电子系统设计 模拟电路及电力电子系统应用设计PDF电子书下载

第1章 电子系统设计基础知识 1

1.1 电子系统的运行环境与影响 1

1.1.1 运行环境的分类 1

1.1.2 运行环境对设备的影响 1

1.1.3 各种工作环境对电子系统的要求 4

1.2 电子系统设计的基本安全规范 4

1.3 电子系统的结构与热设计 8

1.3.1 电子系统的结构设计规范与要求 8

1.3.2 电子系统的“三防”设计与要求 9

1.3.3 热设计的布局方法与要求 10

第2章 常用无源电子元件基础知识 13

2.1 电阻器 13

2.1.1 常用电阻器 13

2.1.2 电阻器的主要特性参数 14

2.1.3 常用特殊类型的电阻 17

2.2 电位器 19

2.2.1 电位器的种类 19

2.2.2 电位器的主要特性参数 21

2.3 电容器 23

2.3.1 电容器的分类 23

2.3.2 电容器的主要特性参数 24

2.3.3 常用电容器 28

2.4 电感元件 31

2.4.1 电感元件的种类 31

2.4.2 电感线圈的主要特性参数 33

2.5 小型电气开关 35

2.5.1 开关的种类 35

2.5.2 开关的主要技术参数 35

2.5.3 开关的选用 36

2.6 继电器 37

2.6.1 继电器的分类 37

2.6.2 电磁继电器的主要特性参数 37

2.7 瞬态电压抑制二极管 39

2.7.1 瞬态电压抑制二极管型号的命名方法 40

2.7.2 瞬态电压抑制二极管的特性 40

2.7.3 瞬态电压抑制二极管的参数 41

2.7.4 瞬态电压抑制二极管的合理选用 43

第3章 模拟电路应用设计 44

3.1 运算放大器的模型及电路基本分析方法 44

3.1.1 运算放大器的模型 44

3.1.2 运算放大器电路的基本分析方法 45

3.2 运算放大器的主要种类与性能特点 45

3.2.1 按制造工艺分类 46

3.2.2 按工作原理分类 46

3.2.3 按性能指标分类 46

3.3 运算放大器的主要性能参数及其应用 48

3.3.1 输入失调电压、输入失调电流和输入偏置电流 48

3.3.2 开环差模电压增益、共模抑制比和差模输入电阻 51

3.3.3 增益带宽积参数 53

3.3.4 转换速率或压摆率 53

3.3.5 最大差模输入电压和最大共模输入电压 54

3.4 放大电路设计的一般性问题 54

3.4.1 多级放大电路级联的阻抗匹配 54

3.4.2 多级放大电路级联的-3dB带宽预估 55

3.4.3 运算放大电路反馈电阻网络及输出负载的匹配 55

3.5 运算放大器典型线性应用电路 56

3.5.1 反相放大电路 56

3.5.2 同相放大电路 56

3.5.3 电压跟随电路 56

3.5.4 反相加法电路 56

3.5.5 同相加法电路 57

3.5.6 单运放差分放大电路 57

3.5.7 双运放差分放大电路 57

3.5.8 三运放差分放大电路（仪表放大器） 57

3.5.9 反相积分电路 58

3.5.10 同相积分电路 58

3.5.11 微分电路 58

3.5.12 单电源供电反相输入交流电压放大电路 59

3.5.13 单电源供电同相输入交流电压放大电路 60

3.5.14 电流-电压转换电路 60

3.5.15 高增益电流-电压转换电路 60

3.5.16 基本PID调节电路 61

3.5.17 高频噪声抑制PID调节电路 61

3.6 运算放大器常用非线性应用电路 63

3.6.1 线性整流电路 63

3.6.2 绝对值电路 63

3.6.3 高输入阻抗绝对值电路 64

3.6.4 滞环比较器电路 64

3.6.5 窗比较器电路 65

3.7 常用波形发生电路 65

3.7.1 RC正弦振荡器电路（文氏桥振荡器） 65

3.7.2 方波发生器电路 66

3.7.3 方波-三角波发生器电路 67

3.7.4 555定时器构成的矩形波发生器电路 67

3.7.5 555定时器构成的占空比可调矩形波发生器电路 67

3.7.6 555定时器构成的方波发生器电路 68

3.8 常用分立元件放大电路 68

3.8.1 开关量变换电路 68

3.8.2 交流放大电路 70

3.9 应用设计实训 73

3.9.1 数字电子秤设计 73

3.9.2 数字温度计设计 73

3.9.3 扩音器设计 74

3.9.4 宽频带交流电压表设计 74

第4章 有源滤波器电路设计 75

4.1 有源滤波器概述 75

4.2 滤波器的主要技术参数 76

4.3 二阶有源滤波器的传递函数与特性 78

4.3.1 二阶低通滤波器 78

4.3.2 二阶高通滤波器 80

4.3.3 二阶带通滤波器 81

4.3.4 二阶带阻滤波器 81

4.3.5 二阶全通滤波器 84

4.4 二阶有源滤波器的电路结构与设计 84

4.4.1 常用二阶有源低通滤波器 85

4.4.2 常用二阶有源高通滤波器 87

4.4.3 常用二阶有源带通滤波器 89

4.4.4 常用二阶有源带阻滤波器 91

4.4.5 常用二阶有源移相滤波器 92

4.5 应用设计实训 93

4.5.1 波形变换电路设计（一） 93

4.5.2 波形变换电路设计（二） 93

第5章 直流开关电源设计 95

5.1 直流开关电源概述 95

5.2 非隔离型DC-DC变换主电路设计 95

5.2.1 Buck主电路的设计 96

5.2.2 Boost主电路的设计 100

5.2.3 Buck-Boost主电路的设计 104

5.3 隔离型DC-DC变换主电路设计 107

5.3.1 正激变换主电路设计 107

5.3.2 反激变换主电路设计 112

5.3.3 桥式变换主电路设计 115

5.4 电容滤波二极管桥式整流电路设计 119

5.4.1 电容滤波单相桥式二极管整流电路设计 119

5.4.2 电容滤波三相桥式二极管整流电路设计 120

5.4.3 电容滤波桥式二极管整流电路的软启动 121

5.5 开关电源中的反馈控制模式 122

5.5.1 电压型反馈控制 122

5.5.2 电流型反馈控制 123

5.5.3 过流保护控制 123

5.6 输入EMI滤波电路 126

5.7 应用设计实训 128

5.7.1 Buck降压式开关电源设计 128

5.7.2 Boost升压式开关电源设计 129

5.7.3 反激式开关稳压电源设计 129

第6章 逆变电源设计 131

6.1 逆变电源概述 131

6.2 单相逆变电路设计 131

6.2.1 单相桥式方波逆变主电路设计 131

6.2.2 单相桥式SPWM逆变主电路设计 135

6.3 三相SPWM逆变主电路设计 138

6.4 逆变电源中的反馈控制 139

6.4.1 移相调压方波逆变反馈控制 139

6.4.2 SPWM逆变的输出电压反馈控制 140

6.5 应用设计实训 143

6.5.1 荧光灯电子镇流器设计 143

6.5.2 移相控制单相方波逆变感应加热电源 144

6.5.3 PWM调制型D类功放系统设计 144

6.5.4 光伏逆变并网系统模拟设计 145

第7章 单相APFC电源设计 146

7.1 APFC电源概述 146

7.2 单相Boost型APFC主电路设计 146

7.2.1 临界导电控制模式 146

7.2.2 平均电流控制模式 148

7.3 单相Boost型APFC反馈控制原理 149

7.3.1 临界导电控制模式 149

7.3.2 平均电流控制模式 149

7.4 单相Flyback型APFC主电路设计 150

7.4.1 临界导电控制模式 151

7.4.2 平均电流控制模式 152

7.5 单相Flyback型APFC反馈控制原理 153

7.5.1 临界导电控制模式 153

7.5.2 平均电流控制模式 154

7.6 应用设计实训 154

7.6.1 基于Boost电路的单相APFC电源设计 154

7.6.2 基于Flyback电路的LED灯驱动电源设计 155

7.6.3 单级高功率因数荧光灯电子镇流器设计 155

第8章 反馈环路稳定性设计 157

8.1 反馈环路概述 157

8.2 典型环节的频率特性 158

8.2.1 比例环节 158

8.2.2 积分环节 158

8.2.3 微分环节 159

8.2.4 惯性环节 159

8.2.5 一阶微分环节 160

8.2.6 延迟环节 161

8.2.7 二阶振荡环节 162

8.2.8 二阶微分环节 164

8.3 系统稳定性的频域分析及设计原则 164

8.3.1 系统稳定性的频域分析 164

8.3.2 系统稳定性设计原则 165

8.4 常用补偿网络及频率特性 166

8.4.1 1型补偿网络 166

8.4.2 2型补偿网络 167

8.4.3 3型补偿网络 168

8.4.4 跨导运算放大器补偿网络 169

8.5 电压控制模式的开关电源反馈环路设计 171

8.5.1 通过功能模块分析实现反馈环路设计 172

8.5.2 利用变换系统数学模型实现反馈环路设计 180

8.6 电流控制模式的开关电源反馈环路设计 183

8.6.1 峰值电流控制模式下的斜坡补偿 183

8.6.2 电压反馈环路的稳定性设计 186

8.7 SPWM逆变系统反馈环路设计 188

8.7.1 瞬时值单闭环反馈环路设计 188

8.7.2 平均值单闭环反馈环路设计 190

8.7.3 双闭环反馈环路设计 191

8.8 设计案例 192

8.8.1 电压控制模式Buck稳压电源反馈控制设计案例 192

8.8.2 逆变系统瞬时值单闭环反馈环路设计案例 195

第9章 电力电子常用磁性元件设计 197

9.1 磁性元件概述 197

9.2 磁性材料的基本知识 197

9.2.1 磁性材料的分类 197

9.2.2 磁性材料的基本参数 199

9.2.3 铁氧体磁芯的基本特性 200

9.2.4 磁性元件的损耗 203

9.3 开关电源变压器及电感的设计 204

9.3.1 桥式、推挽、正激变换电路变压器设计 204

9.3.2 电感、反激变换电路变压器的设计 211

9.4 交流电流互感器的设计 213

9.5 脉冲直流电流互感器的设计 215

9.6 脉冲变压器的设计 218

第10章 基于MATLAB的电力电子系统仿真 219

10.1 电力电子系统仿真概述 219

10.2 Simulink简介 219

10.2.1 Simulink的启动 219

10.2.2 Simulink模型库中的基础模块库 220

10.2.3 SimPowerSystems模块库 228

10.3 Simulink运行仿真 238

10.3.1 仿真参数设置窗口 238

10.3.2 仿真参数的设置 239

10.3.3 Simulink仿真的步骤 240

10.4 基于MATLAB的电力电子主电路设计参数仿真 243

10.5 基于MATLAB的反馈环路稳定性分析和闭环系统运行性能分析 249

参考文献 256