功率放大電路

功率放大電路第一頁，共四十一頁，2022年，8月28日第二頁，共四十一頁，2022年，8月28日1.功率放大電路是放大電路的一種，與BJT放大電路、運(yùn)放等電路沒有本質(zhì)區(qū)別（從能量控制的角度）。電壓放大電路：要求不失真的輸出信號(hào)主要指標(biāo)是增益、輸入和輸出電阻等。功率放大電路：要求不失真的輸出功率主要指標(biāo)是輸出功率、失真和效率等。第三頁，共四十一頁，2022年，8月28日2.功率放大電路的主要特點(diǎn)功率放大電路以輸出較大功率為目的。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)。一般直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載，帶載能力要強(qiáng)。3.功放電路關(guān)注的主要問題非線性失真：失真是大信號(hào)工作下的必然。輸出功率與非線性失真是一對矛盾。不同情況下關(guān)注不同。輸出功率：功放管的電壓和電流有足夠大的輸出幅度。第四頁，共四十一頁，2022年，8月28日能量轉(zhuǎn)化的效率:器件的散熱性能：消耗的功率較大，功率管承受的電壓和電流較大，產(chǎn)生較高的結(jié)溫，需要良好的散熱。第五頁，共四十一頁，2022年，8月28日2.功率放大電路提高效率的主要途徑（1）功放的工作狀態(tài)——甲類功放第六頁，共四十一頁，2022年，8月28日（2）功放的工作狀態(tài)——甲乙類功放第七頁，共四十一頁，2022年，8月28日（3）功放的工作狀態(tài)——乙類功放第八頁，共四十一頁，2022年，8月28日（4）功放的工作狀態(tài)——丙類功放

三極管導(dǎo)電角<180°

靜態(tài)工作電流IC<0，效率高存在較大的失真提高功放電路效率的主要途徑是：降低靜態(tài)功耗，即減小靜態(tài)電流。第九頁，共四十一頁，2022年，8月28日8.2射極輸出器——甲類放大的實(shí)例簡化電路帶電流源詳圖的電路圖

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)。第十頁，共四十一頁，2022年，8月28日T1工作在放大區(qū)，則輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系設(shè)T1的飽和壓VCES≈0.2V，則vO正向振幅最大值：vO負(fù)向振幅最大值(1)若T1首先截止(2)若T3首先出現(xiàn)飽和1.工作原理第十一頁，共四十一頁，2022年，8月28日偏置電壓源VBIAS=0.6V當(dāng)若輸入為正弦信號(hào)，試計(jì)算最大輸出功率Pom、效率。解：求最大輸出功率Pom。第十二頁，共四十一頁，2022年，8月28日所以，放大器的功率為：第十三頁，共四十一頁，2022年，8月28日8.3乙類雙電源互補(bǔ)對稱功率放大電路第十四頁，共四十一頁，2022年，8月28日2.工作原理

互補(bǔ)對稱電路可以看成是由兩個(gè)射極輸出器組合而成的。（1）當(dāng)信號(hào)處于正半周時(shí)，T1放大，T2截止。（2）當(dāng)信號(hào)處于負(fù)半周時(shí)，T1截止，T2放大?；净パa(bǔ)對稱電路在靜態(tài)時(shí)，兩管均不導(dǎo)電；有信號(hào)時(shí)，兩管輪流導(dǎo)電，組成推挽式電路。第十五頁，共四十一頁，2022年，8月28日第十六頁，共四十一頁，2022年，8月28日第十七頁，共四十一頁，2022年，8月28日第十八頁，共四十一頁，2022年，8月28日第十九頁，共四十一頁，2022年，8月28日每個(gè)管子在半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通，設(shè)輸出電壓為VomSinwt，則單個(gè)管子的管耗為(2)管耗PT兩管管耗第二十頁，共四十一頁，2022年，8月28日第二十一頁，共四十一頁，2022年，8月28日選管依據(jù)第二十二頁，共四十一頁，2022年，8月28日第二十三頁，共四十一頁，2022年，8月28日第二十四頁，共四十一頁，2022年，8月28日交越失真的實(shí)際波形第二十五頁，共四十一頁，2022年，8月28日第二十六頁，共四十一頁，2022年，8月28日8.4甲乙類互補(bǔ)對稱功率放大電路第二十七頁，共四十一頁，2022年，8月28日第二十八頁，共四十一頁，2022年，8月28日3第二十九頁，共四十一頁，2022年，8月28日第三十頁，共四十一頁，2022年，8月28日起到了負(fù)電源的作用第三十一頁，共四十一頁，2022年，8月28日只要滿足RLC>>T信號(hào)，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。2.動(dòng)態(tài)工作情況第三十二頁，共四十一頁，2022年，8月28日例P4088.4.1第三十三頁，共四十一頁，2022年，8月28日8.5集成功率放大電路8.5.1功率器件的散熱與功率BJT的二次擊穿問題功率BJT的散熱問題功率管允許的輸出功率、功耗與其散熱情況密切相關(guān)。（1）熱阻——表征散熱能力阻礙熱傳導(dǎo)的阻力稱為熱阻（可以與電阻比對）。熱阻小表明管子的散熱能力強(qiáng)，允許的集電極功耗大。（2）散熱等效熱路等效熱路與集電結(jié)到管殼的熱阻、管殼到散熱片的熱阻以及散熱片到空氣的熱阻有關(guān)。管殼與散熱片之間絕緣層要少、接觸面積大、緊固。第三十四頁，共四十一頁，2022年，8月28日2.功率BJT工作不應(yīng)進(jìn)入二次擊穿區(qū)無明顯特征情況下，功率BJT突然失效或性能顯著下降。（1）二次擊穿的原因具體原因理論界還不統(tǒng)一。一種多數(shù)觀點(diǎn)是流過BJT結(jié)面的電流不均勻，造成結(jié)面局部高溫，產(chǎn)生熱擊穿所致。（2）二次擊穿的影響B(tài)JT的安全工作區(qū)要受到擊穿臨界曲線的限制；BJT的安全工作范圍變小。第三十五頁，共四十一頁，2022年，8月28日3.功率BJT可靠性的提高途徑提高BJT可靠性的途徑是使用時(shí)降低額定值在最壞條件下，工作電壓不應(yīng)超過極限值的80%；在最壞條件下，工作電流不應(yīng)超過極限值的80%；在最壞條件下，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%；工作時(shí)，結(jié)溫不應(yīng)超過器件允許最大結(jié)溫的80%。功率BJT的保護(hù)措施

（1）為防止過壓或過流，在負(fù)載兩端并聯(lián)二極管和電容；（2）為吸收瞬時(shí)過壓，在功率管兩端并聯(lián)穩(wěn)壓管。第三十六頁，共四十一頁，2022年，8月28日8.5.2功率VMOSFET和DMOSFET1.VMOS結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：（1）在垂直方向生成的“V”形槽；（2）源極和漏極成縱向排列，導(dǎo)電溝道是垂直的。第三十七頁，共四十一頁，2022年，8月28日VMOS管的功能特點(diǎn)：（1）漏區(qū)面積大，有利于散熱片進(jìn)行散熱；（2）溝道間呈并聯(lián)關(guān)系，允許漏極電流很大；（3）耗盡區(qū)出現(xiàn)在輕摻雜層，擊穿電壓高；（4）非線性失真很小。第三十八頁，共四十一頁，2022年，8月28日2.DMOS結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：（1）既有N+又有P+，是雙擴(kuò)散MOS管；（2）源極和漏極成縱向排列；（3）溝道很短，呈橫向排列，但電流是縱向的。第三十九頁，共四十一頁，2022年，8月28日VMOS管和DMOS管的優(yōu)點(diǎn)：（1）電壓控制電流器件