电子系统设计（PDF66页）

电子系统设计（一）绪论本课程的主要内容：1电源的基本设计技术2常用IC芯片的基本应用：1）运算放大器和电压比较器2）光电耦合器、电流传感器、信号变压器3）时基电路；常用触发器和门电路3波形发生器第一章电源设计第一节电源的分类电源是电子系统的能源，一个合格的电源是任何电子系统稳定可靠运行的基本保证。电子系统对电源的基本要求：1）输出电压稳定不变2）具有故障保护功能，如短路保护，过载保护，欠压保护，温度保护等。电源的分类：线性稳压源开关稳压源一线性稳压源线性稳压源的基本特点线性稳压源的结构决定了他具有以下特点：1）市电变压器体积大，效率低。2）整流电路位于变压器的二次侧，通过二极管的电流等于电源负载电流，稳压源线路损耗大。3)滤波电容所储能量1/2CV2,滤波电容体积大。4)前向调整管调整压降大于3V,线性稳压电路稳压效率低。5)电路结构简单,稳压特性好,无电磁干扰问题。6)目前线性稳压源仍是试验检测电源的主力军。二、开关稳压源1）整流桥位于变压器一次侧，通过二极管的电流远远小于输出电流，因此，线路整流传输效率高。2）高压侧整流，可以采用相对小容量的电容完成滤波。3）高频变压器体积小重量轻。4）采用快恢复二极管以减小电磁噪声。5）电源开关频率高，所需滤波元件体积小重量轻。6）采用斩波稳压方式，稳压效率高，但产生电磁噪声。第二节整流电路一、全波整流电路1）变压器绕组需中间抽头，增加制造成本和工艺复杂性。2）整流后的直流电压仅有一个二极管压降，较桥式整流电路损耗小。3）适用于低输出电压的稳压电路。二桥式整流电路1单输出桥式整流电路2正负对称电源共用整流电路1)整流效率与全波整流电路相等，2）输出整流电压必须正负对称，但正负电源所带负载可以不同。第二章三端稳压器实用设计方法本章将以最简明的方法讲述常用三端稳压器的基本电气参数和应用技术。三端稳压器是一种线性稳压电源。前向调整管采用PNP管为正电源稳压器。前向调整管采用NPN管为负电源稳压器输出电压固定不变的三端稳压器最常用型号：78××；79××。输出电压可调的三端稳压器最常用型号：LM317/LM117第一节78/79系列三端稳压器一、78系列三端稳压器78L××输出电流100mA78M××输出电流500mA78××输出电流1000mA标称输出电压：5、6、7、8、9、10、12、15、18、24。表2.1三端稳压器的基本技术指标项目符号78L78M7879L79M79单位输入电压5～18VVIN353535353535V24VVIN404040404040V输出电流IO0.150.51-0.15-0.51A最大功耗PC0.520200.52020W工作温度TOP-30～75-30～75-30～75-30～75-30～75-30～75℃表2.278系列三端稳压器的基本特性二基本应用1基本应用电路输入输出端都要接电容，输出电容不接时会产生振荡，所以输出电容应接在尽量靠近输出端的位置。三端稳压器前向通道需反并联二极管。输出电流达到2A时输出电压开始下降，当负载完全短路时，负载电流为0.8A279系列三端稳压器基本应用封装及基本电气参数与78系列相同TO-220封装:1公共端;2输入;3输出79系列三端稳压器基本应用电路3三端稳压器常用电路1）输出标称电压稳压源2）提高输出电流稳压源3）提高输出电压稳压源4）输出电压可调的稳压源5）输出正负对称电压稳压源1）输出固定电压的电路输入与输出之间的电压差不得低于2VW7805稳压器基本接线图C2CW7805C1UIUO1320.33F1µF－+－+LM7805W7905稳压器基本接线图C2CW7905C1UIUO2310.33F1µF+－+－LM7905电容C1——防止自激振荡。0.1F~0.33F电容C2——减小高频干扰，改善瞬态特性。1F2）提高输出电流的电路VD的作用：补偿三极管的发射结电压，使电路输出电压等于三端集成稳压器的输出电压。3）提高输出电压的电路ZOOUUUO12O)1(URRU4）使输出电压可调的电路O32132AURRRRRU因为　　　OAOUUUO213232132OO)1()1/(URRRRRRRRRUU所以　　射极跟随5)正、负对称固定输出的稳压电源正负电压同时输出电路W78XXC1UI132C1W79XX13C2C22+_+UO－UORL1RL20.33F0.33F1F1F4三端固定稳压器使用注意事项1）防止输入输出接反，损坏器件；2）防止稳压器浮地故障；3）如果输出电压|V0|〉7V，应接保护二极管4）输入电压不能超过允许最高输入电压7805~18，VImax=35V，7905~18，VImax=-35V5）78系列，VImin≥7V，79系列，VImin≤-7V6）输出电流不能超过最大值IOmax7）加散热片第二节LM317/337三端稳压器一LM317/337的基本封装二基本型号集成三端可调稳压器分为：CW117、CW217、CW317(正电压输出)CW137、CW237、CW337(负电压输出)每个系列又有100mA、0.5A、1.5A、3A…等品种可以实现输出电压的连续可调。其电压调整率、电流调整率和纹波抑制比都比CW78和CW79系列高几倍1---军品级；2---工业品级；3---为民品级。1----正输出电压LM117/217/3173----负输出电压LM137/237/337军级为金属壳或陶瓷封装，工作温度-55～150℃；工业级为金属或陶瓷封装，工作温度-25～150℃；民品级多为塑料封装，工作温度范围0℃～125℃。三内部结构和基本应用电路内部结构调整电路基准电路误差放大启动电路偏置电路保护电路IREFUIUOADJ12350A外形引脚CW117123UIUOADJCW137123UIUOADJIREF50AUIUOADJUREFB基准源在B和ADJ端提供稳定性很高的电压UREF=1.25V（1.2V~1.3V之间）恒流源电流IREF50A，作为基准源的供电电流，从ADJ端流出。基准源表2.3LM317基本技术指标项目规格单位LM317LLM317TLM317K电源电压404040V输出电流0.11.51.5A最大损耗0.6251520W工作温度-40--125-40--125-40--125℃电压调整率0.010.010.01％负载调整率0.10.10.1％基准电压1.251.251.25V输出短路电流0.22.22.2A最小偏置电流11.51.5mACW317、CW337系列三端可调稳压器使用非常方便，只要在输出端上外接两个电阻，即可获得所要求的输出电压值。D1防止输入端短路时C4反向放电损坏稳压器D2防止输出端短路时C2通过调整端放电损坏稳压器UoCW317123C2++UiC1C30.1F10F33FR1R2C4IOIQIIREF0.1FD1D22REF211REFO)(RIRRRUU)1(25.112RRUoCW317123C2++UiC1C30.1F10F33FR1R2C4IOIQIIREF0.1FD1D2UREF=1.25V125IREF50A2.2k一般固定R1，调R2以获得1.25~37V的电压。若R1R2的温度系数相同，则R2/R1不受温度影响。一般选同材料做成的电阻。R2=02.2k时，UO=1.2524VR1=UREF/IQ=125R1的选取应保证在输出端开路时，静态电流IQ(约10mA)在R1上的压降应小于基准电压UREFUoCW317123C2++UiC1C30.1F10F33FR1R2C4IOIQIIREF0.1FD1D2UREF=1.25V125IREF50A2.2k基本应用电路若IQ=5mA，则R1=UREF/IQ=250030V连续可调电路UoCW317123++UiC10.33F10FR1R2C31FDC2R3+3k120680+32V–10VAUA=–1.25V当R2=0时，UO=0V四恒压源、恒流源设计1恒压源设计一个具有实用价值的恒压源应具有的基本功能：1）输出电压连续可调2）负载电流可根据需要设定限流值2恒流源设计一个具有实用价值的恒流源应具有的基本功能：1）输出电流连续可调2）负载电压可根据需要设定限压值基本恒压源电路基本恒流源电路2限流恒压源电路1）输出电压从0V可调2）输出电流小于1A3）限流值可任意设定，不受负载工况影响3限压恒流源电路1）输出电流从0A可调，其值小于1A，2）限压值可任意设定，不受负载工况影响限流恒压源限压恒流源第三节电源变压器及整流电路实用设计方法一、二极管1整流二极管适用于工频整流电路，结电容大，反向恢复时间长，通态压降VF＝1.0－1.4V常用型号：IN4148最大电流1A允通电流0.5A耐压值75V。IN4001/4/7最大电流2.5A允通电流1A耐压值分别为50V/400V/1000V。2肖特基二极管开关速度快，反向恢复时间短trr≤100ns通态压降VF=0.3-0.6V常用型号IN5817/5818/5819最大电流25A允通电流1A耐压值分别为20V/30V/40V3开关二极管开关速度快，常用于高频信号电路4快恢复二极管高频开关电路中的续流二极管，二极管具有软恢复特性，反向恢复时间trr≤100ns5二极管型号选用原则1)整流电路可选用整流二极管，肖特基二极管。2）高速开关电路前向二极管可选用肖特基和高速开关管。3）续流二极管可选用快恢复二极管和肖特基二极管高频信号电路可选用高速开关管4）二极管电压安全系数2－3；5）二极管电流安全系数1.5－2；6）二极管容量愈大其寄生电容愈大，反向恢复时间愈长，反向漏电流愈大。7)二极管动态导通压降大于直流通态压降，快恢复二极管动态导通压降最大，肖特基二极管动态压降最小。二、电解电容1电解电容等效电路L：寄生电感R：寄生电阻（决定电容损耗）2电压安全系数：2－33电解电容运行寿命电解电容工作寿命与其温升有关，电解电容允许温升5－7℃。电解电容的10℃两倍寿命原则：电容工作温度每降低10℃，电容使用寿命较额定寿命增加一倍，电解电容实际工作寿命可按照以下公式估算：()102eTTeTTTe:电解电容额定寿命电解电容额定寿命是指电解电容在额定温度下的工作寿命，常规电解电容额定寿命1000小时/85℃,1000小时/105℃。4电解电容分类：长寿命电解电容：8000小时－12000小时/105℃高频电解电容：低寄生电感、电阻三、电源变压器输出电压的确定方法变压器二次侧线圈输出电压有效值：21()100122crFaUVVVABcV整流滤波后的直流平均电压脉动电压的峰－峰值整流二极管的正向压降（桥式整流是两倍）输入电压脉动量变压器端子电压设定偏差（由于圈数必须是整数，但电压不一定正好合适，因而产生偏差电压，约为2﹪包括线路压降在内，留出约3﹪的余量rVFVFVAB设＝10﹪，脉动电压＝×8﹪U2=0.81VC+1.5作业一：设计一个限压恒流源，输出电流0.1－1A连续可调负载限压值16V。输入电压：交流220V。完成全部电路设计及参数计算。提示：可选择LM317作为集成稳压芯片VcV第四节并联稳压器的设计串连稳压器：稳压源、恒流源（电流从电源正极流出，负极流入）并联稳压器：稳压负载（电流从负载电压正极流入负极流出）一稳压管稳压二极管的电压VZ随温度变化，以5－6V为界，稳压值低于此值，稳压管具有负温度系数，高于此值，稳压管具有正温度系数，5.5V稳压管温度系数为零。二、程控并联稳压器TL431TL431/TL431A是一个具有良好的热稳定性