（c）π型RC濾波器。如圖所示，由于電容的交流阻抗很小，而脈動電壓的交流成分大部分都降落在R上，這樣輸出電壓uL的交流成分大為減小而起到濾波作用。這種濾波器主要適用于負載電流較小且電壓脈動小的場合，如在電子儀器設備、電視機、收錄機中泛采用。

任務三

穩(wěn)壓電路知識目標

（1）掌握直流穩(wěn)壓電路的組成和作用。（2）掌握直流穩(wěn)壓電路的類型。（3）掌握并聯(lián)型穩(wěn)壓電路的組成、工作原理及電路特點。（4）理解串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的組成、工作原理及電路特點。能力目標

通過學習培養(yǎng)學生自主分析電路工作原理的能力。素質(zhì)目標

（1）培養(yǎng)學生運用穩(wěn)壓電路相關(guān)知識解決實際問題的能力。（2）培養(yǎng)學生的動手實踐的能力。

思政目標

鼓勵學生對穩(wěn)壓電路中的現(xiàn)象和問題提出科學假設，并通過實驗進行驗證，培養(yǎng)他們的科學探究能力和批判性思維。強調(diào)穩(wěn)壓電路的穩(wěn)定性和可靠性對于設備安全、人身安全以及環(huán)境保護的重要性，培養(yǎng)學生的社會責任感和職業(yè)道德觀念。

重難點

（1）直流穩(wěn)壓電路的組成、作用及原理。（2）并聯(lián)型穩(wěn)壓電路的組成、工作原理及電路特點。（3）串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的組成、工作原理及電路特點。一、并聯(lián)型穩(wěn)壓電路

1.電路的結(jié)構(gòu)如圖所示為硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路，它是一種比較簡單的穩(wěn)壓電路。由于穩(wěn)壓二極管DZ

與負載RL并聯(lián)，所以稱為并聯(lián)型穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓二極管DZ長期工作在反向擊穿區(qū)，利用其反向電流可大范圍變化而反向電壓基本不變的特性進行穩(wěn)壓。RL為限流電阻，由圖可以得出：UO=UZ而輸出電壓UO就是穩(wěn)壓二極管兩端的電壓UZ

。2.電路的工作原理（1）負載電阻RL

不變，當電網(wǎng)電壓升高時，將使輸入電壓Ui增加，輸出電壓UO也隨之增加，UO即為穩(wěn)壓管兩端的反向電壓。由穩(wěn)壓管的特性曲線可知，當UO稍有增加時，穩(wěn)壓管的電流IZ就顯著增加，因此電阻R上的壓降增加，以抵消Ui的增加，從而使輸出電壓UO

基本保持不變。相反地，如果電網(wǎng)電壓降低，輸入電壓Ui下降，UO也隨著降低，因而IZ顯著減小，電阻R上的壓降相應減小，同樣使UO

基本保持不變。穩(wěn)壓過程可表示為Ui

↑→UO

↑→IZ↑→IR

↑→UR

↑→UO

↓（2）輸入電壓Ui保持不變，當負載電流變化引起輸出電壓UO變化時，穩(wěn)壓電路也能起到穩(wěn)壓作用。例如，當負載電流IL增大時，電阻R上的壓降增大，UO因而下降。只要UO略降低，穩(wěn)壓管電流IZ就顯著減小，使通過電阻R的電流基本不變，因而輸出電壓UO也基本上穩(wěn)定不變。當負載電流減小時，穩(wěn)壓過程與上述相反，同樣使UO基本不變。穩(wěn)壓過程可表示為IL

↑→IR↑→UR

↑→UO

↓→IZ

↓→IR

↓→UR

↓→UO

↑3.電路特點

這種穩(wěn)壓電路的優(yōu)點是元件少，電路簡單；缺點是受穩(wěn)壓管最大穩(wěn)定電流的限制，負載取用電流不能太大；輸出電壓不可調(diào)節(jié)，并且電壓的穩(wěn)定度也不夠高。因此，它適用于負載電流較小，穩(wěn)定度要求不高的場合。二、串聯(lián)型穩(wěn)壓電路（一）簡單串聯(lián)型穩(wěn)壓電路1.電路的結(jié)構(gòu)由圖可以看出，簡單串聯(lián)式穩(wěn)壓電路由穩(wěn)壓二極管VZ、調(diào)整管VT及其偏置電阻R組成。它的輸入電壓UI是整流濾波器的輸出電壓，它的輸出電壓UO是穩(wěn)定的直流電壓，負載是RL

。R既是調(diào)整管的基極偏置電阻，又是穩(wěn)壓二極管的限流保護電阻。2.電路的工作原理

由圖可以看出，有如下關(guān)系：

UI=UCE+UOUz=UBE+UO式中：UZ是穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)定電壓；UCE是調(diào)整管的集電極-發(fā)射極電壓。（1）輸入電壓UI變化而負載不變時，UO的穩(wěn)定過程：當UI升高時，UO將有升高的趨勢。根據(jù)上式可以看出，由于穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)定電壓已經(jīng)建立，即UZ保持不變，UO的升高將使UBE減小。根據(jù)三極管的工作原理可知，UBE的減小將使IB減小，IB的減小又將使IC減小，IC的減小將使UCE增大，而UCE的增大將使UO下降，從而保持輸出電壓基本不變。輸出電壓的穩(wěn)定過程可用下式表示：

UI↑→UO↑→（UZ保持不變）UBE↓→IB↓→IC↓→UCE↑→UO↓同理，當UI下降時，輸出電壓也將基本保持不變。（2）負載RL變化而輸入電壓UI不變時，UO的穩(wěn)定過程：當RL減小時，輸出電壓UO也將基本保持不變。其穩(wěn)定過程也可以用下式表示：

RL↓→UO↓→（UZ保持不變）UBE↑→IB↑→IC↑→UCE↓→UO↑同理，當RL增大時，輸出電壓也將基本保持不變。3.電路的特點（1）簡單串聯(lián)式穩(wěn)壓電路的輸出電壓受穩(wěn)壓二極管穩(wěn)定電壓的限制，輸出電壓UO

是固定不變的(UO=Uz-UBE)。（2）由于簡單串聯(lián)型穩(wěn)壓電路只有一只調(diào)整管，對輸出電壓的穩(wěn)定能力有限，所以它的輸出電壓穩(wěn)定性較差。

根據(jù)以上特點可知，簡單串聯(lián)型穩(wěn)壓電路只能用于電壓固定、電流很小（50mA以下）的小功率負載，但它的基本工作原理卻是穩(wěn)壓電路的基礎。（二）具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路1.電路的結(jié)構(gòu)（1）取樣電路

它是由RP、R2組成的分壓電路，此時UO與UF的關(guān)系為UF=UO（2）基準電壓環(huán)節(jié)

是由穩(wěn)壓管DZ和限流電阻R1組成的穩(wěn)壓電路，它的作用是提供一個穩(wěn)定的基準電壓即穩(wěn)壓管的電壓UZ。（3）比較放大電路

由集成運放組成，它將取樣電壓UF和基準電壓UZ比較產(chǎn)生的差值電壓放大后，加到調(diào)整管VT的基極，控制調(diào)整管VT的壓降UCE。（4）調(diào)整環(huán)節(jié)

它由工作在線性區(qū)的調(diào)整晶體管VT組成，是穩(wěn)壓電路的核心部分。2.電路的工作原理由圖可以看出，調(diào)整管VT與負載RL是串聯(lián)關(guān)系，所以Ui=UCE+U0（1）當電網(wǎng)電壓發(fā)生變化（例如Ui升高）時，輸入電壓Ui就會有相應的變化（升高），輸電壓的穩(wěn)定過程可用下式表示：Ui

↑→UO↑→UF

↑→（UZ-UF

）↓→UB

↓→IB

↓→UCE

↑→UO

↓（自動穩(wěn)定輸出電壓）

（2）當負載發(fā)生變化（例如RL

增大）時，輸出電壓的穩(wěn)定過程可用下式表示：RL

↑→UO

↑→UF

↑→（UZ-UF）↓→UB

↓→IB

↓→UCE

↑→UO

↓（自動穩(wěn)定輸出電壓）當Ui↓或RL↓時的調(diào)整過程與上述相反。正因為電路有深度電壓串聯(lián)負反饋，所以才能穩(wěn)定輸出電壓。3.輸出電壓的調(diào)節(jié)具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路輸出電壓的高低在一定范圍內(nèi)是可以調(diào)節(jié)的，其調(diào)節(jié)原理可用下式表示：RP向下調(diào)節(jié)→UF

↓→UB

↑→IBE

↑→UCE↓→UO↑同理，當需要將輸出電壓調(diào)低時，只要將輸出電壓調(diào)節(jié)電位器RP的滑動端適當向上移動即可。4.輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍與輸出電壓的最佳值

輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍是：UO的上限是不能使調(diào)整管飽和，否則調(diào)整管將失去放大作用；UO的下限是輸出電壓必須高于穩(wěn)定電壓與取樣管發(fā)射結(jié)電壓之和。

用公式表示為Ui-4>UO>Uz+0.7

輸出電壓UO如果調(diào)節(jié)得不合適，穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓效果將下降。那么，輸出電壓UO的最佳值一般說來，應該滿足以下關(guān)系UO≈2/3UiUO≈2Uz任務四

集成穩(wěn)壓器知識目標

（1）掌握三端集成穩(wěn)壓器的類型。（2）掌握不同類型三端集成穩(wěn)壓器的特點和性能。（3）了解三端集成穩(wěn)壓器的基本應用。能力目標

（1）通過學習培養(yǎng)學生自主分析電路工作原理的能力。（2）通過三端集成穩(wěn)壓器的類型學習，會根據(jù)實際需要選擇合適的集成穩(wěn)壓器類型。素質(zhì)目標

（1）能夠解決集成穩(wěn)壓器在實際應用中的問題能力。（2）深入理解集成穩(wěn)壓器的原理和特性，提升專業(yè)素養(yǎng)。

思政目標

通過引入和分析一些集成電路領(lǐng)域中的反面案例，如美國對中興、華為的制裁事件，以及我國在某些高端芯片領(lǐng)域?qū)M口的過度依賴。讓學生深刻認識到我國在集成電路技術(shù)上的不足和面臨的挑戰(zhàn)。增強學生的危機感和緊迫感，激發(fā)他們的愛國情感。

重難點

（1）三端集成穩(wěn)壓器的類型與特點。（2）三端集成穩(wěn)壓器的應用。一、三端集成穩(wěn)壓器的型號和參數(shù)

1.三端固定集成穩(wěn)壓器W7800、W7900系列穩(wěn)壓器2.三端可調(diào)輸出集成穩(wěn)壓器

可調(diào)式三端集成穩(wěn)壓器的外形與W7800系列和W7900系列相似，引腳排列及功能不同。

可調(diào)式三端集成穩(wěn)壓器有兩種類型：型號W117／W217／W317為正電壓輸出，三個引出端分別為調(diào)整端1、輸出端2和輸入端3；型號W137／W237／W337為負電壓輸出，三個引出端分別為調(diào)整端1、輸入端2和輸出端3。正電壓輸出的可調(diào)式三端集成穩(wěn)壓器，其調(diào)整端和輸出端間內(nèi)部電壓恒等于1.25V；負電壓輸出的可調(diào)式三端集成穩(wěn)壓器，其調(diào)整端和輸出端間的內(nèi)部電壓恒等于－1.25V。二、三端集成穩(wěn)壓器的應用1.基本應用電路

2.提高輸出電壓的電路3.擴大輸出電流的穩(wěn)壓電路4.同時輸出正負電壓的電路三、集成穩(wěn)壓器的選擇及使用注意事項

在要求輸出電壓是固定的標準系列值且技術(shù)性能要求不高的情況下，可選擇三端固定輸出電壓式集成穩(wěn)壓器。在要求穩(wěn)壓精度較高且輸出電壓能在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)時，可選擇三端可調(diào)輸出電壓式集成穩(wěn)壓器。

集成穩(wěn)壓器已在電源得到廣泛使用，為了更好地發(fā)揮它的優(yōu)勢，使用時應注意以下幾個問題：

第一，不要接錯引腳線。

第二，輸入電壓Ui

不能過低或過高。

第三，功耗不要超過額定值。

第四，為確保安全使用，應加接防止瞬時過電壓、輸入端短路、負載短路的保護電路，大電流穩(wěn)壓器要注意縮短連接線和安裝足夠的散熱設備。任務五

晶閘管單相可控整流電路

知識目標

（1）了解可控整流電路的組成及類型。（2）理解單相半波可控整流電路的組成、工作原理及電路特點。（3）理解單相半控橋式整流電路的組成、工作原理及電路特點。能力目標

（1）通過晶閘管單相可控整流電路原理的學習培養(yǎng)學生能夠自主分析電路的能力。（2）通過晶閘管單相可控整流電路的學習培養(yǎng)學生應用電路的能力。素質(zhì)目標

培養(yǎng)學生運用相關(guān)知識解決實際問題的能力。

思政目標

鼓勵學生通過實驗驗證理論知識，培養(yǎng)嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和實事求是的精神。通過反復調(diào)試和優(yōu)化電路參數(shù)，培養(yǎng)學生的耐心、專注和精益求精的工匠精神。

重難點

（1）可控整流電路的組成及類型。（2）單相半波可控整流電路的組成、工作原理及電路特點。（3）單相半控橋式整流電路的組成、工作原理及電路特點。一、晶閘管單相可控整流電路

（一）、單相半波可控整流電路

1.電路的組成將單相半波整流電路中的二極管換成晶閘管，即構(gòu)成單相半波可控整流電路。其中晶閘管VT和電阻RL組成了主電路；控制極的觸發(fā)脈沖由控制電路提供。2.工作原理u2為正半周（上端為正、下端為負）時，在0～α期間，晶閘管無法導通，處于正向阻狀態(tài)，此時RL中沒有電流，UL=0，電源電壓全部降在晶閘管兩端；在α時刻，門極加上觸發(fā)脈沖Ug,晶閘管晶閘管被觸發(fā)導通，UL=U2，在π時刻，交流電源u2過零，使流過晶閘管的電流降為零，晶閘管被關(guān)斷(IL=0、IL=0)。

u2負半周（上端為負、下端為正）晶閘管承受反向電壓，處于反向阻斷狀態(tài)(UL=0)，直至下一個周期，再重復上述過程，這樣就把交流電轉(zhuǎn)換成可變的直流電。3.電路的主要參數(shù)（1）負載RL上電壓的平均值ULUL=0.45U2×(1+COSα)/2（2)負載上流過的電流平均值ILIL=UL/RL

通過晶閘管陽極的電流IAIA=IL（3）晶閘管承受的最大反向電壓UAKMUAKM= U24.電路特點

單相半波可控整流電路只用一只晶閘管，線路簡單，調(diào)整方便，但接電阻性負載時輸出電壓脈動幅度大，且變壓器次級線圈中的直流電流將造成鐵心的直流磁化，使變壓器的效率降低，變壓器容量不能被充分利用，因而只適用于對直流電壓要求不高的小功率可控整流設備。二、單相半控橋式整流電路1.電路的組成單相橋式二極管整流電路的四只整流二極管換成四只晶閘管，就組成單相全控橋式整流電路。2.電路工作原理u2正半周（上端為正，下端為負），VT2反向阻斷，VD2截止；VT1陽極電位最高可能導通，VD1負極電位最低具有導通條件；但在0～π期間，因未加觸發(fā)脈沖，VT1處于正向阻斷，與VD1無法構(gòu)成電流回路，此時無電壓輸出(U0=0)；在α時刻，VT1被觸發(fā)導通，電流I0經(jīng)+→VT1→RL→VD1→-構(gòu)成回路，此時輸出電壓U0=U2，負載上得到上正下負的電壓。在ωt=π時刻，交流電源過零，使I0=0,VT1關(guān)斷。

在u2的負半周（上端為正，下端為負），在π～π+α期間，VT1反向阻斷，VD1截止，VT2正向阻斷，無法與VD2構(gòu)成電流回路，輸出電壓U0=0；在π+α時刻，觸發(fā)VT2導通，VD2導通，電流U0經(jīng)-→VT2→RL→VD2→+構(gòu)成回路，輸出電壓U0=U2，負載上的電壓仍是上正下負。在π～π+α期間，VT1和VT2均不導通，這樣，一個周期內(nèi)負載上得到兩個缺損的半電壓。3.電路的主要參數(shù)（1）負載RL上電壓的平均值ULUL=0.9U2×(1+COSα)/2式中，U2為u2的有效值（2)負載上流過的電流平均值ILIL=UL/RL通過晶閘管和二極管的平均電流IA、IDIA=ID=0.5IL（3）晶閘管和二極管承受的最大反向電壓UAKM、UDRMUAKM=UDRM=U2

4.電路特點

單相半控橋式整流電路的優(yōu)點是輸出電壓較大，脈動較小，設備利用率高，應用較廣。缺點是晶閘管過載能力差，即使短時間內(nèi)的過電流和過電壓，也可能導致晶閘管損壞，所以使用時要加保護措施，常用的有過流保護和過壓保護。

小

結(jié)

（1）一般情況下是將交流電變換成直流電由變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四部分組成，各部分分別起著不同的作用：變壓器T將電網(wǎng)提供的交流電降壓；整流電路將交流電轉(zhuǎn)換成脈動的直流電；濾波電路將脈動的直流電轉(zhuǎn)換成較平滑的直流電；穩(wěn)壓電路可將較平滑的直流電變成穩(wěn)定的直流電。（2）整流電路是利用二極管的單向?qū)щ娦詫⒔涣麟妷鹤兂擅}動的直流電壓，包括半波、全波、橋式整流電路。（3）由于整流輸出脈動較大，因而需要濾波，濾波元件有電容和電感，濾波電容應與負載并聯(lián)，濾波電感應與負載串聯(lián)。常見的濾波電路有電容濾波、電感濾波和復式濾波，其中濾波效果最好的是復式濾波。（4）穩(wěn)壓電路就是利用調(diào)整元件（穩(wěn)壓二極管或晶體管）調(diào)節(jié)整流輸出的直流電壓，使其在電網(wǎng)電壓波動或負載變化時能使得輸出的直流電壓穩(wěn)定。穩(wěn)壓電路按電路結(jié)構(gòu)可分為并聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路和串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路。一般情況下，并聯(lián)型穩(wěn)壓電路的調(diào)整元件采用穩(wěn)壓二極管；串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的調(diào)整元件采用晶體管。（5）集成穩(wěn)壓電路按輸出電壓方式可分為固定式和可調(diào)式，按結(jié)構(gòu)可分為多端式和三端式。應根據(jù)設備對直流電源的要求來進行選擇。而在這些類型的器件中，又以三端式集成穩(wěn)壓器應用最為廣泛。它們都有三個引出端：輸入端、輸出端、公共端。最常見的國產(chǎn)三端固定輸出電壓穩(wěn)壓器有W7800系列（輸出正電壓）和W7900系列（輸出負電壓）。（6）用晶閘管組成的可控整流電路，是利用晶閘管的可控單向?qū)щ娦?，把交流電變換成大小連續(xù)可調(diào)的直流電。晶閘管可控整流電路通常由主電路（整流電路）和控制電路（觸發(fā)電路）兩部分組成。主電路主要是將交流電轉(zhuǎn)換成大小可變的直流電，而控制電路是為晶閘管導通提供觸發(fā)脈沖?？煽卣麟娐钒措娐方Y(jié)構(gòu)可分為半波電路和全波電路；按電路控制特點可分為半控電路和全控電路；按電源相數(shù)可分為單相電路和三相電路。項目八放大電路與集成運算放大器

校訓：志存高遠

技能報國項目八

放大電路與集成運算放大器任務導入在通信、自動控制、測量等領(lǐng)域，通常需要將微弱的電信號放大到便于測量和應用的數(shù)值。放大電路一般由電壓放大和功率放大兩部分組成。先由電壓放大電路將微弱信號加以放大去驅(qū)動功率放大電路，再由功率放大電路輸出足夠大的功率去驅(qū)動執(zhí)行元件。電壓放大電路通常工作在小信號情況下，而功率放大電路通常工作在大信號情況下。在工業(yè)電子技術(shù)中，常用的交流放大電路是低頻放大電路，其工作頻率范圍通常為20～20000Hz。電子設備中的放大電路，通常要求其放大倍數(shù)穩(wěn)定，輸入輸出電阻、通頻帶、傳輸信號精度等要滿足實際使用的要求。為了改善放大電路的性能，需要在放大電路中引入負反饋。集成運算放大器（簡稱運放）是一種具有很高放大倍數(shù)的多級直接耦合放大電路，運算放大電路與外部電阻、電容等構(gòu)成具有反饋環(huán)節(jié)的閉環(huán)電路后，能對各種模擬信號進行線性和非線性運算。項目八

放大電路與集成運算放大器教學目標知識目標1.了解放大電路的概念，熟悉放大電路的組成及各組成元件的作用。2.理解單管共發(fā)射極放大電路的工作原理，掌握放大電路信號放大及倒相作用。3.了解動態(tài)分析的含義；熟悉動態(tài)分析的微變等效電路法。4.理解放大電路中反饋的概念；了解各類負反饋放大電路的基本特點。5.能識別負反饋放大電路類型；熟悉負反饋對放大電路性能的影響。6.了解集成運算放大器的基本概念；掌握其圖形符號和文字符號。能力目標1.會分析基本放大電路、穩(wěn)定工作點放大電路。2.能夠根據(jù)需要選擇集成運算放大器。項目八

放大電路與集成運算放大器教學目標素質(zhì)目標1.培養(yǎng)學生會分析放大電路、應用放大電路的能力。2.能運用理想化條件分析線性集成運算放大電路。思政目標通過學習放大電路與集成運算放大器這一專業(yè)領(lǐng)域的重要知識，幫助學生樹立對電子工程專業(yè)的認同感和自豪感。同時，引導學生思考自己的職業(yè)發(fā)展方向和目標，為未來的職業(yè)規(guī)劃奠定基礎。項目八

放大電路與集成運算放大器重難點1.基本放大電路、穩(wěn)定工作點的放大電路的分析。2.集成運算放大器的線性應用。3.負反饋的類型及判別方法。項目八

放大電路與集成運算放大器任務一單管基本放大電路知識目標1.掌握放大電路的組成。2.理解放大電路的分析方法。能力目標會分析基本放大電路。素質(zhì)目標培養(yǎng)學生會分析放大電路、應用放大電路的能力。思政目標通過分析單管基本放大電路的工作原理，如信號輸入、放大、輸出等過程，引導學生認識到任何事物的發(fā)展都是多因素綜合作用的結(jié)果。鼓勵學生學會從多個角度審視問題，用辯證的思維去分析事物的本質(zhì)和內(nèi)在聯(lián)系。重難點放大電路的組成及分析。項目八

放大電路與集成運算放大器任務一單管基本放大電路（一）放大電路的組成1.單管低壓放大電路的組成

最基本的共發(fā)射極放大電路由三極管、直流電源、電阻和電容組成。為了不失真地放大交流信號，必須按以下三個原則組成放大電路。（1）保證三極管工作在放大狀態(tài)，即發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置。（2）保證信號暢通。待放大的輸入信號能夠從放大電路的輸入端加到三極管的發(fā)射結(jié)上，經(jīng)過放大后能順利地從輸出端輸出。（3）保證放大電路不失真地放大信號，即放大后的輸出信號波形要與輸入信號波形一致。項目八

放大電路與集成運算放大器任務一單管基本放大電路共發(fā)射極基本放大電路下圖為根據(jù)以上原則由NPN型三極管（如果采用PNP型管，則電源、電容C1和C2的極性都反向）組成的電壓放大電路，它由直流電源、三極管、電阻和電容組成。項目八

放大電路與集成運算放大器任務一單管基本放大電路2.各元件的作用（1）三極管VT。（5）集電極負載電阻RL（2）集電極直流電源（4）耦合電容C1、C2（3）基極電阻RBText項目八

放大電路與集成運算放大器任務一單管基本放大電路（二）放大電路的分析1.直流通路和交流通路

在信號輸入-放大-輸出的過程中，交、直流量是共存的。為了分析問題方便，常將它們分開考慮。靜態(tài)分析時只分析電路中的直流通路，動態(tài)分析時應考慮電路的交流通路。項目八

放大電路與集成運算放大器任務一單管基本放大電路基本共發(fā)射極電路的直流通路和交流通路項目八

放大電路與集成運算放大器2.靜態(tài)分析任務一單管基本放大電路

（1）估算法——根據(jù)放大電路的直流通路確定靜態(tài)值。

（2）用圖解法確定靜態(tài)值。項目八

放大電路與集成運算放大器任務一單管基本放大電路（1）圖解法。①交流負載線。②放大電路各極電壓、電流圖解分析。項目八

放大電路與集成運算放大器任務一單管基本放大電路交流負載線項目八

放大電路與集成運算放大器任務一單管基本放大電路共發(fā)射極放大電路各極電壓和電流信號的波形項目八

放大電路與集成運算放大器任務一單管基本放大電路（2）放大電路的微變等效電路分析法。①三極管的微變等效電路。②電壓放大倍數(shù)的計算。項目八

放大電路與集成運算放大器任務一單管基本放大電路三極管輸入回路的等效電路三極管輸入特性曲線項目八

放大電路與集成運算放大器三極管輸出回路的等效電路三極管輸出特性曲線任務一單管基本放大電路項目八

放大電路與集成運算放大器固定偏置放大電路的微變等效過程任務一單管基本放大電路項目八

放大電路與集成運算放大器任務二分壓式偏置放大電路知識目標理解分壓偏置放大電路的構(gòu)成及電路原理。能力目標會分析穩(wěn)定工作放大電路。素質(zhì)目標培養(yǎng)學生會分析放大電路、應用放大電路的能力。思政目標通過對比分析分壓式偏置放大電路和單管基本放大電路，讓學生認識到不同電路類型在電子系統(tǒng)中的應用場景和重要性。鼓勵學生對電路設計進行探究和創(chuàng)新。提出改進電路性能的可能性，如采用新的元件、優(yōu)化電路布局等，并引導學生通過實驗驗證其可行性。重難點分壓式偏置放大電路的原理。項目八

放大電路與集成運算放大器任務二分壓式偏置放大電路項目八

放大電路與集成運算放大器分壓式偏置放大電路（一）放大電路的組成任務二分壓式偏置放大電路項目八

放大電路與集成運算放大器1.靜態(tài)工作點的穩(wěn)定過程

（1）利用RB1、RB2分壓來得到固定的基極電位VB。

（2）利用發(fā)射極電阻RE。任務二分壓式偏置放大電路項目八

放大電路與集成運算放大器2.靜態(tài)工作點的估算分壓式偏置電路的直流通路任務三多級放大電路項目八

放大電路與集成運算放大器知識目標1.了解多級放大電路的構(gòu)成。2.理解多級放大電路的原理。能力目標會分析多級放大電路。素質(zhì)目標培養(yǎng)學生多級放大電路的應用能力。思政目標多級放大電路由多個單級放大電路組成，它們之間相互關(guān)聯(lián)、相互影響。通過學習多級放大電路，引導學生從系統(tǒng)的角度看待問題，理解各部分之間的協(xié)同作用，培養(yǎng)學生的系統(tǒng)思維能力。重難點阻容耦合放大電路的組成及原理。任務三多級放大電路項目八

放大電路與集成運算放大器多級放大電路的組成框圖前面分析的放大電路都是由一個三極管組成的單管放大電路，它們的放大倍數(shù)是極有限的，通常只有數(shù)十倍。然而在實際應用中，放大電路的輸入信號一般都是很微弱的，需要將微弱的輸入信號放大幾千倍，獲得足夠的電壓幅值和功率，才能驅(qū)動負載工作。因此，常將若干單級放大電路連接起來組成多級放大電路，如圖所示。任務三多級大電路項目八

放大電路與集成運算放大器（一）阻容耦合放大電路的組成及原理阻容耦合任務三多級放大電路項目八

放大電路與集成運算放大器（二）直接耦合直接耦合任務三多級放大電路項目八

放大電路與集成運算放大器（三）變壓器耦合變壓器耦合任務三多級放大電路項目八

放大電路與集成運算放大器（四）光耦合光耦合任務三多級放大電路項目八

放大電路與集成運算放大器（五）多級放大電路的分析1.電壓放大倍數(shù)多級放大電路對被放大的信號而言，屬串聯(lián)關(guān)系。前一級的輸出信號就是后一級的輸入信號。設各級放大電路的電壓放大倍數(shù)依次為Au1、Au2、…、Aun，則輸入信號ui被第一級放大電路放大后輸出電壓成了Au1ui，經(jīng)第二級放大電路放大后的輸出電壓成為Au1Au2u1，以此類推，通過n級放大電路放大后，輸出電壓為Au1Au2Au3…Aunui。所以，多級放大電路總的電壓放大倍數(shù)為各級電路電壓放大倍數(shù)之積，即項目八

放大電路與集成運算放大器Au=Au1Au2…Aun式中，Au1、Au2、…、Aun-1為有負載時的電壓放大倍數(shù)，其負載為相應后級的輸入電阻；Aun則視具體電路而定。電壓放大倍數(shù)在工程中常用對數(shù)形式來表示，稱為電壓增益，用字母Gu表示，單位為分貝（dB）：Gu=20lg︱Au︱若用分貝表示，則總增益為各級增益的代數(shù)和，即G=20lg︱Au1Au2…Aun︱=20lg︱Au1︱+20lg︱Au2︱+…+20lg︱Aun︱=Gu1+Gu2+…+Gun任務三多級放大電路項目八

放大電路與集成運算放大器2.輸入電阻和輸出電阻多級放大電路的輸入電阻和輸出電阻與單級放大電路類似。其輸入電阻是從輸入端看進去的等效電阻，也就是第一級的輸入電阻；輸出電阻是從輸出端看進去的等效電阻，即最后級的輸出電阻。3.非線性失真晶體管的輸入特性曲線不是直線；輸出特性曲線簇中，每一條輸出特性曲線也不完全是直線，其間隔也不完全相等。這就導致了輸入輸出特性的非線性，經(jīng)放大電路放大后的輸出信號波形與輸入信號波形相比總是有一些變異，稱為波形失真。這種變異是由晶體管的非線性特性引起的，所以這種波形失真又稱非線性失真。任務三多級放大電路項目八

放大電路與集成運算放大器另外，如果放大電路的靜態(tài)工作點選得不恰當或輸入信號幅度過大，信號進入晶體管的截止區(qū)或飽和區(qū)而造成波形失真，這種失真分別稱為截止失真和飽和失真，如圖4-38所示，它們均屬于非線性失真。對任何放大電路，總希望它的非線性失真越小越好。在多級放大電路中，由于各級均存在失真，則輸出端波形失真更大。要減小輸出波形的失真，就要盡力克服各單級放大電路的失真。單管共射放大電路非線性失真波形任務三多級放大電路項目八

放大電路與集成運算放大器任務四負反饋放大器知識目標1.理解放大電路中反饋的概念。2.了解各類負反饋放大電路的基本特點。能力目標1.能識別負反饋放大電路類型。2.熟悉負反饋對放大電路性能的影響。素質(zhì)目標培養(yǎng)學生應用負反饋放大器的能力。思政目標引導學生關(guān)注工程倫理問題，如電路的穩(wěn)定性是否足夠以防止意外發(fā)生、電路是否會對環(huán)境產(chǎn)生不良影響等。通過案例分析和討論，強化學生的工程倫理意識和社會責任感。重難點負反饋的類型及判別。項目八

放大電路與集成運算放大器一、反饋的基本概念凡是將放大電路輸出信號Xo（電壓或電流）的一部分或全部通過某種電路（反饋電路）引回到輸入端，就稱為反饋。若引回的反饋信號削弱輸入信號而使放大電路的放大倍數(shù)降低，則稱這種反饋為負反饋；若反饋信號增強輸入信號，則稱為正反饋。本節(jié)主要講解負反饋。下圖所示分別為無負反饋的基本放大電路和帶有負反饋的放大電路的框圖。顯然，任何帶有負反饋的放大電路都包含基本放大電路和反饋電路兩部分。輸入信號Xi與反饋信號Xf在處疊加后產(chǎn)生凈輸入信號Xd（Xd=Xi-Xf）?；痉糯箅娐罚ㄩ_環(huán)）的放大倍數(shù)A=Xo/Xd，反饋電路的反饋系數(shù)F=Xf/Xo，帶有負反饋的放大電路（閉環(huán)）的放大倍數(shù)Af=Xo/Xi。任務四負反饋放大器反饋放大電路框圖項目八

放大電路與集成運算放大器任務四負反饋放大器二、反饋類型的判別方法在負反饋放大器中，反饋信號可取自輸出電流或輸出電壓，反饋信號在輸入端可以串聯(lián)或并聯(lián)連接。因此根據(jù)輸出端的反饋信號取樣和與輸入端的連接方式，負反饋有電壓反饋和電流反饋；并聯(lián)反饋和串聯(lián)反饋。有四種組態(tài)：電壓串聯(lián)負反饋、電壓并聯(lián)負反饋

、電流串聯(lián)負反饋、電流并聯(lián)負反饋

，如圖所示。

1.負反饋的類型項目八

放大電路與集成運算放大器任務四負反饋放大器負反饋電路的反饋形式項目八

放大電路與集成運算放大器任務四負反饋放大器2.負反饋放大電路的判別一個具有反饋環(huán)節(jié)的放大電路，為了判別反饋極性是正反饋還是負反饋，通常采用瞬時極性法。先假定輸入端交流信號處于某一瞬時極性，然后根據(jù)放大電路的集電極與基極瞬時極性相反，發(fā)射極與基極瞬時極性相同的關(guān)系，逐級地推出有關(guān)節(jié)點電壓的瞬時極性，并在圖中用“+”、“-”表示出來，如圖所示。然后再判斷反饋到輸入端的信號瞬時極性。項目八

放大電路與集成運算放大器任務四負反饋放大器

瞬時極性項目八

放大電路與集成運算放大器任務四負反饋放大器三、負反饋對放大器性能的影響1.降低了放大倍數(shù)2.提高了放大倍數(shù)的穩(wěn)定性3.減小非線性失真4.改變輸入、輸出電阻項目八

放大電路與集成運算放大器任務四負反饋放大器項目八

放大電路與集成運算放大器任務五集成運算放大器知識目標1.了解集成運算放大器的基本概念。2.掌握集成運算放大器的圖形符號和文字符號。能力目標能夠識別不同類型的集成運算放大器，并能根據(jù)實際需要選擇放大器。素質(zhì)目標能運用理想化條件分析線性集成運算放大電路思政目標

闡述我國在集成運算放大器領(lǐng)域的自主研發(fā)歷程和重要成果。例如，提及我國在高速、高精度、低功耗等特定領(lǐng)域的集成運算放大器研發(fā)上所取得的突破，以及這些成果在國防、通信、醫(yī)療等領(lǐng)域的實際應用。通過展示國內(nèi)在集成運算放大器技術(shù)上的進步和貢獻，激發(fā)學生的愛國情懷和民族自豪感。重難點集成運算放大器的線性應用。項目八

放大電路與集成運算放大器一、集成運放的結(jié)構(gòu)及符號任務五集成運算放大器1.集成運放的結(jié)構(gòu)集成運