第5章　模擬電路的特點與電路分析

5.1　電源電路

電源電路實際上就是為設(shè)備供電的電路，輸入的電壓往往是公用的交流220V，經(jīng)過一系列變換，轉(zhuǎn)換成設(shè)備所需要的工作電壓為各單元電路進行供電，以確保滿足設(shè)備正常的工作條件。

5.1.1　電源電路的結(jié)構(gòu)特點

電源電路分為線性電源電路和開關(guān)電源電路。

（1）線性電源電路的結(jié)構(gòu)特點與電路分析

線性電源電路又稱串聯(lián)穩(wěn)壓電路，如圖5-1所示，是先將交流電通過變壓器降壓，經(jīng)整流，得到脈動直流后再經(jīng)濾波得到微小波紋的直流電壓，最后再由穩(wěn)壓電路輸出較為穩(wěn)定的直流電壓。其電路結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，目前，在科研、家電、工廠等產(chǎn)品中都有廣泛的應(yīng)用。

典型線性電源電路的結(jié)構(gòu)關(guān)系如圖5-2所示。

這是一個典型線性電源電路實用電路，由降壓變壓器、橋式整流堆、濾波電容以及穩(wěn)壓晶體管等部件組成的。根據(jù)電路圖中各主要部件的功能特點，可劃分成交流輸入電路單元、整流電路單元、濾波電路單元、穩(wěn)壓輸出電路單元。

① 交流輸入電路單元　交流輸入電路單元主要是由變壓器組成的。變壓器的左側(cè)有220V的文字標識，右側(cè)有8V的文字標識，這說明，變壓器的左側(cè)端（初級繞組）接220V電壓，右側(cè)（次級繞組）得到的是8V電壓。因此，我們在交流輸入電路單元中可以讀出：該交流輸入電路是將輸入的220V交流電壓經(jīng)變壓器降壓后，在變壓器的次級繞組上得到了8V的交流電壓。

② 整流電路單元　整流電路單元主要是由橋式整流堆VD1～VD4組成的。該橋式整流堆的上下兩個引腳分別連接降壓變壓器次級輸出的8V交流電壓，左右引腳輸出-10V直流電壓。由此可知，該橋式整流堆的主要功能是將8V交流電壓整流輸出-10V直流電壓。

③ 濾波電路單元　濾波電路單元主要是由濾波電容C1組成的。它可將橋式整流堆輸出的-10V直流電壓進行平滑濾波。

④ 穩(wěn)壓輸出電路單元　該穩(wěn)壓輸出電路分為兩部分，分別為穩(wěn)壓電路和檢測保護電路。其中，穩(wěn)壓電路部分由VT1、VDZ和RL構(gòu)成；檢測保護電路是由VT2和偏置元件構(gòu)成的。

當穩(wěn)壓電路正常工作時，VT2發(fā)射極電位等于輸出端電壓。而基極電位由U_i經(jīng)R2和R3分壓獲得，發(fā)射極電位低于基極電位，發(fā)射結(jié)反偏使VT2截止，保護不起作用。當負載短路時，VT2的發(fā)射極接地，發(fā)射結(jié)轉(zhuǎn)為正偏，VT2立即導通，而且由于R2取值小，一旦導通，很快就進入飽和。其集-射極飽和壓降近似為零，使VT1的基-射之間的電壓也近似為零，VT1截止，起到了保護調(diào)整管VT1的作用。而且，由于VT1截止，對U_i無影響，因而也間接地保護了整流電源。一旦故障排除，電路即可恢復正常。

（2）開關(guān)電源電路的結(jié)構(gòu)特點與電路分析

開關(guān)電源電路實際上是由交流輸入電路、開關(guān)振蕩電路、開關(guān)變壓器以及整流濾波和輸出電路構(gòu)成的，如圖5-4所示。采用這種方式，由于開關(guān)振蕩電路產(chǎn)生的脈沖頻率較高，變壓器和電解電容器的體積會大大減小；而且采用開關(guān)脈沖的工作方式，電源的效率會大大提高。因而在電視機、電腦顯示器等家電設(shè)備中都采用開關(guān)電源。

典型開關(guān)電源電路的結(jié)構(gòu)關(guān)系見圖5-5。

這是LG-1715S液晶電腦顯示器開關(guān)電源電路，由熔斷器F101、互感濾波器LF101、濾波電容CX101、CY101、CY102、橋式整流堆BD101、濾波電容C101、開關(guān)場效應(yīng)晶體管Q101、開關(guān)振蕩控制集成電路U101、開關(guān)變壓器T101、光電耦合器PC201、誤差檢測電路U201(KIA431)及取樣電阻R205、R211、R214、R210等部分構(gòu)成的。根據(jù)電路圖中各主要部件的功能特點，可劃分成交流輸入電路單元、整流濾波電路單元、開關(guān)振蕩電路單元、次級輸出電路單元。

① 交流輸入電路單元　交流輸入電路是由熔斷器F101、互感濾波器LF101、濾波電容CX101、CY101、CY102等部分構(gòu)成的，其主要功能是濾除交流電路中的噪聲和脈沖干擾。在電路的左側(cè)為交流輸入端，交流220V電壓經(jīng)插座送入電路內(nèi)部，經(jīng)熔斷器F101和濾波電容CX101、CY101、CY102濾波后，送入互感濾波器LF101濾波后輸出。

② 整流濾波電路單元　電源電路中的整流濾波電路單元主要是由橋式整流堆BD101、濾波電容C101、開關(guān)變壓器T101等部分組成的。

濾波后的220V交流電壓由橋式整流堆BD101整流、濾波電容C101濾波后，變成約300V的直流電壓，加到開關(guān)變壓器T101的①腳，并為開關(guān)振蕩集成電路提供直流偏壓。

③ 開關(guān)振蕩電路單元　電源電路中的開關(guān)振蕩電路單元主要是由開關(guān)場效應(yīng)晶體管Q101、開關(guān)振蕩控制集成電路U101以及相關(guān)電路構(gòu)成的。

a. 開機時，由220V交流電壓整流輸出的300V直流電壓，經(jīng)開關(guān)變壓器T101初級繞組①、②加到開關(guān)晶體管Q101的漏極D。開關(guān)晶體管的源極S經(jīng)R111接地，柵極G受開關(guān)振蕩集成電路U101的⑥腳控制。

b. 300V直流電壓為U101的①腳提供啟動電壓，使U101中的振蕩器起振，U101再為開關(guān)晶體管Q101的柵極G提供振蕩信號，于是開關(guān)管Q101開始振蕩，使開關(guān)變壓器T101的初級線圈中產(chǎn)生開關(guān)電流。開關(guān)變壓器的次級繞組③、④中便產(chǎn)生感應(yīng)電流，③腳的輸出經(jīng)整流、濾波后形成正反饋電壓加到U101的⑦腳，從而維持振蕩電路的工作，使開關(guān)電源進入正常工作狀態(tài)。

④ 次級輸出電路單元　該電路的次級輸出電路被分為兩部分：一部分為+12V、+5V輸出電路單元；另一部分為穩(wěn)壓控制電路單元。

a. +12V、+5V輸出電路單元主要是由開關(guān)變壓器T101的次級線圈、雙二極管、濾波電容及電感等部件組成的。開關(guān)電源起振后，開關(guān)變壓器T101的次級線圈輸出開關(guān)脈沖信號，經(jīng)整流濾波電路后輸出+12V和+5V電壓。

b. 穩(wěn)壓控制電路單元主要由U101、光電耦合器PC201、誤差檢測電路U201（KIA431）及取樣電阻R205、R211、R214、R210等組成。誤差檢測電路設(shè)在+5V的輸出電路中，R205與R211的分壓點作為取樣點。當開關(guān)變壓器次級+12V或+5V輸出電壓升高時，經(jīng)取樣電阻分壓加至U201的R端電位升高，U201的K端電壓則降低，使流經(jīng)光電耦合器PC201內(nèi)部發(fā)光二極管的電流增大，其發(fā)光管亮度增強，光敏三極管導通程度增強，最終使其內(nèi)部振蕩電路降低輸出驅(qū)動脈沖占空比，使開關(guān)管Q101的導通時間縮短，輸出電壓降低。如果輸出電壓降低則T101輸出驅(qū)動脈沖占空比升高，這樣使輸出電壓保持穩(wěn)定。

5.1.2　電源電路的分析實例

電源電路的應(yīng)用十分廣泛，它是為各種微電子產(chǎn)品進行供電的電路，電子元器件的選用不同、組合形式不同，加之電路連接上的差異，使得電源電路結(jié)構(gòu)也均有不同。

（1）線性電源電路

① 收音機電源電路的實例分析

典型收音機電源電路見圖5-6。

該電路主要是由變壓器T、橋式整流堆VD1～VD4、濾波電容C1、C2及穩(wěn)壓二極管D5等部件構(gòu)成的，是利用穩(wěn)壓二極管進行穩(wěn)壓的電源電路。

在收音機電源電路中，交流220V電壓經(jīng)變壓器降壓后輸出8V交流低壓，8V交流電壓經(jīng)橋式整流電路輸出約11V直流，再經(jīng)C1濾波，R限流、D5穩(wěn)壓，C2濾波后輸出6V穩(wěn)壓直流。電路中使用了兩只電解電容進行平滑濾波。

② 壓力鍋電源電路的實例分析

典型壓力鍋電源電路見圖5-7。

電源電路是壓力鍋整機工作所有“動力”的來源，其電源電路多采用線性電源電路。該電路主要是由熔斷器FU、壓敏電阻RV、濾波電容C1、變壓器T、橋式整流堆VD1～VD4、濾波電容C2、C3、三端穩(wěn)壓器IC1、限溫器RT1、壓力開關(guān)RT2、接口插座X2等部件組成的。其中，熔斷器是一種安裝在電路中，保證電路安全運行的電器元件。當該電路發(fā)生故障或異常時，電流會不斷升高，而升高的電流有可能損壞電路中的某些重要器件，甚至可能燒毀電路。變壓器可對輸入的電壓進行降壓，將交流220V電壓變?yōu)?2V、10V左右的交流電壓。三端穩(wěn)壓器IC1是該電源的穩(wěn)壓電路，它可輸出5V的穩(wěn)定電流電壓。

直流電源電路由交流輸入電路、變壓器、整流濾波和穩(wěn)壓電路等部分構(gòu)成，AC 220V經(jīng)變壓器降壓后，輸出低壓交流電。低壓交流電壓再經(jīng)過橋式整流電路整流為直流電壓后，由濾波電容器進行平滑濾波，使其變得穩(wěn)定。為了滿足電飯煲中不同電路供電電壓的不同需求，經(jīng)過平滑濾波的直流電壓，一部分經(jīng)過穩(wěn)壓電路，穩(wěn)壓為+5V左右的電壓后，再輸入到電飯煲的所需的電路中，為其供電。同時+12V為繼電器供電。

其主要的信號流程如下：

a. 交流220V電壓，送入電路后，通過熔斷器FU將交流電輸送到電源電路中。熔斷器主要起保護電路的作用，當電飯煲中的電流過大或電飯煲中的溫度過高時，熔斷器熔斷，切斷電飯煲的供電。

b. 交流220V電壓進入到電源電路中，經(jīng)過降壓變壓器降壓后，輸出約10V的交流低壓。

c. 10V交流低壓經(jīng)過橋式整流電路和濾波電容，變?yōu)橹绷鞯蛪海偎偷椒€(wěn)壓電路中。

d. 穩(wěn)壓電路對整流電路輸出的直流電壓進行穩(wěn)壓后，輸出+5V的穩(wěn)定電流電壓，穩(wěn)壓5V為微電腦控制電路提供工作電壓。

③ 電磁爐電源電路的實例分析

典型電磁爐直流供電電路見圖5-8。

該直流供電電路為百合花DCL-1電磁爐電源電路，主要由開關(guān)K₁、風扇電機、變壓器T₃、橋式整流堆VD9和VD8、濾波電容C6、C5、穩(wěn)壓二極管VD6、VD7、三極管VT9等部件組成。在該電路中，其變壓器T3有兩個次級繞組，可輸出兩路變壓后的交流電壓；三極管VT9實際上是一個射極輸出器，其發(fā)射極的輸出會跟隨基極電壓的變化而變化。

該供電電路可分別為散熱風扇和主電路提供工作電壓：

a. 散熱風扇供電。220V交流電壓經(jīng)過熔斷器S1以后，送入風扇電機，在這個電路中，散熱風扇是采用220V交流電壓供電的。散熱風扇不受任何其他電路控制，只要接通220V電源，散熱風扇就會旋轉(zhuǎn)進行散熱。

b. 主電路供電。當220V交流電壓經(jīng)開關(guān)K1進入變壓器T3的初級線圈，變壓器T3的主要作用是降壓，它的次級有兩組線圈可分別輸出兩組9V交流電壓。兩組9V電壓分別經(jīng)過兩組橋式整流電路，最后進行疊加，形成18V電壓加到調(diào)整管VT9的集電極，VT9的發(fā)射極輸出穩(wěn)壓后的12V電壓。

在VT9的基極上設(shè)有一個穩(wěn)壓二極管VD5，基極被穩(wěn)定在12V電壓上，射極的輸出也就被穩(wěn)定在12V上。VT9的發(fā)射極接有兩個電容C24和C9，它們起平滑濾波的作用（其中，10μF的C9主要是對低頻波紋進行濾除，0.1μF的C24主要是對高頻噪波進行濾除），使輸出電壓的波紋大大降低。

④ 安全型直流穩(wěn)壓電路的實例分析　

在電子電路中常要用直流穩(wěn)壓電源，但一般直流穩(wěn)壓電源的負載發(fā)生短路時，很容易燒壞穩(wěn)壓電源；穩(wěn)壓電源發(fā)生故障，也容易造成輸出電壓過高燒壞用電負載。為了克服上述不足，提高穩(wěn)壓電源工作的安全可靠性，可采用安全型直流穩(wěn)壓電源。

典型安全型直流穩(wěn)壓電路見圖5-9。

該電路主要是由降壓變壓器TM、橋式整流堆VD1～VD4、濾波電容C1、繼電器K、三極管VT1、VT2、穩(wěn)壓管VZ1、VZ2、VZ3、晶閘管VS等部件組成的。其中，電源電路的調(diào)整管VT1，放大管VT2采用不同類型的晶體管，VT1用PNP管，VT2用NPN管。

a. 當交流220V電壓輸入后，首先經(jīng)變壓器TM將交流220V電壓變?yōu)榻涣?5V電壓，該電壓再經(jīng)橋式整流堆VD1～VD4、濾波電容C1整流濾波后變?yōu)橹绷?5V電壓，并向其后級的穩(wěn)壓電路輸出。

b. 電阻R4、R6和穩(wěn)壓管VZ1、VZ2組成穩(wěn)壓管比較電橋用于電壓誤差的測量，其優(yōu)點是測量靈敏度高，輸出電阻小，可給放大管提供較大的基極電流，有利于提高穩(wěn)壓精度。

由C2、R5構(gòu)成的啟動電路是此穩(wěn)壓電源電路所特有的，如果沒有啟動電路，在接通電源后，VT1、VT2均處于截止狀態(tài)，無輸出電壓。

c. 附加的過電壓保護電路由電阻R7、電位器RP構(gòu)成的分壓器、抗干擾電容C4、穩(wěn)壓管VZ3、電阻R8、晶閘管VS及繼電器K組成。當輸出電壓因某種故障原因升高到超過設(shè)定的值時，VZ3發(fā)生擊穿，晶閘管VS被觸發(fā)導通，繼電器K得電動作，其常閉觸點K1-1斷開，保護了用電負載。過壓保護具有記憶性，只有切斷輸入電源，可控硅才能恢復截止狀態(tài)。排除過壓故障后，才能恢復正常供電。

（2）開關(guān)電源電路的分析實例

① 彩色電視機電源電路的實例分析

典型彩色電視機電源電路見圖5-10。

該電源電路為TCL-AT2565彩色電視機開關(guān)電源電路，主要是由熔斷器F801、電容器C801～C803、互感濾波器T801和T802、橋式整流堆VD801、濾波電容C806和C807、開關(guān)場效應(yīng)晶體管Q801、開關(guān)振蕩控制集成電路IC801、變壓器T803、整流二極管D833、D831、D832、光電耦合器、誤差檢測放大電路IC803等部件構(gòu)成的。其中，開關(guān)變壓器T803的⑨～⑥腳為初級繞組，①～③腳為正反饋繞組，?～?、⑩～?、?、?為次級繞組。這一開關(guān)電源能夠輸出135V、33V、16V、11V、8V和5V等多路穩(wěn)定的直流電壓，為彩色電視機的各個電路模塊及元器件提供正常的工作電壓。

該開關(guān)電源電路可劃分為交流輸入電路、整流和濾波電路、開關(guān)振蕩電路和次級輸出電路。

a. 交流輸入電路單元。交流輸入電路是由熔斷器F801、電容器C801～C803、互感濾波器T801和T802等元件構(gòu)成的。該電路中的互感濾波器用于抑制來自市電的干擾和脈沖。

b. 整流和濾波電路單元。220V交流電送入電路后，經(jīng)互感濾波器加到橋式整流堆D801上，D801將交流電壓變成脈動直流電壓先經(jīng)熱敏電阻RT802，再經(jīng)C806和C807濾波電容濾波后，形成300V直流電壓，加到變壓器T803的⑨腳，作為振蕩電路的工作電壓。

c. 開關(guān)振蕩電路單元。開關(guān)振蕩電路主要是由開關(guān)場效應(yīng)晶體管Q801，開關(guān)振蕩控制集成電路IC801，以及外圍相關(guān)電路構(gòu)成的。

當電視機接通電源后，由220V交流輸入電壓經(jīng)整流濾波后輸出300V直流電壓，經(jīng)變壓器初級繞組的⑨～⑥腳加到開關(guān)場效應(yīng)晶體管Q801的漏極（D）上，開關(guān)晶體管的源極（S）接地，柵極（G）受開關(guān)振蕩集成電路?腳的控制。

300V直流電壓經(jīng)啟動電阻R803、R804為IC801的?腳提供啟動電壓，使IC801中的振蕩器起振，為開關(guān)場效應(yīng)晶體管Q801的柵極（G）提供振蕩信號，使開關(guān)晶體管Q801處于開關(guān)工作狀態(tài)，在開關(guān)變壓器T803的初級繞組⑥～⑨腳上形成開關(guān)電流，通過變壓器T803互感作用，在T803的①～③繞組上產(chǎn)生感應(yīng)脈沖電壓。開關(guān)變壓器T803①腳產(chǎn)生的感應(yīng)脈沖電壓經(jīng)D808整流，C816濾波，R808A限流后加到IC801的?腳。同時經(jīng)R808加到IC801的③腳，從而使IC801正常振蕩，以維持開關(guān)電源正常工作。

其中IC801的②腳為初級繞組電流信號檢測端。此腳時通過R802與300V電源相連，用于過壓檢測控制。當市電輸入電壓過高時，C810上充電幅度上升，這時通過內(nèi)部控制放大器可以減小輸出脈沖占空比。當該腳電壓過高時，內(nèi)部的保護電路會切斷IC801?腳輸出的激勵脈沖。

IC801的?腳為啟動電壓輸入端，同時作為欠壓保護和取樣電壓輸入端，其外接R804和R803的分壓電路并與整流濾波的輸出端相連。

d. 次級輸出電路單元。開關(guān)電源起振后，經(jīng)變壓器T803次級繞組?、?、⑩～?、
?～?輸出開關(guān)脈沖信號，分別經(jīng)整流二極管VD833、VD831、VD832整流和濾波電容濾波后輸出+16V、+135V、+11V、+5V電壓。+135V電壓經(jīng)電阻器R842、R843降壓限流后輸出+33V電壓，+11V電壓經(jīng)過三端穩(wěn)壓器（IC804）后輸出+8V電壓。

e. 穩(wěn)壓電路單元。誤差檢測電路設(shè)在+135V輸出電路中，+135V電壓經(jīng)R840、VR821、R841到地構(gòu)成分壓電路。IC803的K端接地，G端接在R840和VR821的分壓點上，+135V電壓若有波動，則IC803的A端電流就會有變化。IC803的A端接在光電耦合器中的發(fā)光二極管的負極，其電流變化必然會引起發(fā)光強弱的變化。光電耦合器將電流的變化轉(zhuǎn)換成電壓加到IC801的⑤腳，形成負反饋控制，從而實現(xiàn)穩(wěn)壓。

② 影碟機電源電路的實例分析

典型影碟機電源電路見圖5-11。

該電源電路為典型影碟機開關(guān)電源電路，由電源開關(guān)SW、熔斷器F1、互感濾波器T1、濾波電容C₁、開關(guān)振蕩集成電路IC1、開關(guān)變壓器T2、光電耦合器IC2、誤差檢測電路IC3、取樣電阻R14、R12、R13等部分構(gòu)成。開關(guān)場效應(yīng)晶體管和開關(guān)振蕩電路都集成到IC1中。

該開關(guān)電源電路可劃分為交流輸入和整流濾波電路、開關(guān)振蕩電路、次級輸出電路和穩(wěn)壓電路。

a. 交流輸入和整流濾波電路單元。交流輸入電路是由電源開關(guān)SW、熔斷器F1、互感濾波器T1等部分構(gòu)成的。220V交流電壓經(jīng)濾波后由橋式整流堆VD1～VD4和濾波電容C1構(gòu)成的橋式整流電路進行整流，然后輸出約300V的直流電壓并送到開關(guān)變壓器的初級繞組L1上。

b. 開關(guān)振蕩電路單元。300V直流電壓經(jīng)開關(guān)變壓器T2的初級繞組L1加到IC1的⑤～⑧腳，⑤～⑧腳內(nèi)接開關(guān)場效應(yīng)晶體管的漏極。同時300V直流電壓經(jīng)R1、R2、R3等元件形成啟動電壓加到IC1的①腳，使IC1內(nèi)的振蕩電路起振，開關(guān)變壓器T2的初級繞組中開始有開關(guān)電流產(chǎn)生。

T2的次級繞組L2會感應(yīng)出開關(guān)信號，L2繞組的輸出經(jīng)整流濾波電路形成正反饋信號并疊加到IC1的①腳，保持①腳有足夠的直流電壓以維持IC1中振蕩電路的振蕩，使開關(guān)電路進入穩(wěn)定的振蕩狀態(tài)。

c. 次級輸出電路單元。開關(guān)變壓器T2的次級繞組（L3、L4）的輸出經(jīng)整流濾波電路后分別輸出+12V、-12V、+5V等電壓。

d. 穩(wěn)壓電路單元。誤差檢測電路設(shè)在+5V輸出電路中，+5V輸出端與地之間串接兩個分壓電阻R14、R13，其分壓點作為誤差電壓取樣端，取樣電壓加到IC3的R輸入端。光電耦合器IC2接在IC3的K端。當輸出電壓變化時，會引起IC2中發(fā)光二極管的發(fā)光強度發(fā)生變化，這樣會使IC2中光敏晶體管集電極和發(fā)射極之間的阻抗發(fā)生變化。IC2的③端接在IC1的②、④腳，IC1的②腳為穩(wěn)壓負反饋信號的輸入端。這個環(huán)路可使輸出電壓得到穩(wěn)壓。