電子線路非線性部分第五件演示文稿

電子線路非線性部分第五版件演示文稿目前一頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)優(yōu)選電子線路非線性部分第五版件目前二頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)

小信號(hào)條件下，輸入信號(hào)小，在一定條件下電路可用線性等效電路表示，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)纖維傳送信息目前三頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)2．無(wú)線通信系統(tǒng)圖0-1-1無(wú)線通信系統(tǒng)的組成

組成：發(fā)射裝置+接收裝置+傳輸媒體(1)

發(fā)射裝置

①換能器：

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。②發(fā)射機(jī)：

無(wú)線通信系統(tǒng)的組成目前四頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)③天線：將高頻電振蕩變成電磁波向傳輸媒質(zhì)輻射。

(2)

接收裝置

接收是發(fā)射的逆過(guò)程。①接收天線：高頻電振蕩電信號(hào)②接收機(jī)：將從空間接收的電磁波高頻電振蕩。③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。目前五頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)表1各波段特點(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)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<10>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)目前六頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)圖0-1-2無(wú)線電波傳播方式傳播距離：電離層＞地面＞直線

目前七頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)3．無(wú)線通信存在的問(wèn)題(1)接收信號(hào)微弱

電磁波接收天線(2)存在干擾例如其他電臺(tái)的發(fā)射信號(hào)，各種工業(yè)、醫(yī)學(xué)裝置輻射電磁波，大氣層、宇宙固有的電磁干擾等。對(duì)接收裝置的要求：增益高，選擇性好。4．解決方案

發(fā)射機(jī)和接收機(jī)借助線性和非線性電子線路對(duì)攜有信息的電信號(hào)進(jìn)行變換和處理。除放大外，最主要有調(diào)制、解調(diào)。

(1)調(diào)制

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)。

目前八頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)調(diào)制信號(hào)：攜有信息的電信號(hào)。

載波信號(hào)：未調(diào)制的高頻振蕩信號(hào)。

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

①減小天線的尺寸。音頻范圍：20Hz~20kHz，若發(fā)射100Hz，波長(zhǎng)

=c

/f=3000

km，天線至少幾百千米。需減少波長(zhǎng)，提高發(fā)射頻率。

②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。

目前九頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)5．調(diào)幅發(fā)射機(jī)組成圖0-1-3調(diào)幅廣播發(fā)射機(jī)的組成調(diào)幅廣播發(fā)射機(jī)的組成目前十頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)各部分作用：

(1)振蕩器產(chǎn)生fosc

的高頻振蕩信號(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。目前十一頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)6．調(diào)幅接收機(jī)

圖0-1-4調(diào)幅廣播接收機(jī)的組成調(diào)幅廣播接收機(jī)的組成目前十二頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)

(1)

高頻放大器

為小信號(hào)諧振放大器，作用：

①

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)。

②放大。放大選出的有用信號(hào)。目前十三頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)

(2)

混頻器

兩路輸入為：

①

由高放級(jí)：已調(diào)信號(hào)fc

。

②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。目前十四頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)

(3)本機(jī)振蕩

產(chǎn)生頻率為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)中頻放大器為多級(jí)固定調(diào)諧的小信號(hào)放大器，作用：放大中頻信號(hào)。目前十五頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)

(5)檢波器解調(diào)，從中頻調(diào)幅波還原所傳送的調(diào)制信號(hào)。

(6)低頻放大器小信號(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。目前十六頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)可見(jiàn)，有用信號(hào)在不同頻率上進(jìn)行放大——超外差接收機(jī)。

特點(diǎn)：解調(diào)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。

目前十七頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)7．其他通信系統(tǒng)

①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)別主要在于調(diào)制器和解調(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。

②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。

③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。

目前十八頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)

(2)本課程討論的內(nèi)容——三類電路①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。

②振蕩電路——可在不加輸入信號(hào)的情況下，穩(wěn)定地產(chǎn)生特定頻率或特定頻率范圍的正弦波振蕩信號(hào)。③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。目前十九頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)0.2

非線性器件的基本特點(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)：①直流參數(shù)適用于直流分析②交流參數(shù)適用于頻率變換電路的分析③平均參數(shù)適用于功率放大和振蕩電路的分析目前二十頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)iv圖0-2-1例：非線性電阻：①直流電導(dǎo)定義：

意義：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。②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。目前二十一頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)③

平均電導(dǎo)圖0-2-2在大信號(hào)作用下的電流波形定義：當(dāng)器件兩端加余弦電壓v=Vmcost

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：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)。

應(yīng)用：功放和振蕩電路分析。目前二十二頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)二、非線性器件特性的控制變量控制變量不同，非線性器件的特性也不同，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)值目前二十三頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)例2

：隧道二極管圖0-2-3伏安特性曲線(1)控制變量電壓：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。目前二十四頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)三、不滿足疊加定理若

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，還包含兩電壓乘積項(xiàng)產(chǎn)生的響應(yīng)電流。若v1=V1mcos1t，v2=V2mcos2t

，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12

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。

目前二十五頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)0.3

本課程的特點(diǎn)1．工程上采用近似分析法

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)際目前二十六頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)本書內(nèi)容安排的三個(gè)層次：

①由電路功能的基本原理導(dǎo)出基本電路。

②合理近似，引出對(duì)電路的工程近似分析。

③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。目前二十七頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)第1章功率電子線路1.1功率電子線路概述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)壓電路目前二十八頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)第

1章功率電子線路1.1功率電子線路概述

功率放大器

電源變換電路

功率器件目前二十九頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)1.1功率電子線路概述

作用：高效地實(shí)現(xiàn)能量變換和控制。

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。目前三十頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)

功率放大器特點(diǎn)：工作在大信號(hào)狀態(tài)。一、功率放大器的性能要求

①安全。輸出功率大，管子在極限條件下運(yùn)用。

②高效率。

C

——集電極效率(CollectorEfficiency)

Po

——

輸出信號(hào)功率；PD——

電源提供的功率；

PC

——

管耗

(PowerDissipation)/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。

③失真小。目前三十一頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)盡管功率增益也是重要的性能指標(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)用狀態(tài)可分為甲類、乙類、甲乙類、丙類等多種。①甲類：功率管在一個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通，c

=。②乙類：功率管僅在半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通，c

=/2。

③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

。④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)目前三十二頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)根據(jù)下列曲線說(shuō)出功率管的應(yīng)用狀態(tài)：圖1–1–1各種運(yùn)用狀態(tài)下的輸出電流波形2．不同運(yùn)用狀態(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。

目前三十三頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)假設(shè)集電極瞬時(shí)電流和電壓分別為iC

和

vCE，則PC為討論：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??；

截止時(shí)，iC

很小，iCvCE

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))。目前三十四頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)

電源變換電路按變換方式不同：

(1)整流器(Rectifier)：交流電-直流電。應(yīng)用：電子設(shè)備供電。

(2)直流-直流變換器(DC-DCConverter)：直流電-直流電。應(yīng)用：開關(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-ACConverter)：交流電-交流電。應(yīng)用：變壓等。

目前三十五頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)

功率器件功率管的種類：(1)雙極型功率晶體管(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：①最大允許管耗

PCM。與散熱條件密切相關(guān)。②基極開路集-射反向擊穿電壓V(BR)CEO。③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)。目前三十六頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)一、功率管散熱和相應(yīng)的PCM

管耗PC

主要消耗在集電結(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(ThermalRunaway)：

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：目前三十七頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)圖1–1–4

(a)、(b)

功率管底座上加裝散熱器(c)

相應(yīng)的熱等效電路①管子集電極直接固定在金屬底座上。②金屬底座與管殼相連。③金屬底座還加裝金屬散熱器。目前三十八頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)各種散熱片目前三十九頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)各種功率晶體管目前四十頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)

熱傳導(dǎo)過(guò)程T2為熱源溫度，T1

為空氣溫度，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?，達(dá)到熱平衡。T2

不再變化。晶體管的熱量傳遞RjcRcsPcRCaRsaTjTa目前四十一頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)因?yàn)镽(th)cs+R(th)sa<<R(th)ca

所以Rth

R(th)jc+R(th)cs+R(th)ca

晶體管手冊(cè)中給出的PCM

是在指定散熱器尺寸和環(huán)境溫度(Ta=25℃)時(shí)給出的數(shù)據(jù)。具體數(shù)值可由下式確定目前四十二頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)二、二次擊穿除PCM、ICM

和V(BR)CEO

滿足安全工作條件外，要保證功率管安全工作，還要求不發(fā)生二次擊穿。

二次擊穿(SecondaryBreakdown)：當(dāng)集-

射反向電壓超過(guò)V(BR)CEO

時(shí)，會(huì)引起擊穿，但只要外電路限制擊穿后的電流，管子就不會(huì)損壞，待集電極電壓小于V(BR)CEO

后，管子可恢復(fù)正常工作。如果發(fā)生上述擊穿，電流不加限制，就會(huì)出現(xiàn)集電極電壓迅速減小，集電極電流迅速增大的現(xiàn)象，即為二次擊穿。

后果：過(guò)熱點(diǎn)的晶體熔化，集

-

射間形成低阻通道，引起vCE下降，iC

劇增，損壞功率管，且不可逆。

發(fā)生條件：它在高壓低電流時(shí)發(fā)生，相應(yīng)的功率稱為二次擊穿耐量PSB。目前四十三頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)圖1–1–5

圖計(jì)及二次擊穿時(shí)功率管的安全工作區(qū)功率管的安全工作區(qū)目前四十四頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)第

1章功率電子線路1.2

功率放大器的電路組成

和工作特性從一個(gè)例子講起

甲類、乙類功率放大器的電路組成及其功率性能目前四十五頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)

從一個(gè)例子講起圖1–2–1圖解分析(a)

圖1-2-1示為放大器的基本電路，現(xiàn)將其作為功率放大器來(lái)分析它的功率性能。由此揭示功率放大電路組成及其工作性能上的特點(diǎn)。

分析法應(yīng)用等效電路法小信號(hào)圖解法大信號(hào)冪級(jí)數(shù)法頻率變換時(shí)變參量法混頻電子線路分析方法目前四十六頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)

功率放大器為大信號(hào)放大器，工程分析時(shí)，多采用特性曲線上作負(fù)載線的圖解分析法。

1．Q點(diǎn)的選擇為了使電路在管子不出現(xiàn)飽和與截止失真的條件下輸出功率最大，需把

Q選在負(fù)載線的中點(diǎn)，即VCE(sat)

0圖1–2–1圖解分析目前四十七頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)

2．集電極輸出電壓和電流(假設(shè)VCE(sat)和ICEO為0)圖1–2–1圖解分析(b)其中，目前四十八頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)3．PD(直流功率)、PL(負(fù)載功率)

、PC

(管耗)PL

和PC

均由直流和交流兩部分合成。例如：

PL

中：直流功率交流功率

所以

目前四十九頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)4．討論：(1)

電路組成上甲類功放

Cmax=25%

PD

中，輸出的信號(hào)功率Po僅占1/4，PD/2消耗在RL上。提高Cmax

的辦法：

①

降低

Q——合理選擇管子的運(yùn)用狀態(tài)(乙類或甲乙類)減小管子的靜態(tài)損耗。

②

消除RL

上的直流功率——改進(jìn)管外電路，使之不消耗直流功率。(2)

工作特性上

VCC

一定且Q

在負(fù)載線中點(diǎn)時(shí)，欲提高輸出信號(hào)功率，需增大

Icm(減小RL)，但必須同時(shí)增大激勵(lì)電流。目前五十頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)圖1–2–2

RL

變化對(duì)功率性能的影響①RL

減小，負(fù)載線斜率改變，減小了集電極電壓振幅，使Po

減小；

②ICQ

增大，使PD

增大，C

降低。5．結(jié)論

(1)在電路組成上，必須采用避免管外電路無(wú)謂消耗直流功率的結(jié)構(gòu)。

(2)在工作特性上，輸出負(fù)載、輸入激勵(lì)和靜態(tài)工作點(diǎn)相互牽制，要高效率輸出所需信號(hào)功率，三者必須有一個(gè)最佳配置。目前五十一頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)

甲類、乙類功率放大器的電路組成

及其功率性能

一、甲類變壓器耦合功率放大器圖1–2–3(a)原理電路1．電路(1)輸入端

RB——

偏置電阻；CB——

旁路電容；Tr1——

耦合變壓器。(2)輸出端

Tr2——耦合變壓器，對(duì)交流，Tr2

起阻抗變換作用。2．電路分析(靜態(tài)分析、動(dòng)態(tài)分析、功率性能、管安全)目前五十二頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)(1)靜態(tài)分析①畫直流通路②畫直流負(fù)載線直流負(fù)載線方程：

vCE=VCC直流負(fù)載線：EF圖1–2–4甲類變壓器耦合功率放大器的圖解分析③求Q點(diǎn)

iB=IBQ，

iC=ICQ，

vCE=VCEQ=VCC目前五十三頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)(2)動(dòng)態(tài)分析①畫交流通路

②畫交流負(fù)載線交流負(fù)載線方程：

過(guò)Q點(diǎn)作交流負(fù)載線MN，

③求動(dòng)態(tài)范圍甲類變壓器耦合功放圖解分析目前五十四頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)(3)功率性能

當(dāng)輸入充分激勵(lì)，Q處在負(fù)載線中點(diǎn)時(shí)，忽略非線性失真，且設(shè)

VCE(sat)=0，ICEO=0，則相應(yīng)的集電極電壓和電流分別為：其中：Vcm=VCEQ=VCC比較：

基本放大器電路，Vcm=VCC/2；變壓器耦合電路，Vcm=VCC，若呈現(xiàn)在集電極上的負(fù)載相等，則輸出信號(hào)功率增大4倍。目前五十五頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)功率參數(shù)計(jì)算：①②③④采用變壓器耦合，Cmax

將由0.25

增大到0.5，即PD

的一半轉(zhuǎn)換為Po。

若

Q處于交流負(fù)載線的中點(diǎn)，且充分激勵(lì)的條件下，增大VCC，或減小，Po

均將增大，但最后受安全工作條件的限制。目前五十六頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)(4)管安全圖1–2–4圖解分析如圖1-2-4所示，加在集電極上的最大電壓vCEmax=VCC+vcm

2VCC，通過(guò)集電極的最大電流iCmax=ICQ+Icm

2ICQ

。

當(dāng)Po=0時(shí)，PD

全部消耗在管子中，因而消耗在集電極上的最大功率PCmax=PD

。

安全工作條件：目前五十七頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)又，用Pomax

表示，上述安全工作條件變?yōu)椋骸堋躒(BR)CEOICM/8≤PCM/2圖1–1–5Pomax

取二者較小的值。

此外，還需檢查動(dòng)態(tài)點(diǎn)是否落在二次擊穿限定的安全區(qū)內(nèi)。二、乙類推挽功率放大器

乙類工作時(shí)，為在負(fù)載上合成完整的正弦波，必須采用兩管輪流導(dǎo)通的推挽(Push-Pull)電路。目前五十八頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)實(shí)現(xiàn)方案：①變壓器耦合推挽功放；②乙類互補(bǔ)推挽功放。1．變壓器耦合功放(1)

電路結(jié)構(gòu)

Tr1：輸入變壓器，利用二次繞組的中心抽頭將vi(t)

分成兩個(gè)幅值相等，極性相反的激勵(lì)電壓vi1

=-vi2

，分別加在兩管的基-

射極之間，實(shí)現(xiàn)兩管輪流導(dǎo)通。

Tr2：輸出變壓器，隔斷iC1

和iC2到負(fù)載的平均分量，并利用一次繞組的中心抽頭將iC1

和iC2

中的基波分量在RL

中疊加，輸出正弦波。

T1和T2：特性配對(duì)、相同導(dǎo)電類型的

NPN

功率管。目前五十九頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)圖1–2–5(a)變壓器耦合(2)

工作原理

vi1(t)>0

時(shí)，T1

導(dǎo)通(忽略射結(jié)壓降)；vi2(t)<0，T2

截止，iC1

處于正半周的半個(gè)正弦波。

vi2(t)>0

時(shí)，T2導(dǎo)通；vi1(t)<0，

T1

截止，iC2

處于的正弦波的負(fù)半周。

iC1和iC2

中的基波分量在RL

中疊加，輸出完整正弦波。

目前六十頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)2．互補(bǔ)推挽電路圖1–2–5(b)互補(bǔ)推挽(1)電路特點(diǎn)T1

與T2：功率管互補(bǔ)配對(duì)(2)工作原理

vi(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

時(shí)，T2

管導(dǎo)通，T1

管截止，iC2(iE2)為處于正弦波的負(fù)半周。通過(guò)RL

的電流iL=iE1–iE2

，合成完整的正弦波。

目前六十一頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)小結(jié)：上述乙類功率放大器，為實(shí)現(xiàn)器件輪流導(dǎo)通：類型輸入激勵(lì)信號(hào)功率管管型管外電路變壓器耦合極性相反對(duì)管，管型相同均避免了直流功率的損失互補(bǔ)推挽極性相同對(duì)管，管型不同目前六十二頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)3．乙類推挽功率放大器的性能分析

圖1–2–6互補(bǔ)推挽圖解分析(1)推挽電路的組合特性乙類推挽功率放大器的組合特性靜態(tài)工作點(diǎn)：Vi>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

。目前六十三頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)(2)

性能分析(忽略失真)①一般性能分析在0≤

t≤

時(shí)，iC2=0iC1=Icmsin

t≤

t≤2時(shí)，iC1=0iC2=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/目前六十四頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)②若充分激勵(lì)：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)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③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。

目前六十五頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)定義

=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，其值為目前六十六頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)PD,CCmax(0.785)C圖1–2–7

功放性能隨

變化的特性：

小時(shí)，PD、Po、C

小；

接近1時(shí)，PD、Po、C

大。結(jié)論：

①

PC

非單調(diào)變化，兩頭小，中間大。

②

PD

隨(激勵(lì))線性增大，與甲類(不變)不同。目前六十七頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)(3)

管安全由

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。目前六十八頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)1.3

乙類推挽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：①交越失真——加偏置電路；②雙電源——單電源供電；③互補(bǔ)管難配——準(zhǔn)互補(bǔ)推挽電路；④安全——過(guò)載保護(hù)；⑤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(CrossoverDistortion)

(1)定義

在零偏置條件下，考慮到導(dǎo)通電壓的影響，輸出電壓波形在銜接處出現(xiàn)的失真，稱交越失真。目前六十九頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)圖1–3–2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目前七十頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)(2)

解決途徑圖1–3–3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)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。目前七十一頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)(3)常用電路①

二極管偏置電路②VBE

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)所示。或者用互補(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目前七十二頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)

問(wèn)題：偏置電路是否影響輸入信號(hào)vi(t)

的傳輸。

解答：二極管正向交流電阻很小，可認(rèn)為交流短路。

圖

1-3-4二極管偏置電路目前七十三頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)3．VBE

倍增電路圖1–3–5

VBE

倍增偏置電路

(1)偏置電路

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。目前七十四頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)圖1–3–5

VBE

倍增偏置電路(2)倍增原理式中，

VBE3=VTln(IE3/IS)VTln(IR/IS)上式表明：偏置電路提供的偏置電壓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↑→VBE3→VBB

→

ICQ

目前七十五頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)二、單電源供電的互補(bǔ)推挽電路(OTL)

圖1–3–6

1．電路特點(diǎn)

①單電源供電②負(fù)載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：VCC

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。目前七十六頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)三、準(zhǔn)互補(bǔ)推挽電路

1．問(wèn)題的提出互補(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1–3–7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。

目前七十七頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)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

為大功率管，它們是同型，便于特性配對(duì)，故稱為準(zhǔn)互補(bǔ)推挽電路。

R1，R2(幾百歐姆)——

減小復(fù)合管的反向飽和電流。

目前七十八頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)四、保護(hù)電路

1．必要性

實(shí)際可能發(fā)生負(fù)載短路，電流迅速增大等異常現(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1–3–8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。目前七十九頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)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)作用。異常時(shí)，VR1使T1導(dǎo)通，分流i1，限制T3

管的輸出電流，起到了限流保護(hù)作用。T2

對(duì)T4

的限流保護(hù)作用同上。目前八十頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)五、輸入激勵(lì)電路1．必要性

互補(bǔ)功放,功率管為射隨器，Av<

1。若要求輸出最大信號(hào)功率，則要求激勵(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1–3–9(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Ⅰ。目前八十一頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)圖1–3–9(a)未加自舉電容的電路(b)輸入激勵(lì)級(jí)圖解分析3．輸出振幅

交流負(fù)載rR//ri

<R,交流負(fù)載線如Ⅱ所示。故T3

管最大輸出電壓振幅減小，小于VCC/2。

若使r>R，則交流負(fù)載線如曲線Ⅲ所示，輸出信號(hào)電壓振幅可接近VCC/2。目前八十二頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)4．改進(jìn)電路

①電流源構(gòu)成有源負(fù)載放大器，直流電阻小，交流電阻大。②采用自舉電路

圖1–3–9(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

i0，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。目前八十三頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)第

1章功率電子線路1.4

功率合成技術(shù)

功率合成電路的作用傳輸線變壓器用傳輸線變壓器構(gòu)成的魔

T混合網(wǎng)絡(luò)目前八十四頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)功率合成電路的作用

功率合成技術(shù)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。目前八十五頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)

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。

A、B兩輸入端輸入等值反相功率，D端負(fù)載Rd

獲得兩輸入功率的合成，而C端負(fù)載Rc

上無(wú)功率輸出。

目前八十六頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)二、彼此隔離

當(dāng)Rd

和Rc

之間滿足特定關(guān)系時(shí)，A、B兩輸入端彼此隔離。

目前八十七頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)三、功率分配

當(dāng)Ra=Rb

時(shí)，將功率放大器加在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。目前八十八頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)一個(gè)理想的功率合成電路應(yīng)該具有以下特點(diǎn)：①N

個(gè)同類型的功率放大器，它們的輸出振幅相等，通過(guò)功率合成器輸出給負(fù)載的功率應(yīng)等于各功率放大器輸出功率的和。②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。

目前八十九頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)傳輸線變壓器一、變壓器和傳輸線的工作頻帶

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。目前九十頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)傳輸線變壓器如圖1–4–3所示。圖1-4-3傳輸線變壓器

設(shè)上限頻率fH

對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)為

min

,取可以認(rèn)為：

v1=v2=v，i1=i2=i

目前九十一頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)二、傳輸線變壓器的工作原理傳輸線變壓器原理圖如圖1–4–4(a)所示。將傳輸線繞于磁環(huán)上便構(gòu)成傳輸線變壓器。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。

目前九十二頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)三、傳輸線變壓器功能

1．對(duì)稱與不對(duì)稱變換對(duì)稱

–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1–4–6(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)稱目前九十三頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)參見(jiàn)圖1–4–4(b)，在高頻時(shí)，傳輸線變壓器以電磁能交替變換的傳輸方式傳送能量。如圖

1–4–4(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)傳輸線方式和磁耦合方式傳送。目前九十四頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)不對(duì)稱–對(duì)稱變換，將對(duì)地不對(duì)稱的單端輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)地對(duì)稱的雙端輸出信號(hào)，如圖1–4–6(b)所示。(a)對(duì)稱–不對(duì)稱(b)不對(duì)稱–對(duì)稱目前九十五頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)

2．阻抗變換器

傳輸線變壓器可以構(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1–4–7(a)所示，圖中阻抗關(guān)系為目前九十六頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)實(shí)現(xiàn)4:1的阻抗變換。傳輸線變壓器的特性阻抗為目前九十七頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)

1:4阻抗變換器如圖1–4–7(b)所示，圖中阻抗關(guān)系為實(shí)現(xiàn)1:4的阻抗變換。傳輸線變壓器的特性阻抗為目前九十八頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)用傳輸線變壓器構(gòu)成的

魔T混合網(wǎng)絡(luò)一、功率合成如圖1-4-8所示，Tr1

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

目前九十九頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)i=ia-id，i=id-ib

求出

而ic=2i=ia-ib

目前一百頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)i=ia-id，i=id-ib

ic=2i=ia-ib

1．輸入為等值反相信號(hào)

ia=ib=Imsin

t，va=vb=Vmsin

t

因?yàn)?/p>

ic=0，所以

C端無(wú)功率輸出。

vd=va+vb=2Vmsin

t，目前一百零一頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)

ia=ib=Imsin

t，va=vb=Vmsin

t

因?yàn)閕c=0所以C端無(wú)功率輸出。

vd=va+vb=2Vmsin

t，D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)功率放大器的等效負(fù)載目前一百零二頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)2．輸入為等值同相信號(hào)

ia=-ib=Imsin

t，

va=-vb=Vmsin

t

因?yàn)閕d=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。目前一百零三頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)2．輸入為等值同相信號(hào)

ia=-ib=Imsin

t，

va=-vb=Vmsin

t

因?yàn)閕d=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)功率放大器的等效負(fù)載目前一百零四頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)

3．異常輸入情況ia

ib，va

vb

根據(jù)電路的約束條件將代入并整理，求解出目前一百零五頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)

若取ia僅與va

有關(guān)，ib

僅與vb

有關(guān)。實(shí)現(xiàn)了A端和B端的隔離，稱為A、B間的隔離條件。

目前一百零六頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)二、功率分配

1．同相功率分配同相功率分配電路如圖

1–4–9(a)所示。

ic=2i

，ia=i

-

id

，ib=i+id，vd=idRd=iaRa

-ibRb整理得到目前一百零七頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)圖

1–4–9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)功率輸出。

ia=ib=ic

/2A端和B端獲得等值同相功率。

C端的等效負(fù)載為R/2。目前一百零八頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)圖

1–4–9功率分配電路(b)反相

2．反相功率分配反相功率分配電路如圖

1–4–9(b)所示。

同理可以證明：當(dāng)Ra=Rb=R時(shí)ic=2i=0ia=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R/2。目前一百零九頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)第

1章功率電子線路1.5

整流與穩(wěn)壓電路整流電路串聯(lián)型穩(wěn)壓器

開關(guān)型穩(wěn)壓器目前一百一十頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)

整流電路的功能是將電力網(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，將整流電路輸出的不穩(wěn)定直流電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流電壓。整流電路

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1–5–1(a)

所示。目前一百一十一頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)在圖

1–5–1(a)中，Tr—電源變壓器；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，并設(shè)導(dǎo)通電阻為RD。

v2>vo

二極管導(dǎo)通，電容充電。

v2<vo

二極管截止，電容放電。

動(dòng)態(tài)平衡后，二極管電流iD=iO

是一串窄脈沖序列。

目前一百一十二頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)如圖

1–5–2(a)所示，CL

一定時(shí)，RL

越小，紋波越大。

如圖

1–5–2(b)所示，RL

一定時(shí)，CL

越大，紋波越小。目前一百一十三頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)參見(jiàn)圖

1–5–1(b)和圖

1–5–1(c)，經(jīng)過(guò)RLCL

的濾波，輸出電壓是直流電壓VO

和一個(gè)鋸齒狀波動(dòng)電壓的疊加。波動(dòng)電壓稱為紋波電壓。直流電壓VO

及紋波電壓的大小與RL

和CL

的數(shù)值有關(guān)。目前一百一十四頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)二、全波和橋式整流電路

1．全波整流電路全波整流電路如圖1–5–4(a)

所示。

當(dāng)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1–5–4(b)所示。目前一百一十五頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)O由于電流脈沖的頻率比半波整流提高一倍，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。目前一百一十六頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)

2．橋式整流電路圖1–5–5橋式整流電路及其電壓和電流波形

如圖1–5–5(a)所示，v2

正峰值附近D1、D3

導(dǎo)通，D2、D4

截止。

v2

負(fù)峰值附近D2、D4

導(dǎo)通，D1、D3

截止。

目前一百一十七頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)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)的反向電壓由兩只二極管共同承擔(dān)。電壓和電流的波形如圖1–5–5(d)、(e)、(f)所示。

目前一百一十八頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)三、三種整流電路的性能

1．半波整流電路優(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。目前一百一十九頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)四、倍壓整流電路倍壓整流電路如圖1–5–9所示。適用于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。

同樣原理可以構(gòu)成多次倍壓電路。目前一百二十頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)串聯(lián)型穩(wěn)壓器一、工作原理

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。目前一百二十一頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)

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。圖1-5-12(a)串聯(lián)穩(wěn)壓電路的組成方框圖

基準(zhǔn)電壓源——溫度系數(shù)很小的電壓源電路。

比較放大器——單管放大器、差分放大器、集成運(yùn)放等。目前一百二十二頁(yè)\總數(shù)一百三十七頁(yè)\編于十八點(diǎn)串聯(lián)型穩(wěn)壓器的工作原理如圖1–5–12(b)所示。

T5—調(diào)整管，工作在放大區(qū)。

VB5