電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分(第六版) 康華光ch09課件

《電子技術(shù)基礎(chǔ)》模擬部分（第六版）電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分(第六版)康華光ch09電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分1緒論2運(yùn)算放大器3二極管及其基本電路4場效應(yīng)三極管及其放大電路5雙極結(jié)型三極管及其放大電路6頻率響應(yīng)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)壓電源電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分(第六版)康華光ch099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(shí)例9.3乙類雙電源互補(bǔ)對稱功率放大電路9.4甲乙類互補(bǔ)對稱功率放大電路9.5功率管9.6集成功率放大器舉例電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分(第六版)康華光ch099.1功率放大電路的一般問題1.功率放大電路的特點(diǎn)及主要研究對象(1)功率放大電路的主要特點(diǎn)

功率放大電路是一種以輸出較大功率為目的的放大電路。因此，要求同時(shí)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(hù)

一般直接驅(qū)動負(fù)載，帶載能力要強(qiáng)。#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？電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分(第六版)康華光ch099.1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(gè)周期內(nèi)三極管的導(dǎo)通情況劃分乙類：導(dǎo)通角等于180°甲類：一個(gè)周期內(nèi)均導(dǎo)通甲乙類：導(dǎo)通角大于180°丙類：導(dǎo)通角小于180°#

哪幾種狀態(tài)靜態(tài)功耗最??？電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分(第六版)康華光ch099.2射極輸出器——甲類放大的實(shí)例特點(diǎn)：

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(fù)載能力強(qiáng)。電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分(第六版)康華光ch099.2射極輸出器——甲類放大的實(shí)例輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系設(shè)BJT的飽和壓VCES≈0.2V

vO正向振幅最大值vO負(fù)向振幅最大值，T截止臨界截止時(shí)電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分(第六版)康華光ch099.2射極輸出器——甲類放大的實(shí)例

當(dāng)正弦波最大輸出電壓正負(fù)幅值相同時(shí)，可獲得最大輸出功率

即最大輸出功率當(dāng)取vi足夠大電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分(第六版)康華光ch099.2射極輸出器——甲類放大的實(shí)例電源提供的功率效率低放大器的效率PVC=VDD

IBIAS=27.75WPVE=VEE

IBIAS=27.75W電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分(第六版)康華光ch099.3乙類雙電源互補(bǔ)對稱功率放大電路9.3.1電路組成9.3.2分析計(jì)算9.3.3功率BJT的選擇電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分(第六版)康華光ch099.3.1電路組成

由一對NPN、PNP特性相同的互補(bǔ)三極管組成，采用正、負(fù)雙電源供電。這種電路也稱為OCL互補(bǔ)功率放大電路。1.電路組成2.工作原理

兩個(gè)三極管在信號正、負(fù)半周輪流導(dǎo)通，使負(fù)載得到一個(gè)完整的波形。電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分(第六版)康華光ch099.3.2分析計(jì)算電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分(第六版)康華光ch099.3.2分析計(jì)算1.最大不失真輸出功率Pomax實(shí)際輸出功率忽略VCES時(shí)電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分(第六版)康華光ch099.3.2分析計(jì)算單個(gè)管子在半個(gè)周期內(nèi)的管耗2.管耗PT兩管管耗電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分(第六版)康華光ch099.3.2分析計(jì)算3.電源供給的功率PV當(dāng)4.效率

當(dāng)電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分(第六版)康華光ch099.3.3功率BJT的選擇1.最大管耗和最大輸出功率的關(guān)系因?yàn)楫?dāng)≈0.6VCC時(shí)具有最大管耗≈0.2Pom

選管依據(jù)之一電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分(第六版)康華光ch099.3.3功率BJT的選擇功率與輸出幅度的關(guān)系2.功率BJT的選擇（自學(xué)）電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分(第六版)康華光ch099.4甲乙類互補(bǔ)對稱功率放大電路9.4.1甲乙類雙電源互補(bǔ)對稱電路9.4.2甲乙類單電源互補(bǔ)對稱電路9.4.3MOS管甲乙類雙電源互補(bǔ)對稱電路電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分(第六版)康華光ch099.4.1甲乙類雙電源互補(bǔ)對稱電路乙類互補(bǔ)對稱電路存在的問題電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分(第六版)康華光ch099.4.1甲乙類雙電源互補(bǔ)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(gè)周期內(nèi)，兩二極管是否會出現(xiàn)反向偏置狀態(tài)？設(shè)T3已有合適的靜態(tài)工作點(diǎn)交流相當(dāng)于短路電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分(第六版)康華光ch099.4.1甲乙類雙電源互補(bǔ)對稱電路另一種偏置方式VBE4可認(rèn)為是定值R1、R2不變時(shí)，VCE4也是定值，可看作是一個(gè)直流電源。Po、PT、PV和PTm仍然按照乙類功放計(jì)算公式進(jìn)行估算。電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分(第六版)康華光ch099.4.2甲乙類單電源互補(bǔ)對稱電路靜態(tài)時(shí)，偏置電路使VK＝VC≈VCC/2（電容C充電達(dá)到穩(wěn)態(tài)）。

當(dāng)有信號vi時(shí)負(fù)半周T1導(dǎo)通，有電流通過負(fù)載RL，同時(shí)向C充電正半周T2導(dǎo)通，則已充電的電容C通過負(fù)載RL放電。只要滿足RLC>>T信，電容C就可充當(dāng)原來的－VCC。計(jì)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。電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分(第六版)康華光ch099.4.3MOS管甲乙類雙電源互補(bǔ)對稱電路復(fù)合管消除高頻振蕩溫度補(bǔ)償VBE擴(kuò)展電路提供靜態(tài)偏置VBE擴(kuò)展電路提供靜態(tài)偏置復(fù)合管消除高頻振蕩電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分(第六版)康華光ch099.5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DMOSFET電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分(第六版)康華光ch099.5.1功率器件的散熱與功率BJT的二次擊穿問題1.功率BJT的散熱功率BJT外形在給負(fù)載輸送功率的同時(shí)，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(jié)溫升高。

當(dāng)結(jié)溫超過一定溫度時(shí)（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(jié)上，它和流過集電結(jié)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。電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分(第六版)康華光ch091.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(jié)溫Tj和環(huán)境溫度Ta之間的關(guān)系為Tj－Ta＝RTPCM

其中，熱阻RT

包括集電結(jié)到管殼的熱阻，管殼與散熱片之間的熱阻，散熱片與周圍空氣的熱阻。單位為℃/W（或℃/mW）。

當(dāng)最高結(jié)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(shí)，允許的功耗PCM僅為1W，如果加上120×120×4mm3的鋁散熱板時(shí)，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(shí)的數(shù)值。9.5.1功率器件的散熱與功率BJT的二次擊穿問題電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分(第六版)康華光ch092.功率BJT的二次擊穿

實(shí)際應(yīng)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(jié)面的電流不均勻，造成結(jié)面局部高溫（稱為熱斑），因而產(chǎn)生熱擊穿所致。與BJT的制造工藝有關(guān)。

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的二次擊穿問題電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分(第六版)康華光ch093.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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(shí)，器件的結(jié)溫不應(yīng)超過器件允許的最大結(jié)溫的70%～80%。對于開關(guān)電路中使用的功率器件，其工作電壓、功耗、電流和結(jié)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的二次擊穿問題電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分(第六版)康華光ch094.保證器件正常運(yùn)行的保護(hù)措施

為了防止由于感性負(fù)載而使管子產(chǎn)生過壓或過流，可在負(fù)載兩端并聯(lián)二極管（或二極管和電容）；可以用VZ值適當(dāng)?shù)姆€(wěn)壓管并聯(lián)在功率管的c、e兩端，以吸收瞬時(shí)的過電壓等。9.5.1功率器件的散熱與功率BJT的二次擊穿問題電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分(第六版)康華光ch099.5.2功率VMOSFET和DMOSFET1.VMOS管V型開槽的縱向MOS管，稱為VMOS（VerticalMOS）電流沿導(dǎo)電溝道由漏極到源極的流動是縱向的溝道很短，電流ID很大，可達(dá)200AN－外延層提高了耐壓值，達(dá)1000V以上非線性失真小電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分(第六版)康華光ch099.5.2功率VMOSFET和DMOSFET2.DMOS管雙擴(kuò)散MOS管，稱為DMOS（Double-diffusedMOS）電流也是縱向流動的溝道很短，電流ID很大，可達(dá)50AN－層提高了耐壓值，達(dá)600V以上電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分(第六版)康華光ch099.5.2功率VMOSFET和DMOSFET3.MOS功率管的優(yōu)點(diǎn)

（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?yàn)樯僮哟鎯栴}，功率MOS管具有更高的開關(guān)速度，雙極型功率管的開關(guān)時(shí)間在100ns至1μs之間，而MOS功率管的開關(guān)時(shí)間約為10~100ns，其工作頻率可達(dá)100kHZ到1MHZ以上，所以大功率MOS管常用于高頻電路或開關(guān)式穩(wěn)壓電源等。VMOS在這一點(diǎn)上更顯優(yōu)越（其fT＝600MHZ）。（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(jìn)行充放電。電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分(第六版)康華光ch099.5.2功率VMOSFET和DMOSFET4.MOS功率管的缺點(diǎn)為了獲得高耐壓值，器件有低摻雜濃度的N-層，導(dǎo)致導(dǎo)通電阻變大絕緣柵雙極型功率管（IGBT）電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分(第六版)康華光ch099.6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9.6.2BJT集成功率放大器舉例電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分(第六版)康華光ch099.6.1以MOS功率管作輸出級的集成功率放大器SHM1150Ⅱ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的，由Rf和R2決定電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分(第六版)康華光ch099.6.1以MOS功率管作輸出級的集成功率放大器