9-功率放大电路2解读.ppt

第九章 功率放大电路 第九章 功率放大电路 §9.1 概述 一、概述 不同之处在于： 各自追求的指标不同。 功率放大电路的特点 要求同时输出较大的电压和电流。管子工作在接近极限状态。 一般直接驱动负载，带载能力要强。 2. 对功率放大电路的要求 一、功率放大电路研究的问题 唯一的办法就是在电路结构上做文章，于是引出： 四、功率放大电路的种类 乙类推挽电路 2. OTL 电路 3. OCL电路 4. BTL 电路 几种电路的比较 §9.2 互补输出级的分析计算 求解输出功率和效率的方法 一、输出功率 二、效率 3. 晶体管的极限参数 讨论一：图示各电路属于哪种功放？ 9.3 功率放大电路的安全运行 在功率放大电路中，功放管既要流过大电流，又要承受高电压。只有功放管不超过其极限值，电路才能正常工作。因此，所谓功率放大电路的安全运行，实际上就是要保证功放管的安全工作。在实用电路中，常加保护措施，以防止功放管过电压、过电流和过功耗。 一、功放管的二次击穿 1、二次击穿现象 在实际工作中，常发现功率晶体管的功耗并未超过允许的PCM值，管身也并不烫，但功率晶体管却突然失效或者性能显著下降。这种损坏的的原因，不少是由于二次击穿所造成的。那么什么叫二次击穿呢？它产生的原因又是什么呢？应当如何防止呢？这些问题很值得研究和讨论。 从晶体管的输出特性可知，对于某一条输出特性曲线，当c~e之间电压增大到一定数值时，晶体管将产生击穿现象；而且，IB愈大，击穿电压愈低，称这种击穿为“一次击穿”。 晶体管在一次击穿后，集电极电流会骤然增大，若不加以限制，则晶体管的工作点变化到临界点A时，工作点将以毫秒甚至微秒级的高速度从A点到B点，此时电流猛增，而管压降却减小，如下图所示，称为“二次击穿”。晶体管经过二次击穿后，性能将明显下降，甚至造成永久性损坏。 IB不同时二次击穿的临界点不同，将它们连接起来，便得到二次击穿临界曲线，简称为 S／B曲线，如下图所示。 2、二次击穿是怎样产生的 产生二次击穿的原因至今尚不清楚。一般说来，二次击穿是一种与电流、电压、功率和结温都有关系的效应。它的物理过程多数人认为是由于流过晶体管结面的电流不均匀，造成结面局部高温（称为热斑），因而产生热击穿所致。这与晶体管的制造工艺有关。 3、如何防止二次击穿 晶体管的二次击穿特性对功率管，特别是外延型功率管，在运用性能的恶化和损坏方面起着重要影响。为了保证功率管安全工作，必须考虑二次击穿的因素。因此，功率管的安全工作区，不仅受集电极允许的最大电流ICM、集电极允许的最大电压V（BR）CE和集电极允许的最大功耗PCM所限制，而且还受二次击穿临界曲线所限制，其安全工作区如下图虚线内所示。显然，考虑了二次击穿以后，功率晶体管的安全工作范围变小了。 从二次击穿产生的过程可知，防止晶体管的一次击穿，并限制其集电极电流，就可避免二次击穿。 二、功放管的散热问题 功放管损坏的重要原因是其实际耗散功率超过额定数值PCM。而晶体管的耗散功率取决于管子内部的 PN结（主要是集电结）温度 Tj，当 Tj超过允许值后，集电极电流将急剧增大而烧坏管子。 硅管的结温允许值为120～180℃，锗管的结温允许值为85℃左右。耗散功率等于结温在允许值时集电极电流与管压降之积。 管子的功耗愈大，结温愈高。因而改善功放管的散热条件，可以在同样的结温下提高集电极最大耗散功率PCM ，也就可以提高输出功率。 二、功放管的散热问题 1、热阻的概念 热的传导路径，称为热路。阻碍热传导的阻力称为热阻。真空不易传热，即热阻大；金属的传热性好，即热阻小。 在晶体管中，管子上的电压降大部分都降在集电结上，它和流过集电结的电流造成集电极功率损耗，使管子发热。这个热量要从管芯向外传递。设结温为Tj ，环境温度为Ta ，则温差?T（= Tj － Ta ）与集电结耗散功率PC成正比，比例系数称为热阻尼，即 可见，热阻尼是传递单位功率时所产生的温差，单位为℃／W。RT愈大，表明相同温差下能够散发的热能愈小。换言之， RT愈大，表明同样的功耗下结温愈高。可见，热阻是衡量晶体管散热能力的一个重要参数。 2、热阻的估算 以晶体管为例，管芯（J）向环境（A）散热的途径有两条：管芯（J）到外壳（C），再经外壳到环境；或者管芯（ J ）到外壳（C），再经散热片（S）到环境。即J→C → A或J → C → S → A，如下图所示。 设J~C间热阻为Rj