電子線路(非線性部分)課件

本章要求：掌握：功率放大器提高功率的方法;甲類、乙類、甲乙

類放大器的特點與電路構(gòu)成;開關(guān)電源的工作原理。

第一章功率電子線路了解：功率電子線路的特點與要求;功率合成電路與功

率分配電路的特點與要求;能夠分析用傳輸線變

壓器構(gòu)成的各種電路;開關(guān)穩(wěn)壓電源的特點。2021/10/10星期日1第一節(jié)功率電子線路概述功率電子線路——高效率地實現(xiàn)能量的變換和控制一、分類功率放大電路電源變換電路甲類、乙類、甲乙類、丙類、丁類功放交流a直流直流a交流直流a直流交流a交流2021/10/10星期日2二、要求高效、安全、大功率、低失真三、功率器件——功率電子電路的關(guān)鍵器件1、極限參數(shù)與安全工作區(qū)vCEiCICMV(BR)CEOPCMPSB安全工作區(qū)2、PCM與散熱條件有關(guān)第一節(jié)功率電子線路概述2021/10/10星期日33、二次擊穿與二次擊穿耐量PSB4、各種類型的功率管高壓低電流、未發(fā)燙時功率管已損壞原因：管內(nèi)結(jié)面不均勻、晶格缺陷雙極型功率管MOS功率管絕緣柵雙極型功率管（IGBT）2021/10/10星期日4vi(t)+-vo(t)=vCE+-iCiBvCEiCVccVcc/RLQVCEQICQvCEtiBtiCt甲類放大器的輸出功率與效率2021/10/10星期日5vi(t)+-vo(t)=vCE+-iCiB電源提供的功率負載消耗的功率晶體管消耗的功率其中負載獲得的交流功率甲類放大器的輸出功率與效率2021/10/10星期日6負載消耗直流能量輸出功率——無論輸出功率多大，電源消耗不變＝VCEQICQ－Po——輸出功率越大，管耗越低效率——電源提供的能量被負載和功率管消耗2021/10/10星期日7vCEiCVccVcc/RLQVCEQICQvCEtiCt可獲得最大不失真輸出電壓幅度為Vcm＝VCC/2＝VCEQ當(dāng)時最大不失真輸出電流幅度為Icm＝ICQ最高效率為2021/10/10星期日81、負載要消耗直流功率2、電源提供固定的功率由于有較大的靜態(tài)偏置電流，即使沒有輸出功率，電源仍然在提供能量負載消耗直流能量甲類放大器效率低的原因2021/10/10星期日9負載要消耗直流功率較高的靜態(tài)偏置電流使電源提供固定的功率采用變壓器耦合輸出采用乙類工作狀態(tài)——將靜態(tài)偏置電流降為0最高效率可達50%vi(t)+-iCvi(t)ttiC單管只能輸出半周波形，嚴重失真甲類放大器效率低的對策2021/10/10星期日10如何實現(xiàn)？乙類推挽功率放大電路采用兩個功率管輪流導(dǎo)通與截止，各輸出半周波形，最終在負載上合成完整的波形變壓器耦合互補推挽由極性相反的兩個電壓分別激勵一對同型管由同極性的一個電壓共同激勵一對異型管vi(t)2021/10/10星期日11+ovi(t)-o+vo(t)-乙類推挽功率放大電路的工作原理2021/10/10星期日12wt2pp4p3pwt2pp4p3pwt2pp4p3pvi(t)iC1(t)iC2(t)wt2pp4p3piL(t)+vi(t)-+vo(t)-iC1iC2iL(t)=iC1－iC22021/10/10星期日13+vi(t)-+vo(t)-iC1iC2iL(t)=iC1－iC22021/10/10星期日14PD1.27PomaxPoPomaxPC=PC1+PC20.4PomaxhChCmax=78.5%VcmVCC0.636VCC2021/10/10星期日151.3乙類推挽功率放大器+vi(t)-+vo(t)-一、交叉失真與偏置電路晶體管存在死區(qū)電壓（約0.5V）交叉失真時T1、T2都截止2021/10/10星期日16通過一定的偏置電路為功率管提供微弱的偏置電流甲乙類工作狀態(tài)解決交叉失真的措施2021/10/10星期日17二、單電源供電電路C2既是輸出耦合電容（隔直電容），同時也是T2導(dǎo)通時的電源+vi(t)-2021/10/10星期日18三、準(zhǔn)互補推挽電路優(yōu)點：選管配對更容易，復(fù)合管b值更大改進存在的問題T1、T3的穿透電流使T2、T4導(dǎo)通2021/10/10星期日19輸出電流取樣過流保護電路四、保護電路作業(yè)：查閱功率放大器的過熱保護電路并了解其工作原理分流2021/10/10星期日20vo(t)tV+cmmax=VCCV-cmmax=-VCC五、自舉電路vo（t）的正向動態(tài)范圍窄2021/10/10星期日211.4功率合成與分配技術(shù)功率合成電路功放1R1＋vS1－功放2R2＋vS2－RLPo1Po2Po=Po1+Po21、功率合成——使多個功放（信號源）向一個負載輸出能量2、隔離——使多個功放（信號源）之間相互隔離、互不影響一、功率合成電路的作用與要求2021/10/10星期日222、隔離——使多個負載之間相互隔離、互不影響1、功率分配——使一個功放（信號源）向多個負載輸出能量功率分配電路功放R1＋vS1－RL2Po1RL1Po2Po功率分配電路的作用與要求2021/10/10星期日23vS1vS2Po1Po2vS1＝

vS2

時，合成功率從C端輸出vS1＝－

vS2

時，合成功率從D端輸出同相合成端反相合成端魔T網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的功率合成電路2021/10/10星期日24將魔T網(wǎng)絡(luò)功率合成器中的輸入與輸出端交換，即可構(gòu)成功率分配器Po2Po1vS＋vo2－＋vo1－若信號從C端輸入，A、B端可獲得相位相同的信號若信號從D端輸入，A、B端可獲得相位相反的信號vo1＝

vo2vo1＝－

vo2魔T網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的功率分配電路2021/10/10星期日25ABCABCABC25W25W25W25W50W50W100W2021/10/10星期日26二、傳輸線變壓器普通變壓器的最高工作頻率范圍受到分布電容的限制L1L2最低工作頻率范圍受到初級繞組電感量的限制普通變壓器不適合寬頻帶工作2021/10/10星期日27傳輸線傳輸線可工作在很寬的頻率范圍——連接信號源和負載的兩根導(dǎo)線2021/10/10星期日28傳輸線的下限工作頻率為0傳輸線的上限工作頻率受制于傳輸線長度＋－RsRL＋－＋－l2021/10/10星期日29高頻工作時，傳輸線的分布參數(shù)不可忽略＋－RsRL＋－＋－l設(shè)單位長度的分布電容為C、分布電感為L2021/10/10星期日30RsRL＋－＋－＋－分布參數(shù)成為傳遞能量的紐帶2021/10/10星期日31RsRL＋－＋－＋－傳輸線特性阻抗2021/10/10星期日32傳輸線特性阻抗一般情況下，傳輸線上各點的電流、電壓不相等端阻抗匹配（RS=RL=ZC），且傳輸線無損耗、時，傳輸線上電流電壓處處相等2021/10/10星期日33端阻抗不匹配時，電磁波將在傳輸線兩端來回反射，不能有效傳遞能量并導(dǎo)致駐波傳輸線變壓器結(jié)構(gòu)12341234高導(dǎo)磁率鐵氧體m＝100~4002021/10/10星期日34傳輸線變壓器的基本功能1、倒相器＋vS(t)－－vo(t)＋＋vi－＋vi－vo(t)＝－vi繞組電感足夠大，否則最低頻率的信號將被短路2021/10/10星期日352、對稱——不對稱變換＋vS(t)－對稱信號源不對稱負載2021/10/10星期日36不對稱——對稱變換不對稱信號源對稱負載＋vS(t)－2021/10/10星期日373、阻抗變換＋v－＋v－ii2i＋2v－4:1阻抗變換器2021/10/10星期日38＋v－＋v－ii＋2v－2i1:4阻抗變換器2021/10/10星期日39三、用傳輸線變壓器構(gòu)成的魔T混合網(wǎng)絡(luò)ia＋va－－vb＋＋

v－＋

v－iiib＋vd－＋vd－ididic2021/10/10星期日40＋va－－vb＋＋

v－＋

v－iiib＋vd－＋vd－ididiaic2021/10/10星期日41＋va－－vb＋＋

v－＋

v－iiib＋vd－＋vd－ididiaic2021/10/10星期日42＋va－－vb＋＋

v－＋

v－iiib＋vd－＋vd－ididiaic2021/10/10星期日431、正常工作情況下的功率合成電路對稱RC獲得能量，D端無輸出電路對稱Rd獲得能量，C端無輸出2021/10/10星期日44＋va－－vb＋＋

v－＋

v－iiib＋vd－＋vd－ididiaic匹配條件每個功放的等效負載2021/10/10星期日452、信號源的隔離條件＋va－－vb＋＋

v－＋

v－iiib＋vd－＋vd－ididiaic2021/10/10星期日46同理可得當(dāng)4Rc＝Rd時——與vb無關(guān)——與va無關(guān)2021/10/10星期日471.5整流與穩(wěn)壓電路一、整流濾波電路1、半波整流電路2、全波與橋式整流電路3、倍壓整流電路2021/10/10星期日483、倍壓整流電路＋v2(t)－＋Vo－＋Vo1－＋Vo2－二倍壓整流電路2021/10/10星期日49＋v2－＋Vo－－

V2m

＋＋2V2m－－

2V2m

＋三倍壓整流電路2021/10/10星期日50二、穩(wěn)壓電路1、線性穩(wěn)壓電路2、開關(guān)穩(wěn)壓電路效率高、體積小、電壓可升可降電磁干擾大、紋波大、瞬態(tài)特性差2021/10/10星期日51三、開關(guān)穩(wěn)壓電源基本原理1、降壓型開關(guān)電源＋VI－＋Vo－2021/10/10星期日52＋VI－＋Vo－iLS閉合S閉合S閉合S斷開S斷開S斷開L充電L放電iLtontoff充電放電2021/10/10星期日53充電放電穩(wěn)定后改變控制脈沖的占空系數(shù)即可改變輸出電壓2021/10/10星期日54＋VI－＋Vo－iL2、升壓型開關(guān)穩(wěn)壓電源S閉合S閉合S閉合S斷開S斷開S斷開tontoffL充電L放電充電放電2021/10/10星期日55充電放電穩(wěn)定后改變控制脈沖的占空系數(shù)即可改變輸出電壓2021/10/10星期日563、降壓－升壓型開關(guān)電源＋VI－－

Vo＋iLS閉合S閉合S閉合S斷開S斷開S斷開tontoffL充電L放電充電放電2021/10/10星期日57放電充電穩(wěn)定后改變控制脈沖的占空系數(shù)即可改變輸出電壓2021/10/10星期日584、采用開關(guān)變壓器的開關(guān)電源（補充內(nèi)容）＋VI－＋Vo－電壓可升可降Vo與VI可實現(xiàn)隔離可實現(xiàn)多路輸出2021/10/10星期日59小結(jié)＋VI－＋V