模拟电子技术项目化教程（第2版）课件 5.7 功放管的安全使用

功放管的安全使用主讲：蒋小辉功放管的安全使用1．功放管的安全使用介绍在功放电路中功放管是在接近极限参数的高电压状态下工作的功率管，由于设计不当或使用条件的变化而易损坏。因此，在功率放大实用电路中，应采用保护措施以保证功放管的安全运行。①⑤功放管的安全使用2．功放管的二次击穿及其保护当三极管集电结上的反偏电压过大时，三极管将被击穿，这时集电极电流迅速增大，出现一次击穿，且IB越大击穿电压越低，称为“一次击穿”。如图中曲线AB段所示，A点就是一次击穿点。这时只要外电路限制击穿后的电流，使管子的功耗不超过额定值，就不会造成管子的损坏，因此一次击穿是可逆的。功放管的安全使用2．功放管的二次击穿及其保护三极管一次击穿后集电极电流会骤然增大，若电流不加限制，则它的静态工作点增大到临界点（如图中B点）时，三极管的工作点以毫秒乃至微秒级高速移向C点，这时三极管的管压降uCE突然减小，电流iC急剧增大。如图中的BD段，称之为二次击穿。二次击穿是不可逆的，经二次击穿后，性能明显下降，甚至造成永久性损坏。二次击穿后，功放管的安全工作范围将变小，它除了受ICM、PCM和U(BR)CEO的限制外，还要受二次击穿临界线的限制，安全工作区如图所示。为了保证功放管安全工作，应注意在设计电路时，要使功放管工作在安全区域内，而且还应留有一定的余量，同时，要有良好的散热条件。功放管的安全使用2．功放管的二次击穿及其保护3.功放管的散热功放管损坏的重要原因是实际功率超过额定功耗PCM。三极管的耗散功率取决于内部的PN结（主要是集电结）温度Tj，当Tj超过手册中规定的最高允许结温TjM时，集电极电流将急剧增大而使管子损坏，这种现象称为“热击穿”或“热崩”。硅管的允许结温值为120～180℃，锗管允许结温为85℃左右。功放管的安全使用3.功放管的散热功率管极限功耗的大小与管子环境温度、散热途径和散热状况有关。功率管正常工作时，它的集电结向周围空间散发热量所遇到的阻力，称为热阻Rth。Rth越小，表示管子集电结的热量越容易散发出去。热阻的单位为℃/W，其物理意义为集电极每耗散1W的功率所引起结温升高的度数。它类似于电流流过导体时，存在电阻对电流阻力。功放管的安全使用3.功放管的散热因集电结耗散功率PC引起结温升高至Tj而产生的热量，首先由集电结传导至管壳，使管壳温度升到Tc，其热阻为R(th)jc，然后由管壳以辐射和对流的形式将热量散发到环境温度为Ta的环境A中，其热阻为R(th)ca。要想使散热过程能顺利进行，需满足条件：Tj＞Tc＞Ta。下图为单靠管壳散热的热传输途径示意图，其总热阻为:功放管的安全使用3.功放管的散热功率管装上散热器后，由集电结传给管壳C的热量有两条途径向环境A散发。除由热阻为R(th)ca的管壳直接向外散热外，最主要是由管壳传导到热阻为R(th)ca的散热器S，再由散热器以辐射或对流的形式向热阻为R(th)sa的环境A散热。图就是装散热器后热传输途径示意图。由于通过管壳直接散热远小于散热器散热，即R(th)cs＋R(th)sa<<R(th)ca，管壳的热阻R(th)ca可不计。所以，装散热器后的总热阻为功放管的安全使用3.功放管的散热散热面积越大，热阻就越小；散热装置经氧化处理涂黑后，可使其热辐射加强，热阻也可减小；因垂直放置空气对流好，所以垂直放置比水平放置的热阻小。水平放置和垂直放置铝平板散热器的热阻R(th)sa和它的表面积关系如图所示。功放管的安全使用3.功放管的散热如果将结温Tj与环境温度Ta之间的温差记作结温增量ΔTj，即ΔTj＝Tj－Ta。由前面分析可知，结温增量与集电极耗散功率及散热条件有关。散热条件不好，热阻越大，同样功耗引起结温增量也越大。当总热阻Rth一定时，功耗越大，结温增量也越高。如果集电极耗散功率增大到最大允许功耗PCM，则结温也达到最大允许值TjM。它们之间的关系为功放管的安全使用3.功放管的散热手册中一般给出的PCM是装有指定尺寸的散热器并规定Ta为25℃时的数值。如果散热条件不变但环境温度Ta高于25℃时，其最大允许耗散功率将减小为功放管的安全使用小结（1）功率放大电路在工作时，如果功放管的散热器（或无散热器时的管壳）上的温度较高，手感烫手，易引起功率管的损坏，这时应立即分析检查。（2）如果原属于正常使用功放电路，功率管突