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1、第八章 功率电路,8.1 功率放大电路,8.2 线性直流稳压电路,8.3 开关型直流稳压电路,(1-2),例：扩音系统,用作放大电路的输出级，在信号失真允许的范围内，输出足够的功率以驱动执行机构。如使扬声器发声、继电器动作、仪表指针偏转等。,功率放大器的作用：,一、功率放大电路的特点与分类,(1-3),(2)功放电路中电流、电压要求都比较大，必须注意电路参数不能超过功放管的极限值:ICM、UCEM、PCM。注意对功放管散热和保护。,1.功放电路特点,(1)输出功率Pomax尽可能大,(1-4),(3)电流、电压信号比较大，必须注意防止波形失真。,(4)电源提供的能量尽可能转换给负载，减少 晶体
2、管及线路上的损失。即注意提高电路的效率（）。,Pomax:负载上得到的交流信号功率。PV：电源提供的直流功率。,降低静态功耗，即减小静态电流。,提高效率的途径,(1-5),（3）根据功放管导通时间的不同，可分为:,低频功放和高频功放,非谐振功放和谐振功放,2.功放电路的分类,（1）根据工作频率的不同，功放电路可分为:,（2）根据负载性质的不同，功放电路可分为:,甲类、乙类、甲乙类和丙类,(1-6),乙类：导通角等于180，失真大，静态电流为零，管耗小，效率高。,甲类：一个周期内均导通，失真小，静态电流大，管耗大，效率低。,甲乙类：导通角大于180，失真大，静态电流小，管耗小，效率较高。，,丙类
3、：导通角小于180,(1-7),(1-8),一般射随静态工作点（Q）设置较高（靠近负载线的中部），信号波形正负半周均不失真。电路中存在的静态电流（ICQ），在晶体管和射极电阻中造成较大静态损耗，致使效率降低。设Q点正好在负载线中点，若忽略晶体管的饱和压降及基极电流，则有：UCEQ=VCC/2；ICQ=VCC/2RL。,静态时：,(1-9),输入正弦波的幅值使输出信号的波形正负半周均不失真，即UcemVCC/2，IcmVCC/2RL。则有：,动态时：,交流输出功率：,管子消耗功率：,(1-10),电源供给功率：,效率：,如何解决效率低的问题？,降低Q点,但又会引起截止失真,既降低Q点又不会引起截
4、止失真的办法?,采用推挽输出电路，或互补对称射极输出器,(1-11),NPN型,PNP型,二、互补对称功率放大电路,1.乙类互补对称功率放大电路,(1)电路结构,电路中采用两个晶体管：NPN、PNP各一支；两管特性一致。电路还采用对称电源：+VCC，-VCC。组成互补对称式射极输出器。,(1-12),（2）工作原理（设ui为正弦波，三极管导通压降为零）,静态时：,ui=0V T1、T2均不工作 uo=0V,动态时：,ui 0V,T1截止，T2导通,ui 0V,T1导通，T2截止,iL=ic1;,iL=ic2,(1-13),(3)最大输出功率及效率的计算,假设 ui 为正弦波且幅度足够大，T1、
5、T2导通时均能饱和，此时输出达到最大值。,负载上得到的最大功率为：,若忽略晶体管的饱和压降，则负载（RL)上的电压和电流的幅值分别为：,(1-14),直流电源提供功率为:,每个电源中的电流为半个正弦波，故有：,效率为:,(1-15),单个管子在半个周期内的管耗,管耗PT：,两管管耗：,求极值可得：,当 时,(1-16),(3)功率放大管参数的选择,(1-17),实际输入输出波形图,死区电压,A.静态电流 ICQ、IBQ等于零；B.每管导通时间为半个周期；C.存在交越失真。,(1-18),静态时:T1、T2两管发射结电位分别为二极管D1、D2的正向导通压降，致使两管均处于微弱导通状态；,动态时：
6、设 ui 加入正弦信号。正半周 T2 截止，T1 基极电位进一步提高，进入良好的导通状态；负半周T1截止，T2 基极电位进一步降低，进入良好的导通状态。,电路中增加 R1、D1、D2、R2支路,2.甲乙类互补对称功率放大电路,输出功率、管耗及效率等的计算 可近似和乙类计算方法相同,(1-19),实际电路,图二中V4、R1和R2组成UBE电压倍增电路,假设I IB，则,(1-20),3.单电源互补对称功率放大电路,E,电容 C 的作用：,1)充当 VCC/2 电源,2)耦合交流信号,当 ui=0 时:,当 ui 0 时：,V2 导通C 放电,当 ui 0 时：,V1导通C 充电,输出功率、管耗及
7、效率等的计算 可近似和 乙类计算方法相同，仅VCC/2 取代 VCC。,电容器C选择：,(1-21),4.带自举电路的单电源互补对称功率放大电路,静态时,C3充电后，其两端有一固定电压。,动态时,C3充当一个电源,(1-22),5.采用复合管的功率输出级,（1）复合管(达林顿管),目的：实现管子参数的配对,ib1,(1+1)ib1,(1+1)(1+2)ib1,=(1+1+2+12)ib1,1 2,rbe=rbe1+(1+1)rbe2,2(1+1)ib1,1 ib1,ib,ic,ie,(1+2+12)ib1,(1-23),NPN+NPN,NPN,PNP+PNP,PNP,NPN+PNP,NPN,P
8、NP+NPN,PNP,复合管（达林顿管）管型=前面的管管型,(1-24),V1、V3 NPN,V2、V4 PNP,R3、R5 穿透电流泄放电阻,（2）复合管组成的准互补对称输出级,(1-25),三、集成功率放大器,（1）LM386 集成功放及其应用,1.典型应用参数：,直流电源：,4 12 V,额定功率：,660 mW,带 宽：,300 kHz,输入阻抗：,50 k,1234,8765,引脚图,(1-26),2.内部电路,1.8 开路时，Au=20(负反馈最强),1.8 交流短路 Au=200(负反馈最弱),电压串联负反馈,(1-27),V1、V6：,V3、V5：,V2、V4：,射级跟随器，高
9、 Ri,双端输入单端输出差分电路,恒流源负载,V7 V12：,功率放大电路,V7 为驱动级(I0 为恒流源负载),V11、V12 用于消除交越失真,V8、V10 构成 PNP 准互补对称,(1-28),3.典型应用电路,输出电容(OTL),频率补偿，抵消电 感高频的不良影响防止自激等,调节电压放大倍数,(1-29),电源变压器:将交流电网电压u1变为合适的交流电压u2。,整流电路:将交流电压u2变为脉动的直流电压u3。,滤波电路:将脉动直流电压u3转变为平滑的直流电压u4。,稳压电路:清除电网波动及负载变化的影响,保持输出电压uo的稳定。,整 流 电 路,滤 波 电 路,稳 压 电 路,一、线
10、性直流稳压电源的组成,(1-30),整流电路分类：,二、整流电路,把交流电压转变为直流脉动的电压。,整流电路的任务：,(1-31),1.单相半波整流电路,二极管导通，忽略二极管正向压降，uo=u2,为分析简单起见，把二极管当作理想元件处理，即二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。,二极管截止,uo=0,u2 0 时:,u20时:,(1-32),单相半波整流电压波形,输出电压平均值（Uo）:,(1-33),2.单相全波整流电路,原理：,变压器副边中心抽头，感应出两个相等的电压u2,当u2正半周时，D1导通，D2截止。,当u2负半周时，D2导通，D1截止。,(1-34),单相全波整流电压波形
11、,+,忽略二极管正向压降,(1-35),输出电压平均值（Uo）：,二极管承受的最高反向电压：,(1-36),3.桥式整流电路,输入正半周,（1）工作原理,输入负半周,+uo,+uo,(1-37),（2）电流电压波形,（3）参数估算,1)整流输出电压平均值,2)二极管平均电流,3)二极管最大反向压,(1-38),（4）简化画法,（5）整流桥,把四只二极管封装在一起称为整流桥,(1-39),三、滤波电路,1.电容滤波,(1)电路和工作原理,电容充电,电容放电,V 导通时给 C 充电，V 截止时 C 向 RL 放电；,滤波后 uo 的波形变得平缓，平均值提高。,(1-40),（2）波形及输出电压,当
12、 RL=时：,当 RL 为有限值时：,通常取,RC 越大 UO 越大,RL=,为获得良好滤波效果，一般取：,(T 为输入交流电压的周期),UO=1.2U2,(1-41),例 单相桥式电容滤波整流，交流电源频率f=50 Hz，负载电阻 RL=40，要求直流输出电压 UO=20 V，选择整流二极管及滤波电容。,解,1.选二极管,电流平均值：,承受最高反压：,选二极管应满足：,IF(2 3)ID,选：2CZ55C(IF=1 A，URM=100 V)或 1 A、100 V 整流桥,2.选滤波电容,可选：1 000 F，耐压 50 V 的电解电容。,(1-42),2.电感滤波,整流后的输出电压：,直流分
13、量被电感 L 短路交流分量主要降在 L 上,电感越大，滤波效果越好,3.型滤波,负载电流小时,C1、C2 对交流容抗小,L 对交流感抗很大,(1-43),四、串联型稳压电路,并联型稳压电路 调整管与负载并联,串联型稳压电路 调整管与负载串联,1.稳压电源的主要技术指标,输出电压,输出电压变化量,稳压系数Sr,最大输出电流IOM,在规定最小负载下的最大输出电流,(1-44),当输出电流从零变化到最大额定值时，输出电压的相对变化值。,电流调整率SI,输出电阻Ro,电压调整率SV,一般特指i/i=10%时的Sr,(1-45),输入电压交流纹波峰峰值与输出电压交流纹波峰峰值之比的分贝数。,效率,纹波抑
14、制比Srip,输出电压的温度系数ST,(1-46),2.串联型稳压电路的工作原理,(1)电路结构和稳压原理,(1-47),稳压原理,输入电压变化,UIUO,负载电流变化,IL,实质：电压负反馈,UF,UI,UOUFUO1UCEUO,(1-48),Vo调节范围,根据“虚短”有,UF=UREF,(2)参数计算,调整管选择,(1-49),3.三端集成稳压器,CW7800 系列(正电源),CW7900 系列(负电源),5 V/6 V/9 V/12 V/15 V/18 V/24 V,(1)三端固定式-78、79 系列,输出电流,78L/79L 输出电流 100mA,78M/9M 输出电流 500 mA,
15、78/79 输出电流 1.5 A,输出电压,例如：,CW7805 输出 5 V，最大电流 1.5 A,CW78M09 输出 9V，最大电流 0.5 A,CW79L12 输出-5 V，最大电流 0.1 A,(1-50),封装,符号,塑料封装,金属封装,(1-51),CW7800 的内部结构和基本应用电路,内部结构,基本应用电路,防止输入端短路时 C3反向放电损坏稳压器,(1-52),输出正、负电压的电路,恒流源电路,(1-53),(2)三端可调输出集成稳压器,CW117/217/317系列(正电源),CW137/237/337系列(负电源),工作温度,CW117(137)-55 150C,CW2
16、17(237)-25 150C,CW317(337)0 125C,基准电压,1.25 V,输出电流,L 型 输出电流 100 mA,M 型 输出电流 500 mA,(1-54),CW117 内部结构和基本应用电路,内部结构,外形引脚,50 A,(1-55),基本应用电路,V1 防止输入端短路时C4 反向放电损坏稳压器,V2 防止输出端短路时C2 通过调整端放电损坏稳压器,UREF=1.25 V,使 UREF 很稳定,125,I REF 50 A,2.2 k,R1=125,R2=0 2.2 k 时，,UO=1.25 24 V,(1-56),线性稳压电路的缺点：,调整管管耗大电源效率低(40%60
17、%),改进思路：,使调整管,截止(电流小),饱和(管压降小),8.3 开关型直流稳压电路,一、开关型直流稳压电路的特点和分类,（1）开关稳压电路的优点：,效率高(80%90%),体积小、重量轻,稳压范围宽,对电网要求不高,（2）开关稳压电路的缺点：,电路复杂,对电子设备干扰较大,输出电压含较大纹波,(1-57),（3）开关型直流稳压电路的分类：,按开关管与负载间的连接方式：,串联型、并联型和脉冲变压器（高频）耦合型,按启动功率管的方式：,自激型和它激型,按所用开关器件：,晶体功率管开关型、MOSFET功率管开关型和可控硅开关型,按稳压控制方式：,脉冲宽度调制型（PWM，周期恒定、改变占空比）、
18、脉冲频率调制型（PFM，导通脉宽恒定、改变工作频率）和混合调制型。,磁性储能电路、开关电路和控制方式是决定开关型直流稳压电路特性的基本因素。,(1-58),二、开关型稳压电源的基本工作原理,调整管,取样电路,开关调整管控制,组成框图,滤波,频率固定的三角波,误差放大,续流,1.串联型开关稳压电路,(1-59),工作波形,脉宽调制式(PWM),占空比,(1-60),稳压原理,占空比,q=50%,当 uF=UREF，,uA=0，,UO 为预定标称值,(1-61),2.并联型开关稳压电路,高电平,低电平,截止,截止,(1-62),单片脉宽调制式(外接开关功率管),三、开关型集成稳压器,类型,单片集成
19、开关稳压器,CW1524,CW4960/4962,1.CW4960/4962,组成：基准电压源、误差放大器、脉宽调制器、开关功率管(内接)、软启动电路、过流限制、过热保护等。,功能：慢起动、过流保护、过热保护、占空比可调(0100%),最大输入电压：50 V,输出电压：5.1 40 V 连续可调,最高工作频率：100 kHz,额定输出电流：,CW4960 2.5 A(过流保护 3.0 4.5 A),CW4960 1.5 A(过流保护 2.5 3.5 A),小散热片,不用散热片,(1-63),CW4960/4962 系列引脚图,1 2 3 4 5 6 7,CW4960,IN,反馈,补偿,GND,RT/CT,软启动,输出,1 234 5678,161514131211109,NC,输出,NC,补偿,NC,GND,GND,NC,输入,NC,软启动,RT/CT,GND,GND,反馈,NC,CW4962,(1-64),取样电阻500 10 k,工作频率控制f=1/RTCT,106 kHz,一般 RT=1 27 k,CT=1 3.3 nF,频率补偿防寄生振荡,续流二极管采用肖特基管,软启动电容1 4.7 F,2.CW4960/4962应用电路,电子技术,第八章 结束,模拟电路部分,
