模拟电子电路课件学chaper0910

47 九、功率放大电路九、功率放大电路 ?9.1 功率放大电路概述功率放大电路概述 ?9.2 互补功率放大电路互补功率放大电路 ?9.3 功率放大电路的安全运行功率放大电路的安全运行 ?9.4 集成功率放大电路集成功率放大电路 ?功率放大电路虽同电压放大电路一样，均同时存在输出电 压、输出电流和输出功率，但由于侧重点不同，它们的电路 形式、工作状态和分析方法等方面都有所差别 功率放大电路虽同电压放大电路一样，均同时存在输出电 压、输出电流和输出功率，但由于侧重点不同，它们的电路 形式、工作状态和分析方法等方面都有所差别 ?功率放大电路的任务是输出大功率，所以它重点研究的是 功率、效率、失真和散热等问题，分析方法多采用图解法 功率放大电路的任务是输出大功率，所以它重点研究的是 功率、效率、失真和散热等问题，分析方法多采用图解法 9.1.1 功率放大电路的特点功率放大电路的特点 功率放大电路主要提供输出功率, 而且一般输出功率都比较 大, 所以与前面介绍的电路相比有以下的特点: ?输出功率是指交流功率,不包括直流功率 ?交流功率是在输入为正弦波,输出波形基本不失真时定义的 ?由于输出功率大, 消耗在电路内的能量与电源提供的能量也 大, 因此分析时还要考虑转换效率 ?晶体管常工作在尽限应用状态,需要考虑必要的散热措施和 过电流(压)的保护措施 ?由于信号幅值大,只能用图解法分析电路, 小信号线性等模 型不再适用 9.1.2 功率放大电路的组成功率放大电路的组成 在电源电压确定后在电源电压确定后,如何如何输出尽可能大的功率输出尽可能大的功率和和提高转换效率提高转换效率 是功率放大电路的主要问题是功率放大电路的主要问题 1. 由共射电路组成的小功率放大电路由共射电路组成的小功率放大电路(效率低效率低) 1. 由共射电路组成的小功率放大电路由共射电路组成的小功率放大电路(效率低效率低) ?直流电源提供的直流功率为矩形ABCO的面积 ?负载电阻上的最大输出功率为三角形QDE的面积 ?为提高输出功率与效率,采用变压器耦合功率放大电路变压器耦合功率放大电路 ?直流电源提供的功率基本消耗在管子上 ?最大输出功率为QAB的面积, 电路最大效率为50% 2. 变压器耦合功率放大电路变压器耦合功率放大电路 ?为提高效率, 希望输入信号为0时电源不提供功率, 为此采用 变压器耦合乙类推挽功率放大电路变压器耦合乙类推挽功率放大电路 ?放大电路中,当输入信号为正弦波时,若晶体管 ?整个周期内导通(导通角 =360), 称工作在甲类状态甲类状态 ?半个周期内导通(导通角 =180), 称工作在乙类状态乙类状态 ?导通角 =180 360, 称工作在甲乙类状态甲乙类状态 ?导通角 0 1.1 URM (P15) ?半波整流电路中, 2 2 RM UU= 例例10.2.1(P505) 半波整流电路简单易行,但输出电压低,交流分量大(脉动大), 效率低.只适于整流电流较小,对脉动要求不高的场合 半波整流电路简单易行,但输出电压低,交流分量大(脉动大), 效率低.只适于整流电流较小,对脉动要求不高的场合 49 2. 单相桥式整流电路单相桥式整流电路(全波整流电路全波整流电路) 简化画法习惯画法 ?整流输出电压的平均值整流输出电压的平均值(Uo(AV) ?脉动系数脉动系数(S) ?整流管平均电流整流管平均电流(ID(AV) ?整流管的最大反向峰值电压整流管的最大反向峰值电压 (URM) ()2 0.9 O AV UU 0.67S () () 1 2 O AV D AV L U I R = 2 2 RM UU= 例例10.2.2(P509) 10.3 滤波电路滤波电路 与第七章滤波电路相比与第七章滤波电路相比, 直流电源的滤波电路有以下不同之处直流电源的滤波电路有以下不同之处 ?均采用无源电路均采用无源电路 ?滤波后只保留直流成分滤波后只保留直流成分, 滤去所有交流成分 电路构成 滤去所有交流成分 电路构成: 利用电容利用电容(感感)两端电压两端电压(流流)不能突变不能突变, 将电容将电容(感感)与 负载电阻并 与 负载电阻并(串串)联联, 以达到平滑输出波形的目的以达到平滑输出波形的目的 1. 电容滤波电路滤波原理电容滤波电路滤波原理 单相桥式整流电容滤波电路 理想情况下的波形 ?滤波效果主要取决于放电时间滤波效果主要取决于放电时间 ?RLC越大越大,滤波后输出电压越平滑滤波后输出电压越平滑 2. 电容滤波电路性能分析电容滤波电路性能分析 ()2 21 O AV L T UU R C ?整流输出电压的平均值整流输出电压的平均值(Uo(AV) 选择RLC=(35)T/2, 则 ()2 1.2 O AV UU ?脉动系数脉动系数(S) 1 4 1 L R C S T = ?整流管平均电流整流管平均电流(ID(AV)IF 应大于负载电流的23倍 2. 电容滤波电路性能分析电容滤波电路性能分析 ?输出特性与滤波特性输出特性与滤波特性 ?输出特性: 输出电压平均值Uo(AV)与输出电流平均值IO(AV)的关系 ?滤波特性: 脉动系数S与输出电流平均值IO(AV)的关系 输出特性 滤波特性 C 越大, 电路带负载能力越强, 滤波效果越好 IO(AV)越大(即负载电阻RL越小), Uo(AV)越低,S越大 ?结论 例例10.3.1 (P514) 10.4 稳压二极管稳压电路稳压二极管稳压电路 ?交流电经过整流滤波可得到平滑的直流电压交流电经过整流滤波可得到平滑的直流电压, 然而当电网电 压波动与负载变化时输出电压将随之变化 然而当电网电 压波动与负载变化时输出电压将随之变化 ?稳压电路的作用就是在这两种情况下稳压电路的作用就是在这两种情况下,将输出电压基本上稳 定在一个固定的数值 将输出电压基本上稳 定在一个固定的数值 ?衡量稳压电路以这两方面性能为指标衡量稳压电路以这两方面性能为指标: 稳压系数稳压系数, 输出电阻输出电阻 1. 稳压电路的主要指标稳压电路的主要指标 ?稳压系数稳压系数( Sr) 表明电网电压波动的影响, 值越小越好 ?稳压电路的输出电阻稳压电路的输出电阻( Ro ) 表示稳压电路受负载变化的影响 ?定义定义: 稳压电路输入电压一定时, 输出电压变化量与输出电 流变化量之比 I O o O UC U R I = = ?定义定义: 负载一定时, 稳压电路输出电压相对变化量与其输入 电压相对变化量之比 / / L OO r II RC UU S UU = = (UI为整流滤 波后的直流电 压) 实际稳压管稳压电路性能指标的分析实际稳压管稳压电路性能指标的分析 稳压管稳压电路的交流等效电路 ?稳压系数稳压系数( Sr) zI r zZ rU S Rr U + ?稳压电路的输出电阻稳压电路的输出电阻( Ro ) oz Rr ?稳压电路输入电压UI的选择(2 3) IO UU= ?稳压管的选择 maxminmaxZOZMZLLZMLZ UUIIIIIII=+ ?限流电阻R的选择 maxmin maxmin maxmin IZIZ ZLZML UUUU RR IIII = + 2. 电路参数的选择电路参数的选择 例例10.4.1 与例与例10.4.2 (P522) 10.5.1 串联型稳压电路的工作原理串联型稳压电路的工作原理 1. 基本调整管电路基本调整管电路 稳压管稳压电路 加晶体管扩大负载电流范围及常见画法 ?为扩大负载电流, 引入共集电路，为稳定输出电压，引入电压 负反馈：集电极接到工作电源UI ?与一般共集电路区别：工作电源UI不稳定，“输入信号”为稳定 电压UZ, 且要求输出UO在UI变化或负载电阻RL变化时基本不变 50 1. 基本调整管电路基本调整管电路 稳压管稳压电路加晶体管扩大负载电流范围及常见画法 ?稳压原理：UI(RL)的变化将使发射极电势变化，而 BJT的基极电 势不变，于是输入UBE反方向变化，从而使输出电势反方向变化， 达到稳压效果, 晶体管称为调整管，电路称为基本调整管电路 ?最大负载电流与输出电压 ?由于调整管与负载串联，称这类电路为串联型稳压电源，由于调 整管工作在线性区，称这类电路为线性稳压电源 maxmax (1)() LZZ III=+ OZBE UUU= 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 ?前述电路的输出电压仍不可调，且会随UBE变化而变化 ?为使输出电压可调, 并加深电压负反馈, 在电路中引入放大环节 具有放大环节的串联型稳压电路原理电路及常见画法 ?串联型稳压电路的基本组成：调整管，基准电压电路，取样 电路与比较放大电路 ?输出电压 12 23 (1) OZ RR UU RR + =+ + ?稳压原理：(抑制电网电压波动或负载电阻变化对输出电压的影响) UOUNUBUO ?输出电压的可调范围 理想运放的净 输入电压为零 NPZ UUU= 123 22 32 0, OZ RRR UURR RR + = + 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 具有放大环节的串联型稳压电路原理电路及常见画法 ?调整管的选择 ?调整管一般为大功率管, 主要考虑以下极限参数:ICM(最大集电 极电流), U(BR)CEO (集电极与发射极间的反向击穿电压), PCM (集 电极最大耗散功率) ?极限参数的确定须考虑输入电压由于电网电压波动产生的变 化, 输出电压的调节和负载电流的变化所产生的影响 ?极限参数选择公式如下: max ()Immin maxImmin () CML BR CEOaxO CMLaxO II UUU PIUU ILmax 最大负载电流 UImax 最大输入电压 Uomin 最小输出电压 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 3. 串联型稳压电压的方框图串联型稳压电压的方框图 ?实用的串联型稳压电路除了包含调整管，基准电压电路，取 样电路与比较放大电路外,还包括保护电路.其方框图如下示 ?将串联稳压电源和保护电路集成在一起就是集成稳压器 ?早期的集成稳压器外引线较多，现在的集成稳压器只有三个： 输入端、输出端和公共端，称为三端集成稳压器 10.5.2 集成稳压器电路的应用集成稳压器电路的应用 ?集成稳压器电路按功能分为固定式和可调式两种稳压电路 ?前者(W7800)输出电压不能调节,后者(W117)可通过外接元 件实现输出电压的调节 ?W7800与W117的外形方框图如下 1. W7800的应用的应用 ?Ci: 抵消输入线较长时的电感效应, 以防止产生自激振荡 ?Co: 消除输出电压中的高频噪声 ?二极管: 保护作用 ?基本应用电路 ?扩大输出电流的稳压电路 ?二极管: 消除UBE对输出电压的影响 ?输出电压UO=稳压器输出电压UO ?负载电流的最大值ILmax为 maxmax (1)() LOR III=+ IOmax 稳压器最大输出电流 1. W7