模电第八章课件PPT文档格式.ppt

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,在充分激励的情况下，电路有最大不失真输出电压的条件是Q点平分交流负载线MN，如图所示。

此时负载上将得到最大的不失真输出功率。

若忽略管子的，M、N点的横坐标分别近似为和零，上述条件可表为：

即要求：

这可通过调节变压器变比n来获得，即：

最大不失真输出功率在充分激励下，因此最大不失真输出功率为：

管子消耗功率,（mW）,电源供给功率可见，此时电源供给功率与静态时相同，并且有最大效率,甲类功放有以下特点：

1.在输入信号的整个周期内均有电流流过管子,即iC0。

2.产生的信号失真较小。

3.电源始终不断地输送功率,在没有信号输入时（即静态）,这些功率全部消耗在管子上；

当有信号输入时（即动态）,其中一部分转化为有用的输出功率,信号愈大,输送给负载的功率愈多。

4.效率较低。

理想情况下,其最大效率为50%。

虽然甲乙类和乙类放大的效率较高,但它们的输出波形都出现了严重的失真,因此甲乙类和乙类放大必须妥善解决效率和失真的矛盾,这就需要在电路结构上采取措施。

甲类功放有以下特点：

1.在输入信号的整个周期内均有电流流过管子，即iC0。

3.电源始终不断地输送功率，在没有信号输入时（即静态），这些功率全部消耗在管子上；

当有信号输入时（即动态），其中一部分转化为有用的输出功率，信号愈大，输送给负载的功率愈多。

理想情况下，其最大效率为50%。

8.1.2互补推挽功率放大电路,1.乙类互补推挽放大电路

（1）电路的引出互补推挽电路：

在静态时管子不导通；

而在有信号时，T1、T2轮流导电，输出完整的正弦波。

由于两个管子互补，轮流导通，所以这种电路通常被称为互补推挽电路（OCL电路）。

（2）乙类互补推挽电路主要参数估算乙类互补推挽电路图解分析,主要参数的估算1.输出功率Po,最大不失真输出功率为：

2.直流电源供给功率PV,3.效率,4.管耗,总管耗若:

可得：

当时，PT达到最大,最大管耗与最大输出功率的关系为：

PTmax0.4Pomax每管的最大管耗为：

PT1max=PT2max0.2Pomax,可绘出Po、PV和PT与Uom的归一化关系曲线,其中横坐标为Uom/VCC，纵坐标为Po、PV和PT对Pomax的归一化值。

5.功率管参数的选择U（BR）CEO的选择U（BR）CEO2VCCICM的选择ICMVCC/RLPCM的选择PCM0.2Pomax,

（1）交越失真当输入信号ui低于某个数值时,T1和T2管都截止,iC1和iC2几乎为零,负载RL上无电流通过,出现一段死区,这种现象称为交越失真。

2.甲乙类互补推挽电路,交越失真,

（2）甲乙类互补推挽电路T1和T2在一周内的导电时间都比半个周期要多一些，即有一定的交替时间，因此它们工作在甲乙类状态。

当T4处于放大区时，其发射结电压UBE4近似为一常数，若使T4的基极电流IB4远小于流过R1、R2的电流则有：

，调整电阻R1、R2的值即可满足偏置电压的需要。

甲乙类互补推挽电路用二极管提供偏置用UBE倍增电路提供偏置,3.单电源互补推挽电路,采用一个电源的互补推挽电路,在理想情况下,当输入信号ui为负半周最大值时,T1截止、T2饱和导通,负载RL上得到最大的正向输出电压幅度Uom+,其值为：

Uom+=VCC/2UCE（sat）2VCC/2；

当输入信号ui为正半周最大值时,T1、T3饱和导通,负载RL上得到最大的负向输出电压幅度Uom-,其值为：

Uom-=VCC/2UCE（sat）3VCC/2，故理想时,最大输出电压幅度UomVCC/2。

而实际上,在ui为负半周时,由于RC1的存在,造成末级推动电压uB2始终小于VCC,因此实际的最大正向输出电压幅度Uom+为：

Uom+=VCC/2iBm2RC1UBE2电路的最大输出电压幅度较理想时小。

为提高输出电压幅度使其接近VCC/2，可采用如图所示的带自举的互补推挽电路。

4.采用复合管的功率输出级

（1）复合管复合管-由两个三极管通过一定的方式连接形成的一个等效三极管，其中的两个三极管可以是相同导电型的，也可以是不同导电型的。

如图：

T1、T2管的电流放大系数分别为：

1、2，它们三个极的电流分别为：

iB1、iC1、iE1，iB2、iC2、iE2，则由T1、T2的连接关系可得：

iE=iB+iCiC=iC1+iC2=1iB1+2iB2=1iB+2iE1=1iB+2（1+1）iB=1+2（1+1）iB由上式可得复合管的等效电流放大系数为：

=1+2（1+1）当11，21时，有：

12,复合管有如下特点：

复合管电流放大倍数12；

复合管的管型和电极性质与第一个管子相同。

（2）复合管组成的准互补输出级,准互补推挽电路,8.1.3集成功率放大器,

（1）LM386通用型集成功率放大电路LM386是目前应用较广的通用型集成功率放大电路，其特点是频响宽（可达数百KHz）、功耗低（常温下是660mW）、适用的电源电压范围宽（额定范围为416V）。

它广泛用于收音机、对讲机、双电源转换、方波发生器和正弦波振荡器等。

在电源电压为9V，负载电阻为8时，最大输出功率为1.3W；

电源电压为16V，负载电阻为16时，最大输出功率为1.6W。

该电路外接元件少，使用时不需加散热片。

LM386原理电路图,电路分析：

在电路输入差模信号时，电阻R的中点是交流地电位，因而交流负反馈系数为，电路可认为工作在深反馈状态，因此有。

由图可知，Rf=15k而R的大小取决于1、8端之间所接电阻的大小。

所以，当1、8断开时，等效电阻R=0.15+1.35=1.5k，则电路增益约为20；

1、8端之间接10F的电容器时，等效电阻R=0.15k，则电路增益约为200；

如果接入1.2k电阻器与10F电容器的串联电路，可计算得到电路增益约为50。

LM386接线图,2.SHM1150集成功率放大器,SHM1150的内部电路闭环电压增益为：

SHM1150的外部接线图,8.1.4变压器耦合推挽功率放大电路,=CT,8.1.5功率器件,1.双极型大功率晶体管（BJT）,功率BJT外形图,

（1）功率BJT的散热问题下图给出了3AD1117功率管的PCMTa（环境温度）曲线。

由图可知，若不加散热片，管子的PCM只有2W，加了2002003mm3的散热片后，PCM可提高到10W。

下面讨论最大允许功耗PCM与管子的散热条件及环境温度的定量关系。

电路及电阻,热路及热阻热传导过程的模拟,热路中各量的关系为：

功率BJT在散热片上,散热等效热路,不加散热片时，总热阻为：

由于管壳散热面积很小，故RTfo很大，相应地RTo很大。

加散热片后，由于所以，总热阻RT为：

显然。

功率管的PCM与总热阻RT、最高允许结温TjM和环境温度Ta有关，根据等效热路可得：

（2）二次击穿二次击穿现象可以用下图来说明。

二次击穿现象二次击穿临界曲线,BJT的二次击穿现象,（3）功率BJT的安全使用和保护1.安全使用a.应使管子工作在安全区以内，且必须留有充分的余量。

b.使用时要尽量避免产生过压和过流的可能性，同时不允许电源电压有较大波动。

2.采用适当的保护措施a.加接适当的过流、过压保护电路。

b.为了防止由于感性负载而使管子产生过压或过流，可在负载两端并以容性网络以抵消感性负载的不利影响c.在晶体管的输入端、输出端并以保护二极管或稳压管。

功放的保护电路,功率BJT的安全工作区,2.功率MOS管VDMOS有N沟道和P沟道两种导电类型，它们都是由许多称为元胞的单元并联构成。

下图出了N沟道元胞结构。

N沟道增强型VDMOS的符号,（a）基极、发射极短接（b）二极管形式,VDMOS管和小功率MOS管相比，其明显不同点是：

前者漏极面积大为增加，将其与外壳连接，可以收到良好的散热效果，且便于安装散热器；

除此之外，由于N-区的掺杂少，在外加漏源电压作用下，电场强度（正比于杂质形成的离子密度）减小，使击穿电压提高，从而为提高器件的输出功率创造条件。

与功率BJT相比，VDMOS具有许多优点：

1.输入阻抗大，所需输入激励电流小,功率增益高；

2.温度稳定性好，漏源电阻为正温度系数，当器件温度上升时，电流受到限制，不可能产生热击穿，也不可能产生二次击穿。

3.没有BJT管的少子存贮问题，加之极间电容小，所以开关速度高（开关频率可高达100KHz50KHz）,3.IGBT及功率模块

（1）IGBT在VDMOS管的高掺杂N+区与金属漏极之间插入一层高掺杂的P+区，便形成IGBT结构，如图。

等效电路电路符号,IGBT综合了MOS管输入阻抗大，激励电流小和BJT管导通电阻小、高电压、大电流的优点。

但同时也产生了像功率BJT那样缓慢截止的缺点，因此它的开关频率比VDMOS管低，一般限于50kHz以下。

（2）功率模块这里所讨论的功率模块是指由若干BJT、MOSFET或BiFEF组合而成的功率部件。

突出特点是：

大电流、低功耗，电压、电流范围宽，电压高达1200V，电流高达400A。

功率模块包括BJT达林顿模块、功率MOSFET模块和BiFET组件等；

按速度和功耗又可分为高速型和低饱和压降型。

高速大功率CMOS器件,内部电路,由TC4420组成的桥式功率电路,8.2线性直流稳压电源,8.2.1整流电路8.2.2滤波电路8.2.3串联型线性直流稳压电路,直流电源的组成如图,1.电源变压器2.整流电路3.滤波电路4.稳压电路,8.2.1整流电路,整流电路的主要技术指标为输出直流电压平均值输出电压纹波系数整流二极管正向平均电流最大反向峰值电压,1.桥式整流电路工作原理单相桥式整流电路如图,在的正半周内，二极管、导电，、截止；

负半周时，、导电，、截止。

2.桥式整流电路参数计算整流电路输出电压平均值为：

谐波电压的总有效值为：

整流电路输出电压的纹波系数：

整流电路输出的平均电流：

流过每个二极管的平均电流为：

整流二极管最大反向电压,桥式整流电路的波形见图所示。

8.2.2滤波电路,1、电容滤波电路,单相桥式整流电容滤波电路,充电时间常数为：

放电时间常数为：

容性负载整流电路的特点有：

（1）二极管的导通角，流过二极管的瞬时电流很大。

在纯电阻负载时（指没有电容C），变压器副边电流的有效值；

而有电容滤波时：

（2）负载平均电压升高，纹波（交流成份）减小，且越大，电容C放电速率越慢，则负载电压中的纹波成份越小，负载平均电压越高。

一般取：

（3）负载直流电压随负载平均电流增加而减小。

容性负载桥式整流电路的输出特性容性负载整流电路的优点是电路简单、负载直流电压较高、纹波较小等，它的缺点是输出特性较差，故适用于负载电压较高、负载变动不大的场合。

2.电感滤波电路,电感具有阻止电流变化的特点，如在负载回路中串联一个电感，将使流过负载上电流的波形较为平滑；

或者，因为电感对直流分量的电阻很小（理想时等于零），而对交流分量感抗很大，因此能够得到较好的滤波效果而直流电压损失很小。

3.复合滤波电路,采用复合滤波电路可以进一步改善滤波效果，降低负载电压中的纹波。

下图为型滤波电路，其性能和应用场合与电容滤波电路相似。

下图分别为LC滤波电路和LC型滤波电路，它们的性能和应用场合与电感滤波电路相似。

若需要得到更好的滤波效果，可再采用数节串接的滤波电路。

8.2.3串联型线性直流稳压电路,直流稳压电路六个基本技术指标输出电压UO或输出电压可调范围UO1UO2最大输出电流Iom稳压系数=,纹波抑制比,输出电阻,=,电流调整率,=,效率,1、串联型线性直流稳压电路原理

（1）电路组成和工作原理串联型线性直流稳压电路原理方框图如图,工作原理或,串联型线性直流稳压电路稳压的过程，实质上是通过电压负反馈使输出电压保持基本稳定的过程，故这种稳压电路也称为串联反馈式直流稳压电路。

（2）输出电压的调节范围通过改变采样电阻中电位器的滑动端位置来实现。

、，故当时，稳压电路达到稳定状态，假设输出电压为UO，则：

因而：

当的滑动端调至最上端时：

而当的滑动端调至最下端时：

（3）调整管的选择主要参数进行估算：

集电极最大允许电流,集电极和发射极之间的反向击穿电压,集电极最大允许耗散功率,（1.1,）,1.2,（4）高精度基准电源简单温度补偿基准电源,具有温度补偿的简单基准电源,找出零温漂点，作基准电压,=,当时，上式简化为：

设置电阻比值满足：

=,精密基准电压源,结构框图电路符号典型应用电路LM399的结构与应用电路,输出的基准电压为：

图为LM399的典型应用电路，R为限流电阻。

限流电阻R值由下式确定：

2、三端集成直流稳压器原理三端集成稳压器常分为固定（电压）输出式和可调（电压）输出式两大类，其中每类又有正电压输出和负电压输出之分。

（1）三端固定输出式集成稳压器它由启动电路、基准电压电路、采样及误差放大电路、调整与保护电路等部分组成。

78L00型三端集成稳压器原理电路,

（2）三端可调输出式集成稳压器LM317的内部电路（如放大器、偏置电路等）的公共端被改接到输出端，即它们都在输入和输出电压的差值电压下工作，LM317器件本身无接地端，所消耗的电流都从输出端流出，内部的基准电压（约1.2V）接在误差放大器的同相端和调整端之间。

若将LM317的调整端接地就是一个输出电压恒定的三端输出固定式稳压器。

在接上外部的调压电阻后，则输出电压为：

应满足,三端可调式集成稳压器结构,（3）三端集成稳压器的技术指标三端固定输出式集成稳压器的技术指标7800大类的最大输出电流有8种规格：

0.1A（78L00系列）、0.25A（78DL00系列）、0.3A（78N00系列）、0.5A（78M00系列）、1.5A（7800系列）、3A（78T00系列）、5A（78H00系列）、10A（78P00系列），每个子系列又分别有多种输出电压规格（对应在+5v+24V之间的不同输出电压值）。

7900大类的最大输出电流有4种规格：

0.1A（79L00系列）、0.3A（79N00系列）、0.5A（79M00系列）、1.5A（7900系列），每个子系列也分别有8种输出电压规格（对应在5V24V之间的不同输出电压值）。

三端可调输出式集成稳压器的技术指标典型的正电压输出的可调输出式集成稳压器如LM117/LM217/LM317系列，其输出电压在1.2537V范围内连续可调，最大输出电流分别为：

0.1A（LM117L）、0.5A（LM117M）、1.5A（LM117和LM117HV），而LM117HV/217HV/317HV的输出电压在1.2557V范围内连续可调。

其它常用的正电压输出的可调输出式集成稳压器有：

LM150/250/350的输出电压为1.233V、最大输出电流为3A，LM138/238/338的输出电压为1.233V、最大输出电流为5A，LM196/296/396的输出电压为1.2515V、最大输出电流为10A，典型的负电压输出的可调输出式集成稳压器如LM137/237/337系列，其输出电压在1.237V范围内连续可调，对应其最大输出电流：

0.1A（LM137L）、0.5A（LM137M）、1.5A（LM137）。

3、三端集成稳压器典型应用电路

（1）三端固定输出式集成稳压器应用举例基本应用电路整流滤波后所得到的直流输入电压接在集成稳压器的输入端和公共端之间，在输出端即可得到稳定的输出电压。

同时输出正、负电压的稳压电路采用一块78XX和一块79XX三端集成稳压器可方便地组成同时输出正、负电压的直流稳压电源，电路如图,恒流源电路,因电阻器两端R的电压为已知而且稳定，所以也稳定。

这个电路的输出直流电流为。

当时，电路的恒流特性比较好。

当变化时，稳压器通过改变1、3两端的电位差来维持恒流。

（2）三端可调输出式集成稳压器应用举例下面介绍基于CW317和CW337的可调输出式集成稳压器典型应用电路。

输出可调电压下图分别是输出正、负可调电压的直流稳压电路，其中CW317和CW337的内部工作电流都要从输出端流出，该电流构成稳压器的最小负载电流（一般情况下，该电流小于5mA）。

考虑到输出端与调整端之间电压为1.2V，为保证空载情况下输出电压也能恒定，的取值不宜高于240，否则由于稳压器内部工作电流不能从输出端流出，会使稳压器不能正常工作。

正输出可调稳压电路,输出电压为,=,负输出可调稳压电路,高输出电压稳压电路,图中CW317并未承受高电压，高电压降主要在上。

为防止电路启动时集成稳压器可能承受过高电压，接入了稳压管，的稳压值必须小于CW317能承受的电压值。

高稳定稳压电源,具有跟踪预测调整功能的高稳定稳压电源,电路工作原理是利用第一级CW317的调整端使得第一级输出电压能跟踪第二级输出电压的变化，即进行了预调整。

因第一级稳压器的调整端通过接到第二级稳压器的输出端上，这就限定了第二级稳压器的输入与输出电压之间的差值，在图示电路参数下，该电压差为=+=1.2V+=4.3V当调节改变输出电压时，第一级稳压器的跟踪作用使得该电压差保持不变，从而使第二级稳压器在固定电压差条件下工作，以获得极高稳定的直流电压输出。

可调高稳定恒流源,在上图电路中，可得到输出电流大于10mA的高稳定恒流源，其中电阻的取值在0.8到12之间；

如果再使用另一个CW317来分流，如上图所示电路，则可实现01.5A输出电流可调。

接负载时，负载上的最大压降为36V。