功率放大電路教程課件

1、電子技術基礎模擬部分 （第六版）電子技術基礎模擬部分1 緒論2 運算放大器3 二極管及其基本電路4 場效應三極管及其放大電路5 雙極結型三極管及其放大電路6 頻率響應7 模擬集成電路8 反饋放大電路9 功率放大電路10 信號處理與信號產(chǎn)生電路11 直流穩(wěn)壓電源9 功率放大電路9.1 功率放大電路的一般問題9.2 射極輸出器甲類放大的實例9.3 乙類雙電源互補對稱功率放大電路（重點）9.4 甲乙類互補對稱功率放大電路（重點）9.5 功率管(不講)9.6 集成功率放大器舉例(不講)9.1 功率放大電路的一般問題1. 功率放大電路的特點及主要研究對象(1)功率放大電路的主要特點 功率放大電路是一種以

2、輸出較大功率為目的的放大電路。因此，要求同時輸出較大的電壓和電流。管子工作在接近極限狀態(tài)。 (2)要解決的問題 提高效率 減小失真 管子的保護 一般直接驅(qū)動負載，帶載能力要強。# 功率放大電路與前面介紹的電壓放大電路有本質(zhì)上的區(qū)別嗎？9.1 功率放大電路的一般問題2. 功率放大電路提高效率的主要途徑 降低靜態(tài)功耗，即減小靜態(tài)電流四種工作狀態(tài) 根據(jù)正弦信號整個周期內(nèi)三極管的導通情況劃分乙類：導通角等于180甲類：一個周期內(nèi)均導通甲乙類：導通角大于1809.2 射極輸出器甲類放大的實例特點： 電壓增益近似為1，電流增益很大，可獲得較大的功率增益，輸出電阻小，帶負載能力強。 9.2 射極輸出器甲類放

3、大的實例輸出電壓與輸入電壓的關系 設BJT的飽和壓VCES0.2V vO正向振幅最大值 vO負向振幅最大值， T截止 臨界截止時 9.2 射極輸出器甲類放大的實例 當正弦波最大輸出電壓正負幅值相同時，可獲得最大輸出功率 即最大輸出功率 當取vi 足夠大 9.2 射極輸出器甲類放大的實例電源提供的功率效率低放大器的效率 PVC = VDD IBIAS = 27.75 WPVE = VEE IBIAS= 27.75 W9.3 乙類雙電源互補對稱功率放大電路9.3.1 電路組成9.3.2 分析計算9.3.3 功率BJT的選擇9.3.1 電路組成 由一對NPN、PNP特性相同的互補三極管組成，采用正、

4、負雙電源供電。這種電路也稱為OCL互補功率放大電路。1. 電路組成2. 工作原理 兩個三極管在信號正、負半周輪流導通，使負載得到一個完整的波形。9.3.2 分析計算9.3.2 分析計算1. 最大不失真輸出功率Pomax實際輸出功率忽略VCES時9.3.2 分析計算單個管子在半個周期內(nèi)的管耗2. 管耗PT兩管管耗9.3.2 分析計算3. 電源供給的功率PV當4. 效率當9.3.3 功率BJT的選擇1. 最大管耗和最大輸出功率的關系因為當 0.6VCC 時具有最大管耗0.2Pom 選管依據(jù)之一9.3.3 功率BJT的選擇功率與輸出幅度的關系2. 功率BJT的選擇 （自學）9.4 甲乙類互補對稱功率

5、放大電路9.4.1 甲乙類雙電源互補對稱電路9.4.2 甲乙類單電源互補對稱電路9.4.3 MOS管甲乙類雙電源互補對稱電路9.4.1 甲乙類雙電源互補對稱電路乙類互補對稱電路存在的問題9.4.1 甲乙類雙電源互補對稱電路1. 靜態(tài)偏置可克服交越失真2. 動態(tài)工作情況二極管等效為恒壓模型 # 在輸入信號的整個周期內(nèi)，兩二極管是否會出現(xiàn)反向偏置狀態(tài)？設T3已有合適的靜態(tài)工作點交流相當于短路9.4.1 甲乙類雙電源互補對稱電路另一種偏置方式VBE4可認為是定值 R1、R2不變時，VCE4也是定值，可看作是一個直流電源。 Po、PT、PV和PTm仍然按照乙類功放計算公式進行估算。 9.4.2 甲乙類

6、單電源互補對稱電路靜態(tài)時，偏置電路使VKVCVCC/2（電容C充電達到穩(wěn)態(tài)）。當有信號vi時負半周T1導通，有電流通過負載RL，同時向C充電正半周T2導通，則已充電的電容C通過負載RL放電。只要滿足RLC T信，電容C就可充當原來的VCC。計算Po、PT、PV和PTm的公式必須加以修正，以VCC/2代替原來公式中的VCC。 9.4.3 MOS管甲乙類雙電源互補對稱電路復合管消除高頻振蕩溫度補償VBE擴展電路提供靜態(tài)偏置VBE擴展電路提供靜態(tài)偏置復合管消除高頻振蕩9.5 功率管9.5.1 功率器件的散熱與功率BJT的 二次擊穿問題9.5.2 功率VMOSFET和DMOSFET9.5.1 功率器件

7、的散熱與功率BJT的二次擊穿問題1. 功率BJT的散熱功率BJT外形在給負載輸送功率的同時，管子本身也要消耗一部分功率。管子消耗的功率直接表現(xiàn)在使管子的結溫升高。 當結溫超過一定溫度時（鍺管一般約為90，硅管約為150），會使管子損壞。 在BJT中，管子上的電壓絕大部分降在集電結上，它和流過集電結的電流造成集電極功率損耗，使管子產(chǎn)生熱量。所以通常用集電極耗散功率來衡量BJT的耗散功率。1. 功率BJT的散熱 功率BJT的最大允許耗散功率PCM，總的熱阻RT、最高允許結溫Tj和環(huán)境溫度Ta之間的關系為TjTaRTPCM 其中，熱阻RT 包括集電結到管殼的熱阻，管殼與散熱片之間的熱阻，散熱片與周圍

8、空氣的熱阻。單位為/W（或/mW）。 當最高結溫和環(huán)境溫度一定，熱阻越小，允許的管耗就越大。散熱片及其面積大小可以明顯改變熱阻的大小。例如，某BJT不加散熱裝置時，允許的功耗PCM僅為1W，如果加上1201204mm3的鋁散熱板時，則允許的PCM增至10W。 通常手冊中給出的PCM，是在環(huán)境溫度為25時的數(shù)值。 9.5.1 功率器件的散熱與功率BJT的二次擊穿問題2. 功率BJT的二次擊穿 實際應用中，功率BJT并未超過允許的PCM值，管身也不燙，但功率BJT卻突然失效或者性能顯著下降。這種損壞不少是二次擊穿引起的。 產(chǎn)生二次擊穿的原因主要是由于流過BJT結面的電流不均勻，造成結面局部高溫（稱

9、為熱斑），因而產(chǎn)生熱擊穿所致。與BJT的制造工藝有關。 因此，功率管的安全工作區(qū)，不僅受集電極允許的最大電流ICM、集射間允許的最大擊穿電壓V(BR)CE和集電極允許的最大功耗PCM所限制，而且還受二次擊穿臨界曲線所限制。 9.5.1 功率器件的散熱與功率BJT的二次擊穿問題3. 提高功率BJT可靠性的主要途徑 （1）在最壞的條件下（包括沖擊電壓在內(nèi)），工作電壓不應超過極限值的80%； （2）在最壞的條件下（包括沖擊電流在內(nèi)），工作電流不應超過極限值的80%； （3）在最壞的條件下（包括沖擊功耗在內(nèi)），工作功耗不應超過器件最大工作環(huán)境溫度下的最大允許功耗的50%； （4）工作時，器件的結溫不應

10、超過器件允許的最大結溫的70%80%。 對于開關電路中使用的功率器件，其工作電壓、功耗、電流和結溫（包括波動值在內(nèi)）都不得超過極限值。9.5.1 功率器件的散熱與功率BJT的二次擊穿問題4. 保證器件正常運行的保護措施 為了防止由于感性負載而使管子產(chǎn)生過壓或過流，可在負載兩端并聯(lián)二極管（或二極管和電容）； 可以用VZ值適當?shù)姆€(wěn)壓管并聯(lián)在功率管的c、e兩端，以吸收瞬時的過電壓等。9.5.1 功率器件的散熱與功率BJT的二次擊穿問題9.5.2 功率VMOSFET和DMOSFET1. VMOS管V型開槽的縱向MOS管，稱為VMOS（Vertical MOS）電流沿導電溝道由漏極到源極的流動是縱向的溝

11、道很短，電流ID很大 ，可達200A N外延層提高了耐壓值，達1 000V以上 非線性失真小9.5.2 功率VMOSFET和DMOSFET2. DMOS管雙擴散MOS管，稱為DMOS（Double-diffused MOS）電流也是縱向流動的溝道很短，電流ID很大 ，可達50A N層提高了耐壓值，達600V以上9.5.2 功率VMOSFET和DMOSFET3. MOS功率管的優(yōu)點 （1）與MOS器件一樣是電壓控制電流器件，輸入電阻極高，因此所需驅(qū)動電流極小，功率增益高。 （2）MOS管不存在二次擊穿 （3）因為少子存儲問題，功率MOS管具有更高的開關速度，雙極型功率管的開關時間在100ns至1

12、s之間，而MOS功率管的開關時間約為10100ns，其工作頻率可達100kHZ到1MHZ以上，所以大功率MOS管常用于高頻電路或開關式穩(wěn)壓電源等。VMOS在這一點上更顯優(yōu)越（其fT600MHZ）。 （4）MOS管與BJT相比幾乎不需要直流驅(qū)動電流。但MOS功率放大電路的驅(qū)動級至少要提供足夠的電流來保證對MOS管較大的輸入電容進行充放電。9.5.2 功率VMOSFET和DMOSFET4. MOS功率管的缺點為了獲得高耐壓值，器件有低摻雜濃度的N-層，導致導通電阻變大絕緣柵雙極型功率管（IGBT）9.6 集成功率放大器舉例9.6.1 以MOS功率管作輸出級的集成 功率放大器9.6.2 BJT集成功率放大器舉例9.6.1 以MOS功率管作輸出級的集成功率放大器SHM1150型集成功率放大器頻振蕩VMOS管3號腳內(nèi)部是接地的信號只能從1號腳到地之間輸入增益是固定