功放电路和直流电源(第28讲).pptx

1,第八章 功率电路,8.1 功率放大电路 8.1.3 集成功率放大器 8.1.4 变压器耦合式功放电路 8.2 线性直流稳压电路 8.2.1 直流稳压电源的组成和功能 8.2.2 单相整流电路 8.2.3 滤波电路 8.2.4 倍压整流电路的工作原理 8.2.5 稳压电路 8.2.6 集成稳压电源,2,特点：工作可靠、使用方便。只需在器件外部适当连线，即可向负载提供一定的功率。,集成功放LM384：,生产厂家：美国半导体器件公司,电路形式：OTL,输出功率：8负载上可得到5W功率,电源电压：最大为28V,8.1.3 集成功率放大器,3,集成功放 LM384管脚说明:,14 - 电源端（ Vcc）,3、4、5、7 - 接地端（ GND） 10、11、12 - 接地端（GND）,2、6 - 输入端 （一般2脚接地）,8 - 输出端 （经500 电容接负载）,1 - 接旁路电容（5 ）,9、13 - 空脚（NC）,4,集成功放 LM384 外部电路典型接法：,调节音量,电源滤波电容,外接旁路电容,低通滤波,去除高频噪声,输入信号,输出耦合大电容,5,6,利用变压器的阻抗变换功能，可实现功放电路和负载间的匹配，以弥补其它类型功放电路的不足。,一、特点,根据公式,需电源电压：,90V的电压对电子电路显然不合适。,8.1.4 变压器耦合式功放电路,利用变压器阻抗变换关系（ RL= K2 RL），通过改变变压器的匝数比K，使电路得到合适的负载，便可解决以上问题。,7,（变阻抗）,变压器原、副边阻抗关系,从原边等效：,结论：变压器原边的等效负载，为副边所带负载乘以变比的平方。,8,二、乙类变压器耦合式推挽功率放大器,1.原理电路,ui,T2,T1,RL,+,-,USC,iL,N2,N1,N1,放大器：由两个共射极放大器组成，两个三极管的射极接在一起。,9,输入变压器：将输入信号分成两个大小相等的信号，分别送两个放大器的基极，使 T1、T2 轮流导通。,输出变压器：将两个集电极输出信号合为一个信号，耦合到副边输出给负载。,ui,T2,T1,RL,+,-,USC,iL,N2,N1,N1,10,ui,T2,T1,RL,+,-,USC,iL,N2,N1,N1,2. 动、静态分析,静态分析：,ui = 0 ，T1、T2 均截止，iL = 0 。,变压器线圈对于直流相当于短路。,11,动态分析：,ui 0 时： T1导通、T2 截止，ic1 经变压器耦合给负载，iL的方向由 ic1决定。,若ui 为正弦信号，则 iL近似为正弦波。,ui 0 时： T2导通、T1截止，ic2 经变压器耦合给负载，iL的方向由 ic2决定。,T1、T2都只在半个周期内工作，存在交越失真。,12,3. 输出功率及效率,分析方法和前述互补对称功放电路类似，请自行分析。这里的负载为变压器原边等效负载 RL。,13,三、甲乙类变压器耦合式推挽功率放大器,Rb1、 Rb2、 Re 的作用：克服交越失真。,14,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,滤 波 电 路,稳 压 电 路,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。,8.2.1 直流稳压电源的组成和功能,15,整流电路的任务：把交流电压转变为直流脉动的电压。,常见的小功率整流电路，有单相半波、全波、桥式和倍压整流等。,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。,8.2.2 单相整流电路,16,一、单相半波整流电路的工作原理,u2 0 时，二极管导通。,忽略二极管正向压降： uo=u2,u20时，二极管截止,输出电流为0。,uo=0,17,(4) 输出电压平均值（Uo）：,(1) 输出电压波形：,(3) 二极管上承受的最高电压：,(2) 二极管上的平均电流：,ID = IL,18,二、单相全波整流电路的工作原理,(4) uo平均值Uo：,Uo=0.9U2,(1) 输出电压波形：,(2) 二极管上承受的最高电压：,(3) 二极管上的平均电流：,19,三、单相桥式整流电路的工作原理,桥式整流电路,u2正半周时电流通路,20,桥式整流电路,u0,u2负半周时电流通路,21,u20 时,D1,D3导通 D2,D4截止 电流通路: A D1 RLD3B,u20 时,D2,D4导通 D1,D3截止 电流通路: B D2 RLD4A,输出是脉动的直流电压！,桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形,22,几种常见的硅整流桥外形：,23,四、整流电路的主要参数,1. 整流输出电压平均值（Uo）,全波整流时，负载电压 Uo的平均值为:,负载上的(平均)电流:,(一) 整流输出电压的平均值与脉动系数,整流输出电压的平均值Uo和输出电压的脉动系数S是衡量整流电路性能的两个主要指标。,24,S定义：整流输出电压的基波峰值Uo1m与平均值Uo之比。,2. 脉动系数,用傅氏级数对全波整流的输出 uo 分解后可得:,25,平均电流(ID)与反向峰值电压(URM)是选择整流管的主要依据。,例如： 在桥式整流电路中，每个二极管只有半周导通。因此，流过每只整流二极管的平均电流 ID 是负载平均电流的一半。,二极管截止时两端承受的最大反向电压：,(二) 平均电流与反向峰值电压,26,滤波电路的结构特点: 电容与负载 RL 并联，或电感与负载RL串联。,交流 电压,脉动 直流电压,直流 电压,原理：利用储能元件电容两端的电压(或通过电感中的电流)不能突变的特性, 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。,8.2.3 滤波电路,27,一、电容滤波电路,以单向桥式整流电容滤波为例进行分析，其电路如图所示。,(一) 滤波原理,28,1. RL未接入时(忽略整流电路内阻),充电结束,没有电容时的输出波形,29,2. RL接入（且RLC 较大）时 (忽略整流电路内阻),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，整流电路不为电容充电，uo会逐渐下降。,30,只有整流电路输出电压大于uo时，才有充电电流iD 。因此整流电路的输出电流是脉冲波。,整流电路的输出电流iD,可见，采用电容滤波时，整流管的导通角较小。,31,电容充电时，电容电压滞后于u2。,RLC越小，输出电压越低。,3. RL接入（且RLC 较大）时 (考虑整流电路内阻),32,33,(2) 流过二极管瞬时电流很大。,RLC 越大 Uo越高 负载电流的平均值越大 ; 整流管导电时间越短 iD的峰值电流越大,故一般选管时，取,(二) 电容滤波电路的特点,(1) 输出电压 Uo与放电时间常数 RLC 有关。,RLC 愈大 电容器放电愈慢 Uo(平均值)愈大,34,输出波形随负载电阻 RL 或 C 的变化而改变, Uo 和S 也随之改变。,如: RL 愈小( IL 越大), Uo下降多, S 增大。,结论：电容滤波电路适用于输出电压较高，负载电流较小且负载变动不大的场合。,(3) 输出特性(外特性),35,二、电感滤波,电路结构: 在桥式整流电路与负载间串入一电感L就构成了电感滤波电路。,36,(一) 滤波原理,对直流分量: XL=0 相当于短路,电压大部分降在RL上。 对谐波分量: f 越高，XL 越大,电压大部分降在XL上。 因此，在输出端得到比较平滑的直流电压。,Uo=0.9U2,当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压约为：,37,(二) 电感滤波的特点,整流管导电角较大，峰值电流很小，输出特性比较平坦，适用于低电压大电流(RL较小)的场合。缺点是电感铁芯笨重，体积大，易引起电磁干扰。,38,*三、其他形式的滤波电路,改善滤波特性的方法：采取多级滤波。如：,L-C 型滤波电路：在电感滤波后面再接一电容。,RC 型滤波电路：在电容滤波后再接一级RC滤波电路。,性能及应用场合分别与电容滤波和电感滤波相似。,LC 型滤波电路：在电容滤波后面再接L-C 型滤波电路。,39,(一) RC 型滤波电路,设uo1的直流分量为UO，交流分量的基波的幅值为UO1m，则：,uo的直流分量：,40,uo的交流分量的基波的幅值：,41,通常选择滤波元件的参数使得：,uo的脉动系数S与uo1的脉动系数S的关系：,42,(二) L-C 型滤波电路,设uo1的直流分量为UO，交流分量的基波的幅值为UO1m，：,43,通常选择滤波元件的参数使得：,uo的脉动系数S与uo1的脉动系数S的关系：,44,(三) LC 型滤波电路,显然， LC 型滤波电路输出电压的脉动系数比只有LC滤波时更小，波形更加平滑；由于在输入端接入了电容，因而较只有LC滤波时，提高了输出电压。,45,一、二倍压整流电路,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：,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：,负载上的电压：,*8.2.4 倍压整流电路的工作原理,46,二、多倍压整流电路,u2的第一个正半周：u2