第4章功率電子電路課件

第4章--功率電子電路2023/1/5第4章功率電子電路第4章--功率電子電路2022/12/20第4章功率電子電路1例：擴(kuò)音系統(tǒng)實(shí)際負(fù)載什么是功率放大器？

在電子系統(tǒng)中，模擬信號(hào)被放大后，往往要去推動(dòng)一個(gè)實(shí)際的負(fù)載。如使揚(yáng)聲器發(fā)聲、繼電器動(dòng)作、儀表指針偏轉(zhuǎn)等。推動(dòng)一個(gè)實(shí)際負(fù)載需要的功率很大。能輸出較大功率的放大器稱(chēng)為功率放大器4.1概述功率放大電壓放大信號(hào)提取第4章功率電子電路例：擴(kuò)音系統(tǒng)實(shí)際負(fù)載什么是功率放大器？在電子系統(tǒng)中，2一.功放電路的特點(diǎn)（2）功放電路中電流、電壓要求都比較大，必須注意電路參數(shù)不能超過(guò)晶體管的極限值:ICM、UCEM

、PCM。

ICMPCMUCEM（1）輸出功率Po盡可能大Icuce第4章功率電子電路一.功放電路的特點(diǎn)（2）功放電路中電流、電壓要求都比較3(3)電流、電壓信號(hào)比較大，必須注意防止波形失真。(4)電源提供的能量應(yīng)盡可能多地轉(zhuǎn)換給負(fù)載，盡量減少晶體管及線(xiàn)路上的損失。即注意提高電路的效率（）。Po:負(fù)載上得到的交流信號(hào)功率。PE：電源提供的直流功率。（5）功放管散熱和保護(hù)問(wèn)題第4章功率電子電路(3)電流、電壓信號(hào)比較大，必須注意防止波形失真。(4)4二.甲類(lèi)功率放大器分析1.三極管的靜態(tài)功耗：若電源提供的平均功耗：則IcuceQuceQIcQ第4章功率電子電路二.甲類(lèi)功率放大器分析1.三極管的靜態(tài)功耗：若電源提供的52.動(dòng)態(tài)功耗（當(dāng)輸入信號(hào)Ui時(shí)）輸出功率:

要想PO大，就要使功率三角形的面積大，即必須使Vom和Iom都要大。最大輸出功率:MNUomIom功率三角形iCuCEQUCEQICQVCC第4章功率電子電路2.動(dòng)態(tài)功耗（當(dāng)輸入信號(hào)Ui時(shí)）輸出功率:要6電源提供的功率此電路的最高效率甲類(lèi)功率放大器存在的缺點(diǎn)：

輸出功率小靜態(tài)功率大，效率低第4章功率電子電路電源提供的功率此電路的最高效率甲類(lèi)功率放大器存在的缺點(diǎn)：7三.BJT的幾種工作狀態(tài)甲類(lèi)：Q點(diǎn)適中，在正弦信號(hào)的整個(gè)周期內(nèi)均有電流流過(guò)BJT。甲乙類(lèi)：介于兩者之間，導(dǎo)通角大于180°動(dòng)畫(huà)演示iCuCEQ1UCEQICQVCCiCuCEQ3ICQVCC乙類(lèi)：靜態(tài)電流為0，BJT只在正弦信號(hào)的半個(gè)周期內(nèi)均導(dǎo)通。iCuCEQ2ICQVCC第4章功率電子電路三.BJT的幾種工作狀態(tài)甲類(lèi)：Q點(diǎn)適中，在正弦信號(hào)的整個(gè)周8一.結(jié)構(gòu)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)：電路中采用兩個(gè)晶體管：NPN、PNP各一支；兩管特性一致。組成互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)式射極輸出器。4.2乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路

第4章功率電子電路一.結(jié)構(gòu)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)：4.2乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路9二、工作原理（設(shè)ui為正弦波）ic1ic2

靜態(tài)時(shí)：ui=0Vic1、ic2均=0（乙類(lèi)工作狀態(tài)）

uo=0V動(dòng)態(tài)時(shí)：ui

0VT1截止，T2導(dǎo)通ui>0VT1導(dǎo)通，T2截止iL=ic1

;iL=ic2T1、T2兩個(gè)管子交替工作，在負(fù)載上得到完整的正弦波。第4章功率電子電路二、工作原理（設(shè)ui為正弦波）ic1ic2靜態(tài)時(shí)：10輸入輸出波形圖uiuououo′交越失真死區(qū)電壓第4章功率電子電路輸入輸出波形圖uiuououo′交越失真死區(qū)電壓第4章功率11組合特性分析——圖解法負(fù)載上的最大不失真電壓為Uom=VCC-UCESiC1uCEiC2QVCCUCESUCESUom第4章功率電子電路組合特性分析——圖解法負(fù)載上的最大不失真電壓為Uom=VCC12最大不失真輸出功率Pomax1.輸出功率Po三、分析計(jì)算動(dòng)畫(huà)演示第4章功率電子電路最大不失真輸出功率Pomax1.輸出功率Po三、分析計(jì)算動(dòng)畫(huà)13一個(gè)管子的管耗2.管耗PT兩管管耗第4章功率電子電路一個(gè)管子的管耗2.管耗PT兩管管耗第4章功率電子電路143.電源供給的功率PE當(dāng)4.效率最高效率max第4章功率電子電路3.電源供給的功率PE當(dāng)4.效率最高效率max第4章功率15四．三極管的最大管耗

問(wèn)：Uom=？PT1最大,PT1max=？用PT1對(duì)Uom求導(dǎo)，并令導(dǎo)數(shù)=0，得出：PT1max發(fā)生在Uom=0.64VCC處。將Uom=0.64VCC代入PT1表達(dá)式：第4章功率電子電路四．三極管的最大管耗問(wèn)：Uom=？PT1最大,PT116選功率管的原則：1.PCMPT1max=0.2PoM2．第4章功率電子電路選功率管的原則：1.PCMPT1max=0.2Po17tuo交越失真uit存在交越失真乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功放的缺點(diǎn)第4章功率電子電路tuo交越失真uit存在交越失真乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功放的缺18

靜態(tài)時(shí):

T1、T2兩管發(fā)射結(jié)電壓分別為二極管D1、D2的正向?qū)▔航?，致使兩管均處于微弱?dǎo)通狀態(tài)——甲乙類(lèi)工作狀態(tài)動(dòng)態(tài)時(shí)：設(shè)ui加入正弦信號(hào)。正半周T2截止，T1基極電位進(jìn)一步提高，進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)；負(fù)半周T1截止，T2基極電位進(jìn)一步降低，進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)。電路中增加R1、D1、D2、R2支路1.基本原理

4.3甲乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路一.甲乙類(lèi)雙電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路第4章功率電子電路靜態(tài)時(shí):T1、T2兩管發(fā)射結(jié)電壓分別為二極管D1、D219uB1tUTtiBIBQ波形關(guān)系：ICQiCuBEiBib特點(diǎn)：存在較小的靜態(tài)電流ICQ、IBQ。每管導(dǎo)通時(shí)間大于半個(gè)周期，基本不失真。iCQuceVCC/ReVCCIBQEWB演示——功放的交越失真第4章功率電子電路uB1tUTtiBIBQ波形關(guān)系：ICQiCuBEiBib特202.帶前置放大級(jí)的功率放大器

動(dòng)畫(huà)演示（甲乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路的計(jì)算同乙類(lèi)）第4章功率電子電路2.帶前置放大級(jí)的功率放大器動(dòng)畫(huà)演示（甲乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路213.電路中增加復(fù)合管增加復(fù)合管的目的：擴(kuò)大電流的驅(qū)動(dòng)能力。1

2晶體管的類(lèi)型由復(fù)合管中的第一支管子決定。復(fù)合NPN型復(fù)合PNP型第4章功率電子電路3.電路中增加復(fù)合管增加復(fù)合管的目的：擴(kuò)大電流的驅(qū)動(dòng)能力224.帶復(fù)合管的OCL互補(bǔ)輸出功放電路：

T1：電壓推動(dòng)級(jí)（前置級(jí)）

T2、R1、R2：UBE擴(kuò)大電路

T3、T4、T5、T6：復(fù)合管構(gòu)成互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功放

輸出級(jí)中的T4、T6均為NPN型晶體管，兩者特性容易對(duì)稱(chēng)。

合理選擇R1、R2，b3、b5間可得到UBE2任意倍的電壓。第4章功率電子電路4.帶復(fù)合管的OCL互補(bǔ)輸出功放電路：T1：電壓推動(dòng)231、基本原理.單電源供電；.輸出加有大電容。（1）靜態(tài)偏置二.甲乙類(lèi)單電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路

調(diào)整RW阻值的大小，可使此時(shí)電容上電壓第4章功率電子電路1、基本原理.單電源供電；.輸出加有大電容。（1）靜態(tài)偏24（2）動(dòng)態(tài)分析（電容起到了負(fù)電源的作用）Ui負(fù)半周時(shí)，T1導(dǎo)通、T2截止；Ui正半周時(shí)，T1截止、T2導(dǎo)通。動(dòng)畫(huà)演示第4章功率電子電路（2）動(dòng)態(tài)分析（電容起到了負(fù)電源的作用）Ui負(fù)半周時(shí)，Ui正25（3）輸出功率及效率若忽略交越失真的影響。則：此電路存在的問(wèn)題：輸出電壓正方向變化的幅度受到限制，達(dá)不到VCC/2。第4章功率電子電路（3）輸出功率及效率若忽略交越失真的影響。則：此電路存在的問(wèn)262.帶自舉電路的單電源功放靜態(tài)時(shí)C1充電后，其兩端有一固定電壓動(dòng)態(tài)時(shí)由于C1很大，兩端電壓基本不變，使C1上端電位隨輸出電壓升高而升高。保證輸出幅度達(dá)到VCC/2。C1、R7為自舉電路第4章功率電子電路2.帶自舉電路的單電源功放靜態(tài)時(shí)C1充電后，其兩端有一固273.帶運(yùn)放前置放大級(jí)的功率放大電路運(yùn)放A接成同相輸入方式作前置放大級(jí)。引入了電壓串聯(lián)負(fù)反饋。整個(gè)電路的電壓放大倍數(shù)：

第4章功率電子電路3.帶運(yùn)放前置放大級(jí)的功率放大電路運(yùn)放A接成同相輸入方式作前28總結(jié)：互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功放的類(lèi)型互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功放的類(lèi)型雙電源電路又稱(chēng)OCL電路（無(wú)輸出電容）單電源電路又稱(chēng)OTL電路（無(wú)輸出變壓器）第4章功率電子電路總結(jié)：互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功放的類(lèi)型互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功放的類(lèi)型29

4.4集成功率放大器

集成功率放大器DG4100簡(jiǎn)介：第4章功率電子電路4.4集成功率放大器集成功率放大器DG4100簡(jiǎn)介30集成功放DG4100的外部接線(xiàn)圖：第4章功率電子電路集成功放DG4100的外部接線(xiàn)圖：第4章功率電子電路31演講完畢，謝謝聽(tīng)講!再見(jiàn)，seeyouagain3rew2023/1/5第4章功率電子電路演講完畢，謝謝聽(tīng)講!再見(jiàn)，seeyouagain3rew32第4章--功率電子電路2023/1/5第4章功率電子電路第4章--功率電子電路2022/12/20第4章功率電子電路33例：擴(kuò)音系統(tǒng)實(shí)際負(fù)載什么是功率放大器？

在電子系統(tǒng)中，模擬信號(hào)被放大后，往往要去推動(dòng)一個(gè)實(shí)際的負(fù)載。如使揚(yáng)聲器發(fā)聲、繼電器動(dòng)作、儀表指針偏轉(zhuǎn)等。推動(dòng)一個(gè)實(shí)際負(fù)載需要的功率很大。能輸出較大功率的放大器稱(chēng)為功率放大器4.1概述功率放大電壓放大信號(hào)提取第4章功率電子電路例：擴(kuò)音系統(tǒng)實(shí)際負(fù)載什么是功率放大器？在電子系統(tǒng)中，34一.功放電路的特點(diǎn)（2）功放電路中電流、電壓要求都比較大，必須注意電路參數(shù)不能超過(guò)晶體管的極限值:ICM、UCEM

、PCM。

ICMPCMUCEM（1）輸出功率Po盡可能大Icuce第4章功率電子電路一.功放電路的特點(diǎn)（2）功放電路中電流、電壓要求都比較35(3)電流、電壓信號(hào)比較大，必須注意防止波形失真。(4)電源提供的能量應(yīng)盡可能多地轉(zhuǎn)換給負(fù)載，盡量減少晶體管及線(xiàn)路上的損失。即注意提高電路的效率（）。Po:負(fù)載上得到的交流信號(hào)功率。PE：電源提供的直流功率。（5）功放管散熱和保護(hù)問(wèn)題第4章功率電子電路(3)電流、電壓信號(hào)比較大，必須注意防止波形失真。(4)36二.甲類(lèi)功率放大器分析1.三極管的靜態(tài)功耗：若電源提供的平均功耗：則IcuceQuceQIcQ第4章功率電子電路二.甲類(lèi)功率放大器分析1.三極管的靜態(tài)功耗：若電源提供的372.動(dòng)態(tài)功耗（當(dāng)輸入信號(hào)Ui時(shí)）輸出功率:

要想PO大，就要使功率三角形的面積大，即必須使Vom和Iom都要大。最大輸出功率:MNUomIom功率三角形iCuCEQUCEQICQVCC第4章功率電子電路2.動(dòng)態(tài)功耗（當(dāng)輸入信號(hào)Ui時(shí)）輸出功率:要38電源提供的功率此電路的最高效率甲類(lèi)功率放大器存在的缺點(diǎn)：

輸出功率小靜態(tài)功率大，效率低第4章功率電子電路電源提供的功率此電路的最高效率甲類(lèi)功率放大器存在的缺點(diǎn)：39三.BJT的幾種工作狀態(tài)甲類(lèi)：Q點(diǎn)適中，在正弦信號(hào)的整個(gè)周期內(nèi)均有電流流過(guò)BJT。甲乙類(lèi)：介于兩者之間，導(dǎo)通角大于180°動(dòng)畫(huà)演示iCuCEQ1UCEQICQVCCiCuCEQ3ICQVCC乙類(lèi)：靜態(tài)電流為0，BJT只在正弦信號(hào)的半個(gè)周期內(nèi)均導(dǎo)通。iCuCEQ2ICQVCC第4章功率電子電路三.BJT的幾種工作狀態(tài)甲類(lèi)：Q點(diǎn)適中，在正弦信號(hào)的整個(gè)周40一.結(jié)構(gòu)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)：電路中采用兩個(gè)晶體管：NPN、PNP各一支；兩管特性一致。組成互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)式射極輸出器。4.2乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路

第4章功率電子電路一.結(jié)構(gòu)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)：4.2乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路41二、工作原理（設(shè)ui為正弦波）ic1ic2

靜態(tài)時(shí)：ui=0Vic1、ic2均=0（乙類(lèi)工作狀態(tài)）

uo=0V動(dòng)態(tài)時(shí)：ui

0VT1截止，T2導(dǎo)通ui>0VT1導(dǎo)通，T2截止iL=ic1

;iL=ic2T1、T2兩個(gè)管子交替工作，在負(fù)載上得到完整的正弦波。第4章功率電子電路二、工作原理（設(shè)ui為正弦波）ic1ic2靜態(tài)時(shí)：42輸入輸出波形圖uiuououo′交越失真死區(qū)電壓第4章功率電子電路輸入輸出波形圖uiuououo′交越失真死區(qū)電壓第4章功率43組合特性分析——圖解法負(fù)載上的最大不失真電壓為Uom=VCC-UCESiC1uCEiC2QVCCUCESUCESUom第4章功率電子電路組合特性分析——圖解法負(fù)載上的最大不失真電壓為Uom=VCC44最大不失真輸出功率Pomax1.輸出功率Po三、分析計(jì)算動(dòng)畫(huà)演示第4章功率電子電路最大不失真輸出功率Pomax1.輸出功率Po三、分析計(jì)算動(dòng)畫(huà)45一個(gè)管子的管耗2.管耗PT兩管管耗第4章功率電子電路一個(gè)管子的管耗2.管耗PT兩管管耗第4章功率電子電路463.電源供給的功率PE當(dāng)4.效率最高效率max第4章功率電子電路3.電源供給的功率PE當(dāng)4.效率最高效率max第4章功率47四．三極管的最大管耗

問(wèn)：Uom=？PT1最大,PT1max=？用PT1對(duì)Uom求導(dǎo)，并令導(dǎo)數(shù)=0，得出：PT1max發(fā)生在Uom=0.64VCC處。將Uom=0.64VCC代入PT1表達(dá)式：第4章功率電子電路四．三極管的最大管耗問(wèn)：Uom=？PT1最大,PT148選功率管的原則：1.PCMPT1max=0.2PoM2．第4章功率電子電路選功率管的原則：1.PCMPT1max=0.2Po49tuo交越失真uit存在交越失真乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功放的缺點(diǎn)第4章功率電子電路tuo交越失真uit存在交越失真乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功放的缺50

靜態(tài)時(shí):

T1、T2兩管發(fā)射結(jié)電壓分別為二極管D1、D2的正向?qū)▔航担率箖晒芫幱谖⑷鯇?dǎo)通狀態(tài)——甲乙類(lèi)工作狀態(tài)動(dòng)態(tài)時(shí)：設(shè)ui加入正弦信號(hào)。正半周T2截止，T1基極電位進(jìn)一步提高，進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)；負(fù)半周T1截止，T2基極電位進(jìn)一步降低，進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)。電路中增加R1、D1、D2、R2支路1.基本原理

4.3甲乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路一.甲乙類(lèi)雙電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路第4章功率電子電路靜態(tài)時(shí):T1、T2兩管發(fā)射結(jié)電壓分別為二極管D1、D251uB1tUTtiBIBQ波形關(guān)系：ICQiCuBEiBib特點(diǎn)：存在較小的靜態(tài)電流ICQ、IBQ。每管導(dǎo)通時(shí)間大于半個(gè)周期，基本不失真。iCQuceVCC/ReVCCIBQEWB演示——功放的交越失真第4章功率電子電路uB1tUTtiBIBQ波形關(guān)系：ICQiCuBEiBib特522.帶前置放大級(jí)的功率放大器

動(dòng)畫(huà)演示（甲乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路的計(jì)算同乙類(lèi)）第4章功率電子電路2.帶前置放大級(jí)的功率放大器動(dòng)畫(huà)演示（甲乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路533.電路中增加復(fù)合管增加復(fù)合管的目的：擴(kuò)大電流的驅(qū)動(dòng)能力。1

2晶體管的類(lèi)型由復(fù)合管中的第一支管子決定。復(fù)合NPN型復(fù)合PNP型第4章功率電子電路3.電路中增加復(fù)合管增加復(fù)合管的目的：擴(kuò)大電流的驅(qū)動(dòng)能力544.帶復(fù)合管的OCL互補(bǔ)輸出功放電路：

T1：電壓推動(dòng)級(jí)（前置級(jí)）

T2、R1、R2：UBE擴(kuò)大電路

T3、T4、T5、T6：復(fù)合管構(gòu)成互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功放

輸出級(jí)中的T4、T6均為NPN型晶體管，兩者特性容易對(duì)稱(chēng)。

合理選擇R1、R2，b3、b5間可得到UBE2任意倍的電壓。第4章功率電子電路4.帶復(fù)合管的OCL互補(bǔ)輸出功放電路：T1：電壓推動(dòng)551、基本原理.單電源供電；.輸出加有大電容。（1）靜態(tài)偏置二.甲乙類(lèi)單電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路

調(diào)整RW阻值的大小，可使此時(shí)電容上電壓第4章功率電子電路1、基本原理.單電源供電；.輸出加有大電容。（1）靜態(tài)偏56（2）