电子线路非线性.ppt

第 1 章功率电子线路
功率电子线路概述
功率放大器的电路组成和工作特性
乙类推挽功率放大电路
功率合成技术
功率电子线路概述
作用:高效地实现能量变换和控制。
种类:
根据应用领域和处理对象不同
(1) 功率放大电路:
放大器的一类。用于通信、音像等电子设备。
(2) 电源变换电路:
对电源能量进行特定变换。用于电源设备、电子系统、工业控制。
功率放大器
与其它放大器相比
相同点:
均在输入信号作用下,将直流电源的直流功率转换为输出信号功率。
不同点:
性能要求和运用特性不同。
一、功率放大器的性能要求
1. 安全。
输出功率大,管子大信号极限条件下运用。
2. 高效率。
用ηc 集电极效率(Collector Efficiency) 衡量转换效率:
Po ——输出信号功率(Output Signal Power);
式中:
PD ——电源提供的功率;
PC ——管耗(Power Dissipation)
Po 一定,ηc 高→PD 小→PC 小
→可选 PCM 小的管子,以降低费用。
3. 失真小。
输出功率越大,相应的动态电压电流越大,器件特性非线性引起的非线性失真也越大。除采用反馈技术外,还必须限制输出功率。
作为放大器,功率增益是重要的性能指标,但与上述三个要求相比,安全、高效和小失真是第一位的。功率增益可用增加前置级的级数或提高相应的增益来弥补。
二、功率管的运用特点
1. 功率管的运用状态
根据功率管在一个信号周期内导通时间的不同,功率管运用状态可分为甲类、乙类、甲乙类、丙类等多种。
功率管运用状态通常靠选择静态工作点来实现。
甲类:功率管在一个周期内导通(如小信号放大)。
乙类:功率管仅在半个周期内导通。
甲乙类:管子在大于半个周期小于一个周期内导通。
丙类:功率管小于半个周期内导通。
2. 不同运用状态下的ηC
管子的运用状态不同,相应的ηCmax 也不同。
减小 PC 可提高ηC。
假设集电极瞬时电流和电压分别为 iC 和 vCE,则 PC 为
讨论:若减少 PC,则要减少 iC × vCE
途径 1:由甲类→甲乙类→乙类→丙类,减小管子在信号周期内的导通时间,即增大 iC = 0 的时间。
途径 2:使管子运用在开关状态(又称丁类);管子在半个周期内饱和导通,另半个周期内截止。饱和导通时,vCE ≈ vCE (sat) 很小,因此导通的半个周期内,瞬时管耗 iC × vCE 处在很小的值上。截止时,不论 vCE 为何值,iC 趋于 0,iC × vCE 也处在零值附近。结果 PC 很小,ηC 显著增大。
总结:为提高集电极效率,管子的运用状态从甲类向乙类、丙类或开关工作的丁类转变。但随着效率的提高,集电极电流波形失真严重,为实现不失真放大,在电路中需采取特定措施。
电源变换电路
功率器件
功率管是功率放大电路的关键器件,如何选择功率管的运用状态,并保证它们安全工作是需要共同解决的问题。为此,必须首先了解功率器件的极限参数及安全工作区。
双极型功率晶体管的安全工作受到三个极限参数的限制:
(1) 集电极最大允许管耗 PCM。还与散热条件密切相关
(2) 集电极击穿电压 V(BR)CEO
(3) 集电极最大允许电流 ICM
以上与功率管的结构,工艺参数,封装形式有关。
一、功率管散热和相应的 PCM
耗散在功率管中的功率 PC 主要消耗在集电结上,造成集电结发热,结温升高。