第8章功率电子电路

1、第8章上页下页返回8.1 低频低频功率放大电路功率放大电路8.1.1 概述8.1.2 基本功率放大电路8.1.3 集成功率放大器举例8.1.1 概述对功放电路的要求：第8章上页下页返回非线性失真尽可能小效率要高输出功率PO 尽可能大晶体管的三种晶体管的三种工作状态：工作状态： 要提高效率就要减小直流静态电流，让功率放大电路工作在乙类状态。iCiC iC iC iC uCE uCE uCEttt甲类乙类甲乙类iC QQQ第8章上页下页返回功率放大电路分析方法上的特点功率放大电路分析方法上的特点由于功率放大电路的晶体管工作在大信号状态下，因此分析电压放大电路所用的微变等效电路就不再适用 ，而通常采

2、用估算法或图解法。第8章上页下页返回甲类：IC大，波形好，但三极管功耗大。乙类：IC=0，三极管功耗小，但波形失真。即使采用 互补对称放大，仍会产生交越失真。甲乙类：IC小，但不等于0，采用互补对称放大，可以消除交越失真。晶体管三种工作状态的特点晶体管三种工作状态的特点8.1.2 基本功率放大电路第8章上页下页功率放大电路的种类：功率放大电路的种类：（1）早期的变压器耦合方式）早期的变压器耦合方式（2）直接耦合互补对称电路）直接耦合互补对称电路（3）阻容耦合互补对称电路）阻容耦合互补对称电路返回OCL电路：电路： 若互补对称电路直接与负载相连，省去输出电容，若互补对称电路直接与负载相连，省去输

3、出电容，就成为无输出电容电路，简称就成为无输出电容电路，简称OCL电路。电路。OTL电路：电路： 当互补对称电路通过容量较大的电容与负载当互补对称电路通过容量较大的电容与负载耦合时，由于省去了变压器而被称为无输出变压耦合时，由于省去了变压器而被称为无输出变压器电路，简称器电路，简称OTL电路。电路。1.OCL电路uiiC1iC2OOOOttttuo第8章上页下页电路组成电路组成返回ioiC1iC2T1T2E+UCCui+-uo+-UCC参数计算参数计算第8章上页下页返回1. 1. 输出功率输出功率 设输入信号足够大，设输入信号足够大，T1、T2极限运用（输入信号达极限运用（输入信号达最大值时最

4、大值时T1或或T2开始饱和），饱和压降为开始饱和），饱和压降为UCES，则输出，则输出电压电压uo的最大值的最大值UomUCCUCES，此时电路有最大的，此时电路有最大的输出功率。在不考虑波形失真时，输出电压输出功率。在不考虑波形失真时，输出电压uo的有效值的有效值为为 ，最大输出功率为：，最大输出功率为：参数计算参数计算第8章上页下页返回（2）直流电源功率：）直流电源功率： 由于流过直流电源由于流过直流电源UCC的电流的电流iC1为半波电流，为半波电流，其最大值其最大值Icm=Uom/RL=(UCC-S)/RL，即，即: iC1=Icmsint (0t) iC1=0 (t2)因此，直流电源因

5、此，直流电源UCC提供的平均功率：提供的平均功率： 而直流电源而直流电源UCC提供的平均功率提供的平均功率Ps-=Ps+，故两个，故两个电源提供的总平均功率：电源提供的总平均功率：参数计算参数计算第8章上页下页返回（3）OCL功率放大电路的效率：功率放大电路的效率： 若忽略若忽略T1、T2的饱和压降的饱和压降UCES，OCL电路理想电路理想的最大输出功率的最大输出功率Pomax和效率和效率max分别为：分别为：乙类放大的交越失真乙类放大的交越失真uiuo0.7V0.7VOOtt第8章上页下页返回当ui较小时(如ui-0.7)，无法产生IB和IC，输出仍为0，因此波形在过零点附近出现失真，称为交

6、越失真。OttttOOOuiiOiC1iC2IC2晶体管工作于甲乙类晶体管工作于甲乙类可克服交越失真可克服交越失真第8章上页下页返回加入D1,D2,RB1,RB2使静态时T1，T2 微弱导通。电路组成与工作原理电路组成与工作原理2. OTL电路单电源供电第8章上页下页返回在在ui的正半周的正半周：正半周：正半周 T1导通，导通，T2截止，截止，产生电流产生电流iC1，使，使RL得到得到正半周电压；正半周电压； 在在ui的负半周：的负半周：负半周负半周 T2导通，导通，T1截止，截止，产生电流产生电流iC2，使，使RL得到得到负半周电压，此时负半周电压，此时C起起到了负电源的作用。到了负电源的作

7、用。UE=UCC/2忽略忽略T1、T2的的UBEUCC/2参数计算参数计算第8章上页下页返回OTL功率放大电路的功率和效率：功率放大电路的功率和效率： 理想情况下（忽略理想情况下（忽略T1、T2的饱和压降的饱和压降UCES），），输出电压输出电压uo的最大值为的最大值为UCC/2，因此最大输出功率为：，因此最大输出功率为：同样，可推导同样，可推导OTL电路的最大效率与电路的最大效率与OCL电路一致，即：电路一致，即：第8章上页下页返回实实用用电电路路RB1 RB2使TI、T2输入端电压为UCC/2（忽略了D1,D2压降）问题与思考问题与思考第8章上页下页返回 1、如果考虑、如果考虑T1、T2的

8、饱和压降的饱和压降UCES，OTL最大输最大输出功率和最大效率如何计算？出功率和最大效率如何计算？2、对于、对于OTL与与OCL电路，如果输入信号电路，如果输入信号ui小于其最小于其最大的输入信号，此时的输出电压大的输入信号，此时的输出电压uo是多少？此时的输是多少？此时的输出功率和效率如何计算？出功率和效率如何计算？3、对于书中图、对于书中图8.1.3和和8.1.5由运放构成的由运放构成的OTL与与OCL电路，电压放大倍数是多少？如果忽略电路，电压放大倍数是多少？如果忽略T1、T2的饱和的饱和压降压降UCES，其最大的输入信号的有效值，其最大的输入信号的有效值Uimax是多少？是多少？第8章

9、上页下页返回8.1.3 集成功率放大器举例中中间间级级启动启动偏置偏置电路电路短路短路过热过热保护保护短路短路过热过热保护保护输输出出级级输输入入级级+_24351TDA2030集成音频功率放大器集成音频功率放大器1 2 3 4 5同相输入反相输入负电压正电压输出上页下页返回第8章TDA2030特点特点电源电压为电源电压为6V18V；静态电流为静态电流为45mA（典型值）；（典型值）；当电源电压为当电源电压为14V，负载电阻，负载电阻RL为为4时，输出功时，输出功率率P0达达18W；1脚的输入阻抗为脚的输入阻抗为5M（典型值）；（典型值）；当电压增益为当电压增益为30dB，RL4，P012时的

10、频带宽时的频带宽度为度为10H14KH。上页下页返回第8章由由TDA2030构成的构成的OCL电路电路F22. 0+UCCUCCRLTDA20301 12 23 34 45 5F1 . 0F1F1 . 0R1R2R3D1D2C1C2C4C3C5ui22k22k680F22R41K100K100K100K7 . 4K1501+UCCD1D2F5F22F20.22FFF2000F1 . 0TDA20301 1234 45上页下页返回第8章由由TDA2030构成的构成的OTL电路电路8.2 直流稳压电源8.2.1 单相桥式整流电路单相桥式整流电路8.2.2 滤波电路滤波电路8.2.3 串联型稳压电路

11、串联型稳压电路第8章上页下页返回概述概述u1半导体直流电源的原理方框图半导体直流电源的原理方框图电源变压器 整流电路滤波电路稳压电路u2uRuFuououFuRu2u1第8章上页下页返回ttttt000008.2.1 8.2.1 单相桥式整流电路第8章上页下页返回整流：整流：就是将交流电变换成直流电。就是将交流电变换成直流电。整流电路：整流电路：实现整流功能的电路称为整流电路，常用实现整流功能的电路称为整流电路，常用 二极管来构成。二极管来构成。整流电路的分类：整流电路的分类：(1)按交流电源的相数可分为单相和多相整流电路；按交流电源的相数可分为单相和多相整流电路；(2)按流过负载的电流波形可

12、分为半波和全波整流电路。按流过负载的电流波形可分为半波和全波整流电路。u2D1D2D3D4RLu1+u0+u1在正半周时：在正半周时： D1、D3导通，导通，D2、D4截止截止单相桥式整流电路u2=2U2sint,第8章上页下页u2u0 （i0）ttU0=? I0=?UDRM=？思考： 返回u1在负半周时：在负半周时： D2、D4导通，导通，D1、D3截止截止D理想元件U0=0.9U2I0=0.9U2/RLUDRM=2 U200负载上得到的脉动电压：负载上得到的脉动电压：整流电压的平均值整流电流的平均值 二极管承受的最高 反向电压:UDRM=?UDRM=2U2uoU0第8章上页下页返回t= 0

13、.9U2U0RLI0 = 0.9U2RLID =12I0= 0.45U2RL=U222U0 =1 02U2sint dt0根据UDRM和ID,可以选择整流二极管u2D1D2D3D4+RL第8章上页下页返回变压器二次侧的电流：i2U2RLI2 =1.11 IL 变压器的容量(即视在功率)：S=U2I2根据S和和I2可以选择变压器8.2.2 滤波电路滤波电路第8章上页下页返回滤波电路的作用滤波电路的作用：是将整流后脉动的单方向电压、：是将整流后脉动的单方向电压、 电流变换为比较平滑的电压、电流。电流变换为比较平滑的电压、电流。常用的滤波方法常用的滤波方法:1、电容滤波、电容滤波 是在整流电路的输出

14、端并联一个容量足够大的是在整流电路的输出端并联一个容量足够大的电容电容 器，利用电容的充、放电特性，使负载电压器，利用电容的充、放电特性，使负载电压趋向平滑。趋向平滑。电容滤波以单相半波整流滤波电路为例u2 =2U2sint第8章上页下页RL=RL0u u2 2正半周上升段，正半周上升段，D D导通，导通，C C充电充电. u. u0 0 跟随跟随 u u2 2变化变化tttu2u0u0返回TrDu2u0RLCu1+u u2 2正半周下降段的开始，正半周下降段的开始，D D仍导通，仍导通，u u0 0跟随跟随 u u2 2变化。变化。C C继续充电继续充电u u2 2继续下降，继续下降，u u

15、2 2uuC ,C ,D D截止，截止，C C放电，放电， u u0 0按按指数函数衰减直到指数函数衰减直到 u2u2上升到上升到 u0 u0 ，D D再次导再次导通，进入下一周期通，进入下一周期000输出电压与负载的关系0.9U2电容滤波无电容滤波为了得到较为平直的输出电压：一般要求：RLC(35)T/2 T交流电源的周期U0 = U2 (半波）1.2U2 (全波）第8章上页下页返回(桥式整流桥式整流)tu0UDRM=2U2？tu000第8章上页下页电容滤波的特点电容滤波的特点返回 电路简单，在轻载时滤波效果明显。但电电路简单，在轻载时滤波效果明显。但电路的路的 输出电压受负载变化影响较大，

16、负载电流输出电压受负载变化影响较大，负载电流增加增加 时输出脉动也增加。因此电容滤波适合于时输出脉动也增加。因此电容滤波适合于要求输出电压较高、负载电流较小（即要求输出电压较高、负载电流较小（即RL大）大）且负载变化较小的场合。且负载变化较小的场合。RLL第8章上页下页电感滤波电路电感滤波电路返回电感滤波方法：电感滤波方法： 电感滤波特点：电感滤波特点：电感滤波时，负载电压平均值为：电感滤波时，负载电压平均值为：ULUL=0.9U2 在整流电路和负载之间串入一在整流电路和负载之间串入一电感线圈即成为电感滤波电路。电电感线圈即成为电感滤波电路。电感滤波电路利用了电感线圈具有阻感滤波电路利用了电感

17、线圈具有阻止电流变化这一特性进行滤波。止电流变化这一特性进行滤波。 带负载能力强，特别适宜于大电流或负载变化大带负载能力强，特别适宜于大电流或负载变化大的场合，但电感元件体积大，比较笨重，成本也高，的场合，但电感元件体积大，比较笨重，成本也高，元件本身的电阻还会引起直流电压损失和功元件本身的电阻还会引起直流电压损失和功 率损耗。率损耗。 RC滤波 LC滤波 型滤波RLLCRRLCRLRLRCCCLC第8章上页下页其他形式的滤波电路其他形式的滤波电路返回I0CUiR4UBE1UBE2UzUfR3R1RpR2T1T2RL+UO8.2.3 串联型稳压电路基准电压取样环节第8章上页下页1 1. .串联

18、型稳压电路的工作原理串联型稳压电路的工作原理返回放大环节调整环节串联型稳压电路的工作原理串联型稳压电路的工作原理第8章上页下页返回2. 集成稳压电路输出电压固定式两种稳压器：CW7800系列（输出正电压）CW7900系列（输出负电压）CW7800系列稳压器的外形管脚。输出电压有：5v、6V 、 8V、 12V 、15V、 18V、 24V。123第8章上页下页返回-CW7800UiCiCo123+-+U0固定输出的接法1 2 3 UiU0地CW78001 2 3 地U0UiCW7900集成稳压器的几种应用1. 提高输出电压2. 正负电压同时输出第8章上页下页返回CW7805UiCiUzC0U0

19、+3213. 扩大输出电流扩大输出电流第8章上页下页返回u I0较小时，UR较小 T的 UBUE0.7V, T截止, IO=IOMu I0较大时，UR较大 T的 UBUE0.7V, T导通， IO=IC+IOM, 输出电流扩大外形管脚1 2 3 1 2 3 调节输出输入调节输入输出CW117CW137CW117和 CW137系列稳压器输出电压可调的基本电路U0UiIR1R2I1 CW117+_+Ci312C0RLC第8章上页下页返回-CW117UiCiCo312+-+固定输出的接法Ro1.25VU0=1.25(1+R2R1)输出电压可调上页下页返回第8章030V连续可调稳压电源连续可调稳压电源

20、220V35V6.3V2CZ12B4D2CP1050F/10VF/10VC220F/50VF/50V0.33FFR1680DZ1.25V+321+URR120RP3K1FFRL+UOaCW1178.3.2 可控整流电路8.3.1 晶闸管第8章上页下页返回8.3 功率半导体器件和功率半导体器件和变流器变流器*8.3.3 交流调压和变频电路*8.3.4 直流调压电路PNPN8.3.1 8.3.1 晶闸管晶闸管 基本结构A阳极AK阴极G控制极GKAGK第8章上页下页返回符号第8章上页下页EAEGKTGLA 晶闸管实验电路示意图返回当AK加正向电压、GK不加电压时 灯不亮，说明T不导通当AK、GK都加

21、正向电压时,灯亮，说明T导通。将EG撤除时灯依旧亮，说明T仍导通。将EA撤除时,灯不亮，说明T截止。AGK晶闸管导通必须同时具备两个条件晶闸管导通必须同时具备两个条件: :1.1.晶闸管阳极电路加正向电压晶闸管阳极电路加正向电压; ;2.2.控制极电路加适当的正向电压。控制极电路加适当的正向电压。第8章上页下页结论结论返回控制极只需加触发脉冲即可。控制极只需加触发脉冲即可。T2T1IGEGREAP2N1P1工作原理分析：P1N1N2P2AGK思考题：晶闸管和二极管、三极管原理的区别?N1P2N2第8章上页下页返回K+AT1P2GP1P2IAN1N2IKIGN1T2-2 IG12IGIGIGUB

22、RUBOIUIHIG0=0IG1IG2第8章上页下页+_+_没有导通时的特性导通时的特性晶闸管的伏安特性返回UP1N1N2P2AGK控制极未加正向电压时控制极未加正向电压时控制极加正向电压时控制极加正向电压时0晶闸管的主要参数第8章上页下页返回正向转折电压 UBO反向转折电压 UBR正向平均电流 UF维持电流 IH上页下页返回第8章绝缘门极双极型晶体管（绝缘门极双极型晶体管（IGBT） IGBT是一种MOSFET与GTR（大功率双极型晶体管）的复合器件。CGEIGBT原理示意图和符号CGE门极发射极集电极 IGBT是一种既能控制 其导通又能控制其关断的功率半导体器件，当门极加上一定的正向电压时

23、管子导通，而当门极加反向电压时，管子则被关断。8.3.2 可控整流电路第8章上页下页返回 变流电路有四种基本类型： 整流（ACDC)、逆变（DCAC)、直流调压（DCDC)、交流调压及变频（ACAC) 可控整流电路的主电路结构形式： 单相半波、单相桥式、三相半波、三相桥式等 可控整流电路的功能： 将交流电变换成电压大小可调的直流电1 1、单相半波可控整流电路、单相半波可控整流电路电阻性负载u =2Usint第8章上页下页uuGu0uTtttt返回uTRcuTu0uG+00002. 单相全控桥式整流电路单相全控桥式整流电路T1T2T4T3RL第8章上页下页返回uL+i0u2u1+G1G2G3G4+u =2UsintutttuGuLtuG第8章上页返回下页uG1uG4uG2uG3uG1uG4iLuL导通角导通角 控制角导通角单相桥式全控整流电路波形图单相桥式全控整流电路波形图0000整流输出电压与电流的平均值整流输出电压与电流的平均值当=0（=180）时晶闸管在正半周全导通 UL= 0.9U2当=180（=0）时晶闸管关断 UL= 0负载中整流电流的平均值为IL=ULRL= 0.9U2RL1+cos2第8章上页1=12U2(1+cos)=0.9