康华光-电子技术基础(第六版)模拟部分ch09.ppt

《《电子技术基础电子技术基础》》模拟部分模拟部分 （第六版）（第六版）华中科技大学 张林2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 直流稳压电源华中科技大学 张林39 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4华中科技大学 张林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Ø 提高效率Ø 减小失真Ø 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？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？5华中科技大学 张林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Ø 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？哪几种状态静态功耗最小？6华中科技大学 张林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。

7华中科技大学 张林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BJT的饱和压VCES≈0.2V vO正向振幅最大值 vO负向振幅最大值， T截止 临界截止时 8华中科技大学 张林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vi 足够大 9华中科技大学 张林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 PVC = VDD IBIAS = 27.75 WPVE = VEE IBIAS= 27.75 W华中科技大学 张林109.3 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11华中科技大学 张林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12华中科技大学 张林9.3.2 分析计算13华中科技大学 张林9.3.2 分析计算1. 最大不失真输出功率Pomax实际输出功率忽略VCES时14华中科技大学 张林9.3.2 分析计算单个管子在半个周期内的管耗2. 管耗PT两管管耗15华中科技大学 张林9.3.2 分析计算3. 电源供给的功率PV当4. 效率当16华中科技大学 张林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 ≈0.6VCC 时具有最大管耗≈0.2Pom 选管依据之一17华中科技大学 张林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）华中科技大学 张林189.4 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19华中科技大学 张林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20华中科技大学 张林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？反向偏置状态？设T3已有合适的静态工作点交流相当于短路21华中科技大学 张林9.4.1 甲乙类双电源互补对称电路另一种偏置方式VBE4可认为是定值R1、R2不变时，VCE4也是定值，可看作是一个直流电源。

Po、PT、PV和PTm仍然按照乙类功放计算公式进行估算 22华中科技大学 张林9.4.2 甲乙类单电源互补对称电路静态时，偏置电路使VK＝VC≈VCC/2（电容C充电达到稳态）当有信号vi时负半周T1导通，有电流通过负载RL，同时向C充电正半周T2导通，则已充电的电容C通过负载RL放电只要满足RLC >>T信，电容C就可充当原来的－VCC计算Po、PT、PV和PTm的公式必须加以修正，以VCC/2代替原来公式中的VCC 23华中科技大学 张林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VBE扩展电路 提供静态偏置VBE扩展电路提 供静态偏置复合管消除高 频振荡华中科技大学 张林249.5 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DMOSFET25华中科技大学 张林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26华中科技大学 张林1. 功率BJT的散热功率BJT的最大允许耗散功率PCM，总的热阻RT、最高允许结温Tj和环境温度Ta之间的关系为Tj－Ta＝RTPCM 其中，热阻RT 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PCM仅为1W，如果加上120×120×4mm3的铝散热板时，则允许的PCM增至10W 通常手册中给出的PCM，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27华中科技大学 张林2. 功率BJT的二次击穿实际应用中，功率BJT并未超过允许的PCM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ICM、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PCM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28华中科技大学 张林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29华中科技大学 张林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VZ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30华中科技大学 张林9.5.2 功率VMOSFET和DMOSFET1. 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ID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31华中科技大学 张林9.5.2 功率VMOSFET和DMOSFET2. 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ID很大 ，可达50A N－层提高了耐压值，达600V以上32华中科技大学 张林9.5.2 功率VMOSFET和DMOSFET3. 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1μs之间，而MOS功率管的开关时间约为10~100ns，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fT＝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33华中科技大学 张林9.5.2 功率VMOSFET和DMOSFET4. 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）华中科技大学 张林349.6 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35华中科技大学 张林9.6.1 以MOS功率管作输出级的集成功率放大器SHM1150Ⅱ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Rf和R2决定36华中科技大学 张林9.6.1 以MOS功率管作输出级的集成功率放大器SHM1150Ⅱ型集成功率放大器工作电压±12V～±50V最大输出功率可达150W 37华中科技大学 张林9.6.2 BJT集成功率放大器举例BJT集成音频功率放大器LM38038华中科技大学 张林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。