《功率電路及系統(tǒng)》PPT課件

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1、第9章功率電路及系統(tǒng)9—1功率放大器9—2整流器和直流穩(wěn)壓電源9—3功率器件9—4高精度基準(zhǔn)電壓源一、概述1.功率放大電路研究的問(wèn)題（1）性能指標(biāo)：輸出功率和效率。若已知Uom，則可得Pom。最大輸出功率與電源損耗的平均功率之比為效率。（2）分析方法：因大信號(hào)作用，故應(yīng)采用圖解法。（3）晶體管的選用：根據(jù)極限參數(shù)選擇晶體管。在功放中，晶體管通過(guò)的最大集電極或射極電流接近最大集電極電流，承受的最大管壓降接近c(diǎn)-e反向擊穿電壓，消耗的最大功率接近集電極最大耗散功率。稱為工作在盡限狀態(tài)。2.對(duì)功率放大電路的要求（1）甲類方式：晶體管在信號(hào)的整個(gè)周期內(nèi)均處于導(dǎo)通狀態(tài)（2）乙類方式：晶體管僅在信號(hào)

2、的半個(gè)周期處于導(dǎo)通狀態(tài)（3）甲乙類方式：晶體管在信號(hào)的多半個(gè)周期處于導(dǎo)通狀態(tài)（1）在電源電壓一定的情況下，最大不失真輸出電壓最大，即輸出功率盡可能大。（2）效率盡可能高，因而電路損耗的直流功率盡可能小，靜態(tài)時(shí)功放管的集電極電流近似為0。3、晶體管的工作方式9—1功率放大器9—1—1功率放大器的特點(diǎn)及工作狀態(tài)分類一、特點(diǎn)(1)給負(fù)載提供足夠大的功率。(2)大信號(hào)工作。(3)分析方法以圖解法為主。(4)非線性失真矛盾突出。(5)提高效率成為重要的關(guān)注點(diǎn)。(6)功率器件的安全問(wèn)題必須考慮。二、工作狀態(tài)分類根據(jù)直流工作點(diǎn)的位置不同，放大器的工作狀態(tài)可分為A類(甲類)、B類(乙類)、C類(丙類)等

3、，如圖9—1所示。圖(a)中，工作點(diǎn)Q較高(ICQ大)，信號(hào)在360°內(nèi)變化，管子均導(dǎo)通，稱之為A類工作狀態(tài)。圖(b)中，工作點(diǎn)Q選在截止點(diǎn)，管子只有半周導(dǎo)通，另外半周截止，稱之為B類工作狀態(tài)。而圖(c)中，工作點(diǎn)Q選在截止點(diǎn)下面，信號(hào)導(dǎo)通角小于180°，稱之為C類工作狀態(tài)。圖9—1放大器的工作狀態(tài)分類(a)A類(導(dǎo)通角為360°);(b)B類(導(dǎo)通角為180°);(c)C類(導(dǎo)通角＜180°)圖9—1放大器的工作狀態(tài)分類(a)A類(導(dǎo)通角為360°);(b)B類(導(dǎo)通角為180°);(c)C類(導(dǎo)通角＜180°)圖9—1放大器的工作狀態(tài)分類(a)A類(導(dǎo)通角為360°);(b)B類(導(dǎo)

4、通角為180°);(c)C類(導(dǎo)通角＜180°)分析結(jié)果表明，A類工作時(shí)非線性失真雖小，但效率太低，且沒(méi)有收到信號(hào)時(shí)，電源仍供給功率(ICQ≠0)，這些功率將轉(zhuǎn)化為無(wú)用的管耗。B類工作時(shí)非線性失真雖大(波形只有半周)，但效率卻很高，只要我們?cè)陔娐方Y(jié)構(gòu)上加以彌補(bǔ)，非線性失真是可以減小的，所以，在功率放大器中大多采用B類工作。C類工作主要用于高頻功率放大器中，這里不予討論。9—1—2甲類(A類)功率放大器一、電路功率放大器的負(fù)載是各種各樣的。若負(fù)載RL很小，則負(fù)載線很陡，電流擺幅大，而電壓擺幅小，所得交流功率與電壓、電流振幅乘積有關(guān)，所以不可能使功率最大；反之，若RL很大，則電壓擺幅大，電流

5、擺幅小，功率也不可能大。如圖9—2(a)所示。圖中，變壓器初級(jí)接到功率管集電極回路，次級(jí)接負(fù)載RL。若變壓比為n，則初級(jí)等效交流負(fù)載R′L為式中，n=N1/N2。若RL太小，則要求R′L＞RL，n＞1，變壓器為降壓變壓器；反之，若RL太大，而要求R′L＜RL,n＜1,則采用升壓變壓器。已知RL和最佳R′L，即可確定變壓比n的值。圖9—2中RB為偏置電阻，其值決定了Q點(diǎn)的ICQ及IBQ。如果變壓器是理想的，則直流工作點(diǎn)電壓UCEQ=UCC，直流負(fù)載線為一垂直線，而交流負(fù)載線通過(guò)Q點(diǎn)，其斜率為(-1/R′L)，如圖9—2(b)所示。(9—1)圖9—2甲類功放電路及交、直流負(fù)載線(a)電路；(

6、b)交、直流負(fù)載線圖9—2甲類功放電路及交、直流負(fù)載線(a)電路；(b)交、直流負(fù)載線二、功率與效率的計(jì)算1.電源供出功率PE可見(jiàn)，PE是一個(gè)固定不變的值，與信號(hào)的有無(wú)或大小均無(wú)關(guān)。2.負(fù)載得到的交流功率PL設(shè)變壓器效率ηT=1,則PL=PRL=PR′L，即(9—3)式中UC和IC分別為集電極交流電壓和電流的振幅，信號(hào)越大，UC、IC越大，輸出功率也將增大。在最佳負(fù)載和工作點(diǎn)的情況下，最大交流振幅為(9—4)3.管子功耗PC當(dāng)信號(hào)為零時(shí)，PL=0，PCm=PE，電源功率全部變?yōu)楣芎?；而?dāng)信號(hào)增大時(shí)，部分電源直流功率轉(zhuǎn)換為有用的交流功率，管耗反而下降。此時(shí)，最大輸出功率PLm為(9—5)(

7、9—6)4.轉(zhuǎn)換能量的效率η(9—7)當(dāng)信號(hào)最強(qiáng)，UCm=UCC,ICm=ICQ時(shí)，效率達(dá)到最高：(9—8)可見(jiàn)，A類放大器無(wú)信號(hào)時(shí)，效率為零，而信號(hào)最強(qiáng)時(shí)最大效率也只有50%。這是A類放大器的致命弱點(diǎn)，也是晶體管功率放大器極少采用A類放大器的原因。9—1—3互補(bǔ)跟隨乙類(B類)功率放大器一、雙電源互補(bǔ)跟隨乙類功率放大器(OTL電路)1.電路此類功率放大器的電路如圖9—3所示，其電路形式和集成運(yùn)放的輸出級(jí)是相同的。其中二極管是為克服