第1章 功率電子線路

第一章

功率電子線路本章主要內(nèi)容1-1功率電子線路概述1-2功率放大器的電路組成和任務(wù)特性1-3乙類推挽功率放大電路1-4功率合成技術(shù)1-5整流與穩(wěn)壓電源中國人民公安大學(xué)平安防備系1-1功率電子線路概述高頻功率放大器是一種能量轉(zhuǎn)換器件它將電源供應(yīng)的直流能量轉(zhuǎn)換為高頻交流輸出分為窄帶和寬帶窄帶高頻功率放大〔調(diào)諧功率放大器〕通常以選頻電路作為輸出回路，寬帶高頻功率放大〔非調(diào)諧功率放大器〕輸出電路是傳輸線變壓器或其他寬帶匹配電路中國人民公安大學(xué)平安防備系中國人民公安大學(xué)平安防備系1.1.1功率放大器任務(wù)原理：在輸入信號的作用下，將直流電源的直流功率轉(zhuǎn)換為輸出信號功率大信號任務(wù)直流電源功率轉(zhuǎn)換為信號的功率。高頻功率放大器任務(wù)于大信號的非線性形狀中國人民公安大學(xué)平安防備系一、功率放大器的特點(diǎn)特點(diǎn)〔義務(wù)〕：平安任務(wù)區(qū)內(nèi)，穩(wěn)定地，低失真地〔在允許范圍內(nèi)〕高效率地提供盡能夠大的信號輸出功率。比較電壓放大器功率放大器任務(wù)信號小大管子任務(wù)范圍線性區(qū)平安區(qū)，極限，非線性區(qū)研討問題不失真放大高效率分析方法微變等效電路圖解法，近似分析同實(shí)驗(yàn)中國人民公安大學(xué)平安防備系功率放大器是能量轉(zhuǎn)換器：直流功率PD：直流電源提供的一部分被轉(zhuǎn)換為輸出信號功率P0其他部分耗費(fèi)在功率管中成為功率管得耗散功率，簡稱管耗Pc放大器的集電極效率中國人民公安大學(xué)平安防備系分類非諧振功率放大器：電阻性負(fù)載〔變壓器〕低頻段諧振功率放大器：阻抗性負(fù)載〔諧振系統(tǒng)〕高頻段匹配網(wǎng)絡(luò)：變換負(fù)載為匹配負(fù)載二、放大器任務(wù)形狀甲類〔A〕：一個(gè)周期乙類〔B〕：半個(gè)周期丙類〔C〕：小于半個(gè)周期 丁類：開關(guān)形狀集電極電流波形嚴(yán)重失真，采取特定措施中國人民公安大學(xué)平安防備系中國人民公安大學(xué)平安防備系三、功率管的平安任務(wù)條件PCmax管耗最大值PCM最大集電極功耗VCEmax最大集電極電壓V(BR)CEO共射級組態(tài)下集電極反向擊穿電壓iCmax最大集電極電流ICM集電極最大允許電流Pcmax<PCM防止燒壞VCEmax<V(BR)CEO防止擊穿iCmax≤ICM防止失真過大還需留意二次擊穿的問題中國人民公安大學(xué)平安防備系中國人民公安大學(xué)平安防備系中國人民公安大學(xué)平安防備系四、功率放大器能量關(guān)系電源供應(yīng)功率集電極輸出功率集電極平均管耗集電極效率變壓器傳輸效率放大器效率中國人民公安大學(xué)平安防備系1.1.2電源變換電路1、整流器〔Rectifier〕：將50Hz的交流電變換成直流電源2、直流—直流變換器〔DC—DCConverter〕：將一種電壓數(shù)值的直流電能變換成另一種電壓數(shù)值或極性的直流電能。又稱斬波器。3、逆變器〔Inverter〕：將直流電能變換成不同幅值和頻率的交流電能。4、交流—交流變換器〔AC—ACConverter〕：將50Hz交流電能變換成不同幅值和頻率的交流電能中國人民公安大學(xué)平安防備系1．2功率放大器的電路組成和任務(wù)特性1．2．1從一個(gè)例子講起中國人民公安大學(xué)平安防備系結(jié)論：1、功率浪費(fèi)：集電極效率僅為25%a:耗散在管子中〔選擇運(yùn)用形狀〕b:作為直流功率耗費(fèi)在負(fù)載上〔力求防止管外電路耗費(fèi)直流功率〕2、充分鼓勵(lì)和匹配負(fù)載如圖1-2-1所示電路要增大輸出電流，提高輸出信號的功率就必需減小負(fù)載RL如以下圖中國人民公安大學(xué)平安防備系中國人民公安大學(xué)平安防備系綜上所述：功率放大器：電路組成：采用防止管外電路無謂耗費(fèi)直流功率的電路構(gòu)造任務(wù)特性：輸出負(fù)載、輸入鼓勵(lì)和靜態(tài)任務(wù)點(diǎn)是相互牽制的，要高效率輸出所需信號功率，必需最正確配置中國人民公安大學(xué)平安防備系1．2．2甲類、乙類功率放大器〔非諧振功放〕一、變壓器耦合的單管甲類功率放大器1．原理電路：中國人民公安大學(xué)平安防備系為什么選用上述電路：緣由如下①RC小，那么ICQ×RC小，管外電路耗散功率?、趯⒉黄ヅ湄?fù)載變匹配，從而提高效率變壓器即為匹配網(wǎng)絡(luò)〔阻抗變換〕分析電路的性能：分別進(jìn)展直流〔靜態(tài)〕分析和交流〔動(dòng)態(tài)〕分析如圖1-2-3中國人民公安大學(xué)平安防備系中國人民公安大學(xué)平安防備系分析步驟：圖解法條件：輸入、輸出特性曲線知①作直流負(fù)載線，確定靜態(tài)任務(wù)點(diǎn)Q交流分析：做交流負(fù)載線中國人民公安大學(xué)平安防備系2、性能分析：以上分析闡明：〔1〕PD僅與Q點(diǎn)有關(guān)，與Po無關(guān)即無鼓勵(lì)信號時(shí),PD全部耗費(fèi)在管子上發(fā)熱〔2〕P0與Q點(diǎn)有關(guān)，與鼓勵(lì)信號大小有關(guān)Po與電阻〔匹配負(fù)載〕有關(guān)〔3〕最正確負(fù)載和匹配負(fù)載，得到最高效率〔4〕RL`為匹配負(fù)載條件下，Po上升〔5〕平安任務(wù)條件中國人民公安大學(xué)平安防備系3、甲類存在的問題有信號時(shí)，直流電源供應(yīng)的功率不到一半輸出給負(fù)載沒有信號時(shí)，直流電源供應(yīng)的功率全部耗費(fèi)在管子上緣由：靜態(tài)任務(wù)點(diǎn)較高；靜態(tài)功耗大；效率和晶體管的利用率都很低。所以只適用于小功率放大器中國人民公安大學(xué)平安防備系二、乙類推挽功率放大器采用兩個(gè)特性一樣的功率管接成推挽電路一個(gè)在正半周導(dǎo)通，一個(gè)在負(fù)半周導(dǎo)通負(fù)載上合成電流，從而獲得完好的波形留意：乙類必需有“兩管交替任務(wù)〞，“輸出波形合成〞兩個(gè)功能即：乙類推挽電路的特點(diǎn)：兩管交替任務(wù)輸出波形在負(fù)載上合成中國人民公安大學(xué)平安防備系1、電路：中國人民公安大學(xué)平安防備系2、性能分析3、性能計(jì)算中國人民公安大學(xué)平安防備系4、結(jié)論乙類任務(wù)時(shí)，Pc的最大值不在靜態(tài)形狀，也不在最大輸出功率形狀緣由：ξ很小時(shí)，PO和PD都很小，Pc小ξ很大時(shí)，PD最大，但η最大，Pc小互補(bǔ)電路比變壓器耦合電路簡單，易于集成電路中兩管組成射隨器，負(fù)反響，有效改善非線性失真，運(yùn)用廣泛中國人民公安大學(xué)平安防備系中國人民公安大學(xué)平安防備系1．3乙類推挽功率放大電路效率是功率放大器的重要性能目的非線性失真是功率放大器的另一個(gè)重要目的它與輸出功率和效率是相互矛盾的要減小非線性失真，就必需減小輸出功率因此就呵斥效率降低中國人民公安大學(xué)平安防備系1．3．1乙類互補(bǔ)推挽功率放大電路一、交叉失真：中國人民公安大學(xué)平安防備系交叉〔或交越〕失真：在輸入正弦波鼓勵(lì)下，輸出合成電壓波形將在銜接處出現(xiàn)嚴(yán)重失真中國人民公安大學(xué)平安防備系為了抑制這種失真必需在輸入端為兩管加適宜的正偏電壓使它們?nèi)蝿?wù)在甲乙類形狀中國人民公安大學(xué)平安防備系只需VBB取值適宜，上、下兩電路傳輸特性可相互補(bǔ)償，在輸入正弦電壓鼓勵(lì)下，得到不失真的輸出電壓中國人民公安大學(xué)平安防備系二、乙類互補(bǔ)推挽功放適用電路時(shí)應(yīng)思索的問題：1、單電源供電：如圖1-3-62、準(zhǔn)互補(bǔ)推挽電路：3、加偏置電路抑制交越失真：4、處理輸入鼓勵(lì)電壓缺乏的問題：〔1〕采用自舉電路：〔2〕采用有源負(fù)載的推進(jìn)級5、維護(hù)電路：大功率放大器電路中必需施加流過壓維護(hù)電路1．3．2集勝利率放大器〔自學(xué)〕中國人民公安大學(xué)平安防備系目前廣泛采用復(fù)合管取代互補(bǔ)管〔1〕組成復(fù)合管時(shí)，兩管的電流流向一致；〔2〕第一管必需接在第二管的集基極間；〔3〕復(fù)合管的導(dǎo)電類型取決于第一管；中國人民公安大學(xué)平安防備系復(fù)合晶體管的銜接：中國人民公安大學(xué)平安防備系1．4功率合成技術(shù)功率合成：實(shí)現(xiàn)多個(gè)功率放大器結(jié)合任務(wù)的技術(shù)一、傳輸線變壓器的任務(wù)原理：傳輸線：銜接信號源和負(fù)載的兩個(gè)導(dǎo)線中國人民公安大學(xué)平安防備系傳輸線變壓器是把傳輸線繞在磁環(huán)上構(gòu)成的一種寬帶器件其中：傳輸線可采用同軸電纜、雙股線或帶狀線磁環(huán)普通由鎳鋅高磁導(dǎo)率的鐵氧體制成變壓器具有隔離、對稱與不對稱轉(zhuǎn)換和阻抗變換作用4：1阻抗變換器：Ri對RL為4：1中國人民公安大學(xué)平安防備系二、功率合成電路：假設(shè)兩個(gè)功率放大器輸出一樣的功率，那么功率合成電路的輸出為兩功率放大器輸出功率之和如圖1-4-8

即：任一個(gè)功率放大器的等效負(fù)載和相應(yīng)的輸出功率不受另一功率放大器任務(wù)形狀變化的影響，它們之間是相互隔離的在許多情況下，還要求功率合成電路具有寬帶特性中國人民公安大學(xué)平安防備系三、傳輸線變壓器構(gòu)勝利率合成電路的特性：從功率合成和功率分配討論1、原理電路：圖1-4-82、任務(wù)特性：3、隔離條件中國人民公安大學(xué)平安防備系中國人民公安大學(xué)平安防備系中國人民公安大學(xué)平安防備系中國人民公安大學(xué)平安防備系1．5整流與穩(wěn)壓電路電源的根本組成部分是整流和穩(wěn)壓電路。整流電路：將電力網(wǎng)提供的頻率為50Hz的交流電壓變換為直流電壓〔或電流〕。穩(wěn)壓電路：可以抑制輸入電力網(wǎng)電壓動(dòng)搖和輸出負(fù)載變動(dòng)等影響，輸出穩(wěn)定的直流電壓〔或電流〕。只簡單引見穩(wěn)壓電路直流穩(wěn)壓電路分為：并聯(lián)型、串聯(lián)型和開關(guān)型中國人民公安大學(xué)平安防備系一、串聯(lián)型穩(wěn)壓器：1、基準(zhǔn)電壓：穩(wěn)壓器的比較基準(zhǔn)目前廣泛運(yùn)用的是能隙基準(zhǔn)電壓源電路和穩(wěn)壓管基準(zhǔn)電壓源電路2、調(diào)整管：必需任務(wù)在放大區(qū)，它的管壓降VCE遭到基極電壓〔或電流〕的控制