電子線(xiàn)路 非線(xiàn)性部分(第五版)馮軍 謝嘉奎 緒論和第一章課件.ppt

1、緒論,0.1非線(xiàn)性電子線(xiàn)路的作用,0.2非線(xiàn)性器件的基本特點(diǎn),0.3本課程的特點(diǎn),0.1非線(xiàn)性電子線(xiàn)路的作用,一、線(xiàn)性電子電路與非線(xiàn)性電子電路,電子器件嚴(yán)格講是非線(xiàn)性的，但依使用條件不同，表現(xiàn)的非線(xiàn)性程度不同。為此，有如下兩種應(yīng)用：,線(xiàn)性電路：對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理時(shí)，盡量使用器件特性的線(xiàn)性部分。電路基本是線(xiàn)性的，但存在不希望有的失真。,非線(xiàn)性電路：對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理時(shí)，使用了器件特性的非線(xiàn)性部分，利用器件的非線(xiàn)性完成振蕩、頻率變換等功能。,器件特性與使用條件密切相關(guān)，例如：,小信號(hào)條件下，輸入信號(hào)小，在一定條件下電路可用線(xiàn)性等效電路表示，例如各種小信號(hào)放大器(線(xiàn)性電子線(xiàn)路)中，器件的特性歸屬線(xiàn)性電子線(xiàn)路

2、。,大信號(hào)條件下，輸入信號(hào)大，必涉及器件的非線(xiàn)性部分，例如功率放大器。故不能用線(xiàn)性等效電路表示電子器件的特征，而必須用非線(xiàn)性電路的分析方法。所以，功放歸屬非線(xiàn)性電子線(xiàn)路。,二、非線(xiàn)性電子線(xiàn)路在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用,1通信系統(tǒng)的分類(lèi),(1)有線(xiàn)通信系統(tǒng)：利用導(dǎo)線(xiàn)傳送信息,(2)無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)：利用電磁波傳送信息,(3)光纖通信系統(tǒng)：利用光導(dǎo)纖維傳送信息,2無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng),圖 0-1-1無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的組成,組成：發(fā)射裝置 + 接收裝置 + 傳輸媒體,(1) 發(fā)射裝置, 換能器：,將被發(fā)送的信息變換為電信號(hào)。例：話(huà)筒將聲音變?yōu)殡娦盘?hào)。,將換能器輸出的電信號(hào)變?yōu)閺?qiáng)度足夠的高頻電振蕩。, 發(fā)射機(jī)：,無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)

3、的組成, 天線(xiàn)：,將高頻電振蕩變成電磁波向傳輸媒質(zhì)輻射。,(2) 接收裝置,接收是發(fā)射的逆過(guò)程。, 接收天線(xiàn)：,高頻電振蕩,電信號(hào), 接收機(jī)：,將從空間接收的電磁波 高頻電振蕩。, 換能器：將電信號(hào),所傳送信息,(3) 傳輸媒體電磁波,電磁波傳送方式，依據(jù)波長(zhǎng)不同，可分為：長(zhǎng)波、中波、短波、超短波。,表 1各波段特點(diǎn),圖 0-1-2無(wú)線(xiàn)電波傳播方式,傳播距離：電離層 地面 直線(xiàn),3無(wú)線(xiàn)通信存在的問(wèn)題,(1)接收信號(hào)微弱,電磁波,接收天線(xiàn),(2)存在干擾,例如其他電臺(tái)的發(fā)射信號(hào)，各種工業(yè)、醫(yī)學(xué)裝置輻射電磁波，大氣層、宇宙固有的電磁干擾等。,對(duì)接收裝置的要求：增益高，選擇性好。,4解決方案,發(fā)射機(jī)

4、和接收機(jī)借助線(xiàn)性和非線(xiàn)性電子線(xiàn)路對(duì)攜有信息的電信號(hào)進(jìn)行變換和處理。除放大外，最主要有調(diào)制、解調(diào)。,(1)調(diào)制,由攜有信息的電信號(hào)(如音頻信號(hào))去控制高頻振蕩信號(hào)的某一參數(shù)(如振幅)，使該參數(shù)按照電信號(hào)的規(guī)律而變化(調(diào)幅)。,調(diào)制信號(hào)：攜有信息的電信號(hào)。,載波信號(hào)：未調(diào)制的高頻振蕩信號(hào)。,已調(diào)波：經(jīng)過(guò)調(diào)制后的高頻振蕩信號(hào)。,根據(jù)受控參數(shù)：調(diào)幅、調(diào)角(調(diào)頻、調(diào)相)。,(2)解調(diào),調(diào)制的逆過(guò)程，將已調(diào)波轉(zhuǎn)換為載有信息的電信號(hào)。,(3)調(diào)制的作用, 減小天線(xiàn)的尺寸。 音頻范圍：20 Hz 20 kHz，若發(fā)射 100 Hz，波長(zhǎng) = c /f = 3 000 km，天線(xiàn)至少幾百千米。需減少波長(zhǎng)，提高發(fā)

5、射頻率。, 選臺(tái)。將不同電臺(tái)發(fā)送的信息分配到不同頻率的載波信號(hào)上，使接收機(jī)可選擇特定電臺(tái)的信息而抑制其他電臺(tái)發(fā)送的信息和各種干擾。,5調(diào)幅發(fā)射機(jī)組成,圖 0-1-3調(diào)幅廣播發(fā)射機(jī)的組成,調(diào)幅廣播發(fā)射機(jī)的組成,各部分作用：,(1)振蕩器,產(chǎn)生 fosc 的高頻振蕩信號(hào)，幾十千赫以上。,(2)高頻放大器,多級(jí)小信號(hào)諧振放大器，放大振蕩信號(hào)，使頻率倍增至 fc，并提供足夠大的載波功率。,(3)調(diào)制信號(hào)放大器,多級(jí)放大器，前幾級(jí)為小信號(hào)放大器，放大微音器的電信號(hào)；后幾級(jí)為功放，提供功率足夠的調(diào)制信號(hào)。,(4)振幅調(diào)制器,實(shí)現(xiàn)調(diào)幅功能，將輸入的載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)變換為所需的調(diào)幅波信號(hào)，并加到天線(xiàn)上。,6

6、調(diào)幅接收機(jī),圖 0-1-4調(diào)幅廣播接收機(jī)的組成,調(diào)幅廣播接收機(jī)的組成,(1) 高頻放大器,為小信號(hào)諧振放大器，作用：, 選臺(tái)。利用可調(diào)諧的諧振系統(tǒng)選出有用信號(hào)，抑制其他頻率的干擾信號(hào)。, 放大。放大選出的有用信號(hào)。,(2) 混頻器,兩路輸入為：, 由高放級(jí)：已調(diào)信號(hào) fc 。, 由本機(jī)振蕩器：本振信號(hào) fL。,作用：載波變頻將已調(diào)信號(hào)的載波由 fc (高頻)變換為 fI (中頻)， fI = |fc - fL |而調(diào)制波形不變。,(3)本機(jī)振蕩,產(chǎn)生頻率為 fL =|fc + fI |(或 fL = fc - fI )的高頻等幅振蕩信號(hào)。fL 可調(diào)，并能跟蹤 fc。,(4)中頻放大器,為多級(jí)固

7、定調(diào)諧的小信號(hào)放大器，作用：放大中頻信號(hào)。,(5)檢波器,解調(diào)，從中頻調(diào)幅波還原所傳送的調(diào)制信號(hào)。,(6)低頻放大器,小信號(hào)放大器 功率放大器，作用：放大調(diào)制信號(hào)，向揚(yáng)聲器提供所需的推動(dòng)功率。,可見(jiàn)，有用信號(hào)在不同頻率上進(jìn)行放大超外差接收機(jī) 。,特點(diǎn)：解調(diào)電路前包括混頻器、本機(jī)振蕩、中頻放大器等。,優(yōu)點(diǎn)： 增益高，選擇性好。,直接高放接收機(jī)：解調(diào)前僅包括高放，無(wú)混頻器、本機(jī)振蕩、中頻放大器等，增益低，選擇性差。,7其他通信系統(tǒng), 調(diào)頻無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)都包括上述各模塊，區(qū)別主要在于調(diào)制器和解調(diào)器上。,實(shí)現(xiàn)調(diào)制的模塊頻率調(diào)制器；,實(shí)現(xiàn)解調(diào)的模塊頻率檢波器或鑒頻器。, 數(shù)字通信系統(tǒng)，調(diào)制

8、信號(hào)為數(shù)字信號(hào)，相應(yīng)的調(diào)制為數(shù)字調(diào)制。, 軟件無(wú)線(xiàn)電，用軟件的方法實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)中一部分電路的功能，改變程序便可變更調(diào)制方式。,8小結(jié),(1)非線(xiàn)性電子線(xiàn)路討論的范圍,除小信號(hào)放大器以外的其他功能電路振蕩器、功放、調(diào)制器、解調(diào)器、混頻器、倍頻器。,(2)本課程討論的內(nèi)容三類(lèi)電路, 功率放大電路在輸入信號(hào)作用下，可將直流電源提供的部分功率轉(zhuǎn)換為按輸入信號(hào)規(guī)律變化的輸出信號(hào)功率，并使輸出信號(hào)的功率大于輸入信號(hào)的功率。, 振蕩電路可在不加輸入信號(hào)的情況下，穩(wěn)定地產(chǎn)生特定頻率或特定頻率范圍的正弦波振蕩信號(hào)。, 波形變換和頻率變換電路能在輸入信號(hào)作用下產(chǎn)生與之波形和頻譜不同的輸出信號(hào)。包括：調(diào)制電路、解調(diào)

9、電路、混頻電路和倍頻電路。,本課程將順序?qū)W習(xí)這三類(lèi)電路。,0.2非線(xiàn)性器件的基本特點(diǎn),非線(xiàn)性電子線(xiàn)路中，上述三類(lèi)功能的實(shí)現(xiàn)利用了器件的非線(xiàn)性特性，為此，有必要首先了解非線(xiàn)性器件的基本特點(diǎn)(參數(shù)、控制變量、不能用疊加定理)。,一、非線(xiàn)性器件特性的參數(shù),主要有三個(gè)參數(shù)：, 直流參數(shù),適用于直流分析, 交流參數(shù),適用于頻率變換電路的分析, 平均參數(shù),適用于功率放大和振蕩電路的分析,例：非線(xiàn)性電阻：, 直流電導(dǎo),定義：,意義：表明直流電流與直流電壓間的依存關(guān)系。,特點(diǎn)：其值是 VQ(或 IQ) 的非線(xiàn)性函數(shù)。,應(yīng)用：直流分析。, 交流電導(dǎo),定義：,意義：伏安特性曲線(xiàn)上任一點(diǎn)的斜率，或該點(diǎn)上增量電流與增

10、量電壓的比值。,特點(diǎn)：其值是 VQ(或 IQ)的非線(xiàn)性函數(shù)。,應(yīng)用：交流分析。, 平均電導(dǎo),圖 0-2-2在大信號(hào)作用下的 電流波形,定義：當(dāng)器件兩端加余弦電壓 v = Vmcos t 時(shí)，因特性的非線(xiàn)性，流過(guò)器件的電流必為非余弦，將其按傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)：,則平均電導(dǎo)即為基波電流振幅與外加電壓振幅之比：,意義：反映基波電流與外加電壓間的依存關(guān)系。,特點(diǎn)：其值是 VQ(或 IQ) 的非線(xiàn)性函數(shù)。,應(yīng)用：功放和振蕩電路分析。,二、非線(xiàn)性器件特性的控制變量,控制變量不同，非線(xiàn)性器件的特性也不同，故分析時(shí)須注明它的控制變量。,1控制量不同，特性不同,例 1：二極管,電壓為控制量電流對(duì)電壓呈指數(shù)關(guān)系變化；

11、,電流為控制量電壓對(duì)電流呈對(duì)數(shù)關(guān)系變化。,2特性為非單調(diào)時(shí)多值和負(fù)值,例 2 ：隧道二極管,圖 0-2-3伏安特性曲線(xiàn),(1)控制變量,電壓：電流為單值,電流：電壓為多值,壓控非線(xiàn)性器件,(2)直流電導(dǎo) g0 0，在曲線(xiàn)上任一點(diǎn)均為正。,(3)交流電導(dǎo) g(a, b) 0，即在 a、b 段為負(fù)電導(dǎo)。,器件特性的描述與控制變量有關(guān)，并可能出現(xiàn)負(fù)參數(shù)，尤其特性非單調(diào)變化時(shí)非線(xiàn)性與線(xiàn)性器件的重要區(qū)別。,三、不滿(mǎn)足疊加定理,若 i = f(v)，v = v1 + v2,則 i = f(v1 + v2)但 i f(v1)+ f(v2),例 i = av2 v = v1 + v2,注意，i 中除體現(xiàn)兩電壓

12、分別作用外，還包含兩電壓乘積項(xiàng)產(chǎn)生的響應(yīng)電流。若 v1 = V1mcos 1t， v2 = V2mcos 2t ，則 i 中除出現(xiàn) 1，2 兩分量外，還出現(xiàn)兩電壓乘積項(xiàng)產(chǎn)生的角頻率為 1 2 的新頻率分量。,出現(xiàn)新的頻率成分 非線(xiàn)性電路可以實(shí)現(xiàn)頻率加、減等更多電路功能。,0.3本課程的特點(diǎn),1工程上采用近似分析法,非線(xiàn)性器件物理特性復(fù)雜，需要解非線(xiàn)性方程或時(shí)變系數(shù)的線(xiàn)性微分方程。,對(duì)策：對(duì)器件數(shù)學(xué)模型和電路工作條件進(jìn)行合理近似，用近似分析方法獲得具有實(shí)用意義的結(jié)果。,2功能與電路形式多,對(duì)策：抓本質(zhì)功能再多也是借助器件的非線(xiàn)性；,抓基本電路種類(lèi)雖多，但都是在為數(shù) 不多的基本電路上發(fā)展起來(lái)的。,

13、3重視實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，堅(jiān)持理論聯(lián)系實(shí)際,本書(shū)內(nèi)容安排的三個(gè)層次：, 由電路功能的基本原理導(dǎo)出基本電路。, 合理近似，引出對(duì)電路的工程近似分析。, 根據(jù)分析結(jié)果，提出對(duì)電路的設(shè)計(jì)原則及改進(jìn)電路性能的基本途徑。,第 1 章功率電子線(xiàn)路,1.1功率電子線(xiàn)路概述,1.2功率放大器的電路組成和工作特性,1.3乙類(lèi)推挽功率放大電路,1.4功率合成技術(shù),1.5整流與穩(wěn)壓電路,第 1 章 功率電子線(xiàn)路,1.1功率電子線(xiàn)路概述,1.1.1功率放大器,1.1.2電源變換電路,1.1.3功率器件,1.1功率電子線(xiàn)路概述,作用：高效地實(shí)現(xiàn)能量變換和控制。,種類(lèi)：,(1)功率放大電路 特點(diǎn)：放大 用途：通信、音像等電子設(shè)備。

14、,(2)電源變換電路 特點(diǎn)：能量變換 用途：電源設(shè)備、電子系統(tǒng)、工業(yè)控制等。,1.1.1功率放大器,特點(diǎn)：工作在大信號(hào)狀態(tài)。,一、功率放大器的性能要求, 安全。輸出功率大，管子在極限條件下運(yùn)用。, 高效率。,C 集電極效率(Collector Efficiency),Po 輸出信號(hào)功率 ；PD 電源提供的功率；,PC 管耗 (Power Dissipation)/集電極耗散功率；,Po 一定，C 越高，PD 越小 PC 小， 既可選 PCM 小的管子，以降低費(fèi)用，也節(jié)省能源。, 失真小。,盡管功率增益也是重要的性能指標(biāo)，但安全、高效和小失真更重要，前者可以通過(guò)增加前置級(jí)禰補(bǔ)。,二、功率管的運(yùn)用

15、特點(diǎn),1功率管的運(yùn)用狀態(tài),根據(jù)功率管在一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)導(dǎo)通時(shí)間的不同，功率管運(yùn)用狀態(tài)可分為甲類(lèi)、乙類(lèi)、甲乙類(lèi)、丙類(lèi)等多種。, 甲類(lèi)：功率管在一個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通 ，c = 。, 乙類(lèi)：功率管僅在半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通，c = /2。, 甲乙類(lèi)：管子在大于半個(gè)周期小于一個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通， /2 c 。, 丙類(lèi)：功率管在小于半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通，c /2。,功率管運(yùn)用狀態(tài)通常靠選擇靜態(tài)工作點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。,功率管的運(yùn)用狀態(tài),根據(jù)下列曲線(xiàn)說(shuō)出功率管的應(yīng)用狀態(tài)：,圖 111各種運(yùn)用狀態(tài)下的輸出電流波形,2不同運(yùn)用狀態(tài)下的 C,管子的運(yùn)用狀態(tài)不同，相應(yīng)的 Cmax 也不同。,減小 PC 可提高 C。,假設(shè)集電極瞬時(shí)電流和電壓分別為 i

16、C 和 vCE，則 PC 為,討論：若減少 PC，則要減少 iC vCE,方法 1：由甲類(lèi) 甲乙類(lèi) 乙類(lèi) 丙類(lèi)，即減小管子在信號(hào)周期內(nèi)的導(dǎo)通(增大 iC = 0)的時(shí)間。,方法 2：管子運(yùn)用于開(kāi)關(guān)狀態(tài)(又稱(chēng)丁類(lèi))，即一周期內(nèi)半飽和半截止。 飽和時(shí)，vCE VCE (sat) 很小 PC 很??； 截止時(shí)，iC 很小，iC vCE 也很小 PC 很小。,總之：為提高 C，管應(yīng)用狀態(tài)可取乙類(lèi)、丙類(lèi)或丁類(lèi)。但集電極電流波形失真嚴(yán)重，電路需采取特定措施(見(jiàn) 1.2 節(jié))。,1.1.2電源變換電路,按變換方式不同：,(1)整流器(Rectifier)：交流電-直流電。 應(yīng)用：電子設(shè)備供電。,(2)直流-直

17、流變換器(DC-DC Converter)：直流電-直流電。 應(yīng)用：開(kāi)關(guān)電源。,(3)逆變器(Inverter)：直流電-交流電。 應(yīng)用：不間斷電源、變頻電源。,(4) 交流-交流變換器(AC-AC Converter)：交流電-交流電。 應(yīng)用：變壓等。,1.1.3功率器件,功率管的種類(lèi)： (1)雙極型功率晶體管 (2)功率 MOS 管 (3)絕緣柵雙極型功率管,功率管是功率放大電路的關(guān)鍵器件，為保證安全工作，需了解其極限參數(shù)及安全工作區(qū)。,以雙極型功率管為例，安全工作區(qū)受如下極限參數(shù)限制：, 最大允許管耗 PCM。與散熱條件密切相關(guān)。 基極開(kāi)路集 - 射反向擊穿電壓 V(BR)CEO 。 集

18、電極最大允許電流 ICM 。,以上參數(shù)與功率管的結(jié)構(gòu)、工藝參數(shù)、封裝形式有關(guān)。,一、功率管散熱和相應(yīng)的 PCM,管耗 PC 主要消耗在集電結(jié)上，使結(jié)溫升高。,若集電極的散熱條件良好，集電結(jié)上的熱量很容易散發(fā)到周?chē)諝庵腥?，則集電結(jié)就會(huì)在某一較低溫度上達(dá)到熱平衡，此時(shí)集電結(jié)上產(chǎn)生的熱量等于散發(fā)到空氣中的熱量。反之，散熱條件不好，集電結(jié)就會(huì)在更高的溫度上達(dá)到熱平衡，甚至產(chǎn)生熱崩而燒壞管子。,熱崩(Thermal Runaway)：,集電結(jié)結(jié)溫(Tj) iC PC Tj 如此反復(fù)，直至 Tj TjM(集電結(jié)最高允許溫度)而導(dǎo)致管子被燒壞的一種惡性循環(huán)現(xiàn)象。,提高 PCM 的辦法：,圖 114(a)、

19、(b) 功率管底座上加裝散熱器 (c) 相應(yīng)的熱等效電路, 管子集電極直接固定在金屬底座上。, 金屬底座與管殼相連。 金屬底座還加裝金屬散熱器。,各種散熱片,各種功率晶體管,熱傳導(dǎo)過(guò)程,T2 為熱源溫度，T1 為空氣溫度，P 為傳輸?shù)臒峁β?，Rth 為熱阻，單位 /W,當(dāng)熱源產(chǎn)生熱量時(shí)，熱源溫度 T2 上升，向外部傳輸熱量，若產(chǎn)生的熱量和傳輸?shù)臒崃肯嗟?，達(dá)到熱平衡。T2 不再變化。,晶體管的熱量傳遞,因?yàn)镽(th)cs + R(th)sa R(th)ca,所以Rth R(th)jc + R(th)cs + R(th)ca,晶體管手冊(cè)中給出的 PCM 是在指定散熱器尺寸和環(huán)境溫度(Ta = 25

20、)時(shí)給出的數(shù)據(jù)。具體數(shù)值可由下式確定,二、二次擊穿,除 PCM、ICM 和V(BR)CEO 滿(mǎn)足安全工作條件外，要保證功率管安全工作，還要求不發(fā)生二次擊穿。,二次擊穿(Secondary Breakdown)：,當(dāng)集 - 射反向電壓超過(guò) V(BR)CEO 時(shí)，會(huì)引起擊穿，但只要外電路限制擊穿后的電流，管子就不會(huì)損壞，待集電極電壓小于 V(BR)CEO 后，管子可恢復(fù)正常工作。,如果發(fā)生上述擊穿，電流不加限制，就會(huì)出現(xiàn)集電極電壓迅速減小，集電極電流迅速增大的現(xiàn)象，即為二次擊穿。,后果：過(guò)熱點(diǎn)的晶體熔化，集 - 射間形成低阻通道，引起vCE下降，iC 劇增，損壞功率管，且不可逆。,發(fā)生條件：它在高

21、壓低電流時(shí)發(fā)生，相應(yīng)的功率稱(chēng)為二次擊穿耐量 PSB。,圖 115圖計(jì)及二次擊穿時(shí)功率管的安全工作區(qū),功率管的安全工作區(qū),第 1 章 功率電子線(xiàn)路,1.2 功率放大器的電路組成和工作特性,1.2.1從一個(gè)例子講起,1.2.2甲類(lèi)、乙類(lèi)功率放大器的電路組成 及其功率性能,1.2.1從一個(gè)例子講起,圖 121圖解分析(a),圖 1-2-1 示為放大器的基本電路，現(xiàn)將其作為功率放大器來(lái)分析它的功率性能。由此揭示功率放大電路組成及其工作性能上的特點(diǎn)。,功率放大器為大信號(hào)放大器，工程分析時(shí)，多采用特性曲線(xiàn)上作負(fù)載線(xiàn)的圖解分析法。,1Q 點(diǎn)的選擇,為了使電路在管子不出現(xiàn)飽和與截止失真的條件下輸出功率最大，需

22、把 Q 選在負(fù)載線(xiàn)的中點(diǎn)，即,VCE(sat) 0,圖 121圖解分析,2集電極輸出電壓和電流(假設(shè) VCE(sat) 和 ICEO 為 0),圖 121圖解分析(b),其中，,3PD (直流功率)、PL (負(fù)載功率) 、 PC (管耗),PL 和 PC 均由直流和交流兩部分合成。例如：,PL 中：,直流功率,交流功率,所以,4討論：,(1) 電路組成上,甲類(lèi)功放 Cmax = 25% PD 中，輸出的信號(hào)功率 Po 僅占 1/4，PD/2 消耗在 RL 上。,提高 Cmax 的辦法：, 降低 Q 合理選擇管子的運(yùn)用狀態(tài)(乙類(lèi)或甲乙類(lèi))減小管子的靜態(tài)損耗。, 消除 RL 上的直流功率改進(jìn)管外電

23、路，使之不消耗直流功率。,(2) 工作特性上,VCC 一定且 Q 在負(fù)載線(xiàn)中點(diǎn)時(shí)，欲提高輸出信號(hào)功率，需增大 Icm(減小 RL)，但必須同時(shí)增大激勵(lì)電流。,圖 122RL 變化對(duì)功率性能的影響, RL 減小，負(fù)載線(xiàn)斜率改變，減小了集電極電壓振幅，使 Po 減??；, ICQ 增大，使 PD 增大，C 降低。,5結(jié)論,(1)在電路組成上，必須采用避免管外電路無(wú)謂消耗直流功率的結(jié)構(gòu)。,(2)在工作特性上，輸出負(fù)載、輸入激勵(lì)和靜態(tài)工作點(diǎn)相互牽制，要高效率輸出所需信號(hào)功率，三者必須有一個(gè)最佳配置。,1.2.2甲類(lèi)、乙類(lèi)功率放大器的電路組成及其功率性能,一、甲類(lèi)變壓器耦合功率放大器,圖 123(a)原理

24、電路,1電路,(1)輸入端,RB 偏置電阻； CB 旁路電容； Tr1 耦合變壓器。,(2)輸出端,Tr2 耦合變壓器，對(duì)交流，Tr2 起阻抗變換作用。,2電路分析,(靜態(tài)分析、動(dòng)態(tài)分析、功率性能、管安全),(1)靜態(tài)分析, 畫(huà)直流通路, 畫(huà)直流負(fù)載線(xiàn) 直流負(fù)載線(xiàn)方程： vCE = VCC 直流負(fù)載線(xiàn)：EF,圖 124甲類(lèi)變壓器耦合功率放大器的圖解分析, 求 Q 點(diǎn) iB = IBQ， iC = ICQ， vCE = VCEQ = VCC,(2)動(dòng)態(tài)分析, 畫(huà)交流通路, 畫(huà)交流負(fù)載線(xiàn) 交流負(fù)載線(xiàn)方程： 過(guò) Q 點(diǎn)作交流負(fù)載線(xiàn) MN，, 求動(dòng)態(tài)范圍,甲類(lèi)變壓器耦合功放圖解分析,(3)功率性能,當(dāng)

25、輸入充分激勵(lì)，Q 處在負(fù)載線(xiàn)中點(diǎn)時(shí)，忽略非線(xiàn)性失真，且設(shè) VCE(sat) = 0，ICEO = 0，則相應(yīng)的集電極電壓和電流分別為：,其中：Vcm = VCEQ = VCC,比較： 基本放大器電路， Vcm = VCC/2； 變壓器耦合電路， Vcm = VCC，若呈現(xiàn)在集電極上的負(fù)載相等，則輸出信號(hào)功率增大 4 倍。,采用變壓器耦合，Cmax 將由 0.25 增大到 0.5，即 PD 的一半轉(zhuǎn)換為 Po。,若 Q 處于交流負(fù)載線(xiàn)的中點(diǎn)，且充分激勵(lì)的條件下，增大 VCC，或減小 ，Po 均將增大，但最后受安全工作條件的限制。,(4)管安全,圖 124圖解分析,如圖 1-2-4 所示，加在集電

26、極上的最大電壓 vCEmax = VCC + vcm 2VCC，通過(guò)集電極的最大電流 iCmax = ICQ + Icm 2ICQ 。,當(dāng) Po = 0 時(shí)，PD 全部消耗在管子中，因而消耗在集電極上的最大功率 PCmax = PD 。,安全工作條件：,又，,用 Pomax 表示，上述安全工作條件變?yōu)椋? V(BR)CEOICM/8 PCM/2,圖 115,Pomax 取二者較小的值。,此外，還需檢查動(dòng)態(tài)點(diǎn)是否落在二次擊穿限定的安全區(qū)內(nèi)。,二、乙類(lèi)推挽功率放大器,乙類(lèi)工作時(shí)，為在負(fù)載上合成完整的正弦波，必須采用兩管輪流導(dǎo)通的推挽(Push-Pull)電路。,實(shí)現(xiàn)方案： 變壓器耦合推挽功放； 乙

27、類(lèi)互補(bǔ)推挽功放。,1變壓器耦合功放,(1) 電路結(jié)構(gòu),Tr1：輸入變壓器，利用二次繞組的中心抽頭將 vi (t) 分成兩個(gè)幅值相等，極性相反的激勵(lì)電壓 vi1 = - vi2 ，分別加在兩管的基 - 射極之間，實(shí)現(xiàn)兩管輪流導(dǎo)通。,Tr2：輸出變壓器，隔斷 iC1 和 iC2 到負(fù)載的平均分量，并利用一次繞組的中心抽頭將 iC1 和 iC2 中的基波分量在 RL 中疊加，輸出正弦波。,T1 和 T2：特性配對(duì)、相同導(dǎo)電類(lèi)型的 NPN 功率管。,圖 125(a)變壓器耦合,(2) 工作原理,vi1(t) 0 時(shí)， T1 導(dǎo)通(忽略射結(jié)壓降)； vi2(t) 0， T2 截止，iC1 處于正半周的半

28、個(gè)正弦波。,vi2(t) 0 時(shí)， T2 導(dǎo)通； vi1(t) 0， T1 截止，iC2 處于的正弦波的負(fù)半周。,iC1 和 iC2 中的基波分量在 RL 中疊加，輸出完整正弦波。,2互補(bǔ)推挽電路,圖 125(b)互補(bǔ)推挽,(1)電路特點(diǎn),T1 與 T2：功率管互補(bǔ)配對(duì),(2)工作原理,vi(t) 0 時(shí)，T1 管(NPN 型) 導(dǎo)通(忽略射結(jié)壓降)，T2 管 (PNP型)截止，iC1( iE1)為正弦波的正半周；,vi(t) 0 時(shí)，T2 管導(dǎo)通，T1 管截止，iC2( iE2)為處于正弦波的負(fù)半周。,通過(guò) RL 的電流 iL = iE1 iE2 ，合成完整的正弦波。,小結(jié)：上述乙類(lèi)功率放大

29、器，為實(shí)現(xiàn)器件輪流導(dǎo)通：,3乙類(lèi)推挽功率放大器的性能分析,圖 126互補(bǔ)推挽圖解分析,(1)推挽電路的組合特性,乙類(lèi)推挽功率放大器的組合特性,靜態(tài)工作點(diǎn)：,Vi 0，T1 導(dǎo)通，負(fù)載線(xiàn) AQ 過(guò) Q 點(diǎn)，斜率為 - 1/RL ；,Vi 0，T2 導(dǎo)通，負(fù)載線(xiàn) AQ 過(guò) Q 點(diǎn)，斜率為 - 1/RL 。,(2) 性能分析(忽略失真), 一般性能分析,在 0 t 時(shí)，iC2 = 0 iC1 = Icmsin t, t 2 時(shí)，iC1 = 0 iC2 = Icmsin t,集 - 射極間電壓： VCE1 = VCC - Vcmsin t，VCE2 = - VCC Vcmsin t,通過(guò) RL 的電流

30、：,相應(yīng)產(chǎn)生的電壓：,RL 上的輸出功率： PL = Po = VcmIcm/2 = I2cmRL/2,正負(fù)電源總的直流功率：,PD = PD1 + PD2 = 2VCCIC0 = 2VCCIcm/, 若充分激勵(lì)：與 RL 相匹配的輸入激勵(lì)(不出現(xiàn)飽和失真的最大激勵(lì))。,令 VCE(sat) = 0，ICEO = 0，則 Vcm = VCC，Icm = VCC/RL,相應(yīng) Po 和 PD 達(dá)到最大，即,乙類(lèi)功放的最大集電極效率,比甲類(lèi)功放高, 若激勵(lì)不足,Vcm 減小，引入電源電壓利用系數(shù) 表示 Vcm的減小程度。,定義 = Vcm/VCC,集電極管耗：,分析：當(dāng)輸入激勵(lì)由大減小，即 減小時(shí)，

31、Po、PD、C 均單調(diào)減小，而 PC1 和 PC2 的變化非單調(diào)， 時(shí)最大，其值為,功放性能隨 變化的特性：, 小時(shí)，PD 、Po 、 C ??； 接近 1 時(shí)，PD 、Po 、C 大。,結(jié)論：, PC 非單調(diào)變化，兩頭小，中間大。, PD 隨 (激勵(lì))線(xiàn)性增大，與甲類(lèi)(不變)不同。,(3) 管安全,由,增大 VCC，減小 RL，且輸入充分激勵(lì)，輸出功率將增大，但最后受到下列安全工作條件的限制：,PC1max = PC2max = 0.2Pomax PCM,取其中的小值,檢查二次擊穿。,1.3乙類(lèi)推挽功率放大電路,從原理電路到實(shí)用電路，還需解決如下等問(wèn)題： 交越失真 加偏置電路； 雙電源 單電源

32、供電； 互補(bǔ)管難配 準(zhǔn)互補(bǔ)推挽電路； 安全 過(guò)載保護(hù)； 充分激勵(lì) 輸入激勵(lì)電路。,一、交越失真和偏置電路,1交越失真(Crossover Distortion),(1)定義,在零偏置條件下，考慮到導(dǎo)通電壓的影響，輸出電壓波形在銜接處出現(xiàn)的失真，稱(chēng)交越失真。,圖 132圖解分析乙類(lèi)推挽電路時(shí)，兩管的合成傳輸特性,交越失真,(2) 解決途徑,圖 133加偏置的互補(bǔ)推挽電路及其傳輸特性,輸入端兩管適當(dāng)正偏，使其工作在甲乙類(lèi)。,由傳輸特性可見(jiàn)：只要 VBB 取值合適，上下兩路傳輸特性起始段的彎曲部分就可相互補(bǔ)償，合成傳輸特性趨近于直線(xiàn)，在輸入正弦電壓激勵(lì)下，得到不失真的輸出電壓。,(3)常用電路, 二

33、極管偏置電路, VBE 倍增電路,2二極管偏置電路,在集成電路中，偏置二極管通常由晶體管取代，如圖 1-3-4(b)所示?；蛘哂没パa(bǔ)管 T3、T4 取代，如圖 1-3-4(c)所示。,圖 1-3-4二極管偏置電路,問(wèn)題：偏置電路是否影響輸入信號(hào) vi (t) 的傳輸。,解答：二極管正向交流電阻很小，可認(rèn)為交流短路。,圖 1-3-4二極管偏置電路,3VBE 倍增電路,圖 135VBE 倍增偏置電路,(1)偏置電路,由 T3、R1、R2 組成，且由電流源 IR 激勵(lì)，為互補(bǔ)功率管 T1、T2 提供偏置電壓 VBB。,T3、R1 構(gòu)成電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路，反饋電路的電阻很小，幾乎不影響輸入信號(hào)的傳輸。

34、,圖 135VBE 倍增偏置電路,(2)倍增原理,式中， VBE3 = VT ln(IE3 / IS) VT ln(IR / IS),上式表明：偏置電路提供的偏置電壓 VBB 是 VBE3 的倍增值，且其值受 R1 和 R2 控制，故稱(chēng)為 VBE 倍增電路。,(3)熱補(bǔ)償,T ICQ VBE3VBB ICQ ,二、單電源供電的互補(bǔ)推挽電路(OTL),圖 136,1電路特點(diǎn) 單電源供電 負(fù)載串接大容量隔直電容 CL。VCC 與兩管串接，若兩管特性配對(duì)，則 VO = VCC/2，CL 等效為電壓等于 VCC/2 的直流電源。,2工作原理,T1 管的直流供電電壓：VCC VO = VCC/2， T2

35、 的供電電壓：0 VO = VCC/2。,單電源供電電路等效為 VCC/2 和 VCC/2 的雙電源供電電路。,三、準(zhǔn)互補(bǔ)推挽電路,1問(wèn)題的提出,互補(bǔ)要求兩功率管特性配對(duì)，難實(shí)現(xiàn)。,2解決辦法,采用復(fù)合管取代互補(bǔ)管，構(gòu)成準(zhǔn)互補(bǔ)推挽電路。,3電路,圖 137準(zhǔn)互補(bǔ)推挽電路,復(fù)合管 T1、T2 等效為 NPN 型管；T3與 T4 等效為 PNP 型管。,其中，T1、T3 為小功率管，它們之間是互補(bǔ)的，T2、T4 為大功率管，它們是同型，便于特性配對(duì)，故稱(chēng)為準(zhǔn)互補(bǔ)推挽電路。,R1，R2(幾百歐姆) 減小復(fù)合管的反向飽和電流。,四、保護(hù)電路,1必要性,實(shí)際可能發(fā)生負(fù)載短路，電流迅速增大等異?，F(xiàn)象，造成

36、功率管損壞。為了安全起見(jiàn)，應(yīng)有過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)熱保護(hù)。,2過(guò)流保護(hù)電路,(1)電路,圖 138限流保護(hù)電路,T1、T2：保護(hù)管；R1、R2 ：取樣電阻。,(2)原理,以保護(hù)管 T1 為例。,正常時(shí)，VR1 不足以使 T1 導(dǎo)通，不起保護(hù)作用。,異常時(shí)，VR1 使 T1導(dǎo)通，分流 i1，限制 T3 管的輸出電流，起到了限流保護(hù)作用。,T2 對(duì) T4 的限流保護(hù)作用同上。,五、輸入激勵(lì)電路,1必要性,互補(bǔ)功放, 功率管為射隨器，Av 1。若要求輸出最大信號(hào)功率，則要求激勵(lì) 級(jí)提供振幅接近電源電 壓的推動(dòng)電壓(單電源 為 VCC /2 )。,2電路,圖 139(a)未加自舉電容的電路 (b)輸入激勵(lì)級(jí)

37、圖解分析,T3：輸入激勵(lì)級(jí)，,T3 的直流負(fù)載 R(忽略 T1 和 T2基極電流)，直流負(fù)載線(xiàn)為。,圖 139(a)未加自舉電容的電路 (b)輸入激勵(lì)級(jí)圖解分析,3輸出振幅,交流負(fù)載 r R/ri R ,交流負(fù)載線(xiàn)如所示。故 T3 管最大輸出電壓振幅減小，小于 VCC/2。,若使 r R，則交流負(fù)載線(xiàn)如 曲線(xiàn) 所示，輸出信號(hào)電壓振幅可接近 VCC/2。,4改進(jìn)電路, 電流源構(gòu)成有源負(fù)載放大器，直流電阻小，交流電阻大。, 采用自舉電路,R1 ，R2 ， C2，取代 R 。特點(diǎn)：交流電位由 O 經(jīng) C2 自舉到 C 點(diǎn)，即 vC vO。,工作原理：Av 1，故 vB vO vC，通過(guò) R2 的交流

38、電流 i 0，因而從 B 點(diǎn)向虛線(xiàn)框看進(jìn)去的交流電阻(vB/i)很大，趨于無(wú)窮，T3 的交流負(fù)載電阻便近似等于 T1(或 T2)電路的輸入電阻。,第 1 章 功率電子線(xiàn)路,1.4功率合成技術(shù),1.4.1功率合成電路的作用,1.4.2傳輸線(xiàn)變壓器,1.4.3用傳輸線(xiàn)變壓器構(gòu)成的魔 T 混合網(wǎng)絡(luò),1.4.1功率合成電路的作用,功率合成技術(shù)就是將多個(gè)功率放大器的輸出功率疊加起來(lái)，給負(fù)載提供足夠大的輸出功率。,一、功率合成,A，B 兩端輸入等值同相功率，C 端負(fù)載 Rc獲得兩輸入功率的合成，而 D 端負(fù)載 Rd 上無(wú)功率輸出。,A，B 兩端輸入等值同相功率，C 端負(fù)載 Rc獲得兩輸入功率的合成，而 D

39、 端負(fù)載 Rd 上無(wú)功率輸出。,A、B 兩輸入端輸入等值反相功率，D 端負(fù)載Rd 獲得兩輸入功率的合成，而 C 端負(fù)載 Rc 上無(wú)功率輸出。,二、彼此隔離,當(dāng) Rd 和 Rc 之間滿(mǎn)足特定關(guān)系時(shí)，A、B 兩輸入端彼此隔離。,三、功率分配,當(dāng) Ra = Rb 時(shí)，將功率放大器加在 D 端，功率放大器的輸出功率均等地分配給 Ra 和 Rb ，且它們之間是反相的，而 C 端無(wú)功率輸出。,將功率放大器加 C端，功率放大器的輸出功率均等地分配給 Ra 和 Rb，且它們之間是同相的，而 D 端無(wú)功率輸出。,一個(gè)理想的功率合成電路應(yīng)該具有以下特點(diǎn)：, N 個(gè)同類(lèi)型的功率放大器，它們的輸出振幅相等，通過(guò)功率合

40、成器輸出給負(fù)載的功率應(yīng)等于各功率放大器輸出功率的和。, 與功率合成器連接的各功率放大器彼此隔離，任何一個(gè)功率放大器發(fā)生故障時(shí)，不影響其他放大器的功率輸出。,實(shí)現(xiàn)功率合成的電路種類(lèi)很多，一般都由無(wú)源元件組成，統(tǒng)稱(chēng)為魔 T 混合網(wǎng)絡(luò)。在實(shí)際應(yīng)用中，往往需要功率合成電路具有寬帶特性，這種功率合成電路由傳輸線(xiàn)變壓器構(gòu)成。,1.4.2傳輸線(xiàn)變壓器,一、變壓器和傳輸線(xiàn)的工作頻帶,高頻變壓器：由于線(xiàn)圈的漏感和匝間分布電容的作用，其上限頻率只能工作在幾十兆赫，下限頻率受激磁電感量的限制。,傳輸線(xiàn)：傳輸線(xiàn)就是連接信號(hào)源和負(fù)載的兩根導(dǎo)線(xiàn)，它的上限頻率與導(dǎo)線(xiàn)長(zhǎng)度 l 有關(guān)，l 越小，上限頻率 fH 越高。它的下限頻

41、率為零。,傳輸線(xiàn)變壓器如圖 143 所示。,圖 1-4-3傳輸線(xiàn)變壓器,設(shè)上限頻率 fH 對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)為 min ,取,可以認(rèn)為：,v1 = v2 = v，,i1 = i2 = i,二、傳輸線(xiàn)變壓器的工作原理,傳輸線(xiàn)變壓器原理圖如圖 1 44(a)所示。,將傳輸線(xiàn)繞于磁環(huán)上便構(gòu)成傳輸線(xiàn)變壓器。傳輸線(xiàn)可以是同軸電纜、雙絞線(xiàn)、或帶狀線(xiàn)，磁環(huán)一般是鎳鋅高磁導(dǎo)率的鐵氧體。,三、傳輸線(xiàn)變壓器功能,1對(duì)稱(chēng)與不對(duì)稱(chēng)變換,對(duì)稱(chēng) 不對(duì)稱(chēng)變換，將對(duì)地對(duì)稱(chēng)的雙端輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)地不對(duì)稱(chēng)的單端輸出信號(hào)，如圖 146(a)所示。,圖 1-4-6對(duì)稱(chēng)與不對(duì)稱(chēng)變壓器 (a) 對(duì)稱(chēng)-不對(duì)稱(chēng)(b) 不對(duì)稱(chēng)-對(duì)稱(chēng),參見(jiàn)圖 144(

42、b)，在高頻時(shí)，傳輸線(xiàn)變壓器以電磁能交替變換的傳輸方式傳送能量。,如圖 144(c)所示，在低頻時(shí)，由于傳輸線(xiàn)繞在磁環(huán)上，1 端和 2 端與 3 端和 4 端的短導(dǎo)線(xiàn)成為較大的電感線(xiàn)圈，避免了信號(hào)源和負(fù)載被短接，實(shí)現(xiàn)了倒相作用。能量通過(guò)傳輸線(xiàn)方式和磁耦合方式傳送。,不對(duì)稱(chēng) 對(duì)稱(chēng)變換，將對(duì)地不對(duì)稱(chēng)的單端輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)地對(duì)稱(chēng)的雙端輸出信號(hào)，如圖 146(b)所示。,(a) 對(duì)稱(chēng) 不對(duì)稱(chēng)(b) 不對(duì)稱(chēng) 對(duì)稱(chēng),2阻抗變換器,傳輸線(xiàn)變壓器可以構(gòu)成阻抗變換器，由于結(jié)構(gòu)的限制，通常只能實(shí)現(xiàn)特定的阻抗比的變換。,4 : 1 阻抗變換器如圖 147(a)所示，圖中阻抗關(guān)系為,實(shí)現(xiàn) 4 : 1 的阻抗變換。傳輸

43、線(xiàn)變壓器的特性阻抗為,1 : 4 阻抗變換器如圖 147(b)所示，圖中阻抗關(guān)系為,實(shí)現(xiàn) 1 : 4 的阻抗變換。傳輸線(xiàn)變壓器的特性阻抗為,1.4.3用傳輸線(xiàn)變壓器構(gòu)成的魔 T 混合網(wǎng)絡(luò),一、功率合成,如圖 1-4-8 所示，Tr1 為魔 T 混合網(wǎng)絡(luò)，Tr2 為對(duì)稱(chēng) 不對(duì)稱(chēng)變換器。,輸入信號(hào)接在 A 端和 B 端，根據(jù)節(jié)點(diǎn)方程,i = ia - id，i = id - ib,i = ia - id，i = id - ib,求出,而,ic = 2i = ia - ib,1輸入為等值反相信號(hào),ia = ib = Imsin t，,va = vb = Vmsin t,因?yàn)?ic = 0，所以 C

44、端無(wú)功率輸出。,vd = va + vb = 2Vmsin t，,D 端的輸出功率,輸出功率為 A 端輸入功率和 B 端輸入功率的和。,每個(gè)功率放大器的等效負(fù)載,2輸入為等值同相信號(hào),ia = -ib = Imsin t，,va = -vb = Vmsin t,因?yàn)?id = 0,所以 D 端無(wú)功率輸出。,vc = va = -vb = Vmsin t，,ic = ia - ib = 2Imsin t,C 端的輸出功率,輸出功率為 A 端輸入功率和 B 端輸入功率的和。,每個(gè)功率放大器的等效負(fù)載,3異常輸入情況,ia ib，va vb,根據(jù)電路的約束條件,將,代入并整理，求解出,若取,ia 僅

45、與 va 有關(guān)，ib 僅與 vb 有關(guān)。實(shí)現(xiàn)了 A 端和 B 端的隔離，稱(chēng)為 A、B 間的隔離條件。,二、功率分配,1同相功率分配,同相功率分配電路如圖 149(a)所示。,ic = 2i ，ia = i - id ，ib = i + id ，vd = idRd = iaRa - ibRb,整理得到,ic = 2i ，ia = i - id ，ib = i + id ， vd = idRd = iaRa - ibRb,取 Ra = Rb = R,則id = 0 D 端無(wú)功率輸出。,ia = ib = ic /2 A 端和 B 端獲得等值同相功率。,C 端的等效負(fù)載為 R/2。,2反相功率分配,

46、反相功率分配電路如圖 14 9(b)所示。,同理可以證明：當(dāng) Ra = Rb = R 時(shí),ic = 2i = 0,ia = ib = id,則 ic = 0 C 端無(wú)功率輸出。,A 端和 B 端獲得等值反相功率。,D 端的等效負(fù)載為 R/2。,第 1 章 功率電子線(xiàn)路,1.5整流與穩(wěn)壓電路,1.5.1整流電路,1.5.2串聯(lián)型穩(wěn)壓器,1.5.3開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓器,整流電路的功能是將電力網(wǎng)提供的交流電壓變換為直流電壓。穩(wěn)壓電路具有調(diào)節(jié)功能，將整流電路輸出的不穩(wěn)定直流電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流電壓。,1.5.1整流電路,整流電路有半波、全波、橋式三種基本形式。,一、半波整流電路,半波整流電路如圖 151(a)

47、 所示。,在圖 151(a)中，Tr 電源變壓器；D 整流二極管；RL 負(fù)載電阻；CL 濾波電容。,設(shè)v2 =V2msin t 忽略二極管的導(dǎo)通電壓，并設(shè)導(dǎo)通電阻為 RD。,v2 vo 二極管導(dǎo)通，電容充電。,v2 vo 二極管截止，電容放電。,動(dòng)態(tài)平衡后，二極管電流 iD = iO 是一串窄脈沖序列。,如圖 152(a)所示，CL 一定時(shí)，RL 越小，紋波越大。,如圖 152(b)所示，RL 一定時(shí)，CL 越大，紋波越小。,參見(jiàn)圖 151(b)和圖 151(c)，經(jīng)過(guò) RL CL 的濾波，輸出電壓是直流電壓 VO 和一個(gè)鋸齒狀波動(dòng)電壓的疊加。,波動(dòng)電壓稱(chēng)為紋波電壓。,直流電壓 VO 及紋波電

48、壓的大小與 RL 和 CL 的數(shù)值有關(guān)。,二、全波和橋式整流電路,1全波整流電路,全波整流電路如圖 154(a) 所示。,當(dāng) v2 vO 時(shí)，二極管導(dǎo)通，所以在 v2 的正負(fù)半周 D1 和 D2 輪流導(dǎo)通。,穩(wěn)態(tài)波形如圖 154(b)所示。,O,由于電流脈沖的頻率比半波整流提高一倍，輸出的直流電流 IO 和輸出電壓 VO 比半波整流電路大，RL 和 CL 的濾波作用提高，紋波電壓比半波整流電路小。,2橋式整流電路,圖 155橋式整流電路及其電壓和電流波形,如圖 155(a)所示，v2 正峰值附近 D1、D3 導(dǎo)通，D2、D4 截止。,v2 負(fù)峰值附近 D2、D4 導(dǎo)通，D1、D3 截止。,圖

49、1-5-5橋式整流電路及其電壓和電流波形,IO 與 VO 與全波整流電路相同，但截止時(shí)的反向電壓由兩只二極管共同承擔(dān)。,電壓和電流的波形如圖 1 55(d)、(e)、(f)所示。,三、三種整流電路的性能,1半波整流電路,優(yōu)點(diǎn)：元件少，電路簡(jiǎn)單。 缺點(diǎn)：VO 小，紋波大。,2全波整流電路,優(yōu)點(diǎn)：VO 大，紋波小。 缺點(diǎn)：二極管承受的反向電壓高。,3橋式整流電路,優(yōu)點(diǎn)：VO 大，紋波小，輸出功率相同時(shí)，變壓器的伏安容量比全波整流小。,缺點(diǎn)：二極管數(shù)量多。,四、倍壓整流電路,倍壓整流電路如圖 159 所示。適用于 VO 大，IO 小的場(chǎng)合。,動(dòng)態(tài)平衡后，v2 正峰值附近 D1 導(dǎo)通，向 CL1 充電

50、，充電電壓 vO1，v2 負(fù)峰值附近 D2 導(dǎo)通，向 CL2 充電，充電電壓 vO2。,負(fù)載 RL 上的電壓為半波整流電路的兩倍。,同樣原理可以構(gòu)成多次倍壓電路。,1.5.2串聯(lián)型穩(wěn)壓器,一、工作原理,1組成,串聯(lián)型穩(wěn)壓器的組成如圖 1-5-12(a)所示。,圖 1-5-12(a)串聯(lián)穩(wěn)壓電路的組成方框圖,串聯(lián)型穩(wěn)壓器組成：調(diào)整管、取樣電路、基準(zhǔn)電壓源和比較放大器。,調(diào)整管功率管或復(fù)合管與負(fù)載串聯(lián)。,比較放大器單管放大器、差分放大器、集成運(yùn)放等。,串聯(lián)型穩(wěn)壓器組成：調(diào)整管、取樣電路、基準(zhǔn)電壓源和比較放大器。 調(diào)整管功率管或復(fù)合管與負(fù)載串聯(lián)。 比較放大器單管放大器、差分放大器、集成運(yùn)放等。,圖 1-5-12(a)串聯(lián)穩(wěn)壓電路的組成方框圖,基準(zhǔn)電壓源溫度系數(shù)很小的電壓源電路。,比較放大器單管放大器、差分放大器、集成運(yùn)放等。,串聯(lián)型穩(wěn)壓器的工作原理如圖 1512(b)所示。,T5 調(diào)整管，工作在放大區(qū)。,VB5 VCE5 。,R1、R2 取樣電路。,取樣電壓,基準(zhǔn)電壓 VREF,由 T1、T2 組成的差分放大器作為比較放大器，T3、T4 為有源負(fù)載。,當(dāng)VS = VREF,VO = VI - VCE5 = VREF/n,若 VI 或 RL 變化使 VO 增加,VO VS (VREF 不變) VC2 = VB5 VCES VO 。,反之亦然