模擬電子技術第八章功率電路課件

第八章功率電路§8.1功率放大電路§8.2線性直流穩(wěn)壓電路§8.3

開關型直流穩(wěn)壓電路1例：擴音系統(tǒng)執(zhí)行機構用作放大電路的輸出級，在信號失真允許的范圍內，輸出足夠的功率以驅動執(zhí)行機構。如使揚聲器發(fā)聲、繼電器動作、儀表指針偏轉等。功率放大電壓放大信號提取

§8.1功率放大電路功率放大器的作用：一、功率放大電路的特點與分類2(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)不能超過功放管的極限值:ICM、UCEM

、PCM。注意對功放管散熱和保護。ICMPCMUCEMIcuce

§8.1功率放大電路1.功放電路特點(1)輸出功率Pomax盡可能大3（3）根據(jù)功放管導通時間的不同，可分為:低頻功放和高頻功放非諧振功放和諧振功放

§8.1功率放大電路2.功放電路的分類（1）根據(jù)工作頻率的不同，功放電路可分為:（2）根據(jù)負載性質的不同，功放電路可分為:甲類、乙類、甲乙類和丙類5

§8.1功率放大電路乙類：導通角等于180°，失真大，靜態(tài)電流為零，管耗小，效率高。甲類：一個周期內均導通，失真小，靜態(tài)電流大，管耗大，效率低。甲乙類：導通角大于180°，失真大，靜態(tài)電流小，管耗小，效率較高。，丙類：導通角小于180°6uotuo射極輸出器輸出電阻低，帶負載能力強，可以用做功率放大器嗎？問題討論:icuceQIcVCC/RLVCCRbuoVCCuiRL

§8.1功率放大電路7輸入正弦波的幅值使輸出信號的波形正負半周均不失真，即Ucem≈VCC/2，Icm≈VCC/2RL。則有：

§8.1功率放大電路動態(tài)時：交流輸出功率：管子消耗功率：9

§8.1功率放大電路電源供給功率：效率：如何解決效率低的問題？降低Q點但又會引起截止失真既降低Q點又不會引起截止失真的辦法?采用推挽輸出電路，或互補對稱射極輸出器10ui-VCCT1T2uo+VCCRLiLNPN型PNP型

§8.1功率放大電路二、互補對稱功率放大電路1.乙類互補對稱功率放大電路(1)電路結構電路中采用兩個晶體管：NPN、PNP各一支；兩管特性一致。電路還采用對稱電源：+VCC，-VCC。組成互補對稱式射極輸出器。11(3)最大輸出功率及效率的計算假設

ui為正弦波且幅度足夠大，T1、T2導通時均能飽和，此時輸出達到最大值。ULmax負載上得到的最大功率為：iL-VCCRLuiT1T2UL+VCC若忽略晶體管的飽和壓降，則負載（RL)上的電壓和電流的幅值分別為：

§8.1功率放大電路13直流電源提供功率為:每個電源中的電流為半個正弦波，故有：tic12

§8.1功率放大電路效率為:14單個管子在半個周期內的管耗管耗PT：兩管管耗：

§8.1功率放大電路求極值可得：當時15ui-VCCT1T2uo+VCCRLiL▲實際輸入輸出波形圖uiuououo′交越失真死區(qū)電壓

§8.1功率放大電路A.靜態(tài)電流ICQ、IBQ等于零；B.每管導通時間為半個周期；C.存在交越失真。17R1D1D2R2

靜態(tài)時:

T1、T2兩管發(fā)射結電位分別為二極管D1、D2的正向導通壓降，致使兩管均處于微弱導通狀態(tài)；動態(tài)時：設ui加入正弦信號。正半周T2截止，T1基極電位進一步提高，進入良好的導通狀態(tài)；負半周T1截止，T2基極電位進一步降低，進入良好的導通狀態(tài)。+VCC-VCCULuiiLRLT1T2電路中增加R1、D1、D2、R2支路

§8.1功率放大電路2.甲乙類互補對稱功率放大電路◆輸出功率、管耗及效率等的計算

可近似和乙類計算方法相同18

§8.1功率放大電路RL+VCC+uoV1V2V3V4V5VCC+uiR★實際電路V4RL+VCC+uoV1V2V3VCCR*1R2R3R4圖二中V4、R1和R2組成UBE電壓倍增電路假設I>>IB，則19

§8.1功率放大電路4.帶自舉電路的單電源互補對稱功率放大電路自舉電路自舉電路靜態(tài)時C3充電后，其兩端有一固定電壓。動態(tài)時C3充當一個電源21

§8.1功率放大電路5.采用復合管的功率輸出級（1）復合管(達林頓管)目的：實現(xiàn)管子參數(shù)的配對ib1(1+1)

ib1(1+1)(1+2)ib1=(1+1+2+12)ib1

1

2

rbe=rbe1+(1+1)rbe22(1+1)ib11ib1ibicie(1+2+12)ib1V1V222

§8.1功率放大電路V1V2NPN+NPNNPNV1V2PNP+PNPPNPV1V2NPN+PNPNPNV1V2PNP+NPNPNP復合管（達林頓管）管型=前面的管管型23

§8.1功率放大電路三、集成功率放大器（1）LM386集成功放及其應用1.典型應用參數(shù)：直流電源：412V額定功率：660mW帶寬：300kHz輸入阻抗：50k12348765引腳圖25

§8.1功率放大電路2.內部電路1.8開路時，Au=20(負反饋最強)1.8交流短路

Au=200(負反饋最弱)電壓串聯(lián)負反饋26V1、V6：V3、V5：V2、V4：射級跟隨器，高Ri雙端輸入單端輸出差分電路恒流源負載V7~V12：功率放大電路V7為驅動級(I0為恒流源負載)V11、V12用于消除交越失真V8、V10

構成PNP準互補對稱

§8.1功率放大電路27電源變壓器:將交流電網電壓u1變?yōu)楹线m的交流電壓u2。整流電路:將交流電壓u2變?yōu)槊}動的直流電壓u3。濾波電路:將脈動直流電壓u3轉變?yōu)槠交闹绷麟妷簎4。穩(wěn)壓電路:清除電網波動及負載變化的影響,保持輸出電壓uo的穩(wěn)定。整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路u1u2u3u4uo一、線性直流穩(wěn)壓電源的組成

§8.2線性直流穩(wěn)壓電路29單相三相二極管可控硅橋式倍壓整流半波全波整流電路分類：二、整流電路

§8.2線性直流穩(wěn)壓電路把交流電壓轉變?yōu)橹绷髅}動的電壓。整流電路的任務：301.單相半波整流電路二極管導通，忽略二極管正向壓降，

uo=u2u1u2aTbDRLuo為分析簡單起見，把二極管當作理想元件處理，即二極管的正向導通電阻為零，反向電阻為無窮大。二極管截止,uo=0+–io+–u2>0時:u2<0時:

§8.2線性直流穩(wěn)壓電路31單相半波整流電壓波形u1u2aTbDRLuouDu2uouDt2340

§8.2線性直流穩(wěn)壓電路輸出電壓平均值（Uo）:UDRM=22U承受的最高反向電壓:322.單相全波整流電路u1u2aTbD1RLuoD2u2io+–+–◆原理：+–+–變壓器副邊中心抽頭，感應出兩個相等的電壓u2當u2正半周時，D1導通，D2截止。當u2負半周時，D2導通，D1截止。

§8.2線性直流穩(wěn)壓電路33u1u2aTbD1RLuoD2u2io單相全波整流電壓波形u2uouD1t2340uD2+–+–0~：uD2=2u2+忽略二極管正向壓降

§8.2線性直流穩(wěn)壓電路34輸出電壓平均值（Uo）：u1u2aTbD1RLuoD2u2iouo20t

§8.2線性直流穩(wěn)壓電路二極管承受的最高反向電壓：353.橋式整流電路

§8.2線性直流穩(wěn)壓電路V3RLV4V2V1u1u2ioRLV4V3V2V1+uou2u1輸入正半周（1）工作原理輸入負半周+uo+uo36tOtOtOtO2323Im2233uOu2uDiD=iO

§8.2線性直流穩(wěn)壓電路（2）電流電壓波形（3）參數(shù)估算1)整流輸出電壓平均值2)二極管平均電流3)二極管最大反向壓37（4）簡化畫法+uoRLio~+u2（5）整流橋把四只二極管封裝在一起稱為整流橋~~

§8.2線性直流穩(wěn)壓電路38io+

uo=ucRLV1V4V3V2+u三、濾波電路1.電容濾波(1)電路和工作原理C

§8.2線性直流穩(wěn)壓電路電容充電電容放電V導通時給C充電，V截止時C向RL放電；濾波后

uo

的波形變得平緩，平均值提高。39（2）波形及輸出電壓當RL=時：OtuO2當RL為有限值時：通常取RC越大UO越大RL=為獲得良好濾波效果，一般?。?T為輸入交流電壓的周期)UO=1.2U2

§8.2線性直流穩(wěn)壓電路40[例]

單相橋式電容濾波整流，交流電源頻率f=50Hz，負載電阻RL=40，要求直流輸出電壓UO=20V，選擇整流二極管及濾波電容。[解]1.選二極管電流平均值：承受最高反壓：

§8.2線性直流穩(wěn)壓電路選二極管應滿足：IF(23)

ID選：2CZ55C(IF=1A，URM=100V)或1A、100V

整流橋2.選濾波電容可選：

1000F，耐壓50V的電解電容。412.電感濾波RLL~+u2整流后的輸出電壓：直流分量被電感L

短路交流分量主要降在L上電感越大，濾波效果越好

§8.2線性直流穩(wěn)壓電路3.型濾波L

C1RL~+u2

C2負載電流小時C1、C2

對交流容抗小L

對交流感抗很大42四、串聯(lián)型穩(wěn)壓電路

§8.2線性直流穩(wěn)壓電路并聯(lián)型穩(wěn)壓電路—調整管與負載并聯(lián)串聯(lián)型穩(wěn)壓電路—調整管與負載串聯(lián)1.穩(wěn)壓電源的主要技術指標①輸出電壓②輸出電壓變化量

③穩(wěn)壓系數(shù)Sr

④最大輸出電流IOM在規(guī)定最小負載下的最大輸出電流43當輸出電流從零變化到最大額定值時，輸出電壓的相對變化值。⑦電流調整率SI⑥輸出電阻Ro

⑤電壓調整率SV一般特指ΔＵi/Ｕi=±10%時的Sr

§8.2線性直流穩(wěn)壓電路44輸入電壓交流紋波峰峰值與輸出電壓交流紋波峰峰值之比的分貝數(shù)。⑩效率

§8.2線性直流穩(wěn)壓電路⑧紋波抑制比Srip⑨輸出電壓的溫度系數(shù)ST452.串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作原理+UI

取樣電路調整管比較放大電路基準電壓(1)電路結構和穩(wěn)壓原理

§8.2線性直流穩(wěn)壓電路46★穩(wěn)壓原理①輸入電壓變化UI↑→UO↑②負載電流變化IL↑實質：電壓負反饋→UF↑→UI↓→UO↓→UF↓→UO1↑→UCE↓→UO↑

§8.2線性直流穩(wěn)壓電路UO1↓UCE↑UO↓47①Vo調節(jié)范圍根據(jù)“虛短”有UF=UREF(2)參數(shù)計算②調整管選擇

§8.2線性直流穩(wěn)壓電路483.三端集成穩(wěn)壓器CW7800

系列(正電源)CW7900系列(負電源)5V/6V/9V/12V/15V/18V/24V(1)三端固定式--78、79系列輸出電流78L

××/79L××—輸出電流100mA78M××/9M××—輸出電流500mA78××/79××—輸出電流1.5A輸出電壓

§8.2線性直流穩(wěn)壓電路例如：CW7805

輸出

5V，最大電流

1.5ACW78M09

輸出

9V，最大電流

0.5ACW79L12

輸出

-5V，最大電流

0.1A49封裝CW7805123UIUOGNDCW7905123UIUOGND符號CW7800++213CW790013_2_塑料封裝金屬封裝

§8.2線性直流穩(wěn)壓電路50★CW7800的內部結構和基本應用電路內部結構+UI取樣電路調整電路保護電路基準電壓比較放大啟動電路+UO

§8.2線性直流穩(wěn)壓電路基本應用電路Uo=12VW7812123C2++UiC1C30.33F0.1F100FRL防止輸入端短路時C3反向放電損壞穩(wěn)壓器抵消輸入長接線的電感效應，防止自激改善負載的瞬態(tài)響應，消除高頻噪聲51輸出正、負電壓的電路~24V~24V~220VW7815W79151323211000F220F0.33F0.33F0.1F+15V15V++++1000F0.1F220F

§8.2線性直流穩(wěn)壓電路恒流源電路12+UI=10VW78053+UORRLIQIO0.1F0.33F1052(2)三端可調輸出集成穩(wěn)壓器CW117/217/317系列(正電源)CW137/237/337系列(負電源)工作溫度CW117(137)—

-55150CCW217(237)—

-25150CCW317(337)—

0

125C

§8.2線性直流穩(wěn)壓電路基準電壓1.25V輸出電流L型—輸出電流100mAM型—輸出電流500mA53★CW117內部結構和基本應用電路內部結構調整電路基準電路誤差放大啟動電路偏置電路保護電路IREFUIUOADJ123外形引腳CW117123UIUOADJCW137123UIUOADJ50A

§8.2線性直流穩(wěn)壓電路54基本應用電路Uo

CW317123C2++UiC1C30.1F10F33FR1R2C4IOIQIIREF0.1FV1V2V1防止輸入端短路時C4反向放電損壞穩(wěn)壓器V2防止輸出端短路時C2通過調整端放電損壞穩(wěn)壓器UREF=1.25V使UREF很穩(wěn)定125IREF

50A2.2k

§8.2線性直流穩(wěn)壓電路R1=125R2=

02.2k

時，UO=

1.2524V55線性穩(wěn)壓電路的缺點：調整管管耗大電源效率低(40%60%)改進思路：使調整管截止(電流小)

飽和(管壓降小)

§8.3開關型直流穩(wěn)壓電路一、開關型直流穩(wěn)壓電路的特點和分類（1）開關穩(wěn)壓電路的優(yōu)點：效率高(80%90%)體積小、重量輕穩(wěn)壓范圍寬對電網要求不高（2）開關穩(wěn)壓電路的缺點：電路復雜對電子設備干擾較大輸出電壓含較大紋波56

§8.3開關型直流穩(wěn)壓電路（3）開關型直流穩(wěn)壓電路的分類：①按開關管與負載間的連接方式：串聯(lián)型、并聯(lián)型和脈沖變壓器（高頻）耦合型②按啟動功率管的方式：自激型和它激型③按所用開關器件：晶體功率管開關型、MOSFET功率管開關型和可控硅開關型④按穩(wěn)壓控制方式：脈沖寬度調制型（PWM，周期恒定、改變占空比）、脈沖頻率調制型（PFM，導通脈寬恒定、改變工作頻率）和混合調制型。

磁性儲能電路、開關電路和控制方式是決定開關型直流穩(wěn)壓電路特性的基本因素。57二、開關型穩(wěn)壓電源的基本工作原理調整管取樣電路開關調整管控制組成框圖濾波+UI+UoRLV18A8C基準電壓三角波發(fā)生器R1R2V2LC+UREFuFuAuTuBuEiLIO頻率固定的三角波誤差放大續(xù)流

§8.3開關型直流穩(wěn)壓電路1.串聯(lián)型開關穩(wěn)壓電路58工作波形OOOOUOtttOttuTuAuBuEiLuoIOtofftonUI脈寬調制式(PWM)

§8.3開關型直流穩(wěn)壓電路—占空比59+UI+UoRLV18A8C基準電壓三角波發(fā)生器R1R2V2LC+UREFuFuAuTuBuEiLIO穩(wěn)壓原理UIUOuFuA占空比UOq=50%當uF=UREF，uA=0，UO

為預定標稱值

§8.3開關型直流穩(wěn)壓電路602.并聯(lián)型開關穩(wěn)壓電路+Uo+UIRLV1R1R2LC+UREFuFuB控制電路V2+UI+UoRLV1LC+uBV2+UI+UoRLV1LC+uBV2iL高電平iO低電平uBt