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1、第一章功率电子线路第一章功率电子线路1/43第1页，本讲稿共43页第一章功率电子线路2/431.1功率电子线路概述功率电子线路概述功功率率放放大大电电路路：是放大器的一个类别，广泛应用于通信、音响、图像等电子设备电源变换电路：电源变换电路：对能量进行特定变换的电路，广泛应用于电源设备、电力系统、工业控制第2页，本讲稿共43页第一章功率电子线路3/43一功率放大器一功率放大器1电路要求：安全放大器安全、负载安全、人生安全不失真失真控制在允许范围内高效率c=PO/PD=PO/(PO+PC)PD：直流电源提供的直流功率PO：输出信号功率PC：功率管的耗散功率（管耗）第3页，本讲稿共43页第一章功率电
2、子线路4/432.功率管的运用特性甲类一个周期内导通乙类半个周期内导通甲乙类大于半个周期而小于一个周期丙类小于半个周期丁类开关工作导通时间越短，效率越高，失真也会越严重，需采取特定的导通时间越短，效率越高，失真也会越严重，需采取特定的措施措施第4页，本讲稿共43页第一章功率电子线路5/43二电源变换电路二电源变换电路整流器：交流直流变换器斩波器：直流直流变换器逆变器：直流交流变换器变压器：交流交流变换器（周波变换器）第5页，本讲稿共43页第一章功率电子线路6/43三功率器件三功率器件功率管是功率放大电路和电源变换电路的关键器件功率管是功率放大电路和电源变换电路的关键器件三极管的极限参数：集电极
3、最大允许管耗PCM，集电极击穿电压V(BR)CEO，集电极最大允许电流ICM1.功率管的散热和相应的PCM热崩：指集电结结温升高，导致集电极电流增大，从而PC增大，结温相应随着升高，又使集电极电流增大，如此反复进行，导致结温超过集电结最高允许结温而导致管子被烧毁的一种恶性循环现象。采取的措施：加散热装置2.二次击穿：不可逆的击穿现象第6页，本讲稿共43页第一章功率电子线路7/431.2功率放大器的电路组成和工作特性功率放大器的电路组成和工作特性功率放大器与线性分析中的放大器要求不同电压放大电路：电压放大电路：电压增益、输入电阻、输出电阻等功率放大电路：功率放大电路：输出功率尽可能大、效率高、非
4、线性失真小等都属于换能器的范围分析电路的符号说明：分析电路的符号说明：大写字母大写下标：直流量大写字母小写下标：交流峰值小写字母大写下标：瞬时量小写字母小写下标：交流量第7页，本讲稿共43页第一章功率电子线路8/43一一基本功率放大电路基本功率放大电路vCE=VCEQvceVCEQVcemsintiC=ICQ+icICQIcmsint其中VcmVCEQVCC/2，Icm=Vcm/RLICQVCEQ/RL（理想VCE(sat)=0，IEBO=0）第8页，本讲稿共43页第一章功率电子线路9/43第9页，本讲稿共43页第一章功率电子线路10/43小结：作为功率放大器，在电路组成上，必须采用避免管外电
5、路中无谓地消耗直流功率的电路结构；在工作特性上，输出负载、输入激励和静态工作点是相互牵制的，要高效率地输出所需功率，三者必须有一最佳配置。第10页，本讲稿共43页第一章功率电子线路11/43二甲类、乙类功率放大器的电路组成及其功率性能二甲类、乙类功率放大器的电路组成及其功率性能1.甲类变压器耦合功率放大电路第11页，本讲稿共43页第一章功率电子线路12/43直流分析（静态工作点Q）：iB=IBQ、iC=ICQ、vCE=VCEQ=VCC由此表达式可画出相应的直流负载线EF交流分析（动态分析）：vce=icRLvCE=VCEQ+vceiC=ICQ+icvCEVCEQ=RL(iC-ICQ)由此表达式
6、可画出相应的交流负载线（两点）vCE=0时，iC=ICQ+VCEQ/RLiC=0时，vCE=VCEQ+ICQRL第12页，本讲稿共43页第一章功率电子线路13/43第13页，本讲稿共43页第一章功率电子线路14/43计算功率性能：设Q点位于负载线中点，忽略非线性失真(VCE(sat)=0，IEBO=0)iC=ICQ+Icmsint；vCE=VCEQ-Vcmsint其中Icm=Vcm/RLICQ=VCC/RL；Vcem=VCEQ=VCC；与基本放大电路相比，输出信号电压值Vcm由原来的VCC/2增大到VCC，PD=VCCICQPo=VcmIcm/2=PD/2PC=VCCICQVcmIcm/2=P
7、D/2CMAX=Po/PD=50%第14页，本讲稿共43页第一章功率电子线路15/432、乙类推挽功率放大电路图中，T1和T2为两个特性配对的功率管（NPN和PNP）。若忽略功率管的发射结导通电压，在正半周，T1导通，T2截止，ic1ie1为处于正半周的半个正弦波；在负半周，T2导通，T1截止，ic2ie2为处于负半周的半个正弦波；组成推挽式的互补对称电路。第15页，本讲稿共43页第一章功率电子线路16/43第16页，本讲稿共43页第一章功率电子线路17/43输出功率Po：直流电源提供的功率PD：设输入充分激励，且VCE(sat)=0，IEBO=0，则VCM VCC，Icm VCC/RL效率：
8、第17页，本讲稿共43页第一章功率电子线路18/431.3 1.3 乙类推挽功率放大电路乙类推挽功率放大电路、乙类互补推挽功率放大电路、乙类互补推挽功率放大电路1、交越失真和偏置电路交越失真在讨论时，由于忽略了发射结导通电压的影响，实际上，考虑到导通电压的影响，在零偏置情况下，输出合成波形将在衔接处出现严重失真，称交叉（交越）失真。第18页，本讲稿共43页第一章功率电子线路19/43 偏置电路 二极管偏置电路或VBE倍增偏置电路使电路已变成甲乙类工作状态第19页，本讲稿共43页第一章功率电子线路20/432、单电源(OTL)供电的互补推挽电路与双电源供电（OCL）电路比较，在负载的前面串联了一
9、个大容量的隔直电容C。若两管特性配对，对直流而言，两管输出点O端处于中点电位（VCC/2），因而，电容C上的直流电压便被充到VCC/2；对交流而言，电容C可看成短路。由此可见，电容C实际上等效为电压等于VCC/2的直流电源；因此，单电源供电电路等效为VCC/2和VCC/2的双电源供电电路；只是每个管子的工作电压是VCC/2，而不是VCC。第20页，本讲稿共43页第一章功率电子线路21/433、准互补对称电路（采用复合管）4、保护电路（保护功率管和负载）5、输入激励电路（提高输入信号电压）第21页，本讲稿共43页第一章功率电子线路22/431.41.4 功率合成技术功率合成技术主要用于功率的合成
10、与分配（有隔离作用）及阻抗变换1、变压器和传输线的工作频率 普通变压器的频带较窄：上限：几十MHz 下限：几十hz 传输线变压器的频带很宽：下限：0 hz 上限：达到很高（与导线的长度有 关）一、传输线变压器一、传输线变压器第22页，本讲稿共43页第一章功率电子线路23/432、传输线变压器的工作原理由于传输线接在磁环上，不能看成导线。由图可见，变压器实现了功率的传输和倒相，也称高频反相器第23页，本讲稿共43页第一章功率电子线路24/433、传输变压器的功能 对称（平衡）与不对称（不平衡）变换第24页，本讲稿共43页第一章功率电子线路25/43阻抗变换(设输入电压为v，电流为i；则特性阻抗
11、)如上图：（a）Ri=4RL Zc=2RL （b）Ri=RL/4 Zc=RL/2第25页，本讲稿共43页第一章功率电子线路26/43功率合成网络id（ia+ib）/2,i（ia-ib）/2ic2iia-ib结论：（a）当iaibIm sint vavbVm sint 时 ic0，idiaibvavbvvd/2令Pa=Pb=VmIm/2 则Pd=2VmIm/2=Pa+Pb，Pc=0RL=va/ia=vb/ib=(vd/2)/id=Rd/2 iia-id,iid-ib第26页，本讲稿共43页第一章功率电子线路27/43（b）当iaibIm sint vavbVm sint 时 ic=2ia=2ib
12、,id=0；vd=0，v=0，va=vb=vc 令Pa=Pb=VmIm/2，则Pc=Vm(2Im)/2=Pa+Pb，Pd=0 RL=va/ia=vb/ib=vc/(ic/2)=2Rc 即RCRL/2第27页，本讲稿共43页第一章功率电子线路28/43功率分配网络同相：ic=2i,ia=i-id,ib=i+idvd=idRd=iaRa-ibRb整理得 当Ra=Rb=R时id0，ia=ib=i=ic/2可见，D端没有获得功率，而A、B端获得同值功率。(反相：略）第28页，本讲稿共43页第一章功率电子线路29/43功率合成网络实例 idia-ib，ic=ia+ib同相：当ia=ib,va=vb时id
13、0，ic=2ia=2ib由于vdidRd=0因而va=vb=vc这样两个输入功率在C端合成，在D端没有功率输出；RL=va/ia=vb/ib=2vc/ic=2Rc（即Rc=RL/2）反相：（略）第29页，本讲稿共43页第一章功率电子线路30/431.5 整流与稳压电路本节介绍最常用的将电力网提供的50Hz的交流电压变换为直流电压的整流电路（变压、整流、滤波、稳压）一、一、整流电路整流电路1、半波整流电路第30页，本讲稿共43页第一章功率电子线路31/432、全波整流和桥式整流第31页，本讲稿共43页第一章功率电子线路32/43第32页，本讲稿共43页第一章功率电子线路33/43 全波和桥式整流
14、电路的性能比半波好；而桥式与全波比较，桥式的电源变压器无中心抽头，结构简单，且伏安容量小，因而，在中小功率的整流器中，桥式整流电路的应用最广。3、三种整流电路的性能第33页，本讲稿共43页第一章功率电子线路34/434、倍压整流电路第34页，本讲稿共43页第一章功率电子线路35/43二、串联型稳压器为了获得稳定的直流电压，整流器后面一般都要加接稳压电路（串联型、并联型、开关型第35页，本讲稿共43页第一章功率电子线路36/43第36页，本讲稿共43页第一章功率电子线路37/43 三、开关型稳压器直流直流变换器（斩波器）第37页，本讲稿共43页第一章功率电子线路38/43第38页，本讲稿共43页第一章功率电子线路39/43第39页，本讲稿共43页第一章功率电子线路40/43第40页，本讲稿共43页第一章功率电子线路41/43第41页，本讲稿共43页第一章功率电子线路42/43第42页，本讲稿共43页第一章功率电子线路43/43第43页，本讲稿共43页