功率放大电路

功率放大电路第1页，共41页，2023年，2月20日，星期一第2页，共41页，2023年，2月20日，星期一1.功率放大电路是放大电路的一种，与BJT放大电路、运放等电路没有本质区别（从能量控制的角度）。电压放大电路：要求不失真的输出信号主要指标是增益、输入和输出电阻等。功率放大电路：要求不失真的输出功率主要指标是输出功率、失真和效率等。第3页，共41页，2023年，2月20日，星期一2.功率放大电路的主要特点功率放大电路以输出较大功率为目的。因此，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。3.功放电路关注的主要问题非线性失真：失真是大信号工作下的必然。输出功率与非线性失真是一对矛盾。不同情况下关注不同。输出功率：功放管的电压和电流有足够大的输出幅度。第4页，共41页，2023年，2月20日，星期一能量转化的效率:器件的散热性能：消耗的功率较大，功率管承受的电压和电流较大，产生较高的结温，需要良好的散热。第5页，共41页，2023年，2月20日，星期一2.功率放大电路提高效率的主要途径（1）功放的工作状态——甲类功放第6页，共41页，2023年，2月20日，星期一（2）功放的工作状态——甲乙类功放第7页，共41页，2023年，2月20日，星期一（3）功放的工作状态——乙类功放第8页，共41页，2023年，2月20日，星期一（4）功放的工作状态——丙类功放

三极管导电角<180°

静态工作电流IC<0，效率高存在较大的失真提高功放电路效率的主要途径是：降低静态功耗，即减小静态电流。第9页，共41页，2023年，2月20日，星期一8.2射极输出器——甲类放大的实例简化电路带电流源详图的电路图

特点：电压增益近似为1，电流增益很大，可获得较大的功率增益，输出电阻小，带负载能力强。第10页，共41页，2023年，2月20日，星期一T1工作在放大区，则输出电压与输入电压的关系设T1的饱和压VCES≈0.2V，则vO正向振幅最大值：vO负向振幅最大值(1)若T1首先截止(2)若T3首先出现饱和1.工作原理第11页，共41页，2023年，2月20日，星期一偏置电压源VBIAS=0.6V当若输入为正弦信号，试计算最大输出功率Pom、效率。解：求最大输出功率Pom。第12页，共41页，2023年，2月20日，星期一所以，放大器的功率为：第13页，共41页，2023年，2月20日，星期一8.3乙类双电源互补对称功率放大电路第14页，共41页，2023年，2月20日，星期一2.工作原理

互补对称电路可以看成是由两个射极输出器组合而成的。（1）当信号处于正半周时，T1放大，T2截止。（2）当信号处于负半周时，T1截止，T2放大。基本互补对称电路在静态时，两管均不导电；有信号时，两管轮流导电，组成推挽式电路。第15页，共41页，2023年，2月20日，星期一第16页，共41页，2023年，2月20日，星期一第17页，共41页，2023年，2月20日，星期一第18页，共41页，2023年，2月20日，星期一第19页，共41页，2023年，2月20日，星期一每个管子在半个周期内导通，设输出电压为VomSinwt，则单个管子的管耗为(2)管耗PT两管管耗第20页，共41页，2023年，2月20日，星期一第21页，共41页，2023年，2月20日，星期一选管依据第22页，共41页，2023年，2月20日，星期一第23页，共41页，2023年，2月20日，星期一第24页，共41页，2023年，2月20日，星期一交越失真的实际波形第25页，共41页，2023年，2月20日，星期一第26页，共41页，2023年，2月20日，星期一8.4甲乙类互补对称功率放大电路第27页，共41页，2023年，2月20日，星期一第28页，共41页，2023年，2月20日，星期一3第29页，共41页，2023年，2月20日，星期一第30页，共41页，2023年，2月20日，星期一起到了负电源的作用第31页，共41页，2023年，2月20日，星期一只要满足RLC>>T信号，电容C就可充当原来的－VCC。计算Po、PT、PV和PTm的公式必须加以修正，以VCC/2代替原来公式中的VCC。2.动态工作情况第32页，共41页，2023年，2月20日，星期一例P4088.4.1第33页，共41页，2023年，2月20日，星期一8.5集成功率放大电路8.5.1功率器件的散热与功率BJT的二次击穿问题功率BJT的散热问题功率管允许的输出功率、功耗与其散热情况密切相关。（1）热阻——表征散热能力阻碍热传导的阻力称为热阻（可以与电阻比对）。热阻小表明管子的散热能力强，允许的集电极功耗大。（2）散热等效热路等效热路与集电结到管壳的热阻、管壳到散热片的热阻以及散热片到空气的热阻有关。管壳与散热片之间绝缘层要少、接触面积大、紧固。第34页，共41页，2023年，2月20日，星期一2.功率BJT工作不应进入二次击穿区无明显特征情况下，功率BJT突然失效或性能显著下降。（1）二次击穿的原因具体原因理论界还不统一。一种多数观点是流过BJT结面的电流不均匀，造成结面局部高温，产生热击穿所致。（2）二次击穿的影响BJT的安全工作区要受到击穿临界曲线的限制；BJT的安全工作范围变小。第35页，共41页，2023年，2月20日，星期一3.功率BJT可靠性的提高途径提高BJT可靠性的途径是使用时降低额定值在最坏条件下，工作电压不应超过极限值的80%；在最坏条件下，工作电流不应超过极限值的80%；在最坏条件下，工作功耗不应超过器件最大工作环境温度下的最大允许功耗的50%；工作时，结温不应超过器件允许最大结温的80%。功率BJT的保护措施

（1）为防止过压或过流，在负载两端并联二极管和电容；（2）为吸收瞬时过压，在功率管两端并联稳压管。第36页，共41页，2023年，2月20日，星期一8.5.2功率VMOSFET和DMOSFET1.VMOS结构特点：（1）在垂直方向生成的“V”形槽；（2）源极和漏极成纵向排列，导电沟道是垂直的。第37页，共41页，2023年，2月20日，星期一VMOS管的功能特点：（1）漏区面积大，有利于散热片进行散热；（2）沟道间呈并联关系，允许漏极电流很大；（3）耗尽区出现在轻掺杂层，击穿电压高；（4）非线性失真很小。第38页，共41页，2023年，2月20日，星期一2.DMOS结构特点：（1）既有N+又有P+，是双扩散MOS管；（2）源极和漏极成纵向排列；（3）沟道很短，呈横向排列，但电流是纵向的。第39页，共41页，2023年，2月20日，星期一VMOS管和DMOS管的优点：（1）电压控制电流器