第4章功率電子電路課件

第4章--功率電子電路2023/1/5第4章功率電子電路第4章--功率電子電路2022/12/20第4章功率電子電路1例：擴(kuò)音系統(tǒng)實(shí)際負(fù)載什么是功率放大器？

在電子系統(tǒng)中，模擬信號被放大后，往往要去推動一個實(shí)際的負(fù)載。如使揚(yáng)聲器發(fā)聲、繼電器動作、儀表指針偏轉(zhuǎn)等。推動一個實(shí)際負(fù)載需要的功率很大。能輸出較大功率的放大器稱為功率放大器4.1概述功率放大電壓放大信號提取第4章功率電子電路例：擴(kuò)音系統(tǒng)實(shí)際負(fù)載什么是功率放大器？在電子系統(tǒng)中，2一.功放電路的特點(diǎn)（2）功放電路中電流、電壓要求都比較大，必須注意電路參數(shù)不能超過晶體管的極限值:ICM、UCEM

、PCM。

ICMPCMUCEM（1）輸出功率Po盡可能大Icuce第4章功率電子電路一.功放電路的特點(diǎn)（2）功放電路中電流、電壓要求都比較3(3)電流、電壓信號比較大，必須注意防止波形失真。(4)電源提供的能量應(yīng)盡可能多地轉(zhuǎn)換給負(fù)載，盡量減少晶體管及線路上的損失。即注意提高電路的效率（）。Po:負(fù)載上得到的交流信號功率。PE：電源提供的直流功率。（5）功放管散熱和保護(hù)問題第4章功率電子電路(3)電流、電壓信號比較大，必須注意防止波形失真。(4)4二.甲類功率放大器分析1.三極管的靜態(tài)功耗：若電源提供的平均功耗：則IcuceQuceQIcQ第4章功率電子電路二.甲類功率放大器分析1.三極管的靜態(tài)功耗：若電源提供的52.動態(tài)功耗（當(dāng)輸入信號Ui時）輸出功率:

要想PO大，就要使功率三角形的面積大，即必須使Vom和Iom都要大。最大輸出功率:MNUomIom功率三角形iCuCEQUCEQICQVCC第4章功率電子電路2.動態(tài)功耗（當(dāng)輸入信號Ui時）輸出功率:要6電源提供的功率此電路的最高效率甲類功率放大器存在的缺點(diǎn)：

輸出功率小靜態(tài)功率大，效率低第4章功率電子電路電源提供的功率此電路的最高效率甲類功率放大器存在的缺點(diǎn)：7三.BJT的幾種工作狀態(tài)甲類：Q點(diǎn)適中，在正弦信號的整個周期內(nèi)均有電流流過BJT。甲乙類：介于兩者之間，導(dǎo)通角大于180°動畫演示iCuCEQ1UCEQICQVCCiCuCEQ3ICQVCC乙類：靜態(tài)電流為0，BJT只在正弦信號的半個周期內(nèi)均導(dǎo)通。iCuCEQ2ICQVCC第4章功率電子電路三.BJT的幾種工作狀態(tài)甲類：Q點(diǎn)適中，在正弦信號的整個周8一.結(jié)構(gòu)互補(bǔ)對稱：電路中采用兩個晶體管：NPN、PNP各一支；兩管特性一致。組成互補(bǔ)對稱式射極輸出器。4.2乙類互補(bǔ)對稱功率放大電路

第4章功率電子電路一.結(jié)構(gòu)互補(bǔ)對稱：4.2乙類互補(bǔ)對稱功率放大電路9二、工作原理（設(shè)ui為正弦波）ic1ic2

靜態(tài)時：ui=0Vic1、ic2均=0（乙類工作狀態(tài)）

uo=0V動態(tài)時：ui

0VT1截止，T2導(dǎo)通ui>0VT1導(dǎo)通，T2截止iL=ic1

;iL=ic2T1、T2兩個管子交替工作，在負(fù)載上得到完整的正弦波。第4章功率電子電路二、工作原理（設(shè)ui為正弦波）ic1ic2靜態(tài)時：10輸入輸出波形圖uiuououo′交越失真死區(qū)電壓第4章功率電子電路輸入輸出波形圖uiuououo′交越失真死區(qū)電壓第4章功率11組合特性分析——圖解法負(fù)載上的最大不失真電壓為Uom=VCC-UCESiC1uCEiC2QVCCUCESUCESUom第4章功率電子電路組合特性分析——圖解法負(fù)載上的最大不失真電壓為Uom=VCC12最大不失真輸出功率Pomax1.輸出功率Po三、分析計算動畫演示第4章功率電子電路最大不失真輸出功率Pomax1.輸出功率Po三、分析計算動畫13一個管子的管耗2.管耗PT兩管管耗第4章功率電子電路一個管子的管耗2.管耗PT兩管管耗第4章功率電子電路143.電源供給的功率PE當(dāng)4.效率最高效率max第4章功率電子電路3.電源供給的功率PE當(dāng)4.效率最高效率max第4章功率15四．三極管的最大管耗

問：Uom=？PT1最大,PT1max=？用PT1對Uom求導(dǎo)，并令導(dǎo)數(shù)=0，得出：PT1max發(fā)生在Uom=0.64VCC處。將Uom=0.64VCC代入PT1表達(dá)式：第4章功率電子電路四．三極管的最大管耗問：Uom=？PT1最大,PT116選功率管的原則：1.PCMPT1max=0.2PoM2．第4章功率電子電路選功率管的原則：1.PCMPT1max=0.2Po17tuo交越失真uit存在交越失真乙類互補(bǔ)對稱功放的缺點(diǎn)第4章功率電子電路tuo交越失真uit存在交越失真乙類互補(bǔ)對稱功放的缺18

靜態(tài)時:

T1、T2兩管發(fā)射結(jié)電壓分別為二極管D1、D2的正向?qū)▔航?，致使兩管均處于微弱?dǎo)通狀態(tài)——甲乙類工作狀態(tài)動態(tài)時：設(shè)ui加入正弦信號。正半周T2截止，T1基極電位進(jìn)一步提高，進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)；負(fù)半周T1截止，T2基極電位進(jìn)一步降低，進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)。電路中增加R1、D1、D2、R2支路1.基本原理

4.3甲乙類互補(bǔ)對稱功率放大電路一.甲乙類雙電源互補(bǔ)對稱電路第4章功率電子電路靜態(tài)時:T1、T2兩管發(fā)射結(jié)電壓分別為二極管D1、D219uB1tUTtiBIBQ波形關(guān)系：ICQiCuBEiBib特點(diǎn)：存在較小的靜態(tài)電流ICQ、IBQ。每管導(dǎo)通時間大于半個周期，基本不失真。iCQuceVCC/ReVCCIBQEWB演示——功放的交越失真第4章功率電子電路uB1tUTtiBIBQ波形關(guān)系：ICQiCuBEiBib特202.帶前置放大級的功率放大器

動畫演示（甲乙類互補(bǔ)對稱電路的計算同乙類）第4章功率電子電路2.帶前置放大級的功率放大器動畫演示（甲乙類互補(bǔ)對稱電路213.電路中增加復(fù)合管增加復(fù)合管的目的：擴(kuò)大電流的驅(qū)動能力。1

2晶體管的類型由復(fù)合管中的第一支管子決定。復(fù)合NPN型復(fù)合PNP型第4章功率電子電路3.電路中增加復(fù)合管增加復(fù)合管的目的：擴(kuò)大電流的驅(qū)動能力224.帶復(fù)合管的OCL互補(bǔ)輸出功放電路：

T1：電壓推動級（前置級）

T2、R1、R2：UBE擴(kuò)大電路

T3、T4、T5、T6：復(fù)合管構(gòu)成互補(bǔ)對稱功放

輸出級中的T4、T6均為NPN型晶體管，兩者特性容易對稱。

合理選擇R1、R2，b3、b5間可得到UBE2任意倍的電壓。第4章功率電子電路4.帶復(fù)合管的OCL互補(bǔ)輸出功放電路：T1：電壓推動231、基本原理.單電源供電；.輸出加有大電容。（1）靜態(tài)偏置二.甲乙類單電源互補(bǔ)對稱電路

調(diào)整RW阻值的大小，可使此時電容上電壓第4章功率電子電路1、基本原理.單電源供電；.輸出加有大電容。（1）靜態(tài)偏24（2）動態(tài)分析（電容起到了負(fù)電源的作用）Ui負(fù)半周時，T1導(dǎo)通、T2截止；Ui正半周時，T1截止、T2導(dǎo)通。動畫演示第4章功率電子電路（2）動態(tài)分析（電容起到了負(fù)電源的作用）Ui負(fù)半周時，Ui正25（3）輸出功率及效率若忽略交越失真的影響。則：此電路存在的問題：輸出電壓正方向變化的幅度受到限制，達(dá)不到VCC/2。第4章功率電子電路（3）輸出功率及效率若忽略交越失真的影響。則：此電路存在的問262.帶自舉電路的單電源功放靜態(tài)時C1充電后，其兩端有一固定電壓動態(tài)時由于C1很大，兩端電壓基本不變，使C1上端電位隨輸出電壓升高而升高。保證輸出幅度達(dá)到VCC/2。C1、R7為自舉電路第4章功率電子電路2.帶自舉電路的單電源功放靜態(tài)時C1充電后，其兩端有一固273.帶運(yùn)放前置放大級的功率放大電路運(yùn)放A接成同相輸入方式作前置放大級。引入了電壓串聯(lián)負(fù)反饋。整個電路的電壓放大倍數(shù)：

第4章功率電子電路3.帶運(yùn)放前置放大級的功率放大電路運(yùn)放A接成同相輸入方式作前28總結(jié)：互補(bǔ)對稱功放的類型互補(bǔ)對稱功放的類型雙電源電路又稱OCL電路（無輸出電容）單電源電路又稱OTL電路（無輸出變壓器）第4章功率電子電路總結(jié)：互補(bǔ)對稱功放的類型互補(bǔ)對稱功放的類型29

4.4集成功率放大器

集成功率放大器DG4100簡介：第4章功率電子電路4.4集成功率放大器集成功率放大器DG4100簡介30集成功放DG4100的外部接線圖：第4章功率電子電路集成功放DG4100的外部接線圖：第4章功率電子電路31演講完畢，謝謝聽講!再見，seeyouagain3rew2023/1/5第4章功率電子電路演講完畢，謝謝聽講!再見，seeyouagain3rew32第4章--功率電子電路2023/1/5第4章功率電子電路第4章--功率電子電路2022/12/20第4章功率電子電路33例：擴(kuò)音系統(tǒng)實(shí)際負(fù)載什么是功率放大器？

在電子系統(tǒng)中，模擬信號被放大后，往往要去推動一個實(shí)際的負(fù)載。如使揚(yáng)聲器發(fā)聲、繼電器動作、儀表指針偏轉(zhuǎn)等。推動一個實(shí)際負(fù)載需要的功率很大。能輸出較大功率的放大器稱為功率放大器4.1概述功率放大電壓放大信號提取第4章功率電子電路例：擴(kuò)音系統(tǒng)實(shí)際負(fù)載什么是功率放大器？在電子系統(tǒng)中，34一.功放電路的特點(diǎn)（2）功放電路中電流、電壓要求都比較大，必須注意電路參數(shù)不能超過晶體管的極限值:ICM、UCEM

、PCM。

ICMPCMUCEM（1）輸出功率Po盡可能大Icuce第4章功率電子電路一.功放電路的特點(diǎn)（2）功放電路中電流、電壓要求都比較35(3)電流、電壓信號比較大，必須注意防止波形失真。(4)電源提供的能量應(yīng)盡可能多地轉(zhuǎn)換給負(fù)載，盡量減少晶體管及線路上的損失。即注意提高電路的效率（）。Po:負(fù)載上得到的交流信號功率。PE：電源提供的直流功率。（5）功放管散熱和保護(hù)問題第4章功率電子電路(3)電流、電壓信號比較大，必須注意防止波形失真。(4)36二.甲類功率放大器分析1.三極管的靜態(tài)功耗：若電源提供的平均功耗：則IcuceQuceQIcQ第4章功率電子電路二.甲類功率放大器分析1.三極管的靜態(tài)功耗：若電源提供的372.動態(tài)功耗（當(dāng)輸入信號Ui時）輸出功率:

要想PO大，就要使功率三角形的面積大，即必須使Vom和Iom都要大。最大輸出功率:MNUomIom功率三角形iCuCEQUCEQICQVCC第4章功率電子電路2.動態(tài)功耗（當(dāng)輸入信號Ui時）輸出功率:要38電源提供的功率此電路的最高效率甲類功率放大器存在的缺點(diǎn)：

輸出功率小靜態(tài)功率大，效率低第4章功率電子電路電源提供的功率此電路的最高效率甲類功率放大器存在的缺點(diǎn)：39三.BJT的幾種工作狀態(tài)甲類：Q點(diǎn)適中，在正弦信號的整個周期內(nèi)均有電流流過BJT。甲乙類：介于兩者之間，導(dǎo)通角大于180°動畫演示iCuCEQ1UCEQICQVCCiCuCEQ3ICQVCC乙類：靜態(tài)電流為0，BJT只在正弦信號的半個周期內(nèi)均導(dǎo)通。iCuCEQ2ICQVCC第4章功率電子電路三.BJT的幾種工作狀態(tài)甲類：Q點(diǎn)適中，在正弦信號的整個周40一.結(jié)構(gòu)互補(bǔ)對稱：電路中采用兩個晶體管：NPN、PNP各一支；兩管特性一致。組成互補(bǔ)對稱式射極輸出器。4.2乙類互補(bǔ)對稱功率放大電路

第4章功率電子電路一.結(jié)構(gòu)互補(bǔ)對稱：4.2乙類互補(bǔ)對稱功率放大電路41二、工作原理（設(shè)ui為正弦波）ic1ic2

靜態(tài)時：ui=0Vic1、ic2均=0（乙類工作狀態(tài)）

uo=0V動態(tài)時：ui

0VT1截止，T2導(dǎo)通ui>0VT1導(dǎo)通，T2截止iL=ic1

;iL=ic2T1、T2兩個管子交替工作，在負(fù)載上得到完整的正弦波。第4章功率電子電路二、工作原理（設(shè)ui為正弦波）ic1ic2靜態(tài)時：42輸入輸出波形圖uiuououo′交越失真死區(qū)電壓第4章功率電子電路輸入輸出波形圖uiuououo′交越失真死區(qū)電壓第4章功率43組合特性分析——圖解法負(fù)載上的最大不失真電壓為Uom=VCC-UCESiC1uCEiC2QVCCUCESUCESUom第4章功率電子電路組合特性分析——圖解法負(fù)載上的最大不失真電壓為Uom=VCC44最大不失真輸出功率Pomax1.輸出功率Po三、分析計算動畫演示第4章功率電子電路最大不失真輸出功率Pomax1.輸出功率Po三、分析計算動畫45一個管子的管耗2.管耗PT兩管管耗第4章功率電子電路一個管子的管耗2.管耗PT兩管管耗第4章功率電子電路463.電源供給的功率PE當(dāng)4.效率最高效率max第4章功率電子電路3.電源供給的功率PE當(dāng)4.效率最高效率max第4章功率47四．三極管的最大管耗

問：Uom=？PT1最大,PT1max=？用PT1對Uom求導(dǎo)，并令導(dǎo)數(shù)=0，得出：PT1max發(fā)生在Uom=0.64VCC處。將Uom=0.64VCC代入PT1表達(dá)式：第4章功率電子電路四．三極管的最大管耗問：Uom=？PT1最大,PT148選功率管的原則：1.PCMPT1max=0.2PoM2．第4章功率電子電路選功率管的原則：1.PCMPT1max=0.2Po49tuo交越失真uit存在交越失真乙類互補(bǔ)對稱功放的缺點(diǎn)第4章功率電子電路tuo交越失真uit存在交越失真乙類互補(bǔ)對稱功放的缺50

靜態(tài)時:

T1、T2兩管發(fā)射結(jié)電壓分別為二極管D1、D2的正向?qū)▔航担率箖晒芫幱谖⑷鯇?dǎo)通狀態(tài)——甲乙類工作狀態(tài)動態(tài)時：設(shè)ui加入正弦信號。正半周T2截止，T1基極電位進(jìn)一步提高，進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)；負(fù)半周T1截止，T2基極電位進(jìn)一步降低，進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)。電路中增加R1、D1、D2、R2支路1.基本原理

4.3甲乙類互補(bǔ)對稱功率放大電路一.甲乙類雙電源互補(bǔ)對稱電路第4章功率電子電路靜態(tài)時:T1、T2兩管發(fā)射結(jié)電壓分別為二極管D1、D251uB1tUTtiBIBQ波形關(guān)系：ICQiCuBEiBib特點(diǎn)：存在較小的靜態(tài)電流ICQ、IBQ。每管導(dǎo)通時間大于半個周期，基本不失真。iCQuceVCC/ReVCCIBQEWB演示——功放的交越失真第4章功率電子電路uB1tUTtiBIBQ波形關(guān)系：ICQiCuBEiBib特522.帶前置放大級的功率放大器

動畫演示（甲乙類互補(bǔ)對稱電路的計算同乙類）第4章功率電子電路2.帶前置放大級的功率放大器動畫演示（甲乙類互補(bǔ)對稱電路533.電路中增加復(fù)合管增加復(fù)合管的目的：擴(kuò)大電流的驅(qū)動能力。1

2晶體管的類型由復(fù)合管中的第一支管子決定。復(fù)合NPN型復(fù)合PNP型第4章功率電子電路3.電路中增加復(fù)合管增加復(fù)合管的目的：擴(kuò)大電流的驅(qū)動能力544.帶復(fù)合管的OCL互補(bǔ)輸出功放電路：

T1：電壓推動級（前置級）

T2、R1、R2：UBE擴(kuò)大電路

T3、T4、T5、T6：復(fù)合管構(gòu)成互補(bǔ)對稱功放

輸出級中的T4、T6均為NPN型晶體管，兩者特性容易對稱。

合理選擇R1、R2，b3、b5間可得到UBE2任意倍的電壓。第4章功率電子電路4.帶復(fù)合管的OCL互補(bǔ)輸出功放電路：T1：電壓推動551、基本原理.單電源供電；.輸出加有大電容。（1）靜態(tài)偏置二.甲乙類單電源互補(bǔ)對稱電路

調(diào)整RW阻值的大小，可使此時電容上電壓第4章功率電子電路1、基本原理.單電源供電；.輸出加有大電容。（1）靜態(tài)偏56（2）