模擬電子技術(shù)第八章功率電路課件

第八章功率電路§8.1功率放大電路§8.2線性直流穩(wěn)壓電路§8.3

開關(guān)型直流穩(wěn)壓電路1例：擴(kuò)音系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)用作放大電路的輸出級(jí)，在信號(hào)失真允許的范圍內(nèi)，輸出足夠的功率以驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。如使揚(yáng)聲器發(fā)聲、繼電器動(dòng)作、儀表指針偏轉(zhuǎn)等。功率放大電壓放大信號(hào)提取

§8.1功率放大電路功率放大器的作用：一、功率放大電路的特點(diǎn)與分類2(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)功放管的極限值:ICM、UCEM

、PCM。注意對(duì)功放管散熱和保護(hù)。ICMPCMUCEMIcuce

§8.1功率放大電路1.功放電路特點(diǎn)(1)輸出功率Pomax盡可能大3（3）根據(jù)功放管導(dǎo)通時(shí)間的不同，可分為:低頻功放和高頻功放非諧振功放和諧振功放

§8.1功率放大電路2.功放電路的分類（1）根據(jù)工作頻率的不同，功放電路可分為:（2）根據(jù)負(fù)載性質(zhì)的不同，功放電路可分為:甲類、乙類、甲乙類和丙類5

§8.1功率放大電路乙類：導(dǎo)通角等于180°，失真大，靜態(tài)電流為零，管耗小，效率高。甲類：一個(gè)周期內(nèi)均導(dǎo)通，失真小，靜態(tài)電流大，管耗大，效率低。甲乙類：導(dǎo)通角大于180°，失真大，靜態(tài)電流小，管耗小，效率較高。，丙類：導(dǎo)通角小于180°6uotuo射極輸出器輸出電阻低，帶負(fù)載能力強(qiáng)，可以用做功率放大器嗎？問(wèn)題討論:icuceQIcVCC/RLVCCRbuoVCCuiRL

§8.1功率放大電路7輸入正弦波的幅值使輸出信號(hào)的波形正負(fù)半周均不失真，即Ucem≈VCC/2，Icm≈VCC/2RL。則有：

§8.1功率放大電路動(dòng)態(tài)時(shí)：交流輸出功率：管子消耗功率：9

§8.1功率放大電路電源供給功率：效率：如何解決效率低的問(wèn)題？降低Q點(diǎn)但又會(huì)引起截止失真既降低Q點(diǎn)又不會(huì)引起截止失真的辦法?采用推挽輸出電路，或互補(bǔ)對(duì)稱射極輸出器10ui-VCCT1T2uo+VCCRLiLNPN型PNP型

§8.1功率放大電路二、互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路1.乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路(1)電路結(jié)構(gòu)電路中采用兩個(gè)晶體管：NPN、PNP各一支；兩管特性一致。電路還采用對(duì)稱電源：+VCC，-VCC。組成互補(bǔ)對(duì)稱式射極輸出器。11(3)最大輸出功率及效率的計(jì)算假設(shè)

ui為正弦波且幅度足夠大，T1、T2導(dǎo)通時(shí)均能飽和，此時(shí)輸出達(dá)到最大值。ULmax負(fù)載上得到的最大功率為：iL-VCCRLuiT1T2UL+VCC若忽略晶體管的飽和壓降，則負(fù)載（RL)上的電壓和電流的幅值分別為：

§8.1功率放大電路13直流電源提供功率為:每個(gè)電源中的電流為半個(gè)正弦波，故有：tic12

§8.1功率放大電路效率為:14單個(gè)管子在半個(gè)周期內(nèi)的管耗管耗PT：兩管管耗：

§8.1功率放大電路求極值可得：當(dāng)時(shí)15ui-VCCT1T2uo+VCCRLiL▲實(shí)際輸入輸出波形圖uiuououo′交越失真死區(qū)電壓

§8.1功率放大電路A.靜態(tài)電流ICQ、IBQ等于零；B.每管導(dǎo)通時(shí)間為半個(gè)周期；C.存在交越失真。17R1D1D2R2

靜態(tài)時(shí):

T1、T2兩管發(fā)射結(jié)電位分別為二極管D1、D2的正向?qū)▔航担率箖晒芫幱谖⑷鯇?dǎo)通狀態(tài)；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)。+VCC-VCCULuiiLRLT1T2電路中增加R1、D1、D2、R2支路

§8.1功率放大電路2.甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路◆輸出功率、管耗及效率等的計(jì)算

可近似和乙類計(jì)算方法相同18

§8.1功率放大電路RL+VCC+uoV1V2V3V4V5VCC+uiR★實(shí)際電路V4RL+VCC+uoV1V2V3VCCR*1R2R3R4圖二中V4、R1和R2組成UBE電壓倍增電路假設(shè)I>>IB，則19

§8.1功率放大電路4.帶自舉電路的單電源互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路自舉電路自舉電路靜態(tài)時(shí)C3充電后，其兩端有一固定電壓。動(dòng)態(tài)時(shí)C3充當(dāng)一個(gè)電源21

§8.1功率放大電路5.采用復(fù)合管的功率輸出級(jí)（1）復(fù)合管(達(dá)林頓管)目的：實(shí)現(xiàn)管子參數(shù)的配對(duì)ib1(1+1)

ib1(1+1)(1+2)ib1=(1+1+2+12)ib1

1

2

rbe=rbe1+(1+1)rbe22(1+1)ib11ib1ibicie(1+2+12)ib1V1V222

§8.1功率放大電路V1V2NPN+NPNNPNV1V2PNP+PNPPNPV1V2NPN+PNPNPNV1V2PNP+NPNPNP復(fù)合管（達(dá)林頓管）管型=前面的管管型23

§8.1功率放大電路三、集成功率放大器（1）LM386集成功放及其應(yīng)用1.典型應(yīng)用參數(shù)：直流電源：412V額定功率：660mW帶寬：300kHz輸入阻抗：50k12348765引腳圖25

§8.1功率放大電路2.內(nèi)部電路1.8開路時(shí)，Au=20(負(fù)反饋?zhàn)顝?qiáng))1.8交流短路

Au=200(負(fù)反饋?zhàn)钊?電壓串聯(lián)負(fù)反饋26V1、V6：V3、V5：V2、V4：射級(jí)跟隨器，高Ri雙端輸入單端輸出差分電路恒流源負(fù)載V7~V12：功率放大電路V7為驅(qū)動(dòng)級(jí)(I0為恒流源負(fù)載)V11、V12用于消除交越失真V8、V10

構(gòu)成PNP準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱

§8.1功率放大電路27電源變壓器:將交流電網(wǎng)電壓u1變?yōu)楹线m的交流電壓u2。整流電路:將交流電壓u2變?yōu)槊}動(dòng)的直流電壓u3。濾波電路:將脈動(dòng)直流電壓u3轉(zhuǎn)變?yōu)槠交闹绷麟妷簎4。穩(wěn)壓電路:清除電網(wǎng)波動(dòng)及負(fù)載變化的影響,保持輸出電壓uo的穩(wěn)定。整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路u1u2u3u4uo一、線性直流穩(wěn)壓電源的組成

§8.2線性直流穩(wěn)壓電路29單相三相二極管可控硅橋式倍壓整流半波全波整流電路分類：二、整流電路

§8.2線性直流穩(wěn)壓電路把交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷髅}動(dòng)的電壓。整流電路的任務(wù)：301.單相半波整流電路二極管導(dǎo)通，忽略二極管正向壓降，

uo=u2u1u2aTbDRLuo為分析簡(jiǎn)單起見，把二極管當(dāng)作理想元件處理，即二極管的正向?qū)娮铻榱?，反向電阻為無(wú)窮大。二極管截止,uo=0+–io+–u2>0時(shí):u2<0時(shí):

§8.2線性直流穩(wěn)壓電路31單相半波整流電壓波形u1u2aTbDRLuouDu2uouDt2340

§8.2線性直流穩(wěn)壓電路輸出電壓平均值（Uo）:UDRM=22U承受的最高反向電壓:322.單相全波整流電路u1u2aTbD1RLuoD2u2io+–+–◆原理：+–+–變壓器副邊中心抽頭，感應(yīng)出兩個(gè)相等的電壓u2當(dāng)u2正半周時(shí)，D1導(dǎo)通，D2截止。當(dāng)u2負(fù)半周時(shí)，D2導(dǎo)通，D1截止。

§8.2線性直流穩(wěn)壓電路33u1u2aTbD1RLuoD2u2io單相全波整流電壓波形u2uouD1t2340uD2+–+–0~：uD2=2u2+忽略二極管正向壓降

§8.2線性直流穩(wěn)壓電路34輸出電壓平均值（Uo）：u1u2aTbD1RLuoD2u2iouo20t

§8.2線性直流穩(wěn)壓電路二極管承受的最高反向電壓：353.橋式整流電路

§8.2線性直流穩(wěn)壓電路V3RLV4V2V1u1u2ioRLV4V3V2V1+uou2u1輸入正半周（1）工作原理輸入負(fù)半周+uo+uo36tOtOtOtO2323Im2233uOu2uDiD=iO

§8.2線性直流穩(wěn)壓電路（2）電流電壓波形（3）參數(shù)估算1)整流輸出電壓平均值2)二極管平均電流3)二極管最大反向壓37（4）簡(jiǎn)化畫法+uoRLio~+u2（5）整流橋把四只二極管封裝在一起稱為整流橋~~

§8.2線性直流穩(wěn)壓電路38io+

uo=ucRLV1V4V3V2+u三、濾波電路1.電容濾波(1)電路和工作原理C

§8.2線性直流穩(wěn)壓電路電容充電電容放電V導(dǎo)通時(shí)給C充電，V截止時(shí)C向RL放電；濾波后

uo

的波形變得平緩，平均值提高。39（2）波形及輸出電壓當(dāng)RL=時(shí)：OtuO2當(dāng)RL為有限值時(shí)：通常取RC越大UO越大RL=為獲得良好濾波效果，一般?。?T為輸入交流電壓的周期)UO=1.2U2

§8.2線性直流穩(wěn)壓電路40[例]

單相橋式電容濾波整流，交流電源頻率f=50Hz，負(fù)載電阻RL=40，要求直流輸出電壓UO=20V，選擇整流二極管及濾波電容。[解]1.選二極管電流平均值：承受最高反壓：

§8.2線性直流穩(wěn)壓電路選二極管應(yīng)滿足：IF(23)

ID選：2CZ55C(IF=1A，URM=100V)或1A、100V

整流橋2.選濾波電容可選：

1000F，耐壓50V的電解電容。412.電感濾波RLL~+u2整流后的輸出電壓：直流分量被電感L

短路交流分量主要降在L上電感越大，濾波效果越好

§8.2線性直流穩(wěn)壓電路3.型濾波L

C1RL~+u2

C2負(fù)載電流小時(shí)C1、C2

對(duì)交流容抗小L

對(duì)交流感抗很大42四、串聯(lián)型穩(wěn)壓電路

§8.2線性直流穩(wěn)壓電路并聯(lián)型穩(wěn)壓電路—調(diào)整管與負(fù)載并聯(lián)串聯(lián)型穩(wěn)壓電路—調(diào)整管與負(fù)載串聯(lián)1.穩(wěn)壓電源的主要技術(shù)指標(biāo)①輸出電壓②輸出電壓變化量

③穩(wěn)壓系數(shù)Sr

④最大輸出電流IOM在規(guī)定最小負(fù)載下的最大輸出電流43當(dāng)輸出電流從零變化到最大額定值時(shí)，輸出電壓的相對(duì)變化值。⑦電流調(diào)整率SI⑥輸出電阻Ro

⑤電壓調(diào)整率SV一般特指ΔＵi/Ｕi=±10%時(shí)的Sr

§8.2線性直流穩(wěn)壓電路44輸入電壓交流紋波峰峰值與輸出電壓交流紋波峰峰值之比的分貝數(shù)。⑩效率

§8.2線性直流穩(wěn)壓電路⑧紋波抑制比Srip⑨輸出電壓的溫度系數(shù)ST452.串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作原理+UI

取樣電路調(diào)整管比較放大電路基準(zhǔn)電壓(1)電路結(jié)構(gòu)和穩(wěn)壓原理

§8.2線性直流穩(wěn)壓電路46★穩(wěn)壓原理①輸入電壓變化UI↑→UO↑②負(fù)載電流變化IL↑實(shí)質(zhì)：電壓負(fù)反饋→UF↑→UI↓→UO↓→UF↓→UO1↑→UCE↓→UO↑

§8.2線性直流穩(wěn)壓電路UO1↓UCE↑UO↓47①Vo調(diào)節(jié)范圍根據(jù)“虛短”有UF=UREF(2)參數(shù)計(jì)算②調(diào)整管選擇

§8.2線性直流穩(wěn)壓電路483.三端集成穩(wěn)壓器CW7800

系列(正電源)CW7900系列(負(fù)電源)5V/6V/9V/12V/15V/18V/24V(1)三端固定式--78、79系列輸出電流78L

××/79L××—輸出電流100mA78M××/9M××—輸出電流500mA78××/79××—輸出電流1.5A輸出電壓

§8.2線性直流穩(wěn)壓電路例如：CW7805

輸出

5V，最大電流

1.5ACW78M09

輸出

9V，最大電流

0.5ACW79L12

輸出

-5V，最大電流

0.1A49封裝CW7805123UIUOGNDCW7905123UIUOGND符號(hào)CW7800++213CW790013_2_塑料封裝金屬封裝

§8.2線性直流穩(wěn)壓電路50★CW7800的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和基本應(yīng)用電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)+UI取樣電路調(diào)整電路保護(hù)電路基準(zhǔn)電壓比較放大啟動(dòng)電路+UO

§8.2線性直流穩(wěn)壓電路基本應(yīng)用電路Uo=12VW7812123C2++UiC1C30.33F0.1F100FRL防止輸入端短路時(shí)C3反向放電損壞穩(wěn)壓器抵消輸入長(zhǎng)接線的電感效應(yīng)，防止自激改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)，消除高頻噪聲51輸出正、負(fù)電壓的電路~24V~24V~220VW7815W79151323211000F220F0.33F0.33F0.1F+15V15V++++1000F0.1F220F

§8.2線性直流穩(wěn)壓電路恒流源電路12+UI=10VW78053+UORRLIQIO0.1F0.33F1052(2)三端可調(diào)輸出集成穩(wěn)壓器CW117/217/317系列(正電源)CW137/237/337系列(負(fù)電源)工作溫度CW117(137)—

-55150CCW217(237)—

-25150CCW317(337)—

0

125C

§8.2線性直流穩(wěn)壓電路基準(zhǔn)電壓1.25V輸出電流L型—輸出電流100mAM型—輸出電流500mA53★CW117內(nèi)部結(jié)構(gòu)和基本應(yīng)用電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)調(diào)整電路基準(zhǔn)電路誤差放大啟動(dòng)電路偏置電路保護(hù)電路IREFUIUOADJ123外形引腳CW117123UIUOADJCW137123UIUOADJ50A

§8.2線性直流穩(wěn)壓電路54基本應(yīng)用電路Uo

CW317123C2++UiC1C30.1F10F33FR1R2C4IOIQIIREF0.1FV1V2V1防止輸入端短路時(shí)C4反向放電損壞穩(wěn)壓器V2防止輸出端短路時(shí)C2通過(guò)調(diào)整端放電損壞穩(wěn)壓器UREF=1.25V使UREF很穩(wěn)定125IREF

50A2.2k

§8.2線性直流穩(wěn)壓電路R1=125R2=

02.2k

時(shí)，UO=

1.2524V55線性穩(wěn)壓電路的缺點(diǎn)：調(diào)整管管耗大電源效率低(40%60%)改進(jìn)思路：使調(diào)整管截止(電流小)

飽和(管壓降小)

§8.3開關(guān)型直流穩(wěn)壓電路一、開關(guān)型直流穩(wěn)壓電路的特點(diǎn)和分類（1）開關(guān)穩(wěn)壓電路的優(yōu)點(diǎn)：效率高(80%90%)體積小、重量輕穩(wěn)壓范圍寬對(duì)電網(wǎng)要求不高（2）開關(guān)穩(wěn)壓電路的缺點(diǎn)：電路復(fù)雜對(duì)電子設(shè)備干擾較大輸出電壓含較大紋波56

§8.3開關(guān)型直流穩(wěn)壓電路（3）開關(guān)型直流穩(wěn)壓電路的分類：①按開關(guān)管與負(fù)載間的連接方式：串聯(lián)型、并聯(lián)型和脈沖變壓器（高頻）耦合型②按啟動(dòng)功率管的方式：自激型和它激型③按所用開關(guān)器件：晶體功率管開關(guān)型、MOSFET功率管開關(guān)型和可控硅開關(guān)型④按穩(wěn)壓控制方式：脈沖寬度調(diào)制型（PWM，周期恒定、改變占空比）、脈沖頻率調(diào)制型（PFM，導(dǎo)通脈寬恒定、改變工作頻率）和混合調(diào)制型。

磁性儲(chǔ)能電路、開關(guān)電路和控制方式是決定開關(guān)型直流穩(wěn)壓電路特性的基本因素。57二、開關(guān)型穩(wěn)壓電源的基本工作原理調(diào)整管取樣電路開關(guān)調(diào)整管控制組成框圖濾波+UI+UoRLV18A8C基準(zhǔn)電壓三角波發(fā)生器R1R2V2LC+UREFuFuAuTuBuEiLIO頻率固定的三角波誤差放大續(xù)流

§8.3開關(guān)型直流穩(wěn)壓電路1.串聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電路58工作波形OOOOUOtttOttuTuAuBuEiLuoIOtofftonUI脈寬調(diào)制式(PWM)

§8.3開關(guān)型直流穩(wěn)壓電路—占空比59+UI+UoRLV18A8C基準(zhǔn)電壓三角波發(fā)生器R1R2V2LC+UREFuFuAuTuBuEiLIO穩(wěn)壓原理UIUOuFuA占空比UOq=50%當(dāng)uF=UREF，uA=0，UO

為預(yù)定標(biāo)稱值

§8.3開關(guān)型直流穩(wěn)壓電路602.并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電路+Uo+UIRLV1R1R2LC+UREFuFuB控制電路V2+UI+UoRLV1LC+uBV2+UI+UoRLV1LC+uBV2iL高電平iO低電平uBt