電子線路-非線性部分(第四版)謝嘉奎-緒論+第一章-標(biāo)準(zhǔn)課件

1、緒論0.1非線性電子線路的作用(zuyng)0.2非線性器件的基本(jbn)特點(diǎn) 0.3本課程的特點(diǎn)共一百四十三頁(yè)0.1非線性電子線路的作用(zuyng)一、線性電子電路與非線性電子電路 電子器件嚴(yán)格講是非線性的，但依使用條件不同，表現(xiàn)的非線性程度不同。為此(wi c)，有如下兩種應(yīng)用： 線性電路：對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理時(shí)，盡量使用器件特性的線性部分。電路基本是線性的，但存在不希望有的失真。非線性電路：對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理時(shí)，使用了器件特性的非線性部分，利用器件的非線性完成振蕩、頻率變換等功能。器件特性與使用條件密切相關(guān)，例如：共一百四十三頁(yè) 小信號(hào)條件下，輸入信號(hào)小，在一定(ydng)條件下電路可用線性等

2、效電路表示，例如各種小信號(hào)放大器(線性電子線路)中，器件的特性歸屬線性電子線路。 大信號(hào)條件下，輸入信號(hào)大，必涉及器件的非線性部分，例如功率放大器。故不能用線性等效電路表示電子器件(din z q jin)的特征，而必須用非線性電路的分析方法。所以，功放歸屬非線性電子線路。 二、非線性電子線路在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用1通信系統(tǒng)的分類 (1)有線通信系統(tǒng)：利用導(dǎo)線傳送信息(2)無(wú)線通信系統(tǒng)：利用電磁波傳送信息 (3)光纖通信系統(tǒng)：利用光導(dǎo)纖維傳送信息共一百四十三頁(yè)2無(wú)線通信系統(tǒng)(xtng)圖 0-1-1無(wú)線通信系統(tǒng)的組成 組成：發(fā)射裝置 + 接收(jishu)裝置 + 傳輸媒體(1) 發(fā)射裝置 換能器

3、： 將被發(fā)送的信息變換為電信號(hào)。例：話筒將聲音變?yōu)殡娦盘?hào)。將換能器輸出的電信號(hào)變?yōu)閺?qiáng)度足夠的高頻電振蕩（用調(diào)制電路實(shí)現(xiàn)）。 發(fā)射機(jī)： 無(wú)線通信系統(tǒng)的組成共一百四十三頁(yè) 天線(tinxin)：將高頻電振蕩變成電磁波向傳輸(chun sh)媒質(zhì)輻射。 (2) 接收裝置 接收是發(fā)射的逆過(guò)程。 接收天線： 高頻電振蕩電信號(hào) 接收機(jī)： 換能器：將電信號(hào)所傳送信息 (3) 傳輸媒體電磁波電磁波傳送方式，依據(jù)波長(zhǎng)不同，可分為：長(zhǎng)波、中波、短波、超短波。將從空間接收的電磁波 高頻電振蕩共一百四十三頁(yè)表 1各波段(bdun)特點(diǎn)波 段波長(zhǎng)/m頻率/MHz特 點(diǎn)說(shuō) 明中、長(zhǎng)波 200 1.5沿地表傳播大地表面是導(dǎo)

4、體，一部分電磁波會(huì)損耗掉，頻率越高，損耗越大短波10 2001.5 30靠電離層反射傳播電磁波一部分被吸收，另一部分被反射或折射到地面。頻率越高，被吸收的能量越小，但頻率超過(guò)一定值，電磁波會(huì)穿過(guò)電離層，不再返回地面超短波 30沿空間直線傳播地球表面是彎曲的，所以只能限制在視線范圍內(nèi)共一百四十三頁(yè)圖 0-1-2無(wú)線電波傳播方式傳播距離：電離層 地面(dmin) 直線 共一百四十三頁(yè)3調(diào)制(tiozh)和解調(diào)(1)調(diào)制(tiozh)由攜有信息的電信號(hào)(如音頻信號(hào))去控制高頻振蕩信號(hào)的某一參數(shù)(如振幅)，使該參數(shù)按照電信號(hào)的規(guī)律而變化(調(diào)幅)。 例如：調(diào)幅波共一百四十三頁(yè)調(diào)制信號(hào)(xnho)：攜有信

5、息的電信號(hào)。 載波信號(hào)：未調(diào)制的高頻(o pn)振蕩信號(hào)（正弦波）。 已調(diào)波：經(jīng)過(guò)調(diào)制后的高頻振蕩信號(hào)。 根據(jù)受控參數(shù)：調(diào)幅、調(diào)角(調(diào)頻、調(diào)相)。 (2)解調(diào)調(diào)制的逆過(guò)程，將已調(diào)波轉(zhuǎn)換為載有信息的電信號(hào)。 (3)調(diào)制的作用 減小天線的尺寸。 音頻范圍：20 Hz 20 kHz，若發(fā)射 100 Hz，波長(zhǎng) = c /f = 3 000 km，天線至少幾百千米。需減少波長(zhǎng)，提高發(fā)射頻率。 選臺(tái)。將不同電臺(tái)發(fā)送的信息分配到不同頻率的載波信號(hào)上，使接收機(jī)可選擇特定電臺(tái)的信息而抑制其他電臺(tái)發(fā)送的信息和各種干擾（或可理解為頻分復(fù)用）。 共一百四十三頁(yè)4調(diào)幅(dio f)發(fā)射機(jī)組成圖 0-1-3調(diào)幅廣播發(fā)射

6、機(jī)的組成調(diào)幅(dio f)廣播發(fā)射機(jī)的組成共一百四十三頁(yè)各部分(b fen)作用：(1)振蕩器產(chǎn)生 fosc 的高頻(o pn)振蕩信號(hào)，幾十千赫以上。(2)高頻放大器多級(jí)小信號(hào)諧振放大器，放大振蕩信號(hào)，使頻率倍增至 fc，并提供足夠大的載波功率。(3)調(diào)制信號(hào)放大器多級(jí)放大器，前幾級(jí)為小信號(hào)放大器，放大微音器的電信號(hào)；后幾級(jí)為功放，提供功率足夠的調(diào)制信號(hào)。 (4)振幅調(diào)制器實(shí)現(xiàn)調(diào)幅功能，將輸入的載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)變換為所需的調(diào)幅波信號(hào)，并加到天線上。共一百四十三頁(yè)5調(diào)幅(dio f)接收機(jī) 圖 0-1-4調(diào)幅廣播接收機(jī)的組成調(diào)幅廣播(gungb)接收機(jī)的組成共一百四十三頁(yè)(1) 高頻(o p

7、n)放大器為小信號(hào)(xnho)諧振放大器，作用： 選臺(tái)。利用可調(diào)諧的諧振系統(tǒng)選出有用信號(hào)，抑制其他頻率的干擾信號(hào)。 放大。放大選出的有用信號(hào)。共一百四十三頁(yè) (2) 混頻器兩路輸入(shr)為： 由高放級(jí)：已調(diào)信號(hào)(xnho) fc 。 由本機(jī)振蕩器：本振信號(hào) fL。作用：載波變頻將已調(diào)信號(hào)的載波由 fc (高頻)變換為 fI (中頻)， fI = |fc - fL |而調(diào)制波形不變。共一百四十三頁(yè) (3)本機(jī)振蕩 產(chǎn)生頻率(pnl)為 fL =|fc + fI |(或 fL = fc - fI )的高頻等幅振蕩信號(hào)。fL 可調(diào)，并能跟蹤 fc。(4)中頻(zhngpn)放大器為多級(jí)固定調(diào)諧的

8、小信號(hào)放大器，作用：放大中頻信號(hào)。 共一百四十三頁(yè)(5)檢波器解調(diào)，從中頻調(diào)幅波還原(hun yun)所傳送的調(diào)制信號(hào)。(6)低頻(dpn)放大器小信號(hào)放大器 功率放大器，作用：放大調(diào)制信號(hào)，向揚(yáng)聲器提供所需的推動(dòng)功率。共一百四十三頁(yè)可見(jiàn)，有用信號(hào)在不同頻率上進(jìn)行(jnxng)放大超外差接收機(jī) 。 特點(diǎn)：解調(diào)(ji dio)電路前包括混頻器、本機(jī)振蕩、中頻放大器等。 優(yōu)點(diǎn)： 增益高，選擇性好。直接高放接收機(jī)：解調(diào)前僅包括高放，無(wú)混頻器、本機(jī)振蕩、中頻放大器等，增益低，選擇性差。 共一百四十三頁(yè)6其他(qt)通信系統(tǒng) 調(diào)頻無(wú)線通信系統(tǒng)，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)都包括上述各模塊，區(qū)別(qbi)主要在于調(diào)制器

9、和解調(diào)器上。實(shí)現(xiàn)調(diào)制的模塊頻率調(diào)制器；實(shí)現(xiàn)解調(diào)的模塊頻率檢波器或鑒頻器。 數(shù)字通信系統(tǒng)，調(diào)制信號(hào)為數(shù)字信號(hào)，相應(yīng)的調(diào)制為數(shù)字調(diào)制。 軟件無(wú)線電，用軟件的方法實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)中一部分電路的功能，改變程序便可變更調(diào)制方式。 8小結(jié)(1)非線性電子線路討論的范圍除小信號(hào)放大器以外的其他功能電路振蕩器、功放、調(diào)制器、解調(diào)器、混頻器、倍頻器。 共一百四十三頁(yè) (2)本課程(kchng)討論的內(nèi)容三類電路 功率放大電路在輸入信號(hào)作用下，可將直流電源提供的部分功率轉(zhuǎn)換為按輸入信號(hào)規(guī)律變化(binhu)的輸出信號(hào)功率，并使輸出信號(hào)的功率大于輸入信號(hào)的功率。 振蕩電路可在不加輸入信號(hào)的情況下，穩(wěn)定地產(chǎn)生特定頻率或特

10、定頻率范圍的正弦波振蕩信號(hào)。 波形變換和頻率變換電路能在輸入信號(hào)作用下產(chǎn)生與之波形和頻譜不同的輸出信號(hào)。包括：調(diào)制電路、解調(diào)電路、混頻電路和倍頻電路。本課程將順序?qū)W習(xí)這三類電路。共一百四十三頁(yè)0.2非線性器件的基本(jbn)特點(diǎn)非線性電子線路中，上述三類功能的實(shí)現(xiàn)利用了器件的非線性特性，為此，有必要首先(shuxin)了解非線性器件的基本特點(diǎn)(參數(shù)、控制變量、不能用疊加定理)。 一、非線性器件特性的參數(shù) 主要有三個(gè)參數(shù)： 直流參數(shù)適用于直流分析 交流參數(shù)適用于頻率變換電路的分析 平均參數(shù)適用于功率放大和振蕩電路的分析共一百四十三頁(yè)iv圖 0-2-1例：非線性電阻(dinz)： 直流電導(dǎo)定義：

11、意義(yy)：表明直流電流與直流電壓間的依存關(guān)系。特點(diǎn)：其值是 VQ(或 IQ) 的非線性函數(shù)。應(yīng)用：直流分析。 交流電導(dǎo)定義：意義：伏安特性曲線上任一點(diǎn)的斜率，或該點(diǎn)上增量電流與增量電壓的比值。特點(diǎn)：其值是 VQ(或 IQ)的非線性函數(shù)。應(yīng)用：交流分析。共一百四十三頁(yè) 平均(pngjn)電導(dǎo)圖 0-2-2在大信號(hào)作用下的電流波形定義：當(dāng)器件(qjin)兩端加余弦電壓 v = Vmcos t 時(shí)，因特性的非線性，流過(guò)器件的電流必為非余弦，將其按傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)：則平均電導(dǎo)即為基波電流振幅與外加電壓振幅之比： 意義：反映基波電流與外加電壓間的依存關(guān)系。特點(diǎn)：其值是 VQ(或 IQ) 的非線性函數(shù)。

12、 應(yīng)用：功放和振蕩電路分析。共一百四十三頁(yè)二、非線性器件(qjin)特性的控制變量控制變量不同，非線性器件的特性(txng)也不同，故分析時(shí)須注明它的控制變量。1控制量不同，特性不同iv圖 0-2-1例 1：二極管電壓為控制量電流對(duì)電壓呈指數(shù)關(guān)系變化；電流為控制量電壓對(duì)電流呈對(duì)數(shù)關(guān)系變化。2特性為非單調(diào)時(shí)多值和負(fù)值共一百四十三頁(yè)例 2 ：隧道(sudo)二極管圖 0-2-3伏安特性曲線(1)控制變量電壓(diny)：電流為單值電流：電壓為多值 壓控非線性器件(2)直流電導(dǎo) g0 0，在曲線上任一點(diǎn)均為正。 (3)交流電導(dǎo) g(a, b) 0，即在 a、b 段為負(fù)電導(dǎo)。 器件特性的描述與控制變量

13、有關(guān)，并可能出現(xiàn)負(fù)參數(shù)，尤其特性非單調(diào)變化時(shí)非線性與線性器件的重要區(qū)別。共一百四十三頁(yè)三、不滿足(mnz)疊加定理 若 i = f(v)，v = v1 + v2則 i = f(v1 + v2)但 i f(v1)+ f(v2)例 i = av2 v = v1 + v2 注意，i 中除體現(xiàn)兩電壓分別作用外，還包含(bohn)兩電壓乘積項(xiàng)產(chǎn)生的響應(yīng)電流。若 v1 = V1mcos 1t， v2 = V2mcos 2t ，則 i 中除出現(xiàn) 1，2 兩分量外，還出現(xiàn)兩電壓乘積項(xiàng)產(chǎn)生的角頻率為 1 2 的新頻率分量。出現(xiàn)新的頻率成分 非線性電路可以實(shí)現(xiàn)頻率加、減等更多電路功能。 共一百四十三頁(yè)0.3本課程

14、(kchng)的特點(diǎn)1工程(gngchng)上采用近似分析法 非線性器件物理特性復(fù)雜，需要解非線性方程或時(shí)變系數(shù)的線性微分方程。 對(duì)策：對(duì)器件數(shù)學(xué)模型和電路工作條件進(jìn)行合理近似，用近似分析方法獲得具有實(shí)用意義的結(jié)果。2功能與電路形式多對(duì)策：抓本質(zhì)功能再多也是借助器件的非線性；抓基本電路種類雖多，但都是在為數(shù)不多的基本電路上發(fā)展起來(lái)的。3重視實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，堅(jiān)持理論聯(lián)系實(shí)際 共一百四十三頁(yè)本書(shū)內(nèi)容(nirng)安排的三個(gè)層次： 由電路(dinl)功能的基本原理導(dǎo)出基本電路。 合理近似，引出對(duì)電路的工程近似分析。 根據(jù)分析結(jié)果，提出對(duì)電路的設(shè)計(jì)原則及改進(jìn)電路性能的基本途徑。共一百四十三頁(yè)第 1 章功率(

15、gngl)電子線路1.1功率(gngl)電子線路概述1.2功率放大器的電路組成和工作特性1.3乙類推挽功率放大電路1.4功率合成技術(shù)1.5整流與穩(wěn)壓電路 共一百四十三頁(yè)第 1 章 功率(gngl)電子線路1.1功率(gngl)電子線路概述1.1.1功率放大器1.1.2電源變換電路1.1.3功率器件共一百四十三頁(yè)1.1功率(gngl)電子線路概述 作用：高效地實(shí)現(xiàn)能量變換(binhun)和控制。 種類： (1)功率放大電路特點(diǎn)：放大用途：通信、音像等電子設(shè)備。 (2)電源變換電路特點(diǎn)：能量變換用途：電源設(shè)備、電子系統(tǒng)、工業(yè)控制等。共一百四十三頁(yè)1.1.1功率(gngl)放大器特點(diǎn)(tdin)：工

16、作在大信號(hào)狀態(tài)。一、功率放大器的性能要求 安全。輸出功率大，管子在極限條件下運(yùn)用。 高效率。 C 集電極效率(Collector Efficiency) Po 輸出信號(hào)功率 ；PD 電源提供的功率； PC 管耗 (Power Dissipation)/集電極耗散功率； Po 一定，C 越高，PD 越小 PC 小， 既可選 PCM 小的管子，以降低費(fèi)用，也節(jié)省能源。 失真小。共一百四十三頁(yè)盡管功率增益也是重要(zhngyo)的性能指標(biāo)，但安全、高效和小失真更重要，前者可以通過(guò)增加前置級(jí)禰補(bǔ)。 二、功率管的運(yùn)用(ynyng)特點(diǎn)1功率管的運(yùn)用狀態(tài)根據(jù)功率管在一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)導(dǎo)通時(shí)間的不同，功率管運(yùn)用

17、狀態(tài)可分為甲類、乙類、甲乙類、丙類等多種。 甲類：功率管在一個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通 ，c = 。 乙類：功率管僅在半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通，c = /2。 甲乙類：管子在大于半個(gè)周期小于一個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通， /2 c 。 丙類：功率管在小于半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通，c /2。 功率管運(yùn)用狀態(tài)通?？窟x擇靜態(tài)工作點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。功率管的運(yùn)用狀態(tài)共一百四十三頁(yè)根據(jù)下列(xili)曲線說(shuō)出功率管的應(yīng)用狀態(tài)：圖 111各種運(yùn)用狀態(tài)下的輸出電流波形2不同運(yùn)用(ynyng)狀態(tài)下的 C管子的運(yùn)用狀態(tài)不同，相應(yīng)的 Cmax 也不同。 減小 PC 可提高 C。 共一百四十三頁(yè)假設(shè)集電極瞬時(shí)電流和電壓(diny)分別為 iC 和 vCE，則 PC 為

18、討論(toln)：若減少 PC，則要減少 iC vCE 方法 1：由甲類 甲乙類 乙類 丙類，即減小管子在信號(hào)周期內(nèi)的導(dǎo)通(增大 iC = 0)的時(shí)間。 方法 2：管子運(yùn)用于開(kāi)關(guān)狀態(tài)(又稱丁類)，即一周期內(nèi)半飽和半截止。飽和時(shí)，vCE VCE (sat) 很小 PC 很?。唤刂箷r(shí)，iC 很小，iC vCE 也很小 PC 很小。 總之：為提高 C，管應(yīng)用狀態(tài)可取乙類、丙類或丁類。但集電極電流波形失真嚴(yán)重，電路需采取特定措施(見(jiàn) 1.2 節(jié))。共一百四十三頁(yè)1.1.2電源變換(binhun)電路按變換(binhun)方式不同： (1)整流器(Rectifier)：交流電-直流電。應(yīng)用：電子設(shè)備供電

19、。 (2)直流-直流變換器(DC-DC Converter)：直流電-直流電。應(yīng)用：開(kāi)關(guān)電源。 (3)逆變器(Inverter)：直流電-交流電。應(yīng)用：不間斷電源、變頻電源。 (4) 交流-交流變換器(AC-AC Converter)：交流電-交流電。應(yīng)用：變壓等。 共一百四十三頁(yè)1.1.3功率(gngl)器件功率管的種類：(1)雙極型功率(gngl)晶體管(2)功率 MOS 管(3)絕緣柵雙極型功率管 功率管是功率放大電路的關(guān)鍵器件，為保證安全工作，需了解其極限參數(shù)及安全工作區(qū)。 以雙極型功率管為例，安全工作區(qū)受如下極限參數(shù)限制： 最大允許管耗 PCM。與散熱條件密切相關(guān)。 基極開(kāi)路集 -

20、射反向擊穿電壓 V(BR)CEO 。 集電極最大允許電流 ICM 。以上參數(shù)與功率管的結(jié)構(gòu)、工藝參數(shù)、封裝形式有關(guān)。共一百四十三頁(yè)一、功率管散熱和相應(yīng)(xingyng)的 PCM 管耗 PC 主要(zhyo)消耗在集電結(jié)上，使結(jié)溫升高。若集電極的散熱條件良好，集電結(jié)上的熱量很容易散發(fā)到周圍空氣中去，則集電結(jié)就會(huì)在某一較低溫度上達(dá)到熱平衡，此時(shí)集電結(jié)上產(chǎn)生的熱量等于散發(fā)到空氣中的熱量。反之，散熱條件不好，集電結(jié)就會(huì)在更高的溫度上達(dá)到熱平衡，甚至產(chǎn)生熱崩而燒壞管子。 熱崩(Thermal Runaway)： 集電結(jié)結(jié)溫(Tj) iC PC Tj 如此反復(fù)，直至 Tj TjM(集電結(jié)最高允許溫度)而

21、導(dǎo)致管子被燒壞的一種惡性循環(huán)現(xiàn)象。提高 PCM 的辦法：共一百四十三頁(yè)圖 114(a)、(b) 功率管底座上加裝散熱器 (c) 相應(yīng)的熱等效電路 管子集電極直接固定在金屬(jnsh)底座上。 金屬(jnsh)底座與管殼相連。 金屬底座還加裝金屬散熱器。共一百四十三頁(yè)各種( zhn)散熱片共一百四十三頁(yè)各種( zhn)功率晶體管共一百四十三頁(yè) 熱傳導(dǎo)過(guò)程(guchng)T2 為熱源溫度，T1 為空氣(kngq)溫度，P 為傳輸?shù)臒峁β?，Rth 為熱阻，單位 /W當(dāng)熱源產(chǎn)生熱量時(shí)，熱源溫度 T2 上升，向外部傳輸熱量，若產(chǎn)生的熱量和傳輸?shù)臒崃肯嗟龋_(dá)到熱平衡。T2 不再變化。晶體管的熱量傳遞Rjc

22、RcsPcRCaRsaTjTa共一百四十三頁(yè)因?yàn)?yn wi)R(th)cs + R(th)sa 0 時(shí)， T1 導(dǎo)通(忽略(hl)射結(jié)壓降)； vi2(t) 0 時(shí)， T2 導(dǎo)通； vi1(t) 0 時(shí)，T1 管(NPN 型) 導(dǎo)通(忽略射結(jié)壓降)，T2 管 (PNP型)截止，iC1( iE1)為正弦波的正半周；vi(t) 0，T1 導(dǎo)通，負(fù)載線 AQ 過(guò) Q 點(diǎn)，斜率為 - 1/RL ；Vi 0，T2 導(dǎo)通，負(fù)載線 AQ 過(guò) Q 點(diǎn)，斜率為 - 1/RL 。共一百四十三頁(yè)(2) 性能(xngnng)分析(忽略失真) 一般性能(xngnng)分析在 0 t 時(shí)，iC2 = 0 iC1 = I

23、cmsin t t 2 時(shí)，iC1 = 0 iC2 = Icmsin t集 - 射極間電壓：VCE1 = VCC - Vcmsin t，VCE2 = - VCC Vcmsin t通過(guò) RL 的電流：相應(yīng)產(chǎn)生的電壓：RL 上的輸出功率：PL = Po = VcmIcm/2 = I2cmRL/2 正負(fù)電源總的直流功率： PD = PD1 + PD2 = 2VCCIC0 = 2VCCIcm/共一百四十三頁(yè) 若充分激勵(lì)(jl)：與 RL 相匹配的輸入激勵(lì)(不出現(xiàn)飽和失真的最大激勵(lì))。 令 VCE(sat) = 0，ICEO = 0，則 Vcm = VCC，Icm = VCC/RL相應(yīng)(xingyng)

24、 Po 和 PD 達(dá)到最大，即 乙類功放的最大集電極效率比甲類功放高 若激勵(lì)不足 Vcm 減小，引入電源電壓利用系數(shù) 表示 Vcm的減小程度。 共一百四十三頁(yè)定義(dngy) = Vcm/VCC集電極管耗：分析：當(dāng)輸入激勵(lì)由大減小，即 減小時(shí)，Po、PD、C 均單調(diào)減小，而 PC1 和 PC2 的變化非單調(diào)，時(shí)最大，其值為共一百四十三頁(yè)P(yáng)D, CCmax(0.785)C圖 127功放性能(xngnng)隨 變化的特性： 小時(shí)(xiosh)，PD 、Po 、 C ?。?接近 1 時(shí)，PD 、Po 、C 大。結(jié)論： PC 非單調(diào)變化，兩頭小，中間大。 PD 隨 (激勵(lì))線性增大，與甲類(不變)不同

25、。共一百四十三頁(yè)(3) 管安全(nqun)由 增大 VCC，減小 RL，且輸入充分激勵(lì)，輸出功率將增大，但最后(zuhu)受到下列安全工作條件的限制： PC1max = PC2max = 0.2Pomax PCM取其中的小值 檢查二次擊穿。共一百四十三頁(yè)1.3乙類推挽(tu wn)功率放大電路從原理電路到實(shí)用電路，還需解決如下等問(wèn)題： 交越失真 加偏置電路； 雙電源 單電源供電； 互補(bǔ)管難配 準(zhǔn)互補(bǔ)推挽電路； 安全 過(guò)載保護(hù)(boh)； 充分激勵(lì) 輸入激勵(lì)電路。一、交越失真和偏置電路1交越失真(Crossover Distortion) (1)定義 在零偏置條件下，考慮到導(dǎo)通電壓的影響，輸出電

26、壓波形在銜接處出現(xiàn)的失真，稱交越失真。共一百四十三頁(yè)圖 132圖解分析乙類推挽電路時(shí)，兩管的合成傳輸特性交越失真(sh zhn)共一百四十三頁(yè)(2) 解決(jiju)途徑圖 133加偏置的互補(bǔ)推挽電路及其傳輸特性 輸入端兩管適當(dāng)(shdng)正偏，使其工作在甲乙類。 由傳輸特性可見(jiàn)：只要 VBB 取值合適，上下兩路傳輸特性起始段的彎曲部分就可相互補(bǔ)償，合成傳輸特性趨近于直線，在輸入正弦電壓激勵(lì)下，得到不失真的輸出電壓。 共一百四十三頁(yè)(3)常用(chn yn)電路 二極管偏置(pin zh)電路 VBE 倍增電路 2二極管偏置電路 在集成電路中，偏置二極管通常由晶體管取代，如圖 1-3-4(b

27、)所示?；蛘哂没パa(bǔ)管 T3、T4 取代，如圖 1-3-4(c)所示。圖 1-3-4二極管偏置電路共一百四十三頁(yè)問(wèn)題：偏置電路是否影響輸入信號(hào)(xnho) vi (t) 的傳輸。 解答：二極管正向交流(jioli)電阻很小，可認(rèn)為交流短路。 圖 1-3-4二極管偏置電路共一百四十三頁(yè)3VBE 倍增(bi zn)電路圖 135VBE 倍增偏置電路(1)偏置(pin zh)電路由 T3、R1、R2 組成，且由電流源 IR 激勵(lì)，為互補(bǔ)功率管 T1、T2 提供偏置電壓 VBB。T3、R1 構(gòu)成電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路，反饋電路的電阻很小，幾乎不影響輸入信號(hào)的傳輸。 共一百四十三頁(yè)圖 135VBE 倍增偏置電

28、路(2)倍增(bi zn)原理 式中，VBE3 = VT ln(IE3 / IS) VT ln(IR / IS)上式表明：偏置(pin zh)電路提供的偏置(pin zh)電壓 VBB 是 VBE3 的倍增值，且其值受 R1 和 R2 控制，故稱為 VBE 倍增電路。(3)熱補(bǔ)償T ICQ VBE3VBB ICQ 共一百四十三頁(yè)二、單電源供電的互補(bǔ)(h b)推挽電路(OTL) 圖 1361電路特點(diǎn) 單電源供電 負(fù)載(fzi)串接大容量隔直電容 CL。VCC 與兩管串接，若兩管特性配對(duì)，則 VO = VCC/2，CL 等效為電壓等于 VCC/2 的直流電源。2工作原理 T1 管的直流供電電壓：V

29、CC VO = VCC/2， T2 的供電電壓：0 VO = VCC/2。單電源供電電路等效為 VCC/2 和 VCC/2 的雙電源供電電路。共一百四十三頁(yè)三、準(zhǔn)互補(bǔ)推挽(tu wn)電路 1問(wèn)題(wnt)的提出互補(bǔ)要求兩功率管特性配對(duì)，難實(shí)現(xiàn)。 2解決辦法采用復(fù)合管取代互補(bǔ)管，構(gòu)成準(zhǔn)互補(bǔ)推挽電路。 3電路 圖 137準(zhǔn)互補(bǔ)推挽電路復(fù)合管 T1、T2 等效為 NPN 型管；T3與 T4 等效為 PNP 型管。 共一百四十三頁(yè)三、準(zhǔn)互補(bǔ)推挽電路 3電路 復(fù)合管 T1、T2 等效為 NPN 型管；T3與 T4 等效為 PNP 型管。 其中，T1、T3 為小功率管，它們之間是互補(bǔ)的，T2、T4 為大

30、功率管，它們是同型，便于特性(txng)配對(duì)，故稱為準(zhǔn)互補(bǔ)推挽電路。 R1，R2(幾百歐姆(u m) 減小復(fù)合管的反向飽和電流。 共一百四十三頁(yè)四、保護(hù)(boh)電路1必要性實(shí)際可能發(fā)生負(fù)載(fzi)短路，電流迅速增大等異?，F(xiàn)象，造成功率管損壞。為了安全起見(jiàn)，應(yīng)有過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)熱保護(hù)。2過(guò)流保護(hù)電路 (1)電路圖 138限流保護(hù)電路T1、T2：保護(hù)管；R1、R2 ：取樣電阻。(2)原理以保護(hù)管 T1 為例。共一百四十三頁(yè)四、保護(hù)電路2過(guò)流保護(hù)電路 (1)電路T1、T2 ：保護(hù)管；R1、R2 ：取樣電阻。(2)原理以保護(hù)管 T1 為例。正常時(shí)，VR1 不足以使 T1 導(dǎo)通，不起保護(hù)(boh)作用

31、。異常時(shí)，VR1 使 T1導(dǎo)通，分流 i1，限制 T3 管的輸出(shch)電流，起到了限流保護(hù)作用。T2 對(duì) T4 的限流保護(hù)作用同上。 共一百四十三頁(yè)五、輸入激勵(lì)(jl)電路1必要性 互補(bǔ)功放, 功率管為射隨器，Av 1。若要求(yoqi)輸出最大信號(hào)功率，則要求(yoqi)激勵(lì)級(jí)提供振幅接近電源電壓的推動(dòng)電壓(單電源為 VCC /2 )。2電路 圖 139(a)未加自舉電容的電路(b)輸入激勵(lì)級(jí)圖解分析T3：輸入激勵(lì)級(jí)， T3 的直流負(fù)載 R(忽略 T1 和 T2基極電流)，直流負(fù)載線為。共一百四十三頁(yè)圖 139(a)未加自舉電容的電路(b)輸入激勵(lì)級(jí)圖解分析3輸出(shch)振幅 交流

32、負(fù)載 r R/ri R，則交流負(fù)載線如 曲線 所示，輸出信號(hào)電壓振幅可接近 VCC/2。共一百四十三頁(yè)4改進(jìn)(gijn)電路 電流源構(gòu)成有源負(fù)載放大器，直流電阻小，交流(jioli)電阻大。 采用自舉電路 圖 139 (c)加自舉電容的電路R1 ，R2 ， C2，取代 R 。特點(diǎn)：交流電位由 O 經(jīng) C2 自舉到 C 點(diǎn)，即 vC vO。 工作原理：Av 1，故 vB vO vC，通過(guò) R2 的交流電流 i 0，因而從 B 點(diǎn)向虛線框看進(jìn)去的交流電阻(vB/i)很大，趨于無(wú)窮，T3 的交流負(fù)載電阻便近似等于 T1(或 T2)電路的輸入電阻。共一百四十三頁(yè)第 1 章 功率(gngl)電子線路1.

33、4功率合成(hchng)技術(shù) 1.4.1功率合成電路的作用 1.4.2傳輸線變壓器1.4.3用傳輸線變壓器構(gòu)成的魔 T 混合網(wǎng)絡(luò)共一百四十三頁(yè)1.4.1功率(gngl)合成電路的作用功率合成技術(shù)(jsh)就是將多個(gè)功率放大器的輸出功率疊加起來(lái)，給負(fù)載提供足夠大的輸出功率。 一、功率合成A，B 兩端輸入等值同相功率，C 端負(fù)載 Rc獲得兩輸入功率的合成，而 D 端負(fù)載 Rd 上無(wú)功率輸出。 共一百四十三頁(yè) A，B 兩端輸入等值同相功率，C 端負(fù)載 Rc獲得兩輸入功率的合成(hchng)，而 D 端負(fù)載 Rd 上無(wú)功率輸出。 A、B 兩輸入端輸入等值反相功率，D 端負(fù)載(fzi)Rd 獲得兩輸入功

34、率的合成，而 C 端負(fù)載 Rc 上無(wú)功率輸出。 共一百四十三頁(yè)二、彼此(bc)隔離當(dāng) Rd 和 Rc 之間滿足特定關(guān)系時(shí)，A、B 兩輸入(shr)端彼此隔離。 共一百四十三頁(yè)三、功率(gngl)分配當(dāng) Ra = Rb 時(shí)，將功率(gngl)放大器加在 D 端，功率放大器的輸出功率均等地分配給 Ra 和 Rb ，且它們之間是反相的，而 C 端無(wú)功率輸出。 將功率放大器加 C端，功率放大器的輸出功率均等地分配給 Ra 和 Rb，且它們之間是同相的，而 D 端無(wú)功率輸出。 共一百四十三頁(yè)一個(gè)理想的功率合成(hchng)電路應(yīng)該具有以下特點(diǎn)： N 個(gè)同類型的功率放大器，它們的輸出(shch)振幅相等，

35、通過(guò)功率合成器輸出(shch)給負(fù)載的功率應(yīng)等于各功率放大器輸出(shch)功率的和。 與功率合成器連接的各功率放大器彼此隔離，任何一個(gè)功率放大器發(fā)生故障時(shí)，不影響其他放大器的功率輸出。 實(shí)現(xiàn)功率合成的電路種類很多，一般都由無(wú)源元件組成，統(tǒng)稱為魔 T 混合網(wǎng)絡(luò)。在實(shí)際應(yīng)用中，往往需要功率合成電路具有寬帶特性，這種功率合成電路由傳輸線變壓器構(gòu)成。 共一百四十三頁(yè)1.4.2傳輸線變壓器一、變壓器和傳輸線的工作(gngzu)頻帶高頻變壓器：由于線圈的漏感和匝間分布電容的作用，其上限頻率只能工作在幾十兆赫，下限頻率受激磁(jc)電感量的限制。 傳輸線：傳輸線就是連接信號(hào)源和負(fù)載的兩根導(dǎo)線，它的上限頻率

36、與導(dǎo)線長(zhǎng)度 l 有關(guān)，l 越小，上限頻率 fH 越高。它的下限頻率為零。 共一百四十三頁(yè)傳輸線變壓器如圖 143 所示。圖 1-4-3傳輸線變壓器 設(shè)上限頻率(pnl) fH 對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)為 min ,取可以(ky)認(rèn)為： v1 = v2 = v，i1 = i2 = i 共一百四十三頁(yè)二、傳輸線變壓器的工作(gngzu)原理傳輸線變壓器原理圖如圖 1 44(a)所示。 將傳輸線繞于磁環(huán)上便構(gòu)成(guchng)傳輸線變壓器。傳輸線可以是同軸電纜、雙絞線、或帶狀線，磁環(huán)一般是鎳鋅高磁導(dǎo)率的鐵氧體。 共一百四十三頁(yè)三、傳輸線變壓器功能(gngnng)1對(duì)稱(duchn)與不對(duì)稱(duchn)變換對(duì)稱

37、不對(duì)稱變換，將對(duì)地對(duì)稱的雙端輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)地不對(duì)稱的單端輸出信號(hào)，如圖 146(a)所示。圖 1-4-6對(duì)稱與不對(duì)稱變壓器(a) 對(duì)稱-不對(duì)稱(b) 不對(duì)稱-對(duì)稱共一百四十三頁(yè)參見(jiàn)圖 144(b)，在高頻時(shí)，傳輸線變壓器以電磁能交替變換(binhun)的傳輸方式傳送能量。如圖 144(c)所示，在低頻時(shí)，由于傳輸線繞在磁環(huán)上，1 端和 2 端與 3 端和 4 端的短導(dǎo)線成為較大的電感線圈，避免了信號(hào)源和負(fù)載被短接，實(shí)現(xiàn)了倒相作用。能量通過(guò)(tnggu)傳輸線方式和磁耦合方式傳送。共一百四十三頁(yè)不對(duì)稱 對(duì)稱變換，將對(duì)地不對(duì)稱的單端輸入(shr)信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)地對(duì)稱的雙端輸出信號(hào)，如圖 146(b

38、)所示。 (a) 對(duì)稱 不對(duì)稱(b) 不對(duì)稱 對(duì)稱共一百四十三頁(yè)2阻抗(zkng)變換器傳輸線變壓器可以(ky)構(gòu)成阻抗變換器，由于結(jié)構(gòu)的限制，通常只能實(shí)現(xiàn)特定的阻抗比的變換。4 : 1 阻抗變換器如圖 147(a)所示，圖中阻抗關(guān)系為 共一百四十三頁(yè)實(shí)現(xiàn)(shxin) 4 : 1 的阻抗變換。傳輸線變壓器的特性阻抗為 共一百四十三頁(yè)1 : 4 阻抗(zkng)變換器如圖 147(b)所示，圖中阻抗關(guān)系為 實(shí)現(xiàn)(shxin) 1 : 4 的阻抗變換。傳輸線變壓器的特性阻抗為共一百四十三頁(yè)1.4.3用傳輸線變壓器構(gòu)成的魔 T 混合(hnh)網(wǎng)絡(luò)一、功率(gngl)合成如圖 1-4-8 所示，Tr

39、1 為魔 T 混合網(wǎng)絡(luò)，Tr2 為對(duì)稱 不對(duì)稱變換器。 輸入信號(hào)接在 A 端和 B 端，根據(jù)節(jié)點(diǎn)方程 i = ia - id，i = id - ib 共一百四十三頁(yè)i = ia - id，i = id - ib 求出 而ic = 2i = ia - ib 共一百四十三頁(yè)i = ia - id，i = id - ib ic = 2i = ia - ib 1輸入(shr)為等值反相信號(hào) ia = ib = Imsin t，va = vb = Vmsin t 因?yàn)?ic = 0，所以 C 端無(wú)功率(gngl)輸出。 vd = va + vb = 2Vmsin t，共一百四十三頁(yè) ia = ib =

40、Imsin t，va = vb = Vmsin t 因?yàn)?ic = 0所以 C 端無(wú)功率輸出。 vd = va + vb = 2Vmsin t，D 端的(dund)輸出功率輸出功率為 A 端輸入(shr)功率和 B 端輸入功率的和。 每個(gè)功率放大器的等效負(fù)載共一百四十三頁(yè)2輸入(shr)為等值同相信號(hào) ia = -ib = Imsin t， va = -vb = Vmsin t 因?yàn)?yn wi) id = 0所以 D 端無(wú)功率輸出。 vc = va = -vb = Vmsin t， ic = ia - ib = 2Imsin tC 端的輸出功率輸出功率為 A 端輸入功率和 B 端輸入功率的和

41、。 共一百四十三頁(yè)2輸入為等值同相信號(hào) ia = -ib = Imsin t， va = -vb = Vmsin t 因?yàn)?id = 0，所以 D 端無(wú)功率輸出。 vc = va = -vb = Vmsin t， ic = ia - ib = 2Imsin tC 端的輸出功率輸出功率為 A 端輸入功率和 B 端輸入功率的和。 每個(gè)功率(gngl)放大器的等效負(fù)載共一百四十三頁(yè)3異常輸入(shr)情況 ia ib，va vb 根據(jù)(gnj)電路的約束條件將代入并整理，求解出共一百四十三頁(yè)若取ia 僅與 va 有關(guān)(yugun)，ib 僅與 vb 有關(guān)。實(shí)現(xiàn)了 A 端和 B 端的隔離，稱為 A、B

42、 間的隔離條件。 共一百四十三頁(yè)二、功率(gngl)分配1同相功率(gngl)分配同相功率分配電路如圖 149(a)所示。 ic = 2i ，ia = i - id ，ib = i + id ，vd = idRd = iaRa - ibRb整理得到共一百四十三頁(yè)圖 149功率分配電路(a) 同相ic = 2i ，ia = i - id ，ib = i + id ， vd = idRd = iaRa - ibRb取 Ra = Rb = R 則id = 0D 端無(wú)功率(gngl)輸出。 ia = ib = ic /2A 端和 B 端獲得(hud)等值同相功率。 C 端的等效負(fù)載為 R/2。 共一百

43、四十三頁(yè)圖 149功率分配電路(b) 反相2反相功率(gngl)分配 反相功率(gngl)分配電路如圖 14 9(b)所示。 同理可以證明：當(dāng) Ra = Rb = R 時(shí)ic = 2i = 0 ia = ib = id 則 ic = 0C 端無(wú)功率輸出。 A 端和 B 端獲得等值反相功率。 D 端的等效負(fù)載為 2R。 共一百四十三頁(yè)第 1 章 功率(gngl)電子線路1.5整流(zhngli)與穩(wěn)壓電路 1.5.1整流電路1.5.2串聯(lián)型穩(wěn)壓器 1.5.3開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓器共一百四十三頁(yè)整流電路的功能(gngnng)是將電力網(wǎng)提供的交流電壓變換為直流電壓。穩(wěn)壓電路具有調(diào)節(jié)功能(gngnng)，將整流

44、電路輸出的不穩(wěn)定直流電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流電壓。 1.5.1整流(zhngli)電路整流電路有半波、全波、橋式三種基本形式。 一、半波整流電路半波整流電路如圖 151(a) 所示。共一百四十三頁(yè)在圖 151(a)中，Tr 電源(dinyun)變壓器；D 整流二極管；RL 負(fù)載電阻；CL 濾波電容。設(shè)v2 =V2msin t忽略二極管的導(dǎo)通電壓(diny)，并設(shè)導(dǎo)通電阻為 RD。 v2 vo 二極管導(dǎo)通，電容充電。 v2 vO 時(shí)，二極管導(dǎo)通，所以在 v2 的正負(fù)半周 D1 和 D2 輪流導(dǎo)通。 穩(wěn)態(tài)波形如圖 154(b)所示。共一百四十三頁(yè)O由于電流脈沖(michng)的頻率比半波整流提高一倍，

45、輸出的直流電流 IO 和輸出電壓 VO 比半波整流電路大，RL 和 CL 的濾波作用提高，紋波電壓比半波整流電路小。 共一百四十三頁(yè)2橋式整流電路圖 155橋式整流電路及其電壓和電流波形 如圖 155(a)所示，v2 正峰值附近(fjn) D1、D3 導(dǎo)通，D2、D4 截止。 v2 負(fù)峰值附近(fjn) D2、D4 導(dǎo)通，D1、D3 截止。 共一百四十三頁(yè)圖 1-5-5橋式整流電路及其電壓和電流波形 IO 與 VO 與全波整流電路相同，但截止時(shí)的反向電壓(diny)由兩只二極管共同承擔(dān)。 電壓和電流(dinli)的波形如圖 1 55(d)、(e)、(f)所示。 共一百四十三頁(yè)三、三種(sn z

46、hn)整流電路的性能 1半波整流電路(dinl) 優(yōu)點(diǎn)：元件少，電路簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：VO 小，紋波大。 2全波整流電路 優(yōu)點(diǎn)：VO 大，紋波小。缺點(diǎn)：二極管承受的反向電壓高。3橋式整流電路 優(yōu)點(diǎn)：VO 大，紋波小，輸出功率相同時(shí)，變壓器的伏安容量比全波整流小。缺點(diǎn)：二極管數(shù)量多。共一百四十三頁(yè)四、倍壓整流(zhngli)電路倍壓整流電路如圖 159 所示。適用(shyng)于 VO 大，IO 小的場(chǎng)合。動(dòng)態(tài)平衡后，v2 正峰值附近 D1 導(dǎo)通，向 CL1 充電，充電電壓 vO1，v2 負(fù)峰值附近 D2 導(dǎo)通，向 CL2 充電，充電電壓 vO2。負(fù)載 RL 上的電壓為半波整流電路的兩倍。 同樣原理可

47、以構(gòu)成多次倍壓電路。共一百四十三頁(yè)1.5.2串聯(lián)(chunlin)型穩(wěn)壓器一、工作(gngzu)原理1組成串聯(lián)型穩(wěn)壓器的組成如圖 1-5-12(a)所示。 圖 1-5-12(a)串聯(lián)穩(wěn)壓電路的組成方框圖 串聯(lián)型穩(wěn)壓器組成：調(diào)整管、取樣電路、基準(zhǔn)電壓源和比較放大器。調(diào)整管功率管或復(fù)合管與負(fù)載串聯(lián)。比較放大器單管放大器、差分放大器、集成運(yùn)放等。 共一百四十三頁(yè)串聯(lián)型穩(wěn)壓器組成(z chn)：調(diào)整管、取樣電路、基準(zhǔn)電壓源和比較放大器。調(diào)整管功率管或復(fù)合管與負(fù)載串聯(lián)。比較放大器單管放大器、差分放大器、集成運(yùn)放等。 圖 1-5-12(a)串聯(lián)穩(wěn)壓電路的組成方框圖 基準(zhǔn)(jzhn)電壓源溫度系數(shù)很小的電壓

48、源電路。 比較放大器單管放大器、差分放大器、集成運(yùn)放等。 共一百四十三頁(yè)串聯(lián)(chunlin)型穩(wěn)壓器的工作原理如圖 1512(b)所示。 T5 調(diào)整管，工作(gngzu)在放大區(qū)。 VB5 VCE5 。R1、R2 取樣電路。取樣電壓基準(zhǔn)電壓 VREF 由 T1、T2 組成的差分放大器作為比較放大器，T3、T4 為有源負(fù)載。 共一百四十三頁(yè)當(dāng)VS = VREF VO = VI - VCE5 = VREF/n若 VI 或 RL 變化(binhu)使 VO 增加VO VS (VREF 不變) VC2 = VB5 VCES VO 。 反之亦然。 共一百四十三頁(yè)二、穩(wěn)壓(wn y)性能1穩(wěn)壓(wn y

49、)系數(shù) SV 輸入電壓變化 VI 時(shí)，輸出電壓的相對(duì)變化量稱為穩(wěn)壓系數(shù)2負(fù)載調(diào)整率 SI 輸入電壓 VI 不變，輸出電流變化時(shí)，輸出電壓的相對(duì)變化量稱為負(fù)載調(diào)整率共一百四十三頁(yè)1穩(wěn)壓系數(shù) SV 2負(fù)載調(diào)整率 SI 3輸出電阻 Ro 將穩(wěn)壓源等效為一個(gè)(y )電壓源時(shí)的內(nèi)阻。 除以上參數(shù)外，還有紋波抑制比 Srip 和輸出電壓溫度(wnd)系數(shù)ST 等。共一百四十三頁(yè)三、集成(j chn)串聯(lián)穩(wěn)壓電源1基準(zhǔn)電壓(diny)源電路 穩(wěn)壓二極管構(gòu)成的基準(zhǔn)電壓源電路如圖 1513(a)所示。 設(shè) T 管的發(fā)射結(jié)和 D2、D3 的正向?qū)妷壕嗟?，?V(on) 表示。 共一百四十三頁(yè)基準(zhǔn)(jzhn)

50、電壓 VREF VZ(6 8 V)具有正溫度(wnd)系數(shù)，V(on) 具有負(fù)溫度系數(shù)。 共一百四十三頁(yè)滿足時(shí)，基準(zhǔn)電壓 VREF 的溫度系數(shù) 共一百四十三頁(yè)如圖 1513(b)所示的能隙基準(zhǔn)(jzhn)電壓源電路中忽略 T3 管的基極(j j)電流VT 具有正溫度系數(shù)，VBE(on) 具有負(fù)溫度系數(shù)。適當(dāng)選擇電阻的比值(R2/R3)，可以使 VREF 的溫度系數(shù)為零。 共一百四十三頁(yè)27800 系列(xli)三端式集成串聯(lián)穩(wěn)壓電路 典型應(yīng)用(yngyng)電路圖 1-5-14(a)所示。 輸出電壓 VO 固定，5 V、6 V、9 V、 。 輸入電壓 VI 一般應(yīng)比輸出電壓高 3 V 以上。 C1、C2 消振作用。內(nèi)部電路如圖 1-5-14(b)所示。 共一百