9.1功率放大電路的特點及分類1．特點(1)要有盡可能大的輸出功率(2)效率要高(3)非線性失真要小(4)要加裝散熱和保護(hù)裝置(5)要用圖解法分析9功率放大電路第一頁，共四十四頁。2．工作狀態(tài)分類(1)甲類放大電路根據(jù)晶體管的靜態(tài)工作點的位置不同分b.能量轉(zhuǎn)換效率低特點c.放大管的導(dǎo)通角θ=2π靜態(tài)工作點位置iC1ICQωt=2

O2集電極電流波形大a.靜態(tài)功耗uCEiCOQA第二頁，共四十四頁。(2)乙類放大電路b.能量轉(zhuǎn)換效率高c.輸出失真大特點d.放大管的導(dǎo)通角θ=πωtiC2π2π=πO3π集電極電流波形a.靜態(tài)功耗靜態(tài)工作點位置uCEiCOQA第三頁，共四十四頁。(3)甲乙類放大電路

a.靜態(tài)功耗較小b.能量轉(zhuǎn)換效率較高c.輸出失真較大特點d.放大管的導(dǎo)通角π<θ<2πωtiC3π2πO3πICQπ<<2π集電極電流波形靜態(tài)工作點位置uCEiCOQA第四頁，共四十四頁。思考題1.功率放大器的作用是什么？對它有那些要求？它與電壓放大電路有哪些區(qū)別？2.試說明甲類、乙類和甲乙類功率放大器各自的主要特點。第五頁，共四十四頁。9.2互補(bǔ)推挽功率放大電路電路特點(1)晶體管T1、T2特性對稱(2)電源對稱(3)T1、T2射極輸出9.2.1乙類互補(bǔ)推挽功率放大電路RLT1ui+_+VCC_iC1iC2ioT2VCCuo+_第六頁，共四十四頁。1.工作原理a.當(dāng)ui=0時設(shè)ui=UimsintT1、T2截止UA=0uo=0靜態(tài)功耗為零RLT1ui+_+VCC_iC1iC2ioT2VCCuo+_A第七頁，共四十四頁。b.ui>0時T1導(dǎo)通T2截止輸入信號ui輸出信號uo電流io方向uo≈ui+RLT1ui+_+VCC_iC1iC2T2VCCuo_A第八頁，共四十四頁。c.ui<0時T2導(dǎo)通T1截止輸入信號ui輸出信號uo電流io方向uo≈uiRLT1ui+_+VCC_T2VCCuo+_A第九頁，共四十四頁。乙類互補(bǔ)推挽電路工作情況T1通T2通Uopp=2(VCC

–

UCES)uCEQtiCOiCuCEOUopp第十頁，共四十四頁。2.主要指標(biāo)計算

(1)輸出功率

設(shè)RLT1ui+_+VCC_iC1iC2ioT2VCCuo+_第十一頁，共四十四頁。當(dāng)忽略三極管的飽和壓降UCES時RLT1ui+_+VCC_iC1iC2ioT2VCCuo+_當(dāng)Uom達(dá)到最大值(VCC–

UCES)時第十二頁，共四十四頁。(2)電源供給的功率平均集電極電流IC(AV)為RLT1ui+_+VCC_iC1iC2ioT2VCCuo+_第十三頁，共四十四頁。兩個電源供給的總電源功率(3)能量轉(zhuǎn)換效率RLT1ui+_+VCC_iC1iC2ioT2VCCuo+_第十四頁，共四十四頁。當(dāng)時RLT1ui+_+VCC_iC1iC2ioT2VCCuo+_第十五頁，共四十四頁。(4)晶體管的耗散功率令RLT1ui+_+VCC_iC1iC2ioT2VCCuo+_第十六頁，共四十四頁。最大管耗為

即當(dāng)輸出電壓幅值為

晶體管的管耗最大每只管子的最大管耗為

RLT1ui+_+VCC_iC1iC2ioT2VCCuo+_第十七頁，共四十四頁。[例]電路如圖所示，已知電源電壓VCC=15V，RL=8W。輸入信號是正弦波。問：(a)

假設(shè)UCES=0V時，負(fù)載可能得到的最大輸出功率和能量轉(zhuǎn)換效率最大值分別是多少？(b)當(dāng)輸入信號ui=10sinwtV時，求此時負(fù)載得到的功率和能量轉(zhuǎn)換效率。RLT1ui+_+VCC_iC1iC2ioT2VCCuo+_第十八頁，共四十四頁。[解](a)

RLT1ui+_+VCC_iC1iC2ioT2VCCuo+_(b)對每半個周期來說，電路可等效為共集電極電路，所以Au≈1第十九頁，共四十四頁。uo=ui=10sinwtUom=10V故第二十頁，共四十四頁。當(dāng)ui小于晶體管的死區(qū)電壓時，T1、T2都截止。3.電路存在的主要缺陷a.產(chǎn)生失真的原因晶體管存在死區(qū)電壓b.失真的現(xiàn)象輸出電流出現(xiàn)一段“死區(qū)”RLT1ui+_+VCC_iC1iC2ioT2VCCuo+_存在交越失真第二十一頁，共四十四頁。OtiCiBuBEOuitO交越失真在兩個管子交替工作區(qū)域出現(xiàn)的失真稱為交越失真輸入信號輸出信號交越失真的產(chǎn)生第二十二頁，共四十四頁。4.克服交越失真的常用方法給功率管（T1和T2）一定的直流偏置，使其工作于微導(dǎo)通狀態(tài)，即甲乙類工作狀態(tài)。第二十三頁，共四十四頁。9.2.2甲乙類互補(bǔ)推挽電路1.利用二極管提供偏壓二極管提供偏壓，使T1、T2呈微導(dǎo)通狀態(tài)D1RLT1ui+_+VCC_iC1iC2ioT2T3D2uo+_RERCVCC第二十四頁，共四十四頁。2.利用擴(kuò)大電路實現(xiàn)偏置圖中RLT1ui+_+VCC_T2uo+_T3R1R2R3R4VCC第二十五頁，共四十四頁。(1)當(dāng)ui=0

時2.工作原理uA=VCC/2uC=VCC/2輸出電壓uo=01.電路組成9.2.3單電源功率放大電路D1RLT1ui+_+VCCT2T3D2uo+_RERCC+AuC第二十六頁，共四十四頁。(2)當(dāng)ui為負(fù)半周時T1導(dǎo)通，T2截止電容C同時充電uB1信號為正半周uB1uB2輸出信號為正半周D1RLT1ui+_+VCCT2T3D2uo+_RERCC+AuC第二十七頁，共四十四頁。T1截止，T2導(dǎo)通電容C放電uB2信號為負(fù)半周uB1uB2(3)當(dāng)ui為正半周時輸出信號為負(fù)半周D1RLT1ui+_+VCCT2T3D2uo+_RERCC+AuC第二十八頁，共四十四頁。注意：電容C起負(fù)電源–VCC的作用每只管子的工作電壓變成了VCC/2，在計算各項指標(biāo)時，電源電壓要用VCC/2。D1RLT1ui+_+VCCT2T3D2uo+_RERCC+AuC第二十九頁，共四十四頁。1.電路組成9.2.4前置級為運放的功率放大電路AD1RLT1uI+_+VCC_iB1iB2T2D2uO+_R3R4+_R2R1i4i3VCC第三十頁，共四十四頁。電路引入了電壓并聯(lián)負(fù)反饋，提高了電路的穩(wěn)定性。AD1RLT1uI+_+VCC_iB1iB2T2D2uO+_R3R4+_R2R1i4i3VCC第三十一頁，共四十四頁。2.電路的閉環(huán)電壓增益Auf≈－R2/R1·AD1RLT1uI+_+VCC_iB1iB2T2D2uO+_R3R4+_R2R1i4i3VCC第三十二頁，共四十四頁。思考題1.乙類互補(bǔ)推挽功率放大器產(chǎn)生交越失真的原因是什么？怎樣克服交越失真？2.前置級為運放的功率放大電路交越失真很小，為什么？第三十三頁，共四十四頁。9.3.1雙極型功率晶體管（BJT）1.功率管的選擇(1)

PCM≥0.2Pom

(2)|U(BR)CEO|>2VCC(3)

ICM＞VCC/RC9.3功率器件與散熱在互補(bǔ)推挽功率放大電路中,功率管的極限參數(shù)應(yīng)滿足以下關(guān)系第三十四頁，共四十四頁。2．二次擊穿的影響iCuCEOBA二次擊穿一次擊穿S/B曲線二次擊穿現(xiàn)象二次擊穿臨界曲線iCuCEO第三十五頁，共四十四頁。1.

V型NMOS管的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)剖面圖9.3.2功率MOSFET

s源極g柵極金屬源極SiO2溝道溝道外延層襯底d漏極_N

+PPNN

+N

+第三十六頁，共四十四頁。2.

V型NMOS管的主要特點(1)開關(guān)速度高(2)驅(qū)動電流小(3)過載能力強(qiáng)(4)易于并聯(lián)第三十七頁，共四十四頁。IGBT等效電路dT1gsRT2IGBT電路符號gsdT9.3.3絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）第三十八頁，共四十四頁。絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)的主要特點：(1)輸入阻抗高(2)工作速度快(3)通態(tài)電阻低(4)阻斷電阻高(5)承受電流大兼顧了MOSFET和BJT的優(yōu)點，成為當(dāng)前功率半導(dǎo)體器件發(fā)展的重要方向。第三十九頁，共四十四頁。外殼c集電結(jié)j散熱器sR(th)jcR(th)csR(th)sa環(huán)境a9.3.4功率器件的散熱晶體管的散熱示意圖第四十頁，共四十四頁。導(dǎo)電回路（電路）散熱回路（熱路）參量符號單位參量符號單位電壓UV溫差ΔToC電流IA最大允許功耗PCMW電阻RΩ熱阻RToC/W功率器件的散熱分析方法導(dǎo)電回路和散熱回路參數(shù)對照表電——熱模擬法,即用電路來模擬功率器件的散熱回路。第四十一頁，共四十四頁。Tj——集電結(jié)的結(jié)溫Tc

——功率管的殼溫Ts

——散熱器溫度Ta

——環(huán)境溫度Rjc

——集電結(jié)到管殼的熱阻Rcs——管殼至散熱片的熱阻Rsa

——散熱片至環(huán)境的熱阻散熱等效熱路TjTcTsTaRjcRcsRsajcsaPCM第四十二頁，共四十四頁。散熱回路的總熱阻為最大允許功耗TajCMRTTP-=TjTcTsTaRjcRcsRsajcsaPCM第四十三頁，共四十四頁。內(nèi)容總結(jié)9.1功率放大電路的特點及分類。(1)要有盡可能大的輸出功率。(2)效率要高。(1)