电子线路_非线性部分(第五版)谢嘉奎第1章.

T
u1 u2
u2负半周时 电流通路
D4 D1
D3
RL
+
u0
D2
+
《非线性电子线路》
28
-
第一章
u2 uD4,uD2 uD3,uD1
t
桥式整流电路输出波形 及二极管上电压波形 uo A D4 u2 B D3 D1
t
t
RL
uo
u2>0 时 D1,D3导通 D2,D4截止 电流通路: A D1 RLD3B
互补对称 电路
《非线性电子线路》
11
第一章
3) 乙类推挽性能分析
电压利用系数 输出功率 管耗 集电极效率 极限应用
Vcm V CC 1 2 1 2 PO Vcm / RL 2VCC / RL 2 2 2 P P ( 2 / / 2) C O max
P O max min(P CM / 2,V( BR)CEO I CM / 8)
9
《非线性电子线路》
第一章
二、 乙类推挽功率放大电路
提高效率：直流工作点降低为零（乙类工作）
克服失真：两管互补推挽
1） 变压器耦合乙类推挽功率放大器
《非线性电子线路》
10
第一章
2)无输出变压器乙类推挽电路
无输出变压器乙类推挽电路，简称OTL电路
第一章
第一章
功率电子线路
本章主要内容
功率放大器 功率合成 直流稳压电源
《非线性电子线路》
1
第一章
1.1 功率电子线路概述
1.1.1 功率放大器
一、 功率放大器的性能要求
对小信号放大器的要求，主要体现在增益、频率响应和稳定性等 方面；而对功率放大器的要求，除了增益、频率响应、稳定性以外，最 主要的是在保证功率管安全工作的条件下，高效率地输出尽可能大而失 真在允许范围内的功率。
《非线性电子线路》
32
第一章
2） 多倍压整流电路
2U 2 + –
C1
C3
D3 D4 C4
C5 D5 D6 C6
u1
u2
D1
D2 C2
+ – 2 2U 2
u2的第一个正半周：u2、C1、D1构成回路，C1充电到： 2U 2 u2的第一个负半周：u2、C2、D2 、C1构成回路，C2充电到：2 2U 2
14
《非线性电子线路》
第一章
1.4 功率合成技术
当需要的功率超过单个电子器件所能输出的功率时，将几 个电子器件的输出功率叠加起来，以获得足够大的输出功 率，这就是功率合成技术。
有源器件/无源器件/隔离技术
Ra
（一） 功率合成电路的 作用示意图
C Rc
A
D Rd
B Rb
《非线性电子线路》
15
第一章


安全 —— 不要损坏元件
效率 —— 要高 失真 —— 在允许范围内

《非线性电子线路》
功率 —— 足够大
2
第一章
二、功率管的运用特性
功率放大器的分类： 根据放大管集电极电流导通时间的 长短，功率放大器可分为甲类(或称为A类)，乙类(或称B 类)，丙类(或称C类)等。
甲类
底
乙类
甲乙类
效
PD VCC I CQ PL VCEQ I CQ 1 PO Vcm I cm 2 PC VCEQ I CQ 1 Vcm I cm 2 1 Vcm I cm 2
c max 25%
ic max 2ICQ , vcemax VCC
《非线性电子线路》
8
第一章
1.2.2 甲类、乙类功率放大器的电路组成及其功率特性 一、甲类变压器耦合功率放大电路
《非线性电子线路》
33
第一章
2U 2 2 2U 2 2 2U 2 C5 C3 C1– – + – + +
u1
u2
D1
D2
D3
D4
D5
D6
+C2– +C4– +C6– 2 2U 2 2 2U 2 2 2U 2 u2的第二个正半周：u2、C1、C3 、D3 、C2构成回 路， C1补充电荷，C3充电到： 2 2U
c 4
P O max 5P CM
1 max V( BR)CEO I CM PO 4
乙类推挽功率放大器中的匹配负载
《非线性电子线路》
12
第一章
1.2.3 乙类互补推挽放大器实际电路
非线性失真——交叉失真
单电源供电的互补推挽电路 准互补推挽电路 保护电路（过流、过压、过热） 自举电路 要求：能设计并画出实用电路
1 2
t
0

2
（1）输出电压平均值UL：
D2
（2）输出电流平均值IL ：
1 2 UL uLd（t） 2 0

1 π 2U 2 sin ωtd （ωt） π 0
0.9U 2
25
IL= UL /RL =0.9 U2 / RL
《非线性电子线路》
第一章
（3）流过二极管的平均电流： uD ID = IL/2 D1
(3) 输出电压平均值：
(4) 负载和二极管的平均电流 I D I L
《非线性电子线路》
Uo 0.45 U2 RL RL
第一章
2 单向全波整流电路
D1
1 2
变压器副边中
RL + uL －
· + ·
220 V
+ ·
u2 –
1
当u2正半周时， D1导通，D2截止。 D2 当u2负半周时， D2导通，D1截止。
2
u2的第二个负半周： u2、C2、C4、D4、C3 、C1构成 回路， C2补充电荷， C4充电到： 2 2U 2
从不同端点可引出所需的多倍压直流输出。
《非线性电子线路》
34
第一章
◆ 滤波电路
交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直
流，其中既有直流成分又有交流成份。滤波电路
利用储能元件电容两端的电压(或通过电感中的电
u2<0 时
D2,D4导通 D1,D3截止 电流通路: B D2 RLD4A
D2
输出是脉动的直流电压！
《非线性电子线路》
29
第一章
2） 参数计算
a. 整流输出电压平均值（Uo）
1 2π 2 2 U U 2U sin td(t ) U 0.9U o L 2π 2 2 2 π 0
b. 负载上的(平均)电流: c. 流过二极管的(平均)电流:
0.9U 2 IL RL
1 U2 I D I o 0.45 2 RL
d.二极管承受的最大反向电压
《非线性电子线路》
30
U RM 2U 2
第一章
几种常见的硅整流桥 ~ + ~ ~ + ~ + A C -
u2
–
+
uL
1 2
t
0 2
· ·
220 V
u2 · u2
1 2
RL
+ uL －
D2 （4）二极管承受的最高反向电压： UDRM 2 2U2
26
《非线性电子线路》
第一章
3、单相桥式整流电路
1） 工作原理
T
+
u2 D4 D1 D3 D2
u2正半周时 电流通路
u1
+ R
L
uo
《非线性电子线路》
27
-
第一章
A
1：1倒相器 Ri : RL=1:1
vi=v，vo=－v
《非线性电子线路》
17
第一章
B 平衡－不平衡变换器
《非线性电子线路》
18
第一章
C
1：1不平衡-平衡变换器
D m:1传输线变压器 m=(1+n) 一般构成原则：n个1 : 1理想传输线变压器与一根短路线始端 相串，终端相并构成m : 1传输线变压器 2 E 1:m传输线变压器 m =(1+n) 一般构成原则：n个1 : 1理想传输线变压器与一根短路线始端 相并，终端相串构成1 : m 的传输线变压器
《非线性电子线路》
13
第一章
1.3 集成功率放大器
LM380集成功率放大器
功率运算放大器 MOS管集成功率放大器 桥式功率放大器 （有源功率合成）
桥式功率放大器：适合低电源工作，在电路参数相同情况 下，它比单个OTL（或OCL）电路输出电压幅值增大2倍， 输出功率增大4倍。
◆集成Class D音频功率放大器
率
丙类
丁类
《非线性电子线路》
高
3
第一章
1.1.2 电源变换电路
稳压器 AC-DC 斩波器 DC-DC 逆变器 DC-AC
调压器 AC-AC
《非线性电子线路》
4
第一章
1.1.3
功率器件
三个极限参数
功率管的二次击穿
功率管的热设计
Tj Ta Rth P C
Rth R(th) jc R(th)cs R(th) sa
流)不能突变的特性, 将电容与负载RL并联(或将电
感与负载RL串联)，滤掉整流电路输出电压中的交 流成份，保留其直流成份，达到平滑输出电压波 形的目的。
《非线性电子线路》
35
第一章
1. 电容滤波
u1
u1
a u2
D
4
D D1
3
S
C D
2
u0 RL
b
RL未接入时
忽略整流电路内阻 设t1时刻接 通电源
没有电容时的输 出波形
《非线性电子线路》
31
第一章
4 倍压整流电路
1 ） 二倍压整流电路 D1 + – RL + – u2的正半周时：D1 导通，D2截止，理 想情况下，电容C1 的电压充到： 2U 2 u2的负半周时：D2 导通，D1截止，理 想情况下，电容C2 的电压充到： 2U 2
u1
u2
C1 C2
uo
D2
负载上的电压： uo 2 2U 2
《非线性电子线路》
1 2 PD vCC iC dt 0 2 1 2 2 PL iC RL dt 0 2 1 PO Vcm I cm 2 1 2 PC vCE iC dt 0 2 PO 100% PD
7
第一章
静态工作点、激励、负载三者要最佳配置
《非线性电子线路》
19
2
第一章
（三） 功率合成和功率分配电路
功率合成电路
A D
功率分配电路
A Ra D
Rd Rc C
B D Rb C
Rd
B
D
《非线性电子线路》
20
第一章
电源变换电路
直流稳压电源的组成
u1 整 流 u3 电 路 滤 波 u4 电 路 稳 压 电 路
u2
uo
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影响,保持输出电压uo稳定。
PD VCC I CQ 1 PL PO Vcm I cm 2 1 PC VCC I CQ Vcm I cm 2
c max 50%
ic max 2ICQ , vcemax 2VCC
甲类功放的特点： 电源提供的功率只与静态工作点有关， 与激励无关；输入激励越大，效率越高，最大不超过25％ 或50%。
(a) UL与RLC的 关系：
RLC 较大
uc= uL
RLC 愈大 C放电愈慢 UL(平均值)愈大
一般取：R LC ( 3 5) T (T :电源电压的周期)
u2 t
2
近似估算: UL=1.2U2
(b) 流过二极管瞬时电流很大 整流管导电时间越短
u2
t1
t
充电结束
u0
36
t
《非线性电子线路》
第一章
a u1 u2 D4
u1
D3 b
RL接入（且RLC较大）时 u2 电容通过RL放电， 在整流电路电压小 于电容电压时，二 极管截止，整流电 uo 路不为电容充电， uo会逐渐下降。
D1
S C
D2
RL
u0
t
《非线性电子线路》
37
t
第一章
电容滤波电路的特点：
《非线性电子线路》
5
第一章
◆ 功率管
VMOS 垂直沟道功率MOS管 双扩散功率MOS管 IGBT 绝缘栅双极型功率三极管 达林顿管
《非线性电子线路》
6
第一章
1.2 功率放大器的电路组成和工作特性
1.2.1 充分激励、负载匹配
直流电源功率 负载损耗功率 负载输出功率 集电极耗散功率 集电极效率
《非线性电子线路》
23
– + +
2
u2 –
–
心抽头，感应 出两个相等的
Fra Baidu bibliotek
电压u2
第一章
全波整流电压波形 D1
1 2
u2
+ uL －
· ·
220 V
u2 · u2
1 2
RL
0

2
3
t 4
uL
uD1
D2
uD2
《非线性电子线路》
24
第一章
D1
1 2
· ·
220 V
IL
RL
uL
+ uL －
u2 · u2
（二） 传输线变压器
变压器
频率覆盖系数 fH/fL≤103 fH最高只能达到几十MHz
1. 传输线变压器的基本构造和特点
磁环：镍锌高磁导率的铁氧体磁心 传输线：同轴电缆、双绞线、或带状线
fH高，频率覆盖系数高
《非线性电子线路》
16
第一章
2 工作原理和作用
前提条件:传输线理想无损耗，终端匹配（工程上 传输线变压器满足： 端口电压相等（即v1=v2=v ） 流过传输线电流大小相等，方向相反 (i1 =i2 ) ）
《非线性电子线路》
21
第一章
1.5 整流电路
1.5.1 二极管整流电路
1 半波整流电路 u iL
1
T
a u
2
D
RL
u
o
uo
(1) 输出电压波形：
b
t
1 π 2 U U 2 U sin t d( t ) U 0.45U o L 2π 2 2 π 2 0
22
U RM 2U2 (2) 二极管上承受的最高电压：