第8章功率電子電路

1、8.1 低頻功率放大電路低頻功率放大電路 功率放大：以輸出功率為重點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)負(fù)載。功率放大：以輸出功率為重點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)負(fù)載。電壓放大：不失真地增大輸出信號(hào)電壓幅度，以驅(qū)動(dòng)功放。電壓放大：不失真地增大輸出信號(hào)電壓幅度，以驅(qū)動(dòng)功放。 功率放大器實(shí)質(zhì)上也是能量轉(zhuǎn)換電路，它的主要功率放大器實(shí)質(zhì)上也是能量轉(zhuǎn)換電路，它的主要特點(diǎn)就是工作在大信號(hào)狀態(tài)下。特點(diǎn)就是工作在大信號(hào)狀態(tài)下。1.預(yù)備知識(shí)預(yù)備知識(shí) 電壓放大和功率放大有不同的特點(diǎn)及指標(biāo)要求，在多級(jí)電壓放大和功率放大有不同的特點(diǎn)及指標(biāo)要求，在多級(jí)放大器中，電壓放大器處于前置級(jí)和中間級(jí)，而功率放大器放大器中，電壓放大器處于前置級(jí)和中間級(jí)，而功率放大器處在末級(jí)（也可

2、能包括末前級(jí)），以驅(qū)動(dòng)負(fù)載。處在末級(jí)（也可能包括末前級(jí)），以驅(qū)動(dòng)負(fù)載。（2 2）功率放大器的效率）功率放大器的效率和晶體管集電極效率和晶體管集電極效率c 2. 主要指標(biāo)主要指標(biāo)%o100UPP cU100%oPP 功率放大器在線(xiàn)性區(qū)能夠向負(fù)載提供的功率放大器在線(xiàn)性區(qū)能夠向負(fù)載提供的最大最大交流功率。交流功率。 工作在線(xiàn)性區(qū)。工作在線(xiàn)性區(qū)。op（1 1）輸出功率）輸出功率注意：注意： 提供的最大交流功率（管子充分利用或稱(chēng)盡限運(yùn)用）。提供的最大交流功率（管子充分利用或稱(chēng)盡限運(yùn)用）。 效率效率：放大器的輸出信號(hào)功率：放大器的輸出信號(hào)功率 與直流電源供給功率與直流電源供給功率 之比之比: :oPUP

3、：直流電源供給集電極和偏置電路等直流功率之和。：直流電源供給集電極和偏置電路等直流功率之和。UP 晶體管集電極效率晶體管集電極效率 ：輸出功率：輸出功率P Po o與電源供給集電極與電源供給集電極的直流功率的直流功率 之比之比: :UPc 直流電源供給功率直流電源供給功率 一部分變成了有用的輸出信號(hào)，一部分變成了有用的輸出信號(hào)，剩余的部分主要變成了晶體管的管耗剩余的部分主要變成了晶體管的管耗 ，即，即（3 3）非線(xiàn)性失真）非線(xiàn)性失真 由于功放工作在大信號(hào)狀態(tài)下，所以很容易導(dǎo)致輸出由于功放工作在大信號(hào)狀態(tài)下，所以很容易導(dǎo)致輸出信號(hào)產(chǎn)生非線(xiàn)性失真。要求功放產(chǎn)生的非線(xiàn)性失真盡可能小。信號(hào)產(chǎn)生非線(xiàn)性失

4、真。要求功放產(chǎn)生的非線(xiàn)性失真盡可能小。結(jié)論：結(jié)論： 功率放大器的任務(wù)是功率放大器的任務(wù)是: : 在確保晶體管安全運(yùn)用情況下，在確保晶體管安全運(yùn)用情況下，獲得盡可能大的輸出功率，盡可能高的效率和盡可能小的獲得盡可能大的輸出功率，盡可能高的效率和盡可能小的非線(xiàn)性失真。非線(xiàn)性失真。UPcP 180 導(dǎo)通角導(dǎo)通角 90 導(dǎo)通角導(dǎo)通角功率放大器根據(jù)功放管的導(dǎo)通時(shí)間的長(zhǎng)短進(jìn)行分類(lèi)。功率放大器根據(jù)功放管的導(dǎo)通時(shí)間的長(zhǎng)短進(jìn)行分類(lèi)。（1）甲類(lèi)（）甲類(lèi)（A類(lèi)）工作狀態(tài)類(lèi)）工作狀態(tài) 在輸入信號(hào)的整個(gè)周期內(nèi)晶體管在輸入信號(hào)的整個(gè)周期內(nèi)晶體管都是導(dǎo)通的。都是導(dǎo)通的。（2）乙類(lèi)（）乙類(lèi)（B類(lèi)）工作狀態(tài)類(lèi)）工作狀態(tài) 在輸入

5、信號(hào)的半個(gè)周期內(nèi)晶體管在輸入信號(hào)的半個(gè)周期內(nèi)晶體管導(dǎo)通。導(dǎo)通。18090（3）甲乙類(lèi)（）甲乙類(lèi)（AB類(lèi)）工作狀態(tài)類(lèi)）工作狀態(tài) 是介于甲類(lèi)和乙類(lèi)之間的工作狀態(tài)，晶體管導(dǎo)通的時(shí)間大于是介于甲類(lèi)和乙類(lèi)之間的工作狀態(tài)，晶體管導(dǎo)通的時(shí)間大于半個(gè)周期，但小于一個(gè)周期。半個(gè)周期，但小于一個(gè)周期。（4）丙類(lèi)（）丙類(lèi)（C類(lèi)）工作狀態(tài)類(lèi)）工作狀態(tài)晶體管導(dǎo)通的時(shí)間小于半個(gè)周期。晶體管導(dǎo)通的時(shí)間小于半個(gè)周期。 90 屬于有偏置直接放大電路屬于有偏置直接放大電路 工作期間，所有電流全部通過(guò)放大管工作期間，所有電流全部通過(guò)放大管 電路自身功耗大，效率低電路自身功耗大，效率低 一般采用共發(fā)射極電路。一般采用共發(fā)射極電路。

6、PT = VceIcQ Ps = VceIc 7-3 交流功率放大電路 VCCRb2CRbRcCRLQVceiCiCVce = ( Ps -PT ) / Ps 沒(méi)有靜態(tài)工作點(diǎn)沒(méi)有靜態(tài)工作點(diǎn) 電路自身功率損耗比較低電路自身功率損耗比較低 交流放大時(shí)存在很大的失真交流放大時(shí)存在很大的失真 一般采用共集電極電路（發(fā)射極輸出電路）一般采用共集電極電路（發(fā)射極輸出電路） PT=VecIcQ Ps=VecIc 推挽放大器推挽放大器7-3 交流功率放大電路 VCCRLvivovceQvceicic = ( Ps -PT ) / Ps 1.1.電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu) （1 1） 和和 是一對(duì)對(duì)是一對(duì)對(duì)稱(chēng)的異型晶體管

7、；稱(chēng)的異型晶體管； （2 2） 和和 分別與分別與負(fù)載組成射極跟隨器；負(fù)載組成射極跟隨器； （3 3）采用）采用 兩組電源兩組電源供電。供電。 兩管交替工作，一只在輸入兩管交替工作，一只在輸入信號(hào)正半周導(dǎo)通，另一只在負(fù)半信號(hào)正半周導(dǎo)通，另一只在負(fù)半周導(dǎo)通，猶如一推一挽，在負(fù)載周導(dǎo)通，猶如一推一挽，在負(fù)載上合成完整的波形。上合成完整的波形。1VT2VT1VT2VTLRCCU 2. 工作原理工作原理21EELiiiCCULCCRULCCRUA2. 輸出功率輸出功率LomaxCCRUP2222cemcmoUIP cemcmUI21不考慮不考慮uCES時(shí)，輸出功率是時(shí)，輸出功率是AQO的面積，此時(shí)輸出

8、功的面積，此時(shí)輸出功率最大。率最大。兩個(gè)晶體管的輸出功率為兩個(gè)晶體管的輸出功率為 定義電壓利用系數(shù)定義電壓利用系數(shù)CCcem/UU222222121 LCCLCESCCLcemo)(RURuURUP時(shí)時(shí)當(dāng)當(dāng)1 即忽略晶體管的飽和壓降即忽略晶體管的飽和壓降結(jié)論：結(jié)論：oP 通常所指的輸出功率通常所指的輸出功率 是指在線(xiàn)是指在線(xiàn)性區(qū)得到的最大輸出功率。性區(qū)得到的最大輸出功率。實(shí)際輸出功率與激勵(lì)信號(hào)的大小有關(guān)。實(shí)際輸出功率與激勵(lì)信號(hào)的大小有關(guān)。op8.2 直流穩(wěn)壓電源8.2.1 單相橋式整流電路8.2.2 濾波電路8.2.3 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路第8章上頁(yè)下頁(yè)返回概述u1半導(dǎo)體直流電源的原理方框圖半導(dǎo)體直

9、流電源的原理方框圖電源變壓器 整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路u2uRuFuououFuRu2u1第8章上頁(yè)下頁(yè)返回ttttt00000u2D1D2D3D4RLu1+u0+u1在正半周時(shí)：在正半周時(shí)： D1、D3導(dǎo)通，導(dǎo)通，D2、D4截止截止8.2.1 8.2.1 單相橋式整流電路u2=2U2sint,第8章上頁(yè)下頁(yè)u2u0 （i0）ttU0=? I0=?UDRM=？思考： 返回u1在負(fù)半周時(shí)：在負(fù)半周時(shí)： D2、D4導(dǎo)通，導(dǎo)通，D1、D3截止截止D理想元件U0=0.9U2U0=0.9U2/RLUDRM=2 U200負(fù)載上得到的脈動(dòng)電壓：負(fù)載上得到的脈動(dòng)電壓：整流電壓的平均值整流電流的平均值 二極管承

10、受的最高 反向電壓:UDRM=?UDRM=2U2uoU0第8章上頁(yè)下頁(yè)返回t= 0.9U2U0RLI0 = 0.9U2RLID =12I0= 0.45U2RL=U222U0 =1 02U2sint dt0u2D1D2D3D4+RL二極管承受的最高反向電壓：第8章上頁(yè)下頁(yè)返回UDRM=2 U2變壓器二次側(cè)的電流：i2U2RLI2 =1.11 IL 8.2.2 濾波電路濾波電路電容濾波單相半波整流濾波電路u2 =2U2sint第8章上頁(yè)下頁(yè)RL=RL0u2正半周上升段，D導(dǎo)通，C充電. u0 跟隨 u2變化tttu2u0u0返回TrDu2u0RLCu1+u u2 2正半周下降段的開(kāi)始，正半周下降段

11、的開(kāi)始，D D仍導(dǎo)仍導(dǎo)通，通，u u0 0跟隨跟隨 u u2 2變化。變化。C C繼續(xù)充電繼續(xù)充電u2繼續(xù)下降，u2uC ,D截止，C放電， u0按指數(shù)函數(shù)衰減 直到直到 u2上升到上升到 u0 ，D D再次導(dǎo)再次導(dǎo)通，進(jìn)入下一周期通，進(jìn)入下一周期000輸出電壓與負(fù)載的關(guān)系0.9U2電容濾波無(wú)電容濾波為了得到較為平直的輸出電壓：一般要求：RLC(35)T/2 T交流電源的周期U0 = U2 (半波）1.2U2 (全波）第8章上頁(yè)下頁(yè)返回(橋式整流橋式整流)tu0UDRM=2U2？tu000L濾波 RC濾波 LC濾波 型濾波RLLCRRLCRLLRLRLRCCCLC第8章上頁(yè)下頁(yè)其他形式的濾波電

12、路其他形式的濾波電路返回I0CUiR4UBE1UBE2UzUfR3R1RpR2T1T2RL+UO8.2.3 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路基準(zhǔn)電壓取樣環(huán)節(jié)第8章上頁(yè)下頁(yè)1 1. .串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作原理串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作原理返回放大環(huán)節(jié)調(diào)整環(huán)節(jié)UCE1I0CUiR4UBE1UCE2UBE2UzUfR3R1RpR1 R2 R2T1T2RL+穩(wěn)壓原理：U0UBE2IB2IC2UCE2U0UCE1Ic1IB1UBE1第8章上頁(yè)下頁(yè)返回UO = Ui - UCE1URRRRRUP(22210Z + UBE2）串聯(lián)型穩(wěn)壓電路其它形式思考 題：1.為了穩(wěn)壓,調(diào)整管應(yīng)處于什么狀態(tài)?2.最大輸出電壓U0max=?第8章上

13、頁(yè)下頁(yè)UiTI0U0UzDzUfR2R1R3+返回2. 集成穩(wěn)壓電路輸出電壓固定式兩種穩(wěn)壓器：CW7800系列（輸出正電壓）CW7900系列（輸出負(fù)電壓）CW7800系列穩(wěn)壓器的外形管腳。輸出電壓有：5v、6V 、 8V、 12V 、15V、 18V、 24V。123第8章上頁(yè)下頁(yè)返回-CW7800UiCiCo123+-+U0固定輸出的接法1 2 3 UiU0地CW7800集成穩(wěn)壓器的幾種應(yīng)用1. 提高輸出電壓CW7800CW79000.33F2.2F0.1F1F132-U0+U02. 正負(fù)電壓同時(shí)輸出第8章上頁(yè)下頁(yè)返回CW7805UiCiUzC0U0+3213211設(shè)：=10， +IcI2I

14、1=IR+IB=UBERR = 0.5，I2 = 1A 則：Ic=4A思考題：圖示電路中U0=？3. 擴(kuò)大輸出電流擴(kuò)大輸出電流UBE = 0.3V第8章上頁(yè)下頁(yè)返回I0=I2+IC=5A。UiI3R1R2I0CW7805U0+_+IcUiRIRCiIBI1I2C0CW7800I0+_+_TU0U0=5+I0R2=5+5R1R2外形管腳1 2 3 1 2 3 調(diào)節(jié)輸出輸入調(diào)節(jié)輸出輸入CW117CW137CW117和 CW137系列穩(wěn)壓器輸出電壓可調(diào)的基本電路U0UiIR1R2I1 CW117+_+Ci312C0RLC第8章上頁(yè)下頁(yè)返回-CW117UiCiCo312+-+固定輸出的接法Ro1.25VU0=1.25(1+R2R1)上頁(yè)下頁(yè)返回第8章030V連續(xù)可調(diào)穩(wěn)壓電源連續(xù)可調(diào)穩(wěn)壓電源220V35V6.3V2CZ12B4D2CP1050F/10VF/10VC220F/50VF/50