教改模电910章课件.ppt

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1、第 9 章 功率放大电路九、功率放大电路九、功率放大电路v9.1 功率放大电路概述功率放大电路概述v9.2 互补功率放大电路互补功率放大电路v9.3 功率放大电路的安全运行功率放大电路的安全运行v9.4 集成功率放大电路集成功率放大电路9.1 功率放大电路概述功率放大电路概述v 功率放大电路功率放大电路:能够向负载提供足够信号功率的放大电路能够向负载提供足够信号功率的放大电路v 从能量控制和转换的角度看从能量控制和转换的角度看,功率放大电路和其它放大电路功率放大电路和其它放大电路(共射共射、共集共集、共基共基)在本质上没有区别在本质上没有区别.v 区别在于功率放大电路追求电源电压确定的情况下区

2、别在于功率放大电路追求电源电压确定的情况下,输出尽输出尽可能大的功率可能大的功率.即最大不失真输出电压大即最大不失真输出电压大,带负载能力强带负载能力强.9.1.1 功率放大电路的特点功率放大电路的特点功功率率放放大大电电路路主主要要提提供供输输出出功功率率,而而且且一一般般输输出出功功率率都都比比较较大大,所以与前面介绍的电路相比有以下的特点所以与前面介绍的电路相比有以下的特点:v 主要指标主要指标:最大输出功率最大输出功率和和转换效率转换效率 晶晶体体管管常常工工作作在在尽尽限限应应用用状状态态,需需要要考考虑虑必必要要的的散散热热措措施施和和过过电电流流(压压)的的保保护护措施措施v 由

3、由于于信信号号幅幅值值大大,只只能能用用图图解解法法分分析析电电路路,小信号线性等模型不再适用小信号线性等模型不再适用v 目前使用最广泛的功放电路是目前使用最广泛的功放电路是OTL和和OCL电路电路1.OTL1.OTL电路电路 输入电压的正半周：输入电压的正半周：T1导通导通,T2截止截止 VCCT1CRL地地 输入电压的负半周：输入电压的负半周：T2导通导通,T1截止截止 C 的的“”T2地地RL C“”OTL电路低频特性差。电路低频特性差。9.1.2 功率放大电路的组成功率放大电路的组成 互补输出电路互补输出电路 2.OCL电路电路 OCLOCL电路采用双电源供电电路采用双电源供电OTL电

4、路OCL电路电路 OCLOCL电路工作原理电路工作原理输入电压的正半周：输入电压的正半周：VCCT1RL地地输入电压的负半周：输入电压的负半周：地地RL T2 VCC两只管子交替导通，两路电源交替供电，双向跟随。两只管子交替导通，两路电源交替供电，双向跟随。静态时，静态时，UEQ UBQ0。3.桥式推挽功率放大电路桥式推挽功率放大电路(Balanced Transformerless Circuit)OCLOCL电路双电源中的负电源在制作时仍要采用变压器或大电容电路双电源中的负电源在制作时仍要采用变压器或大电容.为实现单电源供电为实现单电源供电,且不用变压器与大电容且不用变压器与大电容,可采用

5、可采用BTLBTL电路电路 OCL,OTL OCL,OTL 与与BTLBTL电路中晶体管均工作在电路中晶体管均工作在乙类状态乙类状态晶体管的工作状态 放大电路中放大电路中,当输入信号为正弦波时当输入信号为正弦波时,若晶体管若晶体管整个周期内导通整个周期内导通(导通角导通角 =360=360),),称工作在称工作在甲类状态甲类状态半个周期内导通半个周期内导通(导通角导通角 =180=180),),称工作在称工作在乙类状态乙类状态晶晶体体管管在在信信号号的的多多半半个个周周期期处处于于导导通通状状态态称称工工作作在在甲甲乙乙类类状状态态(=180=180 360360)导通角导通角 0 0 180

6、 180,工作在工作在丙类状态丙类状态处于开关状态处于开关状态,称工作在称工作在丁类状态丁类状态BTLBTL电路工作原理电路工作原理 输入电压的正半周：输入电压的正半周：VCC T1 RL T4地地输入电压的负半周：输入电压的负半周：VCC T2 RL T3地地管子多，损耗大，使效管子多，损耗大，使效率低。率低。几种几种电路的比较电路的比较 OTLOTL电路：电路：电路：电路：单电源供电，单电源供电，低频特性差。低频特性差。OCLOCL电路：电路：电路：电路：双电源供电，双电源供电，效率高，低频特性好。效率高，低频特性好。BTLBTL电路电路电路电路：单电源供电，单电源供电，低频特性好；效率低

7、低频特性好；效率低.9.2 互补功率放大电路互补功率放大电路1.OCL电路的输出功率及效率电路的输出功率及效率OCL电路电路互补输出级的分析估算方法互补输出级的分析估算方法求解输出功率和效率的方法求解输出功率和效率的方法:然后求出电源的平均功率，然后求出电源的平均功率，效率效率1.输出功率输出功率在已知在已知RL的情况下，先求出的情况下，先求出Uom，则则2.2.效率效率效率效率第 10 章 直流电源十、直流电源十、直流电源v10.1 直流电源的组成与功能直流电源的组成与功能v10.2 整流电路整流电路v10.3 滤波电路滤波电路v10.4 稳压二极管稳压电路稳压二极管稳压电路v10.5 串联

8、型稳压电路串联型稳压电路v10.5 开关型稳压电路开关型稳压电路 前面介绍的电子电路都需要有直流电源提供能量前面介绍的电子电路都需要有直流电源提供能量.大多数情大多数情 况下况下,直流电源是利用电网提供的交流电源经过转换得到直流电源是利用电网提供的交流电源经过转换得到.一、直流电源的组成及各部分的作用改变电压值改变电压值通常为降压通常为降压交流变脉交流变脉动的直流动的直流减小脉动减小脉动1)负载变化输出电压负载变化输出电压基本不变；基本不变；2)电网电压变化输出电网电压变化输出电压基本不变。电压基本不变。直流电源是能量转换电路，将直流电源是能量转换电路，将220V（或或380V）50Hz的的交

9、流电转换交流电转换为直流电。为直流电。半波整流半波整流全波整流全波整流 在分析电源电路时要特别考虑的两个问题：允许电网电在分析电源电路时要特别考虑的两个问题：允许电网电压波动压波动10，且负载有一定的变化范围。，且负载有一定的变化范围。1.1.单相半波整流电路单相半波整流电路（1）工作原理）工作原理u2的正半周，的正半周，D导通，导通，ADRLB，uO=u2。u2的负半周，的负半周，D截止，承受反向电压，为截止，承受反向电压，为u2；uO=0。二、整流电路（2）UO（AV）和和 IL（AV）的估算的估算 已知变压器副边电压有效值为已知变压器副边电压有效值为U2考虑到电网电压波动范围为考虑到电网

10、电压波动范围为10，二极管的极限参数应满足：二极管的极限参数应满足：（3）二极管的选择）二极管的选择2.2.单相桥式整流电路单相桥式整流电路u2的正半周的正半周 AD1RLD3B，uO=u2u2的负半周的负半周 B D2RLD4 A，uO=-u2四只管子如何接？四只管子如何接？集成的桥式整流电集成的桥式整流电路称为整流堆。路称为整流堆。（1）工作原理）工作原理若接反了若接反了呢？呢？（2 2）估算）估算（3 3）二极管的选择二极管的选择考虑到电网电压波动范围为考虑到电网电压波动范围为10，二，二极管的极限参数应满足：极管的极限参数应满足：三、滤波电路（1）工作原理）工作原理1.电容滤波电路电容

11、滤波电路充电充电放电速度与正弦放电速度与正弦波下降速度相似波下降速度相似按指数规律下降按指数规律下降滤波后，输出电压平均值增大，脉动变小。滤波后，输出电压平均值增大，脉动变小。（1 1）工作原理：考虑变压器和整流电路的内阻）工作原理：考虑变压器和整流电路的内阻 C 越大，越大，RL越大，越大，放电放电 将越大，曲线越平滑，脉动越小。将越大，曲线越平滑，脉动越小。内阻使内阻使（2 2）二极管的导通角）二极管的导通角导通角导通角无滤波电容时无滤波电容时。有滤波电容时有滤波电容时 ILmax ILmin（3）稳压系数稳压系数（4）输出电阻）输出电阻 简单易行，稳压性能好。适用于输出电压固定、简单易行

12、，稳压性能好。适用于输出电压固定、输出电流变化范围较小的场合。输出电流变化范围较小的场合。4.4.特点特点5.5.稳压管稳压电路的设计稳压管稳压电路的设计（1）UI的的选择选择 UI（23）UZ（2）稳压管的选择稳压管的选择 UZUO IZMIZ ILmax ILmin（3）限流电阻的选择限流电阻的选择 保证稳压管既稳压又不损坏。保证稳压管既稳压又不损坏。电网电压最低且负载电流最大时，稳压管的电流最小。电网电压最低且负载电流最大时，稳压管的电流最小。电网电压最高且负载电流最小时，稳压管的电流最大。电网电压最高且负载电流最小时，稳压管的电流最大。讨论：讨论：稳压管稳压电路的设计稳压管稳压电路的设

13、计依次选择稳压管、依次选择稳压管、UI、R、C、U2、二极管二极管1.输出电压、负载电流输出电压、负载电流稳压管稳压管2.输出电压输出电压UI3.输出电压、负载电流、稳压管电流、输出电压、负载电流、稳压管电流、UI R4.UI、R 滤波电路的等效负载电阻滤波电路的等效负载电阻C,U25.整流二极管整流二极管 已知输出电压为已知输出电压为6V，负载电流为负载电流为030mA。试试求求图示电路的参数。图示电路的参数。六、串联型稳压电路六、串联型稳压电路1.1.基本调整管稳压电路基本调整管稳压电路为了使稳压管稳压电路输出电流变化范围扩大，可加晶体管放大。为了使稳压管稳压电路输出电流变化范围扩大，可加

14、晶体管放大。稳压原理：电阻稳压原理：电阻RL引入引入电压串联负反馈电压串联负反馈电压串联负反馈电压串联负反馈，稳定输出电压。，稳定输出电压。调整管调整管T的作用的作用 UI变化时，通过变化时，通过UCE的调节使的调节使UO稳定，故称晶体管为调整管稳定，故称晶体管为调整管 若要若要想使调整管起调整作用想使调整管起调整作用,必须使之工作在放大状态必须使之工作在放大状态,故称这类电源为故称这类电源为线性稳压电源线性稳压电源。又因负载与调整管串联又因负载与调整管串联,故称故称为为串联型稳压电源串联型稳压电源.2.2.具有放大环节的串联型稳压电路具有放大环节的串联型稳压电路（1）稳压原理：若由于某种原因

15、使）稳压原理：若由于某种原因使UO增大增大（2）输出电压的调节范围）输出电压的调节范围则则 UO UN UB UO目的目的:为使输出电压更稳定而且可以调节范围为使输出电压更稳定而且可以调节范围（3 3）串联型稳压电路串联型稳压电路的的基本组成及其作用基本组成及其作用调整管调整管取样电阻取样电阻调整管调整管调整管调整管：是电路的核心，：是电路的核心，UCE随随UI和负载产生变化和负载产生变化以稳定以稳定UO。比较放大比较放大基准电压基准电压基准电压基准电压基准电压基准电压：是：是UO的参考的参考电压。电压。取样电阻取样电阻取样电阻取样电阻：对对UO 的取样，与基准电压共同决定的取样，与基准电压共

16、同决定UO。比较放大比较放大比较放大比较放大：将将UO 的取样电压与基准电压比较后放大，的取样电压与基准电压比较后放大，决定电路的稳压性能。决定电路的稳压性能。（4 4）串联型稳压电源中调整管的选择）串联型稳压电源中调整管的选择IEmaxIR1ILmax ILmax ICMUCEmaxUImax UOmin U(BR)CEO PTmax IEmax UCEmax PCM大功率管大功率管,根据极限参数根据极限参数ICM、U(BR)CEO、PCM 选择调整管！选择调整管！应考虑电网电压的波动和负载电流的变化！应考虑电网电压的波动和负载电流的变化！七、集成稳压器（三端稳压器）（三端稳压器）P P54

17、7547输出电压：输出电压：5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V输出电流：输出电流：1.5A（W7800）、）、0.5A（W78M00）、0.1A （W78L00）1.W7800系列系列:输出电压固定输出电压固定（1）简介）简介（2 2）基本应用）基本应用(P(P552552)消除高频噪声消除高频噪声使使Co不通过不通过稳压器放电稳压器放电抵销长线电感效应，抵销长线电感效应，消除自激振荡消除自激振荡 将输入端接整流滤波电路的输出，将输出端接负将输入端接整流滤波电路的输出，将输出端接负载电阻，构成串联型稳压电路。载电阻，构成串联型稳压电路。（3 3）输出电流扩展电路）输出电流扩展电路

18、 为为使使负载电流大于三端稳压器的输出电流，可采负载电流大于三端稳压器的输出电流，可采用射极输出器进行电流放大。用射极输出器进行电流放大。很小很小三端稳压器的输出电压三端稳压器的输出电压若若UBE=UD，则则二极管的作用：消除二极管的作用：消除UBE对对UO的影响。的影响。（4 4）输出电压扩展电路）输出电压扩展电路IW为几为几mA，UO与三端稳压与三端稳压器参数有关。器参数有关。隔离作用隔离作用基准电压基准电压电路复杂电路复杂2.2.基准电压源基准电压源三端稳压器三端稳压器 W117W117 输出电压输出电压UREF1.25V，调整端电流只有几微安调整端电流只有几微安。减小纹波电压减小纹波电

19、压保护保护稳压器稳压器八、开关型稳压电路(P557)1.1.开关型稳压电源的特点开关型稳压电源的特点线性稳压电源：线性稳压电源：结构简单，调节方便，输出电压稳定性强，结构简单，调节方便，输出电压稳定性强，纹波电压小。缺点是调整管工作在甲类状态，因而功耗大，效率低纹波电压小。缺点是调整管工作在甲类状态，因而功耗大，效率低（2049）；需加散热器，因而设备体积大，笨重，成本高。）；需加散热器，因而设备体积大，笨重，成本高。若调整管工作在开关状态，则势必大大减小功耗，提高效率，开关若调整管工作在开关状态，则势必大大减小功耗，提高效率，开关型稳压电源的效率可达型稳压电源的效率可达7095。体积小，重量

20、轻。适于固定的大。体积小，重量轻。适于固定的大负载电流、输出电压小范围调节的场合。负载电流、输出电压小范围调节的场合。2.2.串联开关型稳压电路串联开关型稳压电路 电路组成及工作原理电路组成及工作原理 T截止，截止，D导通，导通，uE-UD；L 释放能量，释放能量，C 放电。放电。T、D 均工作在开关状态。均工作在开关状态。T饱和导通，饱和导通，D截止，截止，uE UI；L 储能，储能，C 充电。充电。uBUH时时uBUL时时 波形分析及输出电压平均值波形分析及输出电压平均值滤波电路将滤波电路将uE中的高频分量滤掉中的高频分量滤掉,留下直流分量和低频留下直流分量和低频,输出输出平滑的直流电。输

21、出电压平均值即是平滑的直流电。输出电压平均值即是uE的直流分量的直流分量 进一步进一步稳压原理稳压原理:引入负反馈引入负反馈脉冲宽度调制式：脉冲宽度调制式：PWM电路作用：电路作用：UO Ton UO 其它控制方式：其它控制方式：脉冲频率调制式：脉冲频率调制式：UO T（脉宽（脉宽Ton不变）不变）UO 混合调制式：混合调制式：UO T Ton UO 在串联开关型稳压电路中在串联开关型稳压电路中 UO UI，故为降压型电路。故为降压型电路。脉宽调制电路的基本原理脉宽调制电路的基本原理比较放大电路比较放大电路电压电压比较器比较器调整管调整管UO UN1 UO1(UP2)uB1的占空比的占空比 U

22、OUO UN1 UO1(UP2)uB1的占空比的占空比UOuP2与与uB1占空比的占空比的关系关系UP2稳压原理：稳压原理：3.3.并联并联开关型稳压电路（升压型）开关型稳压电路（升压型）（1 1）工作原理）工作原理 T截止，截止，L产生感生电动势，产生感生电动势，D导通；导通；UI与与L所产生的感生所产生的感生电动势相加对电动势相加对C 充电充电。T饱和导通，饱和导通，L 储能，储能，D截止截止，C 对负载放电。对负载放电。uBUH时时 uBUL时时 要研究调整管在饱和导通和截止要研究调整管在饱和导通和截止 状态下电路的工作情况。状态下电路的工作情况。（2 2）输出电压）输出电压 只有只有L足够大，才能升压；足够大，才能升压；只有只有C足够大，足够大，输出电压交流分量才足输出电压交流分量才足够小够小!（3 3）稳压原理稳压原理脉宽调制式：脉宽调制式：UO Ton（T不变）不变）UO 非常感谢大家对我非常感谢大家对我工作的支持工作的支持!