第七章功率电路.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第七章 功率放大器和直流电源,7.1 功率放大器,功率放大器是指能够输出较高电压，又能输出较大电流，因而能够提供较大功率的末级放大器而言。,一般用来推动扬声器、加热电炉丝等，在工业电子学中还经常用来推动电机、电磁铁等。,功率放大器的设计一般是围绕着效率这个问题进行的。在放大器中，晶体管的作用是把电源提供的能量转换成型号形式的能量，设电源电压为,E，,管子的平均注入电流为,I，,则电源功率为：,设传输至负载的功率为,Po，,则放大器的效率为：,损耗的能量损耗在晶体管和电路中：,7.1.1 引言,7.1.2 放大器的转换效率,单管功率放大器,Q,Vce,E,O,Ic,Icq,负载线,-,电源功率：,放大器供给负载的功率：,放大器的效率：,这个放大器工作点设置在准线性区中间，成为甲类放大器（,class A）。,甲类放大器的效率与输出信号有关。下面看它的最大值：,故而：,提高效率，需要减小静态电流，保持放大器的输入信号有最大振幅。,-,如果输入信号只有正极性，我们可以让电路的静态电流非常小，偏置在临界截止状态。,Q,Vce,E,O,Ic,Icq,-,假设晶体管是理想的，忽略准静态时的畸变，只有在有信号时才有电流导通。,电源提供的直流电流为：,放大器的输出功率为：,-,-,效率为：,这个偏置在临界截止区的放大器叫做乙类（,class B）,放大器。可以看出，其效率要高于甲类放大器。,它的管耗为：,考虑到映射到集电极的负载：,消去：,当,时，上式取最大值。,这时，效率为50。这可以作为设计未知信号的功率放大器时管子功耗的参考指标。,-,7.1.3 乙类推挽放大器,一般情况下，需要放大双极性信号。为了利用乙类放大器的优点，可以设想输入信号分解成两个极性相反的单极性信号，经过两个乙类放大器放大后，在负载上重新合成为双极性信号。,右图为两个乙类偏置的共集电极电路组成的双极性功率放大器。,-,实际的晶体管不是理想器件，接近截止时，会产生畸变，有显著的非线性失真，叫交越失真。,Vi,Io,T1,T2,Ot,O,Io,-,为了补偿交越失真，可以把两个管子设计成均偏置于较小电流下（甲乙类），这样效率损失不大，两个管子的特性组合，使得总的非线性失真减小。,Vi,Io,T1,T2,-,历史上，这类放大器是由两个同极性的管子组成，两管分别输入极性相反的信号，在利用输出变压器进行合成，叫做“推挽放大器”。,最佳耦合,双管推挽功率大,阻抗匹配效率高,喜喜,7.1.4 实际的一些电路问题,加入保护二极管防止末级的击穿。,-,由于工艺上较难生产和,NPN,功率管配对的,PNP,功率管，常采用“电流采用前馈”电路。,巧妙处理的偏置电路。,使用反馈改善失真,如果把运放和功率输出级集成在一起，就是“运算功率放大器一些小系统常使用单极性电源，可以使用电容耦合电路，由于没有输出变压器，叫做,OTL（Output,Tranformer,Less）,电路。,如果负载和功率放大电路直接耦合，就叫做,OCL（Output,Capator,Less）,电路。,OTL,推挽式直接耦合电路：,7.2 直流电源,电子电路总要有直流电源供电。常用电源是整流滤波电源、一次电池、蓄电池等，统称一次电源。,一次电源的共同特点是：其输出电压总是遂各种因素变换，而较精密的电子电路需要稳定、纯净的电压供电。因而常常增设稳压电路。稳压电路由一次电源供电，但能够抑制一次电源的纹波和起伏，得到符合要求的电压输出。,输出电压受温度、输入电压的变化、和负载的变化影响：,温度系数,S,T,负载调整率,即为输出阻抗,电压调整率,这是表征稳压电路性能的主要指标。,按照稳压电路的要求，稳压电路应该是以稳定电压为输入的电压串连负反馈电路。并且输出端应该具有比较大的电流输出能力。,这是串联型电压调整器的电路其核心是电压串联负反馈，输出阻抗小,V+,是一个不稳定电压，经过电路的作用，使负载上得到稳定电压,在商品的集成稳压电路中，最常用的是,78,和,79,系列固定输出稳压电路，其中一种用于正电压输出，另一种用于负电压输出,78,系列有：,7805,、,7806,、,7812,、,7815,、,7818,、,7824,等，分别对应于相应的电压79,系列的类型大致相同。,78XX,79XX,Vi,Vo,公共端,-Vi,-Vo,公共端,上面两个系列固定输出稳压集成电路最大输出能力是安培，如果输出能力不能满足要求，可以用外接功率管扩充。,三端可调输出稳压电路：,上面介绍了由一个不稳定直流得到稳定直流的方法，下面介绍由交流得到不稳定直流的方法，即整流电路。,7.3 整流滤波,单相整流电路,1.,单相半波整流电路,二极管导通，忽略二极管正向压降，,u,o,=,u,2,u,1,u,2,a,T,b,D,R,L,u,o,为分析简单起见，把二极管当作理想元件处理，即二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。,二极管截止,u,o,=0,+,i,o,+,u,2,0,时:,u,2,0,时,D,1,D,4,导通,D,2,D,3,截止,电流通路,:,a,D,1,R,L,D,4,b,u,2,0,时,D,2,D,3,导通,D,1,D,4,截止,电流通路,:,b,D,2,R,L,D,4,a,单相桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形,u,2,D,3,D,2,D,1,D,4,R,L,u,o,a,b,二极管平均电流：,I,D,=I,o,/2,二极管最大反向电压：,DRM,2,2,U,U,=,u,2,u,D,2,u,D,3,u,D,1,u,D,4,u,o,集成硅整流桥：,u,2,u,o,+,+-,+,平均电流,(,I,D,),与反向峰值电压,(,U,DRM,),是选择整流管的主要依据。,o,D,I,I,2,1,=,例如：,在桥式整流电路中，每个二极管只有半周导通。因此，流过每只整流二极管的平均电流,I,D,是负载平均电流的一半。,二极管截止时两端承受的最大反向电压：,二极管平均电流与反向峰值电压,（选购时：二极管额定电流,2I,D,),（选购时：,最大反向电压,2U,RM,),三、滤波电路,滤波电路的结构特点,:,电容与负载,R,L,并联，或电感与负载,R,L,串联。,交流,电压,脉动,直流电压,整流,滤波,直流,电压,R,L,L,R,L,C,1.,电容滤波电路,以单向桥式整流电容滤波为例进行分析，其电路如图所示。,(1),电容滤波原理,a桥式整流电容滤波电路,u,1,u,2,u,1,b,D,4,D,2,D,1,D,3,R,L,u,o,S,C,R,L,接入（且,R,L,C,较大）时,(,忽略整流电路内阻,),u,1,u,2,u,1,b,D,4,D,2,D,1,D,3,R,L,u,o,S,C,u,2,t,u,o,t,无滤波电容,时的波形,加入滤波电容,时的波形,u,o,t,u,2,上升，,u,2,大于电容,上的电压,u,c,，,u,2,对电容充电，,u,o,=,u,c,u,2,u,2,下降，,u,2,小于电容上的电压。,二极管承受反向电压而截止。,电容,C,通过,R,L,放电，,u,c,按指数,规律下降，时间常数,=R,L,C,u,2,t,u,o,t,只有整流电路输出电压大于,u,c,时，才有充电电流。因此二极管中的电流是脉冲波。,二极管中的电流,u,1,u,2,u,1,b,D,4,D,2,D,1,D,3,R,L,u,o,S,C,一般取,),10,5,(,T,C,R,L,-,=,(,T,:,电源电压的周期,),近似估算,:,U,o,=1.2,U,2,I,o,=,U,o,/,R,L,(b),流过二极管瞬时电流很大,R,L,C,越大,U,o,越高,负载电流的平均值越大,;,整流管导电时间越短,i,D,的峰值电流越大,(2),电容滤波电路的特点,(a),输出电压 平均值,U,o,与时间常数,R,L,C,有关,R,L,C,愈大,电容器放电愈慢,U,o,(,平均值,),愈大,(c),二极管承受的最高反向电压,2.,电感滤波电路,电路结构,:,在桥式整流电路与负载间串入一电感,L,就构成了电感滤波电路。,u,2,u,1,R,L,L,u,o,一个产生双路,V,电源的示例：,思考题,:,设计一个输出,1,V,电压的稳压电源,额定最大电流,1,安培,稳压电路使用,7815,和,7915.,要求输入为,220V,交流,其变化范围为,10%,时也能正常工作,.,求,:1.,变压器的圈数比,.,2.,滤波电容的大小,.,提示,:,三端稳压电路的输入输出必须保持大于,1.5V.,