模拟电子技术第八章功率电路课件

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例：扩音系统执行机构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。功率放大电压放大信号提取

§8.1功率放大电路功率放大器的作用：一、功率放大电路的特点与分类2(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。ICMPCMUCEMIcuce

§8.1功率放大电路1.功放电路特点(1)输出功率Pomax尽可能大3（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

§8.1功率放大电路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5

§8.1功率放大电路乙类：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：导通角小于180°6uotuo射极输出器输出电阻低，带负载能力强，可以用做功率放大器吗？问题讨论:icuceQIcVCC/RLVCCRbuoVCCuiRL

§8.1功率放大电路7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Ucem≈VCC/2，Icm≈VCC/2RL。则有：

§8.1功率放大电路动态时：交流输出功率：管子消耗功率：9

§8.1功率放大电路电源供给功率：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点又不会引起截止失真的办法?采用推挽输出电路，或互补对称射极输出器10ui-VCCT1T2uo+VCCRLiLNPN型PNP型

§8.1功率放大电路二、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。11(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、T2导通时均能饱和，此时输出达到最大值。ULmax负载上得到的最大功率为：iL-VCCRLuiT1T2UL+VCC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：

§8.1功率放大电路13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：tic12

§8.1功率放大电路效率为:14单个管子在半个周期内的管耗管耗PT：两管管耗：

§8.1功率放大电路求极值可得：当时15ui-VCCT1T2uo+VCCRLiL▲实际输入输出波形图uiuououo´交越失真死区电压

§8.1功率放大电路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。17R1D1D2R2

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：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。+VCC-VCCULuiiLRLT1T2电路中增加R1、D1、D2、R2支路

§8.1功率放大电路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18

§8.1功率放大电路RL+VCC+uoV1V2V3V4V5VCC+uiR★实际电路V4RL+VCC+uoV1V2V3VCCR*1R2R3R4图二中V4、R1和R2组成UBE电压倍增电路假设I>>IB，则19

§8.1功率放大电路4.带自举电路的单电源互补对称功率放大电路自举电路自举电路静态时C3充电后，其两端有一固定电压。动态时C3充当一个电源21

§8.1功率放大电路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)rbe22(1+1)ib11ib1ibicie(1+2+12)ib1V1V222

§8.1功率放大电路V1V2NPN+NPNNPNV1V2PNP+PNPPNPV1V2NPN+PNPNPNV1V2PNP+NPNPNP复合管（达林顿管）管型=前面的管管型23

§8.1功率放大电路三、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：412V额定功率：660mW带宽：300kHz输入阻抗：50k12348765引脚图25

§8.1功率放大电路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26V1、V6：V3、V5：V2、V4：射级跟随器，高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

§8.1功率放大电路27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整流电路滤波电路稳压电路u1u2u3u4uo一、线性直流稳压电源的组成

§8.2线性直流稳压电路29单相三相二极管可控硅桥式倍压整流半波全波整流电路分类：二、整流电路

§8.2线性直流稳压电路把交流电压转变为直流脉动的电压。整流电路的任务：301.单相半波整流电路二极管导通，忽略二极管正向压降，

uo=u2u1u2aTbDRLuo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+–io+–u2>0时:u2<0时:

§8.2线性直流稳压电路31单相半波整流电压波形u1u2aTbDRLuouDu2uouDt2340

§8.2线性直流稳压电路输出电压平均值（Uo）:UDRM=22U承受的最高反向电压:322.单相全波整流电路u1u2aTbD1RLuoD2u2io+–+–◆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。

§8.2线性直流稳压电路33u1u2aTbD1RLuoD2u2io单相全波整流电压波形u2uouD1t2340uD2+–+–0~：uD2=2u2+忽略二极管正向压降

§8.2线性直流稳压电路34输出电压平均值（Uo）：u1u2aTbD1RLuoD2u2iouo20t

§8.2线性直流稳压电路二极管承受的最高反向电压：353.桥式整流电路

§8.2线性直流稳压电路V3RLV4V2V1u1u2ioRLV4V3V2V1+uou2u1输入正半周（1）工作原理输入负半周+uo+uo36tOtOtOtO2323Im2233uOu2uDiD=iO

§8.2线性直流稳压电路（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37（4）简化画法+uoRLio~+u2（5）整流桥把四只二极管封装在一起称为整流桥~~

§8.2线性直流稳压电路38io+

uo=ucRLV1V4V3V2+u三、滤波电路1.电容滤波(1)电路和工作原理C

§8.2线性直流稳压电路电容充电电容放电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。39（2）波形及输出电压当RL=时：OtuO2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

§8.2线性直流稳压电路40[例]

单相桥式电容滤波整流，交流电源频率f=50Hz，负载电阻RL=40，要求直流输出电压UO=20V，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：

§8.2线性直流稳压电路选二极管应满足：IF(23)

ID选：2CZ55C(IF=1A，URM=100V)或1A、100V

整流桥2.选滤波电容可选：

1000F，耐压50V的电解电容。412.电感滤波RLL~+u2整流后的输出电压：直流分量被电感L

短路交流分量主要降在L上电感越大，滤波效果越好

§8.2线性直流稳压电路3.型滤波L

C1RL~+u2

C2负载电流小时C1、C2

对交流容抗小L

对交流感抗很大42四、串联型稳压电路

§8.2线性直流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①输出电压②输出电压变化量

③稳压系数Sr

④最大输出电流IOM在规定最小负载下的最大输出电流43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。⑦电流调整率SI⑥输出电阻Ro

⑤电压调整率SV一般特指ΔＵi/Ｕi=±10%时的Sr

§8.2线性直流稳压电路44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。⑩效率

§8.2线性直流稳压电路⑧纹波抑制比Srip⑨输出电压的温度系数ST452.串联型稳压电路的工作原理+UI

取样电路调整管比较放大电路基准电压(1)电路结构和稳压原理

§8.2线性直流稳压电路46★稳压原理①输入电压变化UI↑→UO↑②负载电流变化IL↑实质：电压负反馈→UF↑→UI↓→UO↓→UF↓→UO1↑→UCE↓→UO↑

§8.2线性直流稳压电路UO1↓UCE↑UO↓47①Vo调节范围根据“虚短”有UF=UREF(2)参数计算②调整管选择

§8.2线性直流稳压电路483.三端集成稳压器CW7800

系列(正电源)CW7900系列(负电源)5V/6V/9V/12V/15V/18V/24V(1)三端固定式--78、79系列输出电流78L

××/79L××—输出电流100mA78M××/9M××—输出电流500mA78××/79××—输出电流1.5A输出电压

§8.2线性直流稳压电路例如：CW7805

输出

5V，最大电流

1.5ACW78M09

输出

9V，最大电流

0.5ACW79L12

输出

-5V，最大电流

0.1A49封装CW7805123UIUOGNDCW7905123UIUOGND符号CW7800++213CW790013_2_塑料封装金属封装

§8.2线性直流稳压电路50★CW7800的内部结构和基本应用电路内部结构+UI取样电路调整电路保护电路基准电压比较放大启动电路+UO

§8.2线性直流稳压电路基本应用电路Uo=12VW7812123C2++UiC1C30.33F0.1F100FRL防止输入端短路时C3反向放电损坏稳压器抵消输入长接线的电感效应，防止自激改善负载的瞬态响应，消除高频噪声51输出正、负电压的电路~24V~24V~220VW7815W79151323211000F220F0.33F0.33F0.1F+15V15V++++1000F0.1F220F

§8.2线性直流稳压电路恒流源电路12+UI=10VW78053+UORRLIQIO0.1F0.33F1052(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)—

-55150CCW217(237)—

-25150CCW317(337)—

0

125C

§8.2线性直流稳压电路基准电压1.25V输出电流L型—输出电流100mAM型—输出电流500mA53★CW117内部结构和基本应用电路内部结构调整电路基准电路误差放大启动电路偏置电路保护电路IREFUIUOADJ123外形引脚CW117123UIUOADJCW137123UIUOADJ50A

§8.2线性直流稳压电路54基本应用电路Uo

CW317123C2++UiC1C30.1F10F33FR1R2C4IOIQIIREF0.1FV1V2V1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=1.25V使UREF很稳定125IREF

50A2.2k

§8.2线性直流稳压电路R1=125R2=

02.2k

时，UO=

1.2524V55线性稳压电路的缺点：调整管管耗大电源效率低(40%60%)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56

§8.3开关型直流稳压电路（3）开关型直流稳压电路的分类：①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②按启动功率管的方式：自激型和它激型③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④按稳压控制方式：脉冲宽度调制型（PWM，周期恒定、改变占空比）、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。57二、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+UI+UoRLV18A8C基准电压三角波发生器R1R2V2LC+UREFuFuAuTuBuEiLIO频率固定的三角波误差放大续流

§8.3开关型直流稳压电路1.串联型开关稳压电路58工作波形OOOOUOtttOttuTuAuBuEiLuoIOtofftonUI脉宽调制式(PWM)

§8.3开关型直流稳压电路—占空比59+UI+UoRLV18A8C基准电压三角波发生器R1R2V2LC+UREFuFuAuTuBuEiLIO稳压原理UIUOuFuA占空比UOq=50%当uF=UREF，uA=0，UO

为预定标称值

§8.3开关型直流稳压电路602.并联型开关稳压电路+Uo+UIRLV1R1R2LC+UREFuFuB控制电路V2+UI+UoRLV1LC+uBV2+UI+UoRLV1LC+uBV2iL高电平iO低电平uBt