电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,*,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,2026/11/11,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,0.1,非线性电子线路的作用,一、线性电子电路与非线性电子电路,电子器件严格讲是非线性的，但依使用条件不同，表现的非线性程度不同。为此，有如下两种应用：,线性电路：,对信号进行处理时，尽量使用器件特性的线性部分。电路基本是线性的，但存在不希望有的失真。,非线性电路：,对信号进行处理时，使用了器件特性的非线性部分，利用器件的非线性完成振荡、频率变换等功能。,器件特性与使用条件密切相关，例如：,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,小信号,条件下，输入信号小，在一定条件下电路可用,线性,等效电路表示，例如各种小信号放大器,(线性电子线路),中，器件的特性归属线性电子线路。,大信号,条件下，输入信号大，必涉及器件的非线性部分，例如功率放大器。故不能用线性等效电路表示电子器件的特征，而必须用非线性电路的分析方法。所以，功放归属,非线性,电子线路。,二、非线性电子线路在通信系统中的应用,1通信系统的分类,(,1,)有线通信系统：利用导线传送信息,(,2,)无线通信系统：利用电磁波传送信息,(,3,)光纤通信系统：利用光导纤维传送信息,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,2无线通信系统,图 0-1-1无线,通信系统的组成,组成：,发射装置,+,接收装置,+,传输媒体,(,1,),发射装置,换能器：,将被发送的信息变换为电信号。例：话筒将声音变为电信号。,将换能器输出的电信号变为强度足够的高频电振荡。,发射机：,无线通信系统的组成,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,天线：,将高频电振荡变成,电磁波,向传输媒质辐射。,(,2,),接收装置,接收是发射的逆过程。,接收天线：,高频电振荡,电信号,接收机：,将从空间接收的电磁波,高频电振荡,。,换能器：,将电信号,所传送信息,(,3,),传输媒体,电磁波,电磁波传送方式，依据波长不同，可分为：,长波,、,中波,、,短波,、,超短波,。,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,表 1各波段特点,波 段,波长/m,频率/MHz,特 点,说 明,中、,长波,200,1.5,沿地表传播,大地表面是导体，一部分电磁波会损耗掉，频率越高，损耗越大,短波,10 200,1.5 30,靠电离层反射传播,电磁波一部分被吸收，另一部分被反射或折射到地面。频率越高，被吸收的能量越小，但频率超过一定值，电磁波会穿过电离层，不再返回地面,超短波,30,沿空间直线,传播,地球表面是弯曲的，所以只能限制在视线范围内,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,图 0-1-2无线电波传播方式,传播距离：,电离层,地面,直线,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,3无线通信存在的问题,(,1,),接收信号微弱,电磁波,接收天线,(,2,),存在干扰,例如其他电台的发射信号，各种工业、医学装置辐射电磁波，大气层、宇宙固有的电磁干扰等。,对接收装置的要求：增益高，选择性好。,4,解决方案,发射机,和,接收机,借助线性和非线性电子线路对携有信息的电信号进行变换和处理。除,放大,外，最主要有,调制、解调,。,(,1,),调制,由携有信息的,电信号(如,音频信号,)去控制高频振荡信号的某一参数(如,振幅,)，使该参数按照电信号的规律而变化(,调幅,)。,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,调制信号：,携有信息的电信号。,载波信号：,未调制的高频振荡信号。,已调波：,经过调制后的高频振荡信号。,根据受控参数,：调幅、调角,(,调频、调相,),。,(,2,)解调,调制的逆过程，将已调波转换为载有信息的电信号。,(,3,)调制的作用,减小天线的尺寸。,音频范围：,20 Hz 20 kHz,，若发射,100 Hz,，,波长,=,c,/f =,3 000,km，,天线至少几百千米,。需减少波长，提高发射频率,。,选台。,将不同电台发送的信息分配到不同频率的载波信号上，使接收机可选择特定电台的信息而抑制其他电台发送的信息和各种干扰。,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,5,调幅,发射机组成,图 0-1-3调幅广播发射机的组成,调幅广播发射机的组成,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,各部分作用：,(,1,),振荡器,产生,f,osc,的高频振荡信号，几十千赫以上。,(,2,),高频放大器,多级小信号谐振放大器，放大振荡信号，使频率倍增至,f,c,，并提供足够大的载波功率。,(,3,),调制信号放大器,多级放大器，前几级为小信号放大器，放大微音器的电信号；后几级为功放，提供功率足够的调制信号。,(,4,),振幅调制器,实现调幅功能，将输入的载波信号和调制信号变换为所需的调幅波信号，并加到天线上。,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,6,调幅接收机,图 0-1-4调幅广播接收机的组成,调幅广播接收机的组成,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,(,1,),高频放大器,为小信号谐振放大器，作用：,选台,。,利用可调谐的谐振系统选出有用信号，抑制其他频率的干扰信号。,放大,。,放大选出的有用信号。,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,(,2,),混频器,两路,输入,为：,由高放级：,已调信号,f,c,。,由,本机振荡器,：,本振信号,f,L,。,作用：载波变频将,已调信号,的载波由,f,c,(高频),变换为,f,I,(中频),，,f,I,=,|,f,c,-,f,L,|,而调制波形不变。,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,(,3,),本机振荡,产生频率为,f,L,=,|,f,c,+,f,I,|,(,或,f,L,=,f,c,-,f,I,),的高频,等幅,振荡信号。,f,L,可调，并能跟踪,f,c,。,(,4,),中频放大器,为多级固定调谐的小信号放大器，作用：放大中频信号。,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,(,5,),检波器,解调，从中频调幅波还原所传送的调制信号。,(,6,),低频放大器,小信号放大器 功率放大器，作用：放大调制信号，向扬声器提供所需的推动功率。,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,可见，有用信号在不同频率上进行放大,超,外,差,接收机,。,特点：,解调电路前包括,混频器、本机振荡、中频放大器,等。,优点：,增益高，选择性好。,直接高放接收机：,解调前仅包括高放，无,混频器、本机振荡、中频放大器,等，增益低，选择性差。,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,7其他通信系统,调频无线通信系统,，发射机和接收机都包括上述各模块，区别主要在于,调制器,和,解调器,上。,实现调制的模块,频率调制器,；,实现解调的模块,频率检波器,或,鉴频器,。,数字通信系统,，调制信号为,数字信号,，相应的调制为,数字调制,。,软件无线电,，用软件的方法实现通信系统中一部分电路的功能，改变程序便可变更调制方式。,8小结,(,1,)非线性电子线路讨论的范围,除小信号放大器以外的其他功能电路,振荡器、功放、调制器、解调器、混频器、倍频器,。,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,(,2,),本课程讨论的内容,三类电路,功率放大电路,在输入信号作用下，可将直流电源提供的部分功率转换为按输入信号规律变化的输出信号功率，并使输出信号的功率大于输入信号的功率。,振荡电路,可在不加输入信号的情况下，稳定地产生特定频率或特定频率范围的正弦波振荡信号。,波形变换和频率变换电路,能在输入信号作用下产生与之波形和频谱不同的输出信号。包括：,调制电路、解调电路、混频电路,和,倍频电路,。,本课程将顺序学习这三类电路。,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,0.2,非线性器件的基本特点,非线性电子线路中，上述,三类,功能的实现利用了器件的非线性特性，为此，有必要首先了解非线性器件的,基本特点,(,参数、控制变量、,不能用,叠加定理,)。,一、非线性器件特性的参数,主要有三个参数：,直流参数,适用于直流分析,交流参数,适用于频率变换电路的分析,平均参数,适用于功率放大和振荡电路的分析,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,i,v,图 0,-,2,-,1,例：非线性电阻：,直流电导,定义：,意义：表明直流电流与直流电压间的依存关系。,特点：其值是,V,Q,(,或,I,Q,),的非线性函数。,应用：直流分析。,交流电导,定义：,意义：伏安特性曲线上任一点的斜率，或该点上增量电流与增量电压的比值。,特点：其值是,V,Q,(,或,I,Q,)的非线性函数。,应用：交流分析。,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,平均电导,图 0,-,2,-,2在大信号作用下的,电流波形,定义：,当器件两端加余弦电压,v,=,V,m,cos,t,时，,因,特性的非线性，流过器件的电流必为非余弦，将其按,傅,里叶级数展开：,则,平均电导,即为,基波电流振幅,与,外加电压振幅,之比：,意义：反映,基波电流,与,外加电压,间的依存关系。,特点：其值是,V,Q,(,或,I,Q,),的非线性函数。,应,用：功放和振荡电路分析。,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,二、非线性器件特性的控制变量,控制变量不同，非线性器件的特性也不同，故分析时须注明它的,控制变量,。,1控制量不同，特性不同,i,v,图 0,-,2,-,1,例 1,：二极管,电压,为控制量,电流,对电压呈,指数,关系变化；,电流,为控制量,电压,对电流呈,对数,关系变化。,2特性为非单调时多值和负值,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,例,2,：,隧道二极管,图 0,-,2,-,3伏安特性曲线,(,1,)控制变量,电压：,电流为,单值,电流：,电压为,多值,压控非线性器件,(,2,)直流电导,g,0,0,，在曲线上任一点均为正。,(,3,)交流电导,g,(,a,b,)0,，即在,a,、,b,段为,负电导,。,器件特性的描述与控制变量有关，并可能出现负参数，尤其特性非单调变化时非线性与线性器件的重要区别。,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,三、不满足叠加定理,若,i,=,f,(,v,),，,v,=,v,1,+,v,2,则,i,=,f,(,v,1,+,v,2,),但,i,f,(,v,1,)+,f,(,v,2,),例,i,=,av,2,v,=,v,1,+,v,2,注意，,i,中除体现两电压分别作用外，还包含两电压乘积项产生的响应电流。若,v,1,=,V,1m,cos,1,t,，,v,2,=,V,2m,cos,2,t,，则,i,中除出现,1,，,2,两分量外，还出现两电压乘积项产生的角频率为,1,2,的新频率分量。,出现新的频率成,分,非线性电路,可以,实现频率加、减等更多电路功能。,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,0.3,本课程的特点,1工程上采用近似分析法,非线性器件物理特性复杂，需要解非线性方程或时变系数的线性微分方程。,对策：,对器件数学模型和电路工作条件进行,合理近似,，用,近,似,分析方法,获得具有实用意义的结果。,2功能与电路形式多,对策：,抓,本质,功能再多也是借助器件的非线性；,抓,基本电路,种类虽多，但都是在为数,不多的基本电路上发展起来的。,3重视实验环节，坚持理论联系实际,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,本书内容安排的,三个层次,：,由电路功能的,基本原理,导出,基本电路,。,合理近似，引出对电路的工程,近似分析,。,根据分析结果，提出对电路的设计原则及改进电路性能的基本途径。,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,第 1 章功率电子线路,1.1,功率电子线路概述,1.2,功率放大器的电路组成和工作特性,1.3,乙类推挽功率放大电路,1.4,功率合成技术,1.5整流与稳压电路,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,第,1,章 功率电子线路,1.1,功率电子线路概述,1.1.1,功率放大器,1.1.2,电源变换电路,1.1.3,功率器件,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,1.1,功率电子线路概述,作用：,高效地实现能量变换和控制。,种类：,(,1,),功率放大电路,特点：放大,用途：通信、音像等电子设备。,(,2,)电源变换电路,特点：能量变换,用途：电源设备、电子系统、工业控制等。,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,1.1.1,功率放大器,特点：,工作在大信号状态。,一、功率放大器的性能要求,安全,。输出功率大，管子在极限条件下运用。,高效率,。,C,集电极效率,(,Collector Efficiency,),P,o,输出信号功率；,P,D,电源提供的功率；,P,C,管耗,(,Power Dissipation,),/集电极耗散功率；,P,o,一定，,C,越高，,P,D,越小,P,C,小，既可选,P,CM,小的管子，以降低费用，也节省能源。,失真小,。,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,尽管,功率增益,也是重要的性能指标，但,安全、高效,和,小失真,更重要，前者可以通过增加前置级祢补。,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。,甲类：功率管在,一个,周期内导通，,c,=,。,乙类：功率管仅在,半个,周期内导通，,c,=,/2。,甲乙类：管子在,大于半个,周期小于一个周期内导通，,/2,c,。,丙类：功率管在,小于半个,周期内导通，,c,/2,。,功率管运用状态,通常靠选择,静态工作点,来实现。,功率管的运用状态,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,根据下列曲线说出功率管的应用状态：,图 1,1,1各种运用状态下的输出电流波形,2不同运用状态下的,C,管子的运用状态不同，相应的,Cmax,也不同。,减小,P,C,可提高,C,。,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,假设,集电极瞬时电流和电压,分别为,i,C,和,v,CE,，则,P,C,为,讨论：,若减少,P,C,，则要减少,i,C,v,CE,方法 1：,由,甲类,甲乙类,乙类,丙类,，即减小管子在信号周期内的导通,(,增大,i,C,=0,),的时间。,方法,2,：,管子运用于开关状态,(又称丁类)，,即一周期内,半饱和半截止,。,饱和时，,v,CE,V,CE(sat),很小,P,C,很小；,截止时，,i,C,很小，,i,C,v,CE,也很小,P,C,很小。,总之：,为提高,C,，,管应用状态可取,乙类、丙类,或,丁类,。但集电极电流波形失真严重，电路需采取特定措施,(见,1.2,节),。,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,1.1.2,电源变换电路,按变换方式不同：,(,1,),整流器,(,Rectifier,)：,交流电-直流电,。,应用：电子设备供电。,(,2,),直流-直流变换器,(,DC-DC Converter,)：,直流电-直流电,。,应用：开关电源。,(,3,),逆变器,(,Inverter,)：,直流电-交流电,。,应用：不间断电源、变频电源。,(,4,),交流-交流变换器,(,AC,-,AC Converter,)：,交流电-交流电,。,应用：变压等。,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,1.1.3,功率器件,功率管的种类：,(,1,),双极型功率晶体管,(,2,),功率 MOS 管,(,3,),绝缘栅双极型功率管,功率管是功率放大电路的关键器件，为保证安全工作，需了解其,极限参数,及,安全工作区。,以,双极型,功率管为例，安全工作区受如下,极限参数,限制：,最大允许管耗,P,CM,。,与散热条件密切相关。,基极开路集-射反向击穿电压,V,(BR)CEO,。,集电极最大允许电流,I,CM,。,以上参数与功率管的结构、工艺参数、封装形式有关。,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,一、功率管散热和相应的,P,CM,管耗,P,C,主要消耗在集电结上，使结温升高。,若集电极的散热条件良好，,集电结上的热量很容易散发到周围空气中去，则集电结就会在某一较低温度上达到热平衡，此时集电结上产生的热量等于散发到空气中的热量。,反之，散热条件不好，,集电结就会在更高的温度上达到热平衡，甚至产生,热崩,而烧坏管子。,热崩,(,Thermal Runaway,),：,集电结结温,(,T,j,),i,C,P,C,T,j,如此反复，直至,T,j,T,jM,(集电结最高允许温度),而导致管子被烧坏的一种恶性循环现象。,提高,P,CM,的办法：,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,图 1,1,4,(,a,)、(,b,),功率管底座上加装散热器,(,c,),相应的热等效电路,管子集电极直接固定在金属底座上。,金属底座与管壳相连。,金属底座还加装金属散热器。,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,各种散热片,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,各种功率晶体管,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,热传导过程,T,2,为热源温度，,T,1,为空气温度，,P,为传输的热功率，,R,th,为热阻，单位/W,当热源产生热量时，热源温度,T,2,上升，向外部传输热量，若产生的热量和传输的热量相等，达到热平衡。,T,2,不再变化。,晶体管的热量传递,R,jc,R,cs,P,c,R,Ca,R,sa,T,j,T,a,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,因为,R,(th)cs,+,R,(th)sa,0,时，,T,1,导通,(,忽略射结压降,),；,v,i2,(,t,)0,时，,T,2,导,通；,v,i1,(,t,)0,时，,T,1,管,(,NPN,型,),导通,(,忽略射结压降,),，,T,2,管,(,PNP,型,),截止，,i,C1,(,i,E1,),为正弦波的正半周；,v,i,(,t,),0,，,T,1,导,通，负载线,AQ,过,Q,点，斜率为,-,1/,R,L,；,V,i,0,，,T,2,导,通，负载线,A,Q,过,Q,点，斜率为,-,1/,R,L,。,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,(,2,),性能分析,(,忽略失真,),一般性能分析,在 0,t,时，,i,C2,=,0,i,C1,=,I,cm,sin,t,t,2,时，,i,C1,=,0,i,C2,=,I,cm,sin,t,集,-,射极间电压：,V,CE1,=,V,CC,-,V,cm,sin,t,，,V,CE2,=,-,V,CC,V,cm,sin,t,通过,R,L,的电流：,相应产生的电压：,R,L,上的,输出功率,：,P,L,=,P,o,=,V,cm,I,cm,/2=,I,2,cm,R,L,/2,正负电源,总的直流功率：,P,D,=,P,D1,+,P,D2,=2,V,CC,I,C0,=2,V,CC,I,cm,/,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,若充分激励：,与,R,L,相匹配的输入激励,(,不出现饱和失真的最大激励,),。,令,V,CE(sat),=0，,I,CEO,=0，则,V,cm,=,V,CC,，,I,cm,=,V,CC,/,R,L,相应,P,o,和,P,D,达到最大，,即,乙类功放的最大集电极效率,比甲类,功放,高,若激励不足,V,cm,减小，引入,电源电压利用系数,表示,V,cm,的减小程度,。,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,定义,=,V,cm,/,V,CC,集电极管耗：,分析：,当输入激励由大减小，即,减小时，,P,o,、,P,D,、,C,均单调减小，而,P,C1,和,P,C2,的变化非单调，,时最大,，其值为,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,P,D,C,Cmax,(0.785),C,图 1,2,7,功放性能随,变化的特性：,小时，,P,D,、,P,o,、,C,小；,接近 1 时，,P,D,、,P,o,、,C,大。,结论：,P,C,非单调变化，,两头小，中间大。,P,D,随,(,激励,),线性增大，与甲类,(,不变,),不同。,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,(,3,),管安全,由,增大,V,CC,，减小,R,L,，且输入充分激励，输出功率将增大，但最后受到下列,安全工作条件的限制,：,P,C1max,=,P,C2max,=,0.2,P,omax,P,CM,取其中的小值,检查二次击穿。,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,1.3,乙类推挽功率放大电路,从原理电路到实用电路，还需解决如下等问题：,交越失真 加偏置电路；,双电源 单电源供电；,互补管难配 准互补推挽电路；,安全 过载保护；,充分激励 输入激励电路。,一、交越失真和偏置电路,1,交越失真,(,Crossover Distortion,),(,1,),定义,在零偏置条件下，考虑到导通电压的影响，输出电压波形在衔接处出现的失真，称,交越失真,。,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,图 1,3,2图解分析,乙类推挽电路时，两管的合成传输特性,交越失真,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,(,2,),解决途径,图 1,3,3加偏置的互补,推挽电路及其传输特性,输入端两管适当正偏，使其工作在,甲乙类,。,由传输特性可见：只要,V,BB,取值合适，上下两路传输特性起始段的弯曲部分就可相互补偿，,合成传输特性趋近于直线,，在输入正弦电压激励下，得到不失真的输出电压。,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,(,3,),常用电路,二极管偏置电路,V,BE,倍增电路,2,二极管偏置电路,在集成电路中，,偏置二极管通常由晶体管取代，如图,1,-,3,-,4,(,b,)所示。或者用互补,管 T,3,、T,4,取代,，如图,1,-,3,-,4,(,c,)所示,。,图,1,-,3,-,4二极管偏置电路,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,问题：,偏置电路是否影响输入信号,v,i,(,t,),的传输。,解答：,二极管正向交流电阻很小，可认为,交流短路,。,图,1,-,3,-,4二极管偏置电路,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,3,V,BE,倍增电路,图 1,3,5,V,BE,倍增偏置电路,(,1,),偏置电路,由,T,3,、,R,1,、,R,2,组成，且由电流源,I,R,激励，为互补功率管,T,1,、T,2,提供,偏置电压,V,BB,。,T,3,、,R,1,构成,电压并联,负反馈电路，反馈电路的电阻很小，几乎不影响输入信号的传输。,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,图 1,3,5,V,BE,倍增偏置电路,(,2,),倍增原理,式中，,V,BE3,=,V,T,ln(,I,E3,/,I,S,),V,T,ln(,I,R,/,I,S,),上式表明：偏置电路提供的偏置电压,V,BB,是,V,BE3,的倍增值，且其值受,R,1,和,R,2,控制，故称为,V,BE,倍增电路,。,(,3,),热补偿,T,I,CQ,V,BE3,V,BB,I,CQ,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,二、单电源供电的互补推挽电路(,OTL,),图 1,3,6,1,电路特点,单电源供电,负载串接大容量隔直电容,C,L,。,V,CC,与两管串接，若两管特性配对，则,V,O,=,V,CC,/2，,C,L,等效为,电压等于,V,CC,/2 的直流电源,。,2,工作原理,T,1,管的直流供电电压：,V,CC,V,O,=,V,CC,/2,，,T,2,的供电电压：,0,V,O,=,V,CC,/2。,单,电源供电电路等效为,V,CC,/2,和,V,CC,/2,的,双,电源供电电路。,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,三、准互补推挽电路,1问题的提出,互补,要求两功率管特性,配对,，难实现。,2,解决办法,采用复合管取代互补管，构成,准互补推挽电路,。,3,电路,图 1,3,7准互补推挽电路,复合管 T,1,、T,2,等效为,NPN,型管；T,3,与 T,4,等效为,PNP,型管。,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,三、准互补推挽电路,3,电路,复合管 T,1,、T,2,等效为,NPN,型管；T,3,与 T,4,等效为,PNP,型管。,其中，,T,1,、,T,3,为小功率管，它们之间是,互补的,，,T,2,、,T,4,为大功率管，它们是,同型,，便于特性配对，故称为,准互补推挽电路,。,R,1,，,R,2,(,几百欧姆,),减小复合管的反向饱和电流。,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,四、保护电路,1,必要性,实际可能发生负载短路，电流迅速增大等,异常现象，,造成功率管损坏。为了,安全,起见,，,应有,过流、过压、过热保护。,2,过流保护电路,(,1,),电路,图 1,3,8限流保护电路,T,1,、T,2,：保护管；,R,1,、,R,2,：取样电阻。,(,2,),原理,以保护管,T,1,为例。,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,四、保护电路,2,过流保护电路,(,1,),电路,T,1,、T,2,：保护管；,R,1,、,R,2,：取样电阻。,(,2,),原理,以保护管,T,1,为例。,正常时,，,V,R1,不足以使 T,1,导通,，不起保护作用。,异常时,，,V,R1,使 T,1,导通，分流,i,1,，,限制,T,3,管的输出电流，起到了限流保护作用。,T,2,对,T,4,的限流保护作用同上。,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,五、输入激励电路,1,必要性,互补功放,功率管为射随器，,A,v,1,。若要求输出最大信号功率，则要求激励,级提供振幅接近电源电,压的推动电压,(,单电源,为,V,CC,/2,),。,2,电路,图 1,3,9,(,a,)未加,自举电容的电路,(,b,),输入激励级图解分析,T,3,：,输入激励级，,T,3,的直流负载,R,(,忽略 T,1,和,T,2,基极电流,),，直流负载线为,。,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,图 1,3,9,(,a,)未加,自举电容的电路,(,b,),输入激励级图解分析,3,输出振幅,交流负载,r,R,/,r,i,R,，则交流负载线如 曲线,所示,，输出信号电压振幅可接近,V,CC,/2,。,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,4,改进电路,电流源,构成有源负载放大器，直流电阻小，交流电阻大。,采用,自举电路,图 1,3,9,(,c,),加自举电容的电路,R,1,，,R,2,，,C,2,，取代,R,。特点：交流电位由,O,经,C,2,自举,到,C,点，即,v,C,v,O,。,工作原理：,A,v,1,，故,v,B,v,O,v,C,，通过,R,2,的交流电流,i,0,，,因而从,B,点向虚线框看进去的,交流电阻,(,v,B,/,i,),很大，,趋于无穷,，,T,3,的交流负载电阻便近似等于,T,1,(,或,T,2,),电路的输入电阻。,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,第,1,章 功率电子线路,1.4,功率合成技术,1.4.1功率合成电路的作用,1.4.2传输线变压器,1.4.3,用传输线变压器构成的魔,T,混合网络,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,1.4.1功率合成电路的作用,功率合成技术就是将多个功率放大器的输出功率叠加起来，给负载提供足够大的输出功率。,一、功率合成,A，B 两端输入等值同相功率，C 端负载,R,c,获得两输入功率的合成，而 D 端负载,R,d,上无功率输出。,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,A，B 两端输入等值同相功率，C 端负载,R,c,获得两输入功率的合成，而 D 端负载,R,d,上无功率输出。,A,、,B,两输入端输入等值反相功率，,D,端负载,R,d,获得两输入功率的合成，而,C,端负载,R,c,上无功率输出。,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,二、彼此隔离,当,R,d,和,R,c,之间满足特定关系时，,A,、,B,两输入端彼此隔离。,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,三、功率分配,当,R,a,=,R,b,时，将功率放大器加在,D,端，功率放大器的输出功率均等地分配给,R,a,和,R,b,，且它们之间是反相的，而,C,端无功率输出。,将功率放大器加 C端，功率放大器的输出功率均等地分配给,R,a,和,R,b,，且它们之间是同相的，而 D 端无功率输出。,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,一个理想的功率合成电路应该具有以下特点：,N,个同类型的功率放大器，它们的输出振幅相等，通过功率合成器输出给负载的功率应等于各功率放大器输出功率的和。,与功率合成器连接的各功率放大器彼此隔离，任何一个功率放大器发生故障时，不影响其他放大器的功率输出。,实现功率合成的电路种类很多，一般都由无源元件组成，统称为魔,T,混合网络。在实际应用中，往往需要功率合成电路具有宽带特性，这种功率合成电路由传输线变压器构成。,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,1.4.2传输线变压器,一、变压器和传输线的工作频带,高频变压器：由于线圈的漏感和匝间分布电容的作用，其上限频率只能工作在几十兆赫，下限频率受激磁电感量的限制。,传输线：传输线就是连接信号源和负载的两根导线，它的上限频率与导线长度,l,有关，,l,越小，上限频率,f,H,越高。它的下限频率为零。,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,传输线变压器如图 143 所示。,图 1,-,4,-,3传输线变压器,设上限频率,f,H,对应的波长为,min,取,可以认为：,v,1,=,v,2,=,v,，,i,1,=,i,2,=,i,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,二、传输线变压器的工作原理,传输线变压器原理图如图 1 44,(,a,),所示。,将传输线绕于磁环上便构成传输线变压器。传输线可以是同轴电缆、双绞线、或带状线，磁环一般是镍锌高磁导率的铁氧体。,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,三、传输线变压器功能,1对称与不对称变换,对称,不对称变换，将对地对称的双端输入信号转换为对地不对称的单端输出信号，如,图 146,(,a,)所示。,图 1-4-6对称与不对称变压器,(,a,),对称,-不对称(,b,),不对称,-对称,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,参见,图,144,(,b,)，在高频时，传输线变压器以电磁能交替变换的传输方式传送能量。,如,图,144,(,c,),所示，在低频时，由于传输线绕在磁环上，,1,端和,2,端与,3,端和,4,端的短导线成为较大的电感线圈，避免了信号源和负载被短接，实现了倒相作用。能量通过传输线方式和磁耦合方式传送。,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,不对称 对称变换，将对地不对称的单端输入信号转换为对地对称的双端输出信号，如图 146,(,b,),所示。,(,a,),对称 不对称,(,b,),不对称 对称,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,2阻抗变换器,传输线变压器可以构成阻抗变换器，由于结构的限制，通常只能实现特定的阻抗比的,变换,。,4:1 阻抗变换器,如,图,147,(,a,),所示,，图中阻抗关系为,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,实现 4:1 的阻抗变换。传输线变压器的特性阻抗为,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,1:4 阻抗变换器,如,图,147,(,b,),所示,，图中阻抗关系为,实现 1:4 的阻抗变换。传输线变压器的特性阻抗为,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,1.4.3,用传输线变压器构成的魔,T,混合网络,一、功率合成,如图 1,-,4,-,8 所示，Tr,1,为魔,T,混合网络，,Tr,2,为对称,不对称变换器。,输入信号接在,A,端和,B,端，根据节点方程,i,=,i,a,-,i,d,，,i,=,i,d,-,i,b,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,i,=,i,a,-,i,d,，,i,=,i,d,-,i,b,求出,而,i,c,=,2,i,=,i,a,-,i,b,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,i,=,i,a,-,i,d,，,i,=,i,d,-,i,b,i,c,=,2,i,=,i,a,-,i,b,1,输入为等值反相信号,i,a,=,i,b,=,I,m,sin,t,，,v,a,=,v,b,=,V,m,sin,t,因为,i,c,=,0,，所以,C,端无功率输出。,v,d,=,v,a,+,v,b,=,2,V,m,sin,t,，,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,i,a,=,i,b,=,I,m,sin,t,，,v,a,=,v,b,=,V,m,sin,t,因为,i,c,=,0,所以,C,端无功率输出。,v,d,=,v,a,+,v,b,=,2,V,m,sin,t,，,D,端的输出功率,输出功率为 A 端输入功率和 B 端输入功率的和。,每个功率放大器的等效负载,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,2输入为等值同相信号,i,a,=-,i,b,=,I,m,sin,t,，,v,a,=-,v,b,=,V,m,sin,t,因为,i,d,=,0,所以,D,端无功率输出。,v,c,=,v,a,=-,v,b,=,V,m,sin,t,，,i,c,=,i,a,-,i,b,=,2,I,m,sin,t,C,端的输出功率,输出功率为 A 端输入功率和 B 端输入功率的和。,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,2,输入为等值同相信号,i,a,=-,i,b,=,I,m,sin,t,，,v,a,=-,v,b,=,V,m,sin,t,因为,i,d,=,0,，,所以,D,端无功率输出。,v,c,=,v,a,=-,v,b,=,V,m,sin,t,，,i,c,=,i,a,-,i,b,=,2,I,m,sin,t,C,端的输出功率,输出功率为 A 端输入功率和 B 端输入功率的和。,每个功率放大器的等效负载,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,3,异常输入情况,i,a,i,b,，,v,a,v,b,根据电路的约束条件,将,代入并整理，求解出,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,若取,i,a,仅与,v,a,有关，,i,b,仅与,v,b,有关。实现了,A,端和,B,端的隔离，称为,A,、,B,间的隔离条件。,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,二、功率分配,1同相功率分配,同相功率分配电路如,图,149,(,a,)所示。,i,c,=2,i,，,i,a,=,i,-,i,d,，,i,b,=,i,+,i,d,，,v,d,=,i,d,R,d,=,i,a,R,a,-,i,b,R,b,整理得到,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,图,149功率分配电路,(,a,)同相,i,c,=2,i,，,i,a,=,i,-,i,d,，,i,b,=,i,+,i,d,，,v,d,=,i,d,R,d,=,i,a,R,a,-,i,b,R,b,取,R,a,=,R,b,=,R,则,i,d,=,0,D,端无功率输出。,i,a,=,i,b,=,i,c,/2,A,端和,B,端获得等值同相功率。,C 端的等效负载为,R,/2,。,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,图,149功率分配电路,(,b,)反相,2反相功率分配,反相功率分配电路如,图,14 9,(,b,)所示。,同理可以证明：当,R,a,=,R,b,=,R,时,i,c,=,2,i,=,0,i,a,=,i,b,=,i,d,则,i,c,=,0,C,端无功率输出。,A,端和,B,端获得等值反相功率。,D 端的等效负载为,R,/2,。,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,第,1,章 功率电子线路,1.5,整流与稳压电路,1.5.1,整流电路,1.5.2,串联型稳压器,1.5.3,开关型稳压器,电子线路非线性部分冯军谢嘉奎绪论和第一章,整流电路的功能是将电力网提供的交流电压变换为直流电压。稳压电路具有调节功能，将整流电路输出的不稳定直流电压转换为稳定的直流电压。,1.5.1,整流电路,整流电路有半波、全波、桥式三种基本形式。,一、半波整流电路,半波整流电路如图,151,(,a,),所