电子技术基础模拟部分(第六版)康华光ch课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,华中科技大学 张林,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,华中科技大学 张林,3,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,华中科技大学 张林,34,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,9,华中科技大学 张林,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,38,华中科技大学 张林,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,电子技术基础,模拟部分 （第六版）,华中科技大学 张林,电子技术基础模拟部分,1,绪论,2,运算放大器,3,二极管及其基本电路,4,场效应三极管及其放大电路,5,双极结型三极管及其放大电路,6,频率响应,7,模拟集成电路,8,反馈放大电路,9,功率放大电路,10,信号处理与信号产生电路,11,直流稳压电源,9,功率放大电路,9.1,功率放大电路的一般问题,9.2,射极输出器,甲类放大的实例,9.3,乙类双电源互补对称功率放大电路,9.4,甲乙类互补对称功率放大电路,9.5,功率管,9.6,集成功率放大器举例,9.1,功率放大电路的一般问题,1.,功率放大电路的特点及主要研究对象,(1),功率放大电路的主要特点,功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的放大电路。因此，要求同时输出较大的电压和电流。管子工作在接近极限状态。,(2),要解决的问题,提高效率,减小失真,管子的保护,一般直接驱动负载，带载能力要强。,#,功率放大电路与前面介绍的电压放大电路有本质上的区别吗？,9.1,功率放大电路的一般问题,2.,功率放大电路提高效率的主要途径,降低静态功耗，即减小静态电流,四种工作状态,根据正弦信号整个周期内三极管的导通情况划分,乙类：,导通角等于,180,甲类：,一个周期内均导通,甲乙类：,导通角大于,180,丙类：,导通角小于,180,#,哪几种状态静态功耗最小？,9.2,射极输出器,甲类放大的实例,特点：,电压增益近似为,1,，电流增益很大，可获得较大的功率增益，输出电阻小，带负载能力强。,9.2,射极输出器,甲类放大的实例,输出电压与输入电压的关系,设,BJ,T,的饱和压,V,CES,0.2V,v,O,正向振幅最大值,v,O,负向振幅最大值，,T,截止,临界截止时,9.2,射极输出器,甲类放大的实例,当,正弦波最大输出电压正负幅值相同时，可获得最大输出功率,即,最大输出功率,当取,v,i,足够大,9.2,射极输出器,甲类放大的实例,电源提供的功率,效率低,放大器的效率,P,VC,=,V,DD,I,BIAS,= 27.75 W,P,VE,=,V,EE,I,BIAS,= 27.75 W,9.3,乙类双电源互补对称功率放大电路,9.3.1,电路组成,9.3.2,分析计算,9.3.3,功率,BJT,的选择,9.3.1,电路组成,由一对,NPN,、,PNP,特性相同的互补三极管组成，采用正、负双电源供电。这种电路也称为,OCL,互补功率放大电路。,1.,电路组成,2.,工作原理,两个三极管在信号正、负半周轮流导通，使负载得到一个完整的波形。,9.3.2,分析计算,9.3.2,分析计算,1.,最大不失真输出功率,P,omax,实际输出功率,忽略,V,CES,时,9.3.2,分析计算,单个管子在半个周期内的管耗,2.,管耗,P,T,两管管耗,9.3.2,分析计算,3.,电源供给的功率,P,V,当,4.,效率,当,9.3.3,功率,BJT,的选择,1.,最大管耗和最大输出功率的关系,因为,当 ,0.6,V,CC,时具有最大管耗,0.2,P,om,选管依据之一,9.3.3,功率,BJT,的选择,功率与输出幅度的关系,2.,功率,BJT,的选择,（自学）,9.4,甲乙类互补对称功率放大电路,9.4.1,甲乙类双电源互补对称电路,9.4.2,甲乙类单电源互补对称电路,9.4.3 MOS,管甲乙类双电源互补对称电路,9.4.1,甲乙类双电源互补对称电路,乙类互补对称电路存在的问题,9.4.1,甲乙类双电源互补对称电路,1.,静态偏置,可克服交越失真,2.,动态工作情况,二极管等效为恒压模型,#,在输入信号的整个周期内，两二极管是否会出现反向偏置状态？,设,T,3,已有合适,的静态工作点,交流相当于短路,9.4.1,甲乙类双电源互补对称电路,另一种偏置方式,V,BE4,可认为是定值,R,1,、,R,2,不变时，,V,CE4,也是定值，可看作是一个直流电源。,P,o,、,P,T,、,P,V,和,P,Tm,仍然按照乙类功放计算公式进行估算。,9.4.2,甲乙类单电源互补对称电路,静态时，偏置电路使,V,K,V,C,V,CC,/2,（电容,C,充电达到稳态）。,当有信号,v,i,时,负半周,T,1,导通，有电流通过负载,R,L,，同时向,C,充电,正半周,T,2,导通，则已充电的电容,C,通过负载,R,L,放电。,只要满足,R,L,C,T,信,，电容,C,就可充当原来的,V,CC,。,计算,P,o,、,P,T,、,P,V,和,P,Tm,的公式必须加以修正，以,V,CC,/2,代替原来公式中的,V,CC,。,9.4.3 MOS,管甲乙类双电源互补对称电路,复合管,消除高频振荡,温度补偿,V,BE,扩展电路提供静态偏置,V,BE,扩展电路提供静态偏置,复合管,消除高频振荡,9.5,功率管,9.5.1,功率器件的散热与功率,BJT,的 二次击穿问题,9.5.2,功率,VMOSFET,和,DMOSFET,9.5.1,功率器件的散热与功率,BJT,的二次击穿问题,1.,功率,BJT,的散热,功率,BJT,外形,在给负载输送功率的同时，管子本身也要消耗一部分功率。,管子消耗的功率直接表现在使管子的结温升高。,当结温超过一定温度时（锗管一般约为,90,，硅管约为,150,），会使管子损坏。,在,BJT,中，管子上的电压绝大部分降在集电结上，它和流过集电结的电流造成集电极功率损耗，使管子产生热量。所以通常用集电极耗散功率来衡量,BJT,的耗散功率。,1.,功率,BJT,的散热,功率,BJT,的最大允许耗散功率,P,CM,，总的热阻,R,T,、最高允许结温,T,j,和环境温度,T,a,之间的关系为,T,j,T,a,R,T,P,CM,其中，热阻,R,T,包括集电结到管壳的热阻，管壳与散热片之间的热阻，散热片与周围空气的热阻。单位为,/W,（,或,/mW,）。,当最高结温和环境温度一定，热阻越小，允许的管耗就越大。散热片及其面积大小可以明显改变热阻的大小。,例如，某,BJT,不加散热装置时，允许的功耗,P,CM,仅为,1W,，如果加上,1201204mm,3,的铝散热板时，则允许的,P,CM,增至,10W,。,通常手册中给出的,P,CM,，是在环境温度为,25,时的数值。,9.5.1,功率器件的散热与功率,BJT,的二次击穿问题,2.,功率,BJT,的二次击穿,实际应用中，功率,BJT,并未超过允许的,P,CM,值，管身也不烫，但功率,BJT,却突然失效或者性能显著下降。这种损坏不少是二次击穿引起的。,产生二次击穿的原因主要是由于流过,BJT,结面的电流不均匀，造成结面局部高温（称为热斑），因而产生热击穿所致。与,BJT,的制造工艺有关。,因此，功率管的安全工作区，不仅受集电极允许的最大电流,I,CM,、集射间允许的最大击穿电压,V,(BR)CE,和集电极允许的最大功耗,P,CM,所限制，而且还受二次击穿临界曲线所限制。,9.5.1,功率器件的散热与功率,BJT,的二次击穿问题,3.,提高功率,BJT,可靠性的主要途径,（,1,）在最坏的条件下（包括冲击电压在内），工作电压不应超过极限值的,80%,；,（,2,）在最坏的条件下（包括冲击电流在内），工作电流不应超过极限值的,80%,；,（,3,）在最坏的条件下（包括冲击功耗在内），工作功耗不应超过器件最大工作环境温度下的最大允许功耗的,50%,；,（,4,）工作时，器件的结温不应超过器件允许的最大结温的,70%,80%,。,对于开关电路中使用的功率器件，其工作电压、功耗、电流和结温（包括波动值在内）都不得超过极限值。,9.5.1,功率器件的散热与功率,BJT,的二次击穿问题,4.,保证器件正常运行的保护措施,为了防止由于感性负载而使管子产生过压或过流，可在负载两端并联二极管（或二极管和电容）；,可以用,V,Z,值适当的稳压管并联在功率管的,c,、,e,两端，以吸收瞬时的过电压等。,9.5.1,功率器件的散热与功率,BJT,的二次击穿问题,9.5.2,功率,VMOSFET,和,DMOSFET,1. VMOS,管,V,型开槽的纵向,MOS,管，称为,VMOS,（,Vertical,MOS,）,电流沿导电沟道由漏极到源极的流动是纵向的,沟道很短，电流,I,D,很大 ，可达,200A,N,外延层提高了耐压值，达,1 000V,以上,非线性失真小,9.5.2,功率,VMOSFET,和,DMOSFET,2. DMOS,管,双扩散,MOS,管，称为,DMOS,（,Double-diffused MOS,）,电流也是纵向流动的,沟道很短，电流,I,D,很大 ，可达,50A,N,层提高了耐压值，达,600V,以上,9.5.2,功率,VMOSFET,和,DMOSFET,3. MOS,功率管的优点,（,1,）与,MOS,器件一样是电压控制电流器件，输入电阻极高，因此所需驱动电流极小，功率增益高。,（,2,）,MOS,管不存在二次击穿,（,3,）因为少子存储问题，功率,MOS,管具有更高的开关速度，双极型功率管的开关时间在,100ns,至,1s,之间，而,MOS,功率管的开关时间约为,10100ns,，其工作频率可达,100kHZ,到,1MHZ,以上，所以大功率,MOS,管常用于高频电路或开关式稳压电源等。,VMOS,在这一点上更显优越（其,f,T,600MHZ,）。,（,4,）,MOS,管与,BJT,相比几乎不需要直流驱动电流。但,MOS,功率放大电路的驱动级至少要提供足够的电流来保证对,MOS,管较大的输入电容进行充放电。,9.5.2,功率,VMOSFET,和,DMOSFET,4. MOS,功率管的缺点,为了获得高耐压值，器件有低掺杂浓度的,N,-,层，导致导通电阻变大,绝缘栅双极型功率管（,IGBT,）,9.6,集成功率放大器举例,9.6.1,以,MOS,功率管作输出级的集成 功率放大器,9.6.2 BJT,集成功率放大器举例,9.6.1,以,MOS,功率管作输出级的集成功率放大器,SHM1150,型集成功率放大器,频振荡,VMOS,管,3,号脚内部是接地的,信号只能从,1,号脚到地之间输入,增益是固定的，由,R,f,和,R,2,决定,9.6.1,以,MOS,功率管作输出级的集成功率放大器,SHM1150,型集成功率放大器,工作电压,12V,50V,最大输出功率可达,150W,9.6.2 BJT,集成功率放大器举例,BJT,集成音频功率放大器,LM380,9.6.2 BJT,集成功率放大器举例,BJT,集成音频功率放大器,LM380,固定增益,51,倍,最大工作电压,22V,最大输出功率,5W,可双端输入，也可单端输入。,不用的输入端可悬空,end,