集成電子技術(shù)基礎(chǔ)教程 第三篇第4章(15)

1、集成電子技術(shù)基礎(chǔ)教程,第三篇 模擬電路和系統(tǒng),第四章 功率變換電路,功率放大電路的計(jì)算,主要是OTL和OCL電路的計(jì)算：,例：設(shè)OTL電路的VCC=30 V，輸出電壓幅度Vom=10 V，RL= 8 。試計(jì)算該電路的輸出功率、效率和管耗。,輸出功率：,效率：,管耗：,解：,例：設(shè)OCL電路的VCC=15 V，輸出電壓幅度Vom=10 V，RL= 8 。試計(jì)算該電路的輸出功率、效率和管耗。,輸出功率：,效率：,管耗：,解：,功率放大電路的分析,題3.4.3 OTL放大電路如圖所示，設(shè)T1、T2特性完全對稱，vi為正弦電壓，VCC=10V, RL= 16 。試回答下列問題： (1)靜態(tài)時(shí)，電容C2

2、兩端的電壓應(yīng)該是多少?調(diào)整哪個(gè)電阻能滿足這一要求? (2)動(dòng)態(tài)時(shí)，若輸出電壓波形出現(xiàn)交越失真，應(yīng)調(diào)整哪個(gè)電阻? 如何調(diào)整? (3)若R1 = R3 = 1.2 k，T1、T2管的= 50, VBE= 0.7V, Pcm = 200mW, 假設(shè)D1、D2、R2中任意一個(gè)開路，將會(huì)產(chǎn)生什么后果?,(1) 靜態(tài)時(shí)，電容C2兩端的電壓應(yīng)為5V。調(diào)整R1、R3，可調(diào)整上、下兩部分電路的對稱性，從而使C2兩端電壓為5V,(2) 若出現(xiàn)交越失真，應(yīng)調(diào)大R2，使bb2間電壓增大，提供較大的靜態(tài)電流,(3) 若D1、D2、R2中任意一個(gè)開路，則 IC1=IC2=IB1=179 (mA) PC=IC1VCE=IC

3、15V = 895 (mW)Pcm,解：, 功率管將會(huì)燒壞,直流穩(wěn)壓電源的結(jié)構(gòu)框圖,整流電路的任務(wù)是利用二極管的單向?qū)щ娦?，把正、?fù)交變的50Hz電網(wǎng)電壓變成單方向脈動(dòng)的電壓。,3.4.5 整流、濾波、穩(wěn)壓電路,整流與濾波電路,全波橋式整流輸出波形,在一個(gè)周期中，D1、D3和D2、D4各輪流導(dǎo)通一次。,全波橋式整流電路,整流電路只是將交流電變換為單方向的脈動(dòng)電壓和電流，由于后者含有較大的交流成分，通常還需在整流電路的輸出端接入濾波電路，以濾除交流分量，從而得到平滑的直流電壓。,利用電容的儲(chǔ)能特性，將電容量足夠大的電容與負(fù)載并聯(lián)。,當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí)，,濾波電路,當(dāng)開關(guān)S合上時(shí),在v2vC時(shí)，二極管

4、均反偏截止，C對RL放電， vC緩慢下降。,在v2vC時(shí)，D1、D3管導(dǎo)通，iD1,3一部分提供負(fù)載電流，另一部分對C充電，vC上升較快。,在RL=(空載)時(shí)，輸出直流電壓VO(平均值)為最大,輸出直流電壓平均值VO(AV),在RLC值很小時(shí)，相當(dāng)于無濾波電容的情況,一般情況下，可按下式估算：,VO(AV)0.9V2,VO(AV) 1.2V2,(二極管允許的反向電壓),(二極管最大整流電流),為確保二極管安全工作，要求:,濾波電路形式,不同電子設(shè)備要求其電源電壓的平滑程度不同，為此可采用不同的濾波電路,VI是輸入電壓，T為調(diào)整管，A為比較放大電路，VREF為基準(zhǔn)電壓，它由穩(wěn)壓管Dz與限流電阻R

5、構(gòu)成。R1與R2組成反饋網(wǎng)絡(luò)，是用來反映輸出電壓變化的取樣環(huán)節(jié)。,這種穩(wěn)壓電路的主回路由調(diào)整管T與負(fù)載相串聯(lián)構(gòu)成，且T工作在線性狀態(tài)，故稱為線性串聯(lián)式穩(wěn)壓電路。,線性串聯(lián)型穩(wěn)壓電路,VO=VI-VCE， VO由反饋網(wǎng)絡(luò)取樣，并經(jīng)放大電路(A)放大后去控制調(diào)整管T的基極電壓，從而改變調(diào)整管T的VCE,VI增加(或Io減小),如把串聯(lián)穩(wěn)壓電路看作反饋放大器(輸入為VREF，輸出為VO)，則這種電路屬于電壓串聯(lián)負(fù)反饋,在深度負(fù)反饋條件下,塑料封裝(TO-220) 最大功耗為10W(加散熱器) VI為不穩(wěn)定電壓輸入端 VO為穩(wěn)定電壓輸出端 GND為公共接地端,金屬殼封裝(TO-3) 最大功耗為20W(

6、加散熱器),7800系列,三端固定式集成穩(wěn)壓器,集成線性穩(wěn)壓電路,TO-220封裝,TO-3封裝,最大輸出電流為1.5A,7800系列中輸出穩(wěn)定電壓分為5V、6V、9V、12V、15V、18V和24V等多種,輸出電壓允許有5%的偏差,最小的輸入-輸出壓差為2V，但為使工作可靠，一般壓差應(yīng)大于3-5V,最高輸入電壓VI35V,7900系列,使用7800與7900時(shí)需要注意，采用TO-3封裝的7800系列，其金屬外殼為地端；而同樣封裝的7900系列，金屬外殼是負(fù)電壓輸入端,TO-220封裝,TO-3封裝,7900系列屬于負(fù)電壓輸出 外形、電壓系列、允許電流與7800系列完全相同 但管腳排列順序不同

7、,三端穩(wěn)壓器原理框圖,三端穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用,Ci是穩(wěn)壓器的輸入電容，用于進(jìn)一步減小高頻紋波,Co是穩(wěn)壓器的輸出電容，用于改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng),1、要防止浮地故障的發(fā)生，一旦GND端開路，穩(wěn)壓器的輸出電壓就會(huì)接近于輸入電壓，即VOVI，可能損壞負(fù)載電路中的元器件；,常見故障及防止方法,2、VI端與VO端不得接反；,3、當(dāng)穩(wěn)壓器輸出端接有大容量負(fù)載電容CL時(shí)，應(yīng)在VI與VO端之間接一只保護(hù)二極管D。正常情況下D截止，一旦輸入端發(fā)生短路，CL上積存的電荷便經(jīng)過D對地放電，起到保護(hù)作用，防止因向調(diào)整管的發(fā)射結(jié)放電而損壞芯片。,許多電子設(shè)備以及運(yùn)算放大器等均需要正、負(fù)雙電源供電，將7800與7900搭配使

8、用，即可構(gòu)成同時(shí)輸出正壓和負(fù)壓的穩(wěn)壓電源。該電路的特點(diǎn)是可公用一套整流濾波電路。,能同時(shí)輸出正負(fù)壓的穩(wěn)壓電源,三個(gè)接線端稱為輸入端VI、輸出端Vo和調(diào)整端adj,LM317的VREF=1.2V，Iadj =50A，由于調(diào)整端電流Iadj I1，故可以忽略。,三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器,三端可調(diào)式穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用電路,由LM117和LM137組成的正、負(fù)輸出電壓可調(diào)的穩(wěn)壓電路,電路中的 (或 ) =1.2V, 為保證空載情況下輸出電壓穩(wěn)定， 和 不宜高于240。 和 的大小根據(jù)輸出電壓調(diào)節(jié)范圍確定。該電路輸入電壓VI分別為25V，則輸出電壓可調(diào)范圍為(1.220)V。,開關(guān)型穩(wěn)壓器的調(diào)整管工作在開關(guān)狀

9、態(tài)，調(diào)整管一般以(10100)kHz的調(diào)制頻率，快速轉(zhuǎn)換于飽和區(qū)和截止區(qū)。當(dāng)管子截止時(shí)，盡管電壓較高，而電流為零；當(dāng)管子飽和時(shí)，盡管電流較大，而管壓降很小。此時(shí)主要考慮管子的高頻開關(guān)損耗。因功耗很小，其效率可以提高到8090以上。,按調(diào)制方式分為脈寬調(diào)制式、脈頻調(diào)制式和混合調(diào)制式；,按功率管與負(fù)載的連接方式分為串聯(lián)式和并聯(lián)式。,3.4.6 開關(guān)型直流穩(wěn)壓電路,串聯(lián)開關(guān)型穩(wěn)壓電路原理圖,續(xù)流濾波環(huán)節(jié)的作用是將調(diào)整管輸出的開關(guān)脈沖電壓波形加以平滑，變成平穩(wěn)的直流輸出電壓。同時(shí)通過輸出取樣，反饋控制調(diào)整管的飽和與截止時(shí)間，使輸出電壓自動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。,包括開關(guān)調(diào)整管(T) 、續(xù)流濾波環(huán)節(jié)( D和L-C2

10、 ) 、控制環(huán)節(jié)(A、R1-R2、VREF) 三個(gè)部分。,在vSVF期間，比較器輸出負(fù)電位，vB=-Vom； 在vSVF期間，vB=+Vom,由此可得vB為矩形脈沖。當(dāng)vF變動(dòng)時(shí)，vB波形的脈寬ton和占空比q(=ton/T)隨著改變,vB=+Vom時(shí)，T飽和，并在L中儲(chǔ)能，vE=VI-VCESVI； vB=-Vom時(shí)，T截止，L釋放儲(chǔ)能，vE=-VD0。,工作波形,(設(shè)VF0),若忽略L中的直流電阻，則輸出直流電壓VO即為vE的平均分量。,當(dāng)VI一定時(shí)，VO與占空比q成正比。當(dāng)濾波器的參數(shù)L和C不是足夠大時(shí)，輸出電壓將出現(xiàn)一定的紋波，其基波頻率與三角波頻率相同。,當(dāng)VO下降時(shí)，取樣電壓FVO隨著減小，VF增大，調(diào)整管T的導(dǎo)通時(shí)間ton增加，所以vB波形的占空比q增大，使VO增大。由此可彌補(bǔ)VO的減小。,穩(wěn)壓過程,這種開關(guān)電源的穩(wěn)壓過程，是通過改變vB波形的脈寬(或占空比)來實(shí)現(xiàn)的，