1、電子技術基礎,模擬部分 （第六版）,大學,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 9.4 甲乙類互補對稱功率放大電路 9.5 功率管 9.6 集成功率放大器舉例,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,

2、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),根據正弦信號整個周期內三極管的導通情況劃分,乙類：導通角等于180,甲類：一個周期內均導通,甲乙類：導通角大于180,丙類：導通角小于180,# 哪幾種狀態(tài)靜態(tài)功耗最??？,9.2 射極輸出器甲類放大的實例,特點：,電壓增益近似為

3、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 w,pve = vee ibias= 27.75 w,9.3 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

4、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、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.

5、6vcc 時具有最大管耗,0.2pom,選管依據之一,9.3.3 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，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

6、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

7、蕩,溫度補償,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dmosfet,9.5.1 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

8、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

9、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（稱為熱斑），因而產生熱擊穿所致。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），工作電壓不應超過極限值的80%； （2）在最壞的條

10、件下（包括沖擊電流在內），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），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）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值適當的穩(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

11、的散熱與功率bjt的二次擊穿問題,9.5.2 功率vmosfet和dmosfet,1. 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dmosfet,2. 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dmosfet,3. mos功率管

12、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1s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動電流。但mos功率放大電路的驅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dmosfet,4. 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,3號腳內部是接地的,信號只能從1號腳到地之間輸入,增益是固定的，由rf和