模擬電子技術第八章功率電路

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

開關型直流穩(wěn)壓電路例：擴音系統(tǒng)執(zhí)行機構

用作放大電路的輸出級，在信號失真允許的范圍內(nèi)，輸出足夠的功率以驅(qū)動執(zhí)行機構。如使揚聲器發(fā)聲、繼電器動作、儀表指針偏轉(zhuǎn)等。功率放大電壓放大信號提取

§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)不能超過功放管的極限值:ICM

、UCEM

、

PCM

。注意對功放管散熱和保護。ICMPCMUCEMIcuce

§8.1功率放大電路1.功放電路特點(1)輸出功率Pomax盡可能大3(3)電流、電壓信號比較大，必須注意防止波形失真。(4)電源提供的能量盡可能轉(zhuǎn)換給負載，減少晶體管及線路上的損失。即注意提高電路的效率（）。Pomax

:負載上得到的交流信號功率。PV：電源提供的直流功率。

§8.1功率放大電路

降低靜態(tài)功耗，即減小靜態(tài)電流。▲提高效率的途徑4（3）根據(jù)功放管導通時間的不同，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：一個周期內(nèi)均導通，失真小，靜態(tài)電流大，管耗大，效率低。甲乙類：導通角大于180°，失真大，靜態(tài)電流小，管耗小，效率較高。，丙類：導通角小于180°6uotuo射極輸出器輸出電阻低，帶負載能力強，可以用做功率放大器嗎？問題討論:icuceQIcVCC/RLVCCRbuoVCCuiRL

§8.1功率放大電路7

一般射隨靜態(tài)工作點（Q）設置較高（靠近負載線的中部），信號波形正負半周均不失真。電路中存在的靜態(tài)電流（ICQ），在晶體管和射極電阻中造成較大靜態(tài)損耗，致使效率降低。設Q點正好在負載線中點，若忽略晶體管的飽和壓降及基極電流，則有：UCEQ=VCC

/2；

ICQ=VCC/2RL。

§8.1功率放大電路靜態(tài)時：8

輸入正弦波的幅值使輸出信號的波形正負半周均不失真，即Ucem≈VCC/2，Icm≈VCC/2RL。則有：

§8.1功率放大電路動態(tài)時：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題？降低Q點但又會引起截止失真既降低Q點又不會引起截止失真的辦法?采用推挽輸出電路，或互補對稱射極輸出器10ui-VCCT1T2uo+VCCRLiLNPN型PNP型

§8.1功率放大電路二、互補對稱功率放大電路1.乙類互補對稱功率放大電路(1)電路結構

電路中采用兩個晶體管：NPN、PNP各一支；兩管特性一致。電路還采用對稱電源：+VCC，-VCC。組成互補對稱式射極輸出器。11（2）工作原理（設ui為正弦波，三極管導通壓降為零）ic1ic2靜態(tài)時：ui=0VT1、T2均不工作

uo=0V動態(tài)時：ui

0VT1截止，T2導通ui>0VT1導通，T2截止iL=ic1

;ui-VCCT1T2uo+VCCRLiLiL=ic2

§8.1功率放大電路12(3)最大輸出功率及效率的計算假設

ui為正弦波且幅度足夠大，T1、T2導通時均能飽和，此時輸出達到最大值。ULmax負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:

每個電源中的電流為半個正弦波，故有：tic12

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

§8.1功率放大電路求極值可得：當時15

§8.1功率放大電路(3)功率放大管參數(shù)的選擇ICMPCMUCEMIcuce16ui-VCCT1T2uo+VCCRLiL▲實際輸入輸出波形圖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.每管導通時間為半個周期；C.存在交越失真。17R1D1D2R2

靜態(tài)時:T1、T2兩管發(fā)射結電位分別為二極管D1、D2的正向?qū)▔航?，致使兩管均處于微弱導通狀態(tài)；動態(tài)時：設ui加入正弦信號。正半周T2截止，T1基極電位進一步提高，進入良好的導通狀態(tài)；負半周T1截止，T2

基極電位進一步降低，進入良好的導通狀態(tài)。+VCC-VCCULuiiLRLT1T2電路中增加R1、D1、D2、R2支路

§8.1功率放大電路2.甲乙類互補對稱功率放大電路◆輸出功率、管耗及效率等的計算可近似和乙類計算方法相同18

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

§8.1功率放大電路3.單電源互補對稱功率放大電路RLRBV40V+VCCV5V1V2CERERB1RB2+uo+ui+++CE電容C的作用：1)充當VCC/2電源2)耦合交流信號當ui=0時:當ui>0時：V2導通C放電當ui<0時：V1導通C充電◆輸出功率、管耗及效率等的計算可近似和乙類計算方法相同，僅VCC/2取代VCC

。電容器C選擇：20

§8.1功率放大電路4.帶自舉電路的單電源互補對稱功率放大電路自舉電路自舉電路靜態(tài)時C3充電后，其兩端有一固定電壓。動態(tài)時C3充當一個電源21

§8.1功率放大電路5.采用復合管的功率輸出級（1）復合管(達林頓管)目的：實現(xiàn)管子參數(shù)的配對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復合管（達林頓管）管型=前面的管管型23

§8.1功率放大電路V1、V3—NPNV2、V4—PNPR3、R5—穿透電流泄放電阻（2）復合管組成的準互補對稱輸出級RLRPV4+VCCV5V1V2R2RB1RB2+uo+ui+++V6V7V8EUB3R1R5R3IC8RE1RE2R4V3UB824

§8.1功率放大電路三、集成功率放大器（1）LM386集成功放及其應用1.典型應用參數(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，

Au=20(負反饋最強)1.8交流短路

Au=200(負反饋最弱)電壓串聯(lián)負反饋26V1、V6：V3、V5：V2、V4：射級跟隨器，高Ri雙端輸入單端輸出差分電路恒流源負載V7~V12：功率放大電路V7為驅(qū)動級(I0為恒流源負載)V11、V12用于消除交越失真V8、V10

構成PNP準互補對稱

§8.1功率放大電路273.典型應用電路

LM3861234785RPC1C2C3C4C5C610F36k10F100F220F0.1F810.047F+VCC6輸出電容(OTL)頻率補償，抵消電感高頻的不良影響防止自激等調(diào)節(jié)電壓放大倍數(shù)

§8.1功率放大電路28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}動的直流電壓u3。濾波電路:將脈動直流電壓u3轉(zhuǎn)變?yōu)槠交闹绷麟妷簎4。穩(wěn)壓電路:清除電網(wǎng)波動及負載變化的影響,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}動的電壓。整流電路的任務：301.單相半波整流電路二極管導通，忽略二極管正向壓降，

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

§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，感應出兩個相等的電壓u2

當u2正半周時，D1導通，D2截止。

當u2負半周時，D2導通，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導通時給C充電，V截止時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RL=時：OtuO2當RL

為有限值時：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負載電流小時C1、C2

對交流容抗小L對交流感抗很大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)整管與負載并聯(lián)串聯(lián)型穩(wěn)壓電路—調(diào)整管與負載串聯(lián)1.穩(wěn)壓電源的主要技術指標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)定最小負載下的最大輸出電流43當輸出電流從零變化到最大額定值時，輸出電壓的相對變化值。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電壓(1)電路結構和穩(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負載電流變化IL↑實質(zhì)：電壓負反饋→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)部結構和基本應用電路內(nèi)部結構+UI取樣電路調(diào)整電路保護電路基準電壓比較放大啟動電路+UO

§8.2線性直流穩(wěn)壓電路基本應用電路Uo=12VW7812123C2++UiC1C30.33F0.1F100FRL防止輸入端短路時C3反向放電損壞穩(wěn)壓器抵消輸入長接線的電感效應，防止自激改善負載的瞬態(tài)響應，消除高頻噪聲51輸出正、負電壓的電路~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)部結構和基本應用電路內(nèi)部結構調(diào)整電路基準電路誤差放大啟動電路偏置電路保護電路IREFUIUOADJ123外形引腳CW117123UIUOADJCW137123UIUOADJ50A

§8.2線性直流穩(wěn)壓電路54基本應用電路Uo

CW317123C2++UiC1C30.1F10F33FR1R2C4IOIQIIREF0.1FV1V2V1

防止輸入端短路時C4

反向放電損壞穩(wěn)壓器V2

防止輸出端短路時C2

通過調(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，UO=

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

飽和(管壓降小)

§8.3開關型直流穩(wěn)壓電路一、開關型直流穩(wěn)壓電路的特點和分類（1）開關穩(wěn)壓電路的優(yōu)點：效率高(8