东南大学功放电路和直流电源(第29讲)2014

1、1第八章第八章 功率电路功率电路 8.1 功率放大电路功率放大电路 8.1.3 8.1.3 集成功率放大器集成功率放大器 8.1.4 8.1.4 变压器耦合式功放电路变压器耦合式功放电路 8.2 线性直流稳压电路线性直流稳压电路 8.2.1 8.2.1 直流稳压电源的组成和功能直流稳压电源的组成和功能 8.2.2 8.2.2 单相整流电路单相整流电路 8.2.3 8.2.3 滤波电路滤波电路 8.2.4 8.2.4 倍压整流电路的工作原理倍压整流电路的工作原理 8.2.5 8.2.5 稳压电路稳压电路 8.2.6 8.2.6 集成稳压电源集成稳压电源2特点：特点：工作可靠、使用方便。只需在器件

2、外部适工作可靠、使用方便。只需在器件外部适当连线，即可向负载提供一定的功率。当连线，即可向负载提供一定的功率。集成功放集成功放LM384LM384：生产厂家：生产厂家：美国半导体器件公司美国半导体器件公司电路形式：电路形式：OTLOTL输出功率：输出功率：8 8 负载上可得到负载上可得到5W5W功率功率电源电压：电源电压：最大为最大为28V28V 8.1.3 8.1.3 集成功率放大器集成功率放大器3集成功放集成功放 LM384LM384管脚说明管脚说明: :14 - 电源端（电源端（ Vcc）3、4、5、7 - 接地端（接地端（ GND）10、11、12 - 接地端（接地端（GND）2、6

3、- 输入端输入端 （一般（一般2脚接地）脚接地） 8 - 输出端输出端 （经（经500 电容接负载）电容接负载）)12345 678910111213141 - 接旁路电容（接旁路电容（5 ）9、13 - 空脚（空脚（NC）4集成功放集成功放 LM384 LM384 外部电路典型接法：外部电路典型接法：500 -+ 0.1 2.7 8146215 Vccui8 调节音量调节音量电源滤波电容电源滤波电容外接旁路电容外接旁路电容低通滤波低通滤波,去除高频噪声去除高频噪声输入信号输入信号输出耦合大电容输出耦合大电容56利用变压器的阻抗变换功能，可实现功放电路和负利用变压器的阻抗变换功能，可实现功放电

4、路和负载间的匹配，以弥补其它类型功放电路的不足。载间的匹配，以弥补其它类型功放电路的不足。一、特点一、特点例：例：OCLOCL电路中电路中，若若 R RL L=80 、需要输出功率需要输出功率 P PO O=50W=50W。根据公式根据公式 LSCoRUP22max 需电源电压：需电源电压：V9025080SCU90V90V的电压的电压对电子电路显然不合适。对电子电路显然不合适。8.1.4 8.1.4 变压器耦合式功放电路变压器耦合式功放电路 利用变压器阻抗变换关系（利用变压器阻抗变换关系（ R RL L = = K K2 2 R RL L），），通过通过改变变压器的匝数比改变变压器的匝数比K

5、 K，使电路使电路得到合适的负载，得到合适的负载，便可解决以上问题。便可解决以上问题。7 （变阻抗）（变阻抗）1i1u2u2iLR1N2N变压器原、副边阻抗关系变压器原、副边阻抗关系LLRKR222IURL从原边等效：从原边等效：22222211KRKIUKIKUIURLL结论：结论：变压器原边的等效负载，为副边所带负载变压器原边的等效负载，为副边所带负载乘以变比的平方。乘以变比的平方。 8二、乙类变压器耦合式推挽功率放大器二、乙类变压器耦合式推挽功率放大器1.1.原理电路原理电路uiT2T1RL+-USCiLN2N1N1放大器：放大器：由两个共射极放大器组成，两个三极管由两个共射极放大器组成

6、，两个三极管的射极接在一起。的射极接在一起。9输入变压器：输入变压器：将输入信号分成两个大小相等的信号，将输入信号分成两个大小相等的信号，分别送两个放大器的基极，使分别送两个放大器的基极，使 T T1 1、T T2 2 轮流导通。轮流导通。输出变压器：输出变压器：将两个集电极输出信号合为一个信号，将两个集电极输出信号合为一个信号，耦合到副边输出给负载。耦合到副边输出给负载。uiT2T1RL+-USCiLN2N1N110uiT2T1RL+-USCiLN2N1N12. 2. 动、静态分析动、静态分析静态分析：静态分析：u ui i = 0 = 0 ，T T1 1、T T2 2 均截止，均截止，i

7、iL L = 0 = 0 。变压器线圈对于直流相当于短路。变压器线圈对于直流相当于短路。11uiT2T1RL+-USCiLN2N1N1动态分析：动态分析： u ui i 0 0 时：时： T T1 1导通、导通、T T2 2 截止，截止，i ic c1 1 经变压器耦经变压器耦合给负载，合给负载，i iL L的方向由的方向由 i ic c1 1决定。决定。 若若u ui i 为正弦信号，则为正弦信号，则 i iL L近似为正弦波。近似为正弦波。 u ui i 0 0 0 时，二极管时，二极管导通。导通。iLu1u2aTbDRLuo忽略二极管正忽略二极管正向压降：向压降： u uo o= =u

8、u2 2u1u2aTbDRLuoiL=0u u2 200 0 时时D D1 1, ,D D3 3导通导通D D2 2, ,D D4 4截止截止电流通路电流通路: :A A D D1 1R RL LD D3 3B Bu u2 20 0 时时D D2 2, ,D D4 4导通导通D D1 1,D,D3 3截止截止电流通路电流通路: :B B D D2 2R RL LD D4 4A A输出是脉动的直流电压！输出是脉动的直流电压！u2tt桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形uD4,uD2uD3,uD1tuou2D4D2D1D3RLuoAB22几种常见的硅整流桥外

9、形：几种常见的硅整流桥外形：+ A C -+- + - 23四、整流电路的主要参数四、整流电路的主要参数 1. 1. 整流输出电压平均值（整流输出电压平均值（U Uo o）全波整流时，负载电压全波整流时，负载电压 U Uo o的平均值为的平均值为: :20290d21U.tuUoo负载上的负载上的( (平均平均) )电流电流: :LLRU.I290( (一一) ) 整流输出电压的平均值与脉动系数整流输出电压的平均值与脉动系数整流输出电压的平均值整流输出电压的平均值Uo和输出电压的脉动系数和输出电压的脉动系数S是是衡量整流电路性能的两个主要指标。衡量整流电路性能的两个主要指标。24 S S定义：

10、定义：整流输出电压的基波峰值整流输出电压的基波峰值U Uo o1 1m m与平与平均值均值U Uo o之比。之比。2. 2. 脉动系数脉动系数67032U22324221.UUUSomo用傅氏级数对全波整流的输出用傅氏级数对全波整流的输出 u uo o 分解后可得分解后可得: :)6cos3544cos1542cos342(22tttUuo25平均电流平均电流(ID)与反向峰值电压与反向峰值电压(URM)是选择整流管是选择整流管的主要依据。的主要依据。LoDRU.II24502122UURM例如：例如： 在桥式整流电路中，每个二极管只有半在桥式整流电路中，每个二极管只有半周导通。因此，流过每只

11、整流二极管的平均周导通。因此，流过每只整流二极管的平均电流电流 I ID D 是负载平均电流的一半。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：二极管截止时两端承受的最大反向电压：(二二) 平均电流与反向峰值电压平均电流与反向峰值电压26滤波电路的结构特点滤波电路的结构特点: : 电容与负载电容与负载 R RL L 并联，并联，或电感与负载或电感与负载R RL L串联。串联。交流交流电压电压脉动脉动直流电压直流电压整流整流滤波滤波直流直流电压电压原理：原理：利用储能元件利用储能元件电容电容两端的电压两端的电压( (或通过或通过电电感感中的电流中的电流) )不能突变的特性不能突变

12、的特性, , 滤掉整流滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保留其直流电路输出电压中的交流成份，保留其直流成份，达到平滑输出电压波形的目的。成份，达到平滑输出电压波形的目的。8.2.3 8.2.3 滤波电路滤波电路27一、电容滤波电路一、电容滤波电路以单向桥式整流电容滤波为例进行分析，以单向桥式整流电容滤波为例进行分析，其电路如图所示。其电路如图所示。( (一一) ) 滤波原理滤波原理桥式整流电容滤波电路桥式整流电容滤波电路au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+281.1. R RL L未接入时未接入时( (忽略整流电路内阻忽略整流电路内阻) )u2tuot设设t t1 1时刻时刻接通电源

13、接通电源t1整流电路为整流电路为电容充电电容充电充电结束充电结束没有电容没有电容时的输出时的输出波形波形au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+292. 2. R RL L接入（且接入（且R RL LC C 较大）时较大）时 ( (忽略整流电路内阻忽略整流电路内阻) )u2tuot电容通过电容通过RL放电，放电，在整流电路电压小在整流电路电压小于电容电压时，二于电容电压时，二极管截止，整流电极管截止，整流电路不为电容充电，路不为电容充电，uo会逐渐下降。会逐渐下降。au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+30u2tuot只有整流电路输出只有整流电路输出电压大于电压大于uo时，才时，

14、才有充电电流有充电电流iD 。因。因此整流电路的输出此整流电路的输出电流是脉冲波。电流是脉冲波。整流电路的整流电路的输出电流输出电流i iD Dau1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+iD可见，采用电容滤可见，采用电容滤波时，整流管的导波时，整流管的导通角较小。通角较小。31u2tuot电容充电时，电容电容充电时，电容电压滞后于电压滞后于u2。整流电路的整流电路的输出电流输出电流RLC越小，输出电越小，输出电压越低。压越低。3. 3. R RL L接入（且接入（且R RL LC C 较大）时较大）时 ( (考虑整流电路内阻考虑整流电路内阻) )au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC

15、+3233一般取一般取2)53(TCRLd(T T: :电源电压的周期电源电压的周期) )近似估算近似估算:Uo=(1.1-1.2)U2。(2) (2) 流过二极管瞬时电流很大。流过二极管瞬时电流很大。R RL LC C 越大越大 U Uo o越高越高 负载电流的平均值越大负载电流的平均值越大 ; ; 整流管导电时间越短整流管导电时间越短 i iD D的峰值电流越大的峰值电流越大故一般选管时，取故一般选管时，取LoLDFRUII21)32(2)32( (二二) ) 电容滤波电路的特点电容滤波电路的特点(1) (1) 输出电压输出电压 U Uo o与放电时间常数与放电时间常数 R RL LC C

16、 有关。有关。R RL LC C 愈大愈大 电容器放电愈慢电容器放电愈慢 U Uo o( (平均值平均值) )愈大愈大34输出波形随负载电阻输出波形随负载电阻 R RL L 或或 C C 的变化而改变的变化而改变, , U Uo o 和和S S 也随之改变。也随之改变。如如: RL 愈小愈小( IL 越大越大), Uo下降多下降多, S 增大。增大。结论：结论：电容滤波电路适用于输出电压较高，负载电流电容滤波电路适用于输出电压较高，负载电流较小且负载变动不大的场合。较小且负载变动不大的场合。(3) (3) 输出特性输出特性( (外特性外特性) )uo电容电容滤波滤波纯电阻负载纯电阻负载1.4U

17、20.9U20IL35二、电感滤波二、电感滤波电路结构电路结构: : 在桥式整流电路与负载间串入一电感在桥式整流电路与负载间串入一电感L L就构成了电感滤波电路就构成了电感滤波电路。电感滤波电路电感滤波电路u2u1RLLuo36( (一一) ) 滤波原理滤波原理对直流分量对直流分量: : X XL L=0 =0 相当于短路相当于短路, ,电压大部分降在电压大部分降在R RL L上。上。对谐波分量对谐波分量: : f f 越高，越高，X XL L 越大越大, ,电压大部分降在电压大部分降在X XL L上。上。 因此，因此，在输出端得到比较平滑的直流电压。在输出端得到比较平滑的直流电压。Uo=0.

18、9U2当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压约为：当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压约为：u2u1RLLuo37( (二二) ) 电感滤波的特点电感滤波的特点整流管导电角较大，峰值电流很小，输出特整流管导电角较大，峰值电流很小，输出特性比较平坦，适用于低电压大电流性比较平坦，适用于低电压大电流( (R RL L较小较小) )的场的场合。缺点是电感铁芯笨重，体积大，易引起电磁合。缺点是电感铁芯笨重，体积大，易引起电磁干扰。干扰。u2u1RLLuo38* *三、其他形式的滤波电路三、其他形式的滤波电路改善滤波特性的方法：改善滤波特性的方法：采取多级滤波。如：采取多级滤波。如：L L- -C

19、 C 型滤波电路：型滤波电路：在电感滤波后面再接一电容。在电感滤波后面再接一电容。RCRC 型滤波电路：型滤波电路：在电容滤波后再接一级在电容滤波后再接一级RCRC滤波滤波电路。电路。 性能及应用场合分别与电容滤波和电感滤波相似。性能及应用场合分别与电容滤波和电感滤波相似。LC LC 型滤波电路：型滤波电路：在电容滤波后面再接在电容滤波后面再接L L- -C C 型型滤波电路。滤波电路。39uoRu2u1C1C2uo1 RL( (一一) ) RCRC 型滤波电路型滤波电路设设u uo o1 1的直流分量为的直流分量为U U O O，交流分量的基波的幅值，交流分量的基波的幅值为为U U O O1

20、 1m m，则：，则：u uo o的直流分量：的直流分量：oLLoURRRU40uoRu2u1C1C2uo1 RLu uo o的交流分量的基波的幅值：的交流分量的基波的幅值：moCLCLmoUXRRXRU1221)j/()j/(moLLLmoUCRRCRRRU122221)1()/(141通常选择滤波元件的参数使得：通常选择滤波元件的参数使得：)/(12LRRCmoLLLmoURRCRRRU121)/(1moLLLmoUCRRCRRRU122221)1()/(1u uo o的脉动系数的脉动系数S S与与u uo o1 1的脉动系数的脉动系数S S 的关系：的关系：SRRCUURRCUUSLom

21、oLomo)/(1)/(1212142( (二二) ) L L- -C C 型滤波电路型滤波电路u2u1LuoCRLuo1设设u uo o1 1的直流分量为的直流分量为U U O O，交流分量的基波的幅值，交流分量的基波的幅值为为U U O O1 1m m，：29 . 0 UUUoo67. 0SmoCLLCLmoUXRXXRU11)j/(j)j/(43moCLLCLmoUXRXXRU11)j/(j)j/(通常选择滤波元件的参数使得：通常选择滤波元件的参数使得：LRC1momoCLCmoULCUXXXU121111jjju uo o的脉动系数的脉动系数S S与与u uo o1 1的脉动系数的脉动

22、系数S S 的关系：的关系：SLCUULCUUSomoomo2121111144( (三三) ) LC LC 型滤波电路型滤波电路u2u1LuoC2RLuo1C1显然，显然， LC LC 型滤波电路输出电压的脉动系型滤波电路输出电压的脉动系数比只有数比只有LCLC滤波时更小，滤波时更小，波形更加平滑波形更加平滑；由；由于在输入端接入了电容，因而较只有于在输入端接入了电容，因而较只有LCLC滤波滤波时，时，提高了输出电压提高了输出电压。请自行分析请自行分析LC 型滤波电路的输出电压和脉动系型滤波电路的输出电压和脉动系数等基本参数。数等基本参数。45一、二倍压整流电路一、二倍压整流电路u u2 2的正半周时：的正半周时：D D1 1导通，导通，D D2 2截止，理截止，理想情况下，电容想情况下，电容