功率變換電路第1頁，課件共52頁，創作于2023年2月一、主要特點2.7.1功率放大電路的特點和基本類型由于輸出電壓或輸出電流的幅度較大，功率放大電路必須工作在大信號條件下，因而容易產生非線性失真。如何盡量減小輸出信號的失真是首先要考慮的問題。輸出信號功率的能量來源于直流電源，應該考慮轉換的效率。半導體器件在大信號條件下運用時，電路中應考慮器件的過熱、過流、過壓、散熱等一系列問題，并要有適當的保護措施。

第2頁，課件共52頁，創作于2023年2月甲類單管功放級+VCCRLRb+-viCbVCC/RLVCC為了取得最大的動態范圍，必須使靜態工作點Q位于負載線的中點，靜態管壓降，靜態電流。在正弦輸入信號vi的驅動下，晶體管的電壓和電流將在靜態值的基礎上分別疊加交流成分：第3頁，課件共52頁，創作于2023年2月因為集電極交流電流也為正弦波，電源輸出的平均電流為ICQ，因而電源提供的功率不變負載上得到的輸出信號功率為由此可得該功率輸出級的效率為

當晶體管處于最大不失真輸出時，如不考慮其飽和壓降VCES，則極限情況下該類電路的理想效率為第4頁，課件共52頁，創作于2023年2月可見這類放大器的功率轉換效率很低（若采用變壓器耦合單管功放級，則理想效率可達50%），原因是電源VCC所提供的總功率中，大部分消耗在晶體管的管耗和負載電阻的直流功耗上了。這類單管放大器由于不允許在一個周期內出現截止失真，所以必須取，這顯然是造成較大管耗和負載直流功耗的根源。為了提高功率輸出級的效率，人們設想能否使晶體管的靜態電流？若這樣，波形中將出現半個周期的截止區。但如果再用另一個同樣的電路，使之與前一個電路交替工作(即前一電路中晶體管截止時，后一電路晶體管工作），則負載上仍可得到完整的正弦波。我們把在一個周期內，要求完整導通的放大器稱為甲類放大器，而對僅導通半個周期的放大器（）稱為乙類放大器。根據靜態工作點的不同設置，功率放大器可以工作在乙類θ=180°，甲類θ=360°和甲乙類θ=180°～360°（θ為導通角）。第5頁，課件共52頁，創作于2023年2月功率放大器的工作點設置乙類θ=180°甲類θ=360°甲乙類θ=180°～360°乙類放大甲類放大甲乙類放大ICQ略大于0第6頁，課件共52頁，創作于2023年2月乙類功率放大器主要有互補對稱式和變壓器耦合推挽式兩種類型。二、基本類型1。雙電源供電的互補對稱功放電路，又稱OCL電路(OutputCapacitorless)靜態(vi＝0)時，T1、T2管均截止，VOQ＝0正半周(vi＞0)時，T1管導通，T2管截止，+VCC→T1→RL→GND負半周(vi＜0)時，T1管截止，T2管導通，GND→RL→T2→-VCC第7頁，課件共52頁，創作于2023年2月2。單電源供電的互補對稱功放電路，又稱OTL電路(OutputTransformerless)OCLOTL大容量(幾百～幾千微法)的電解電容器OTL功率放大器由于靜態時,所以要求輸入端(T1、T2基極)上的靜態電壓也為，即而OCL電路的輸入端上不需要靜態電壓。第8頁，課件共52頁，創作于2023年2月單電源互補功放電路(OTL)的工作原理OTL功放電路與OCL功放電路的工作原理類似，都由NPN和PNP管構成，但增加了一只大容量(幾百～幾千微法)的電解電容器。靜態(vi＝0)時，T1、T2管均截止，vo＝VCC/2，所以電容C上充有VCC/2的電壓，VOQ＝0正半周(vi＞0)時，T1導通，T2截止，+VCC→T1→C

→RL→GND。電容充電。負半周(vi＜0)時，電容C上的電壓VCC/2作為電源，T1截止，T2導通，電容放電，RL→C

→T2→GND。負載上流過負半周信號電流。第9頁，課件共52頁，創作于2023年2月2.變壓器耦合推挽式Tr1、Tr2為輸入和輸出變壓器；T1、T2為同極型對稱推挽管；Rb1、Rb2提供靜態偏置，克服交越失真。正半周(vi＞0)時，v21為正，T１導通，v22為負，T２截止輸出正半周。負半周(vi＜0)時，v21為負，T1截止，v22為正，T2導通，輸出負半周。+__+第10頁，課件共52頁，創作于2023年2月變壓器耦合的突出優點是，通過改變變壓器的變比，能找到一個最佳的等效負載(此時輸出功率最大，且不失真)。并且，在不提高電源電壓的條件下，可以使輸出電壓幅度Vom超過電源電壓。+__+第11頁，課件共52頁，創作于2023年2月一、功率放大電路的主要技術指標設輸入：則輸出：輸出功率：2.7.2功率放大電路的分析計算以雙電源互補對稱式（OCL）功率放大電路為例。輸出功率Po第12頁，課件共52頁，創作于2023年2月電源提供平均功率：輸出效率η輸出效率:

輸出效率是輸出功率與電源提供的平均功率之比。第13頁，課件共52頁，創作于2023年2月當輸入信號幅度達到理想的最大值時，輸出功率達到最大，此時輸出效率也最大。考慮功放管的飽和壓降VCES時，Vom=VCC-VCES，實際效率將小于78.5%(一般為60～70%)。最大輸出功率及最大效率互補對稱功放電路的工作波形

第14頁，課件共52頁，創作于2023年2月管耗PTT1、T2二管的總管耗為：為求最大管耗PTM，對上式求導，并令dPT/dVom=0。所以每個功放管的最大功耗為：

此時:(2)功放管的耐壓V

(BR)CEO＞2VCC。(3)功放管允許的最大集電極電流ICM＞VCC/RL。第15頁，課件共52頁，創作于2023年2月在互補對稱功率放大電路中，功放管必須按以下幾點原則選?。?1)管子的功耗PCM＞0.2Pomax。(2)功放管的耐壓V

(BR)CEO＞2VCC。(3)功放管允許的最大集電極電流ICM＞VCC/RL。二、功率管的選取第16頁，課件共52頁，創作于2023年2月單電源互補對稱式（OTL）功率放大電路設輸入：則輸出：輸出功率：輸出功率Po第17頁，課件共52頁，創作于2023年2月電源提供平均功率：輸出效率η輸出效率:

第18頁，課件共52頁，創作于2023年2月最大輸出功率及最大效率當輸入信號幅度達到理想的最大值時，輸出功率達到最大，此時輸出效率也最大。第19頁，課件共52頁，創作于2023年2月(1)功率管應該嚴格配對，大小工作電流時的β一致。在大電流下飽和壓降小，且一致。(2)管子的散熱問題。在大功率場合，必須給管子裝上一定尺寸的散熱板，或進行風冷和水冷。(3)功放管因在大電流、高電壓下工作，應對其采取過壓和過流保護措施。(4)消除低頻自激的有效方法是在前置放大電路的供電回路中加去耦濾波電容。三、功放電路實際應用時需考慮的問題第20頁，課件共52頁，創作于2023年2月克服交越失真的功率輸出電路第21頁，課件共52頁，創作于2023年2月A_+vi+15V-15VRLR1R3R2T1T2vo功率放大電路基本形式第22頁，課件共52頁，創作于2023年2月一、集成運放的擴流集成運放擴流電路2.7.3集成功率放大器在集成運放的輸出端再加一級互補對稱功放。利用T1、T2管子的電流放大作用，達到擴大輸出電流的目的。第23頁，課件共52頁，創作于2023年2月二、集成運放的擴壓當vi＝0時，vO＝0。vB1=+15V，vB2=-15V，V+=+14.3V，V-=-14.3V。經擴壓后的輸出電壓可達±24V以上。當加入信號vi后，第24頁，課件共52頁，創作于2023年2月一般通用型集成運放的輸出功率是很小的，如μA741的輸出功率僅為100mW左右。在需要較大功率場合，可選用集成功率放大器。5W音頻放大器三、集成功率放大器第25頁，課件共52頁，創作于2023年2月20W音頻放大器第26頁，課件共52頁，創作于2023年2月直流穩壓電源的結構框圖一、整流與濾波電路2.7.4

整流、濾波、穩壓電路整流電路的任務是利用二極管的單向導電性，把正、負交變的50Hz電網電壓變成單方向脈動的電壓。第27頁，課件共52頁，創作于2023年2月全波整流第28頁，課件共52頁，創作于2023年2月全波橋式整流輸出波形

在一個周期中，D1、D3和D2、D4各輪流導通一次。全波橋式整流電路第29頁，課件共52頁，創作于2023年2月整流電路只是將交流電變換為單方向的脈動電壓和電流，由于后者含有較大的交流成分，通常還需在整流電路的輸出端接入濾波電路，以濾除交流分量，從而得到平滑的直流電壓。濾波電路利用電容的儲能特性，將電容量足夠大的電容與負載并聯。當開關S斷開時，第30頁，課件共52頁，創作于2023年2月當開關S合上時，在v2＜vC時，二極管均反偏截止，C對RL放電，vC緩慢下降。在v2＞vC時，D1、D3管導通，iD1,3一部分提供負載電流，另一部分對C充電，

vC上升較快。第31頁，課件共52頁，創作于2023年2月在RL=∞(空載)時，，輸出直流電壓VO為最大。(二極管允許的反向電壓)(二極管最大整流電流)為確保二極管安全工作，要求:輸出直流電壓平均值VO(AV)在RLC值很小時，相當于無濾波電容的情況，一般情況下，可按下式估算：VO(AV)≈0.9V2VO(AV)≈1.2V2第32頁，課件共52頁，創作于2023年2月濾波電路形式不同電子設備要求其電源電壓的平滑程度不同，為此可采用不同的濾波電路。電容濾波L型濾波器電感濾波負載特性曲線RC-π型濾波器LC-π型濾波器第33頁，課件共52頁，創作于2023年2月1、交流市電波動2、負載變化都要引起輸出電壓不穩定穩壓電路VIVO接整流濾波電路穩壓電路穩壓系數內阻IL第34頁，課件共52頁，創作于2023年2月+VO-+VI-RRL+VO-+VI-RRL+VO-+VI-RRL(a)穩壓管穩壓電路(b)加晶體管擴大負載電流的變化范圍(b)的常見畫法VI（或RL）VOVBEIBVO第35頁，課件共52頁，創作于2023年2月二、線性串聯型穩壓電路VI是輸入電壓，T為調整管，A為比較放大電路，VREF為基準電壓，它由穩壓管Dz與限流電阻R構成。R1與R2組成反饋網絡，是用來反映輸出電壓變化的取樣環節。這種穩壓電路的主回路由調整管T與負載相串聯構成，且T工作在線性狀態，故稱為線性串聯式穩壓電路。+VO-+VI-RRL第36頁，課件共52頁，創作于2023年2月VO=VI-VCE，VO由反饋網絡取樣，并經放大電路(A)放大后去控制調整管T的基極電壓，從而改變調整管T的VCE。VI增加

(或Io減小)VF與VREF經比較放大后使調節管的VB和IC減小，VO增加VF=R2VO/(R1+R2)=FvVO增加(Fv為反饋系數)。VCE增大VO下降，從而維持VO基本恒定。顯然，這是電壓負反饋電路基本性能。第37頁，課件共52頁，創作于2023年2月如把串聯穩壓電路看作反饋放大器(輸入為VREF，輸出為VO)，則這種電路屬于電壓串聯負反饋。在深度負反饋條件下

最大可能輸出電壓第38頁，課件共52頁，創作于2023年2月一、三端固定式集成穩壓器塑料封裝(TO-220)最大功耗為10W(加散熱器)VI為不穩定電壓輸入端VO為穩定電壓輸出端GND為公共接地端金屬殼封裝(TO-3)最大功耗為20W(加散熱器)2.7.5集成線性穩壓電路7800系列第39頁，課件共52頁，創作于2023年2月最大輸出電流為1.5A7800系列中輸出穩定電壓分為5V、6V、9V、12V、15V、18V和24V等多種輸出電壓允許有±5%的偏差最小的輸入-輸出壓差為2V，但為使工作可靠，一般壓差應大于3~5V最高輸入電壓VI≤35V。第40頁，課件共52頁，創作于2023年2月7900系列使用7800與7900時需要注意，采用TO-3封裝的7800系列，其金屬外殼為地端；而同樣封裝的7900系列，金屬外殼是負壓輸入端。TO-220封裝TO-3封裝7900系列屬于負壓輸出外形、電壓系列、允許電流與7800系列完全相同但管腳排列順序不同第41頁，課件共52頁，創作于2023年2月三端穩壓器原理框圖第42頁，課件共52頁，創作于2023年2月三端穩壓器的典型應用Ci是穩壓器的輸入電容，用于進一步減小高頻紋波Co是穩壓器的輸出電容，用于改善負載的瞬態響應第43頁，課件共52頁，創作于2023年2月1、要防止浮地故障的發生，一旦GND端開路，穩壓器的輸出電壓就會接近于輸入電壓，即VO≈VI，可能損壞負載電路中的元器件。常見故障及防止方法2、VI端與VO端不得接反。3、當穩壓器輸出端接有大

容量負載電容CO時，應在

VI與VO端之間接一只保護

二極管D。正常情況下D截

止，一旦輸入端發生短路，

CO上積存的電荷便經過D對

地放電，起到保護作用，

防止因向調整管的發射結放電而損壞芯片。第44頁，課件共52頁，創作于2023年2月許多電子設備以及運算放大器等均需要正、負雙電源供電，將7800與7900搭配使用，即可構成同時輸出正壓和負壓的穩壓電源。該電路的特點是可公用一套整流濾波電路。由于負載與電源公共地未連通，需增加二極管D起保護作用。能同時輸出正負壓的穩壓電源第45頁，課件共52頁，創作于2023年2月三個接線端稱為輸入端VI、輸出端Vo和調整端adj。LM317的VREF=1.2V，Iadj=50μA，由于調整端電流Iadj<<I1，故可以忽略。二、三端可調式集成穩壓器第46頁，課件共52頁，創作于2023年2月三端可調式穩壓器的典型應用電路由LM117和LM137組成的正、負輸出電壓可調的穩壓器。電路中的VREF=V31(或V21)=1.2V，R1=R′1=(120～240)Ω，為保證空載情況下輸出電壓穩定，R1和R′1不宜高于240Ω。R2和R′2的大小根據輸出電壓調節范圍確定。該電路輸入電壓VI分別為±25V，則輸出電壓可調范圍為±(1.2～20)V。1第47頁，課件共52頁，創作于2023年2月開關型穩壓器的調整管工作在開關狀態，調整管一般以(10～100)kHz的調制頻率快速轉工作于飽和區和截止區。當管子截止時，盡管電壓較高，而電流為零；當管子飽和時，盡管電流較大，而管壓降很小。此時主要考慮管子的高頻開關損耗。因功耗很小，其效率可以提高到80％～90％以上。2.7.6開關型直流穩壓電路按調制方式分為脈寬調制式、脈頻調制式和混合調制式；按功率管與負載的連接方式分為串聯式和并聯式。第48頁，課件共52頁，創作于2023年2月串聯開關型穩壓電路原理圖續流濾波環節的作用是將調整管輸出的開關脈沖電壓波形加以平滑，變成平穩的直流輸出電壓。同時通過輸出取樣，反饋控制調整