【題目1】：倍壓整流電路如何分析？  

【相關(guan) 知識】：二極管的單向導電性，整流電路工作原理。

【解題方法】：為(wei) 了得到倍壓整流電路輸出電壓的數值，首先必須明確電路中的二極管在什麽(me) 條件下導通和什麽(me) 條件下截止。為(wei) 簡化分析，設負載開路且電路已經進入穩態，然後對每個(ge) 電容上的電壓逐個(ge) 分析，最後得到輸出電壓。

【解答過程】：

        以圖1為(wei) 例，設B點為(wei) 地，變壓器副邊電壓有效值為(wei) U2。

        C1上的電壓：u2正半周時，即A點“＋”，B點“－”時，如圖中實線所示，電流從(cong) A經D1向C1充電，穩定時C1上的電壓為(wei) ，上正下負。在u2正半周時D2是否導通，視C2上的電壓而定。

        C2上的電壓：u2正半周時不可能通過D2對C2充電，事實上，在u2負半周，即A點“－”，B點“＋”時，u2和C1上的電壓疊加通過D2對C2充電，如圖中虛線所示，因而進入穩態時，C2上的電壓可達，極性右正左負。

        C3上的電壓：u2正半周時，若C2已經進入穩態，則將與(yu) u2疊加通過D3對C3充電，如圖中點劃線所示，C3上的電壓可達，極性上正下負。因此，輸出電壓，可見這是個(ge) 三倍壓電路。

        必須指出，三個(ge) 電容的充電過渡過程是同時發生的，進入穩態後，三個(ge) 二極管均截止。帶上負載電阻並進入穩態後，在u2的各個(ge) 周期均有各個(ge) 電容的充放電過程，但各個(ge) 電容上平均電壓的比例關(guan) 係基本不變。

  【題目2】：有源濾波器中為(wei) 什麽(me) 要引入負反饋？其通帶放大倍數如何確定？  

【相關(guan) 知識】：有源濾波器的概念，有源濾波電路的組成、特點和分析方法，負反饋有關(guan) 概念。

【解題方法】：在有源濾波器中，集成運放工作在線性區，因而電路中必須引入負反饋，這也成為(wei) 有源濾波器的電路特征，而且通帶放大倍數與(yu) 負反饋網絡緊密相關(guan) 。

【解答過程】：

        例如，圖1（a）中，以P點電位作為(wei) 輸入，電路為(wei) 同相比例運算電路，電壓放大倍數即為(wei) 比例係數，決(jue) 定於(yu) 負反饋網絡

        

        列M、P的節點電流方程可得電路的中心頻率、品質因數Q、通帶放大倍數

        ，

        

        可見，以上指標均與(yu) 負反饋網絡的參數密切相關(guan) 。

        再例如，在圖1（b）所示電路中，當信號頻率趨於(yu) 零時，C1、C2、C3相當於(yu) 開路，N點是虛地，等效電路如圖所示，輸出電壓。但隨著信號頻率的升高，輸入電壓可以直接傳(chuan) 輸到輸出，故該電路為(wei) 高通濾波器。

        通帶放大倍數如何確定？

        由於(yu) C2的容抗趨於(yu) 零，使M電位趨於(yu) N點電位，即趨於(yu) 零，所以R1中電流也隨之趨於(yu) 零；R2中的電流遠小於(yu) C3中的電流，因而等效電路如圖2（b）所示，C1的電流等於(yu) C3的電流，即：

        

        由此，可得通帶放大倍數

        

        它取決(jue) 於(yu) 輸入端電容C1和反饋電容C2之比。

  【題目3】：無源濾波電路和有源濾波電路各有什麽(me) 特點？各適用於(yu) 什麽(me) 場合？如何識別濾波電路的類型？  

【相關(guan) 知識】：濾波電路的種類、特性，無源濾波電路和有源濾波器的概念，有源濾波電路的組成、特點和分析方法。

【解題方法】：通過設定信號頻率由0～∞變化，分析濾波器的通帶和阻帶位置。

        若濾波電路元件僅(jin) 由無源元件（電阻、電容、電感）組成，則稱為(wei) 無源濾波電路。若濾波電路不僅(jin) 由無源元件，還由有源元件（雙極型管、單極型管、集成運放）組成，則稱為(wei) 有源濾波電路。

        無源濾波電路的結構簡單，易於(yu) 設計，但它的通帶放大倍數及其截止頻率都隨負載而變化，因而不適用於(yu) 信號處理要求高的場合。無源濾波電路通常用在功率電路中，比如直流電源整流後的濾波，或者大電流負載時采用LC（電感、電容）電路濾波。

        有源濾波電路的負載不影響濾波特性，因此常用於(yu) 信號處理要求高的場合。有源濾波電路一般由RC網絡和集成運放組成，因而必須在合適的直流電源供電的情況下才能使用，同時還可以進行放大。但電路的組成和設計也較複雜。

        有源濾波電路不適用於(yu) 高電壓大電流的場合，隻適用於(yu) 信號處理。

        根據濾波器的特點可知，它的電壓放大倍數的幅頻特性可以準確地描述該電路屬於(yu) 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(ge) 頻段，就可以確定濾波器的類型。

        識別濾波器的方法是：若信號頻率趨於(yu) 零時有確定的電壓放大倍數，且信號頻率趨於(yu) 無窮大時電壓放大倍數趨於(yu) 零，則為(wei) 低通濾波器；反之，若信號頻率趨於(yu) 無窮大時有確定的電壓放大倍數，且信號頻率趨於(yu) 零時電壓放大倍數趨於(yu) 零，則為(wei) 高通濾波器；若信號頻率趨於(yu) 零和無窮大時電壓放大倍數均趨於(yu) 零，則為(wei) 帶通濾波器；反之，若信號頻率趨於(yu) 零和無窮大時電壓放大倍數具有相同的確定值，且在某一頻率範圍內(nei) 電壓放大倍數趨於(yu) 零，則為(wei) 帶阻濾波器。

  【題目4】：串聯型穩壓電路為(wei) 何必須引入深度電壓負反饋？  

【相關(guan) 知識】：串聯穩壓電路的結構和工作原理，負反饋的概念、原理、分類。

【解題方法】：把UZ看作為(wei) 穩壓電路輸入電壓，R2中心抽頭對地電壓作為(wei) 反饋電壓來分析。

【解答過程】：串聯型穩壓電路的基本原理是引入電壓負反饋來穩定輸出電壓。如圖1所示。

        當輸出電壓Uo由於(yu) 某種原因升高時，通過采樣電阻R1～R3，使T3管的基極電位UB3隨之升高，T3管集電極（即調整管T1的基極）電位降低，T1的發射極電位隨之降低，即輸出電壓Uo降低，使Uo基本不變。反之，當輸出電壓Uo由於(yu) 某種原因降低時，也可以保持Uo基本不變。在深度負反饋條件下，T2和T3的基極電位近似相等，因而輸出電壓的調整範圍是。

        

        必須注意的是，隻有在滿足深度負反饋的條件下，上述的關(guan) 係才成立，因而才能實現輸出電壓的精確穩定。

  【題目5】：串聯型穩壓電路實現穩壓過程中應當注意哪些問題？  

【相關(guan) 知識】：串聯穩壓電路的結構和工作原理，正／負反饋的概念、原理。

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

【解答過程】：在構成反饋電路時，應當注意以下問題：

        （1）所引入的必需是電壓負反饋，而不是正反饋。

        （2）比較放大部分的放大管和調整管應在電網電壓波動、負載電阻變化、輸出電壓調整過程中始終處於(yu) 放大狀態，負反饋才起作用，輸出電壓才穩定。

        （3）電路不應產(chan) 生自激振蕩。

        舉(ju) 例來說，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管的發射極，則電路引入的正反饋，電路不能正常工作。

        （2）當輸入電壓達到最小值而輸出電壓又為(wei) 最大值時，若調整管的壓降

        

        T1進入飽和區，電路不再穩壓。

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

        

        T1進入飽和區，電路出現高溫失控現象，不再穩壓。

        （4）T1基極的結點電流方程為(wei)

        

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

        （5）在差分放大電路中，T2和T3的發射極電流之和等於(yu) 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，則T2管截止，差分放大電路不能正常工作，電路不再穩壓。

        （6）若在輸出端測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，則說明電路中產(chan) 生了自激振蕩，電路不能穩壓，需消振。

        綜上，UI應足夠大、采樣電阻不要太大，避免空載時調整管飽和；Re與(yu) Rc必須相互配合，避免差分放大電路中的差分管截止。即調整管和差分管在電網電壓的波動範圍內(nei) 、輸出電壓的調節範圍內(nei) 和負載電壓的變化範圍內(nei) 始終工作在放大狀態，負反饋才能起作用，電路也才能穩壓。

  【題目6】：如何正確理解穩壓電路的輸出電壓調節範圍，並據此選擇穩壓電路的元件參數？  

【相關(guan) 知識】：串聯穩壓電路的結構和工作原理。

【解題方法】：從(cong) 極端條件出發，分析為(wei) 保證輸出電壓的調節範圍，應如何選用合適的電路元件參數。

【解答過程】：穩壓電路的基本指標是輸出電壓和輸出電流，對於(yu) 實用的直流電源，還應給出輸出電壓的調節範圍和最大負載電流。

        穩壓電路的輸出電壓調節範圍～，通常是指滿載的情況下，在電網電壓允許的波動範圍內(nei) ，輸出電壓允許從(cong) 調到，並且在輸出電壓的可調節範圍內(nei) ，即～的任何數值下，當電網電壓在允許的波動範圍內(nei) 輸出電流可以從(cong) ０調到（滿載）。

        以如圖1所示的串聯型穩壓電源為(wei) 例。

        電路的輸入電壓UI是50Hz、220V的電網電壓通過電源變壓器、整流和濾波以後得到的；電網電壓允許的波動範圍是±10％，所以整流電壓UI的波動範圍也是±10％。若要求輸出電壓調節範圍是～，輸出電流為(wei) ０～，則電路應滿足下列條件：

        （1）T1的最大集電極電流，並留有餘(yu) 量。

        （2）在時可以調到，即T1不飽和：

        

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

        

        （4）此外，集成運放的輸出電壓和電流還應滿足調整管基極電位和電流的需要以上（1）～（3）是調整管的選取原則，（4）是集成運放的選擇原則。具體(ti) 而言：若＝5～15V；＝22V，波動範圍為(wei) ±10％；，則應選擇T1的極限參數為(wei) ：

        

        

        

        為(wei) 留有一定的餘(yu) 地，可選取為(wei) 1.2A，為(wei) 25V，為(wei) 20W的調整管T1。T1管壓降最小值：

        

        管子沒有飽和，說明選取T1正合適，輸出電壓可以從(cong) 5V調整到15V。

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

        

        要求集成運放輸出電壓變化範圍為(wei) ：

        

        可以以此作為(wei) 標準選擇集成運放的依據。

  【題目7】：串聯和並聯式開關(guan) 穩壓電路各有什麽(me) 特點？  

【相關(guan) 知識】：開關(guan) 穩壓電路的特點、串聯式電路和並聯式電路的工作原理。

【解題方法】：開關(guan) 型穩壓電路中調整管工作在開關(guan) 狀態，因而功耗小，電路效率高。在較大功率範圍內(nei) 逐漸取代了線性穩壓電源。串聯式和並聯式開關(guan) 穩壓電源分別是兩(liang) 種基本的開關(guan) 變換模式，以它們(men) 為(wei) 基本結構加以組合和變換，可以得到各種類型的開關(guan) 變換電路。

【解答過程】：串聯式開關(guan) 穩壓電路及其主要工作波形如圖1所示。

        當晶體(ti) 管T導通時，二極管D反向偏置而截止，其中電流瞬間轉移到晶體(ti) 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(cong) 電感電壓UL的波形中可以獲得輸入電壓、輸出電壓和開關(guan) 占空比的關(guan) 係式。根據法拉第定律，穩態運行時電感電壓在一個(ge) 周期內(nei) 的伏秒積為(wei) 零。即：

                （3）

        由此可得輸出電壓Uo為(wei) ：

                （4）

        式（4）表明串聯式開關(guan) 穩壓電路輸出電壓平均值正比於(yu) 占空比D。當D從(cong) 0變到1時，Uo從(cong) 0變到Ud，且輸出電壓最大不超過Ud。由於(yu) 變換器的輸出電壓總是小於(yu) 輸入電壓，故串聯式開關(guan) 穩壓電路也稱降壓變換器。工作中輸入電流在開關(guan) 閉合時大於(yu) 0，在開關(guan) 斷開時等於(yu) 0，因此降壓變換器的輸入電流是脈動的。對於(yu) 脈動電流，在實際應用中應加以限製，否則會(hui) 影響到其它電器的正常工作。不過輸出電流在電感L以及二極管D和電容C的作用下卻是連續、平穩的。

        並聯式開關(guan) 穩壓電路及其主要工作波形如圖2所示

        當晶體(ti) 管T導通時，二極管D反向偏置而截止。電感上的電壓：

                （5）

        電感電流按直線規律上升。

        當晶體(ti) 管T截止時，二極管D導通。電感上的電壓為(wei) ：

                （6）

        電感中的電流按直線規律下降。

        根據法拉第定律，穩態運行時電感電壓在一個(ge) 周期內(nei) 的伏秒積為(wei) 零，即：

                （7）

        所以輸出電壓Uo為(wei) ：

                （8）

        式（8）表明，Boost電路輸出電壓平均值總是大於(yu) 輸入電壓，當D從(cong) 0變到1時，Uo從(cong) Ud變到任意大。由於(yu) 變換器的輸出電壓總是大於(yu) 輸入電壓，故並聯式開關(guan) 穩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的，紋波電流隨著電感L的增大而減小。晶體(ti) 管輸出電流總是脈動的。而且，峰值電流較大，通過輸出端的濾波電容才能在負載上獲得連續而平穩的電流。

  【題目8】：為(wei) 什麽(me) 采用精密整流電路，精密整流與(yu) 普通整流電路有何不同？  

【相關(guan) 知識】：二極管伏安特性、單向導電性、半波和全波整流電路工作原理、精密整流電路工作原理。

【解題方法】：將交流電轉換為(wei) 直流電稱為(wei) 整流。全波整流電路的輸出保留輸入電壓的形狀，而僅(jin) 僅(jin) 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，由於(yu) 二者的適用範圍不同，理解時應區分二者的結構和工作原理。

【解答過程】：當輸入電壓為(wei) 正弦波時，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零處附近準確轉換成直流電壓。

        在圖2(a)所示為(wei) 一般半波整流電路，由於(yu) 二極管的伏安特性如圖(b)所示，當輸入電壓uI幅值小於(yu) 二極管的開啟電壓Uon時，二極管在信號的整個(ge) 周期均處於(yu) 截止狀態，輸出電壓始終為(wei) 零。即使uI幅值足夠大，輸出電壓也隻反映uI大於(yu) Uon的那部分電壓的大小。在uI與(yu) Uon相差不大時，輸出整流波形在零區附近的失真非常明顯。因此，該電路不能對微弱信號整流。

        圖3(a)所示為(wei) 半波精密整流電路。當uI＞0時，必然使集成運放的輸出＜0，從(cong) 而導致二極管D2導通，D1截止，電路實現反相比例運算，輸出電壓：

                (1)

        當uI＜0時，必然使集成運放的輸出＞0，從(cong) 而導致二極管D1導通，D2截止，Rf中電流為(wei) 零，因此輸出電壓u0=0。uI和u0的波形如圖(b)所示。

        如果設二極管的導通電壓為(wei) 0.7V，集成運放的開環差模放大倍數為(wei) 50萬(wan) 倍，那麽(me) 為(wei) 使二極管D1導通，集成運放的淨輸入電壓應為(wei) ：

        

        同理可估算出為(wei) 使D2導通，集成運放所需的淨輸入電壓也具有同等數量級。可見，隻要輸入電壓uI使集成運放的淨輸入電壓產(chan) 生非常微小的變化，就可以改變D1和D2工作狀態，從(cong) 而達到精密整流的目的。

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

        一般整流電路通常用於(yu) 需要通過整流獲得某恒定直流電壓的場合，如電子線路的控製電源等。通常在這種應用場合下不需計較整流輸出端的波形，而隻關(guan) 心濾波後獲得的直流電壓的大小。而精密整流常用作信號變換，因而除了相位關(guan) 係的改變外，主要關(guan) 心整流輸出波形與(yu) 輸入波形的相符程度，任何微小的畸變都會(hui) 影響精密整流的性能。