资源描述
上页,下页,返回,模拟电子技术基础,9.1,功率放大电路的特点及分类,1,特点,(1),要有尽可能大的输出功率,(2),效率要高,(3),非线性失真要小,(4),要加装散热和保护装置,(5),要用图解法分析,9,功率放大电路,2,工作状态分类,(1),甲类放大电路,根据晶体管的静态工作点的位置不同分,b.,能量转换效率低,特点,c.,放大管的导通角,=2,静态工作点位置,i,C1,I,CQ,t,=2,O,2,集电极电流波形,大,a.,静态功耗,u,CE,i,C,O,Q,A,(2),乙类放大电路,b.,能量转换效率高,c.,输出失真大,特点,d.,放大管的导通角,=,t,i,C2,2, =,O,3,集电极电流波形,a.,静态功耗,静态工作点位置,u,CE,i,C,O,Q,A,(3),甲乙类放大电路,a.,静态功耗较小,b.,能量转换效率较高,c.,输出失真较大,特点,d.,放大管的导通角,2,t,i,C,3,2,O,3,I,CQ, 0,时,T,1,导通,T,2,截止,输入信号,u,i,输出信号,u,o,电流,i,o,方向,u,o,u,i,+,R,L,T,1,u,i,+,_,+V,CC,_,i,C1,i,C2,T,2,V,CC,u,o,_,A,c.,u,i,2,V,CC,(3),I,CM,V,CC,/,R,C,9.3,功率器件与散热,在互补推挽功率放大电路中,功率管的,极限参数应满足以下关系,2,二次击穿的影响,i,C,u,CE,O,B,A,二次击穿,一次击穿,S/B,曲线,二次击穿现象,二次击穿临界曲线,i,C,u,CE,O,1.,V,型,NMOS,管的结构,结构剖面图,9.3.2,功率,MOSFET,s,源极,g,栅极,金属,源极,S i O,2,沟道,沟道,外延层,衬底,d,漏极,_,N,+,P,P,N,N,+,N,+,2.,V,型,NMOS,管的主要特点,(1),开关速度高,(2),驱动电流小,(3),过载能力强,(4),易于并联,IGBT,等效电路,d,T,1,g,s,R,T,2,IGBT,电路符号,g,s,d,T,9.3.3,绝缘栅双极型晶体管（,IGBT,）,绝缘栅双极型晶体管,(,IGBT,),的主要特点：,(1),输入阻抗高,(2),工作速度快,(3),通态电阻低,(4),阻断电阻高,(5),承受电流大,兼顾了,MOSFET,和,BJT,的优点，成为当前功率半导体器件发展的重要方向。,外壳,c,集电结,j,散热器,s,R,( t h ) j c,R,( t h ) c s,R,( t h ) s a,环境,a,9.3.4,功率器件的散热,晶体管的散热示意图,导电回路（电路）,散热回路（热路）,参 量,符 号,单 位,参 量,符 号,单位,电 压,U,V,温 差,T,o,C,电 流,I,A,最大允许功耗,P,CM,W,电 阻,R,热 阻,R,T,o,C/W,功率器件的散热分析方法,导电回路和散热回路参数对照表,电,热模拟法,即用电路来模拟功率器件的散热回路。,T,j,集电结的结温,T,c,功率管的壳温,T,s,散热器温度,T,a,环境温度,R,jc,集电结到管壳的热阻,R,cs,管壳至散热片的热阻,R,sa,散热片至环境的热阻,散热等效热路,T,j,T,c,T,s,T,a,R,jc,R,cs,R,sa,j,c,s,a,P,CM,散热回路的总热阻为,最大允许功耗,T,a,j,CM,R,T,T,P,-,=,T,j,T,c,T,s,T,a,R,jc,R,cs,R,sa,j,c,s,a,P,CM,练 习 题,例,1,乙类互补推挽功放电路如图所示。已知,u,i,为正弦电压，,R,L,=8W,，要求最大输出功率为,16W,。假设功率管,T,1,和,T,2,特性对称，管子的饱和压降,U,CES,= 0,。试求：,T,1,T,2,R,L,+,V,CC,V,CC,_,_,+,u,o,u,i,(1),正、负电源,V,CC,的最小值；,(2),当输出功率最大时，电 源供给的功率；,(3),当输出功率最大时的输入电压的有效值。,解, (1),由于电路的最大输出功率,所以电源电压,(2),当输出功率最大时，电源供给的功率,T,1,T,2,R,L,+,V,CC,V,CC,_,_,+,u,o,u,i,V,CC,(3),因为输出功率最大时，输出电压的幅值为,所以输入电压的有效值为,T,1,T,2,R,L,+,V,CC,V,CC,_,_,+,u,o,u,i,R,1,R,2,R,L,T,1,T,2,5k,W,250k,W,(18V),(-,18V),+,u,O,+V,CC,-,V,CC,i,O1,u,I,A,u,O1,例,2,在图示电路中，已知运放性能理想，其最大的输出电流、电压分别为,15 mA,和,15 V,。设晶体管,T,1,和,T,2,的性能完全相同，,=60,，,|,U,BE,|=0.7 V,。,试问,:,(1),该电路采用什么方法来减小交越失真,?,R,1,R,2,R,L,T,1,T,2,5k,W,250k,W,(18V),(-,18V),+,u,O,+V,CC,-,V,CC,i,O1,u,I,A,u,O1,(2),如负载,R,L,分别为,20,W,、,10,W,时，其最大不失真输出功率分别为多大,?,(3),为了使不失真输出功率达到最大，其电路的最佳负载,R,Lopt,及此时的最大输出功率,P,om,；,R,1,R,2,R,L,T,1,T,2,5k,W,250k,W,(18V),(-,18V),+,u,O,+V,CC,-,V,CC,i,O1,u,I,A,u,O1,(4),功放管,T,1,和,T,2,的极限参数,P,CM,、,I,CM,和,|,U,(BR)CEO,|,应 选多大,?,解, (1),在电路即将导通瞬间，电路中各支路中的电流为零。这时,R,1,R,2,R,L,T,1,T,2,5k,W,250k,W,(18V),(-,18V),+,u,O,+V,CC,-,V,CC,i,O1,u,I,A,u,O1,R,1,R,2,R,L,T,1,T,2,5k,W,250k,W,(18V),(-,18V),+,u,O,+V,CC,-,V,CC,i,O1,u,I,A,u,O1,故,在晶体管即将导通的瞬间，,u,O1,等于其死区电压,U,BE(th),。,R,1,R,2,R,L,T,1,T,2,5k,W,250k,W,(18V),(-,18V),+,u,O,+V,CC,-,V,CC,i,O1,u,I,A,u,O1,故 电路的死区电压,U,i(th,),为,R,1,R,2,R,L,T,1,T,2,5k,W,250k,W,(18V),(-,18V),+,u,O,+V,CC,-,V,CC,i,O1,u,I,A,u,O1,T,1,和,T,2,均,未导通,当 时,T,1,或,T,2,导通,可见，由于运放的,A,u,o,很大，,与未加运放的乙类推挽功放电路相比，输入电压的不灵敏区减小了，从而减小了电路的交越失真。,即当 时,(2),由图可知，功放电路的最大输出电流为,R,1,R,2,R,L,T,1,T,2,5k,W,250k,W,(18V),(-,18V),+,u,O,+V,CC,-,V,CC,i,O1,u,I,A,u,O1,R,1,R,2,R,L,T,1,T,2,5k,W,250k,W,(18V),(-,18V),+,u,O,+V,CC,-,V,CC,i,O1,u,I,A,u,O1,由题意知，电路的最大输出电压为,受输出电压的限制，电路的最大输出功率为,当 时，因为,R,1,R,2,R,L,T,1,T,2,5k,W,250k,W,(18V),(-,18V),+,u,O,+V,CC,-,V,CC,i,O1,u,I,A,u,O1,R,1,R,2,R,L,T,1,T,2,5k,W,250k,W,(18V),(-,18V),+,u,O,+V,CC,-,V,CC,i,O1,u,I,A,u,O1,受输出电流的限制，电路的最大输出功率为,当 时，,(3),为了充分利用运放输出的最大电流和电压，功放电路的最佳负载应为,此时电路的最大输出功率为,(4),在上述,三,种负载情况下，两管的最大功耗分别为：,当 时，,R,1,R,2,R,L,T,1,T,2,5k,W,250k,W,(18V),(-,18V),+,u,O,+V,CC,-,V,CC,i,O1,u,I,A,u,O1,当 时,当 时,因此，选择每只管子的功耗,又由于在,三,种负载中出现的最大输出电压、电流为,因此选择每管的 、 应满足,
展开阅读全文