1、第九章功率放大电路第九章功率放大电路第九章功率放大电路9.1功率放大电路的一般问题功率放大电路的一般问题9.2互补跟随对称功率放大电路互补跟随对称功率放大电路9.3D类功率放大电路类功率放大电路9.4集成功率放大电路集成功率放大电路9.5功率器件功率器件第九章功率放大电路9.1功率放大电路的一般问题功率放大电路的一般问题9.1.1特点和要求特点和要求功率放大电路的主要任务是不失真地给负载提供足够大的信号功率。从能量转换的观点看，功率放大电路与电压放大电路并无本质上的差别，只是考虑问题的侧重点不同。功率放大电路工作在大功率、大信号状态下，其特点和要求如下：(1)输出功率尽可能大。由于功率是电压和
2、电流的乘积，为了获得大的输出功率，功率管上的电压和电流都要有足够大的幅度，即第九章功率放大电路12oPIUI Uomom有效有效(9.1.1)显然，功率管处于大信号范围工作，小信号等效电路分析法就不准确了，所以在功率放大电路中一般采用图解分析法进行分析。(2)效率要高。由于负载得到的有用功率是在输入信号的控制下，通过晶体管的作用由直流电源提供的能量转换而来，在转换时，管子和电路中的耗能元件均要消耗功率。设直流电源提供的直流功率为PE，交流输出功率为Po，集电极损耗功率为PC,则PE=Po+PC （9.1.2）第九章功率放大电路对功放电路来讲，由于输出功率较大，效率问题就变得十分重要，否则，就会
3、造成极大的功率浪费，甚至还会带来功率管的不安全因素。效率定义为100%oEPP(9.1.3)将式（9.1.2）代入式（9.1.3）可得1ocPP(9.1.4)上式表明，当集电极损耗功率PC一定时，交流输出功率Po将随增加而迅速提高。第九章功率放大电路(3)非线性失真要小。由于功放管工作在大信号状态，因此非线性失真不可避免。如何减小非线性失真，同时又得到大的交流输出功率，这也是功放电路设计者必须要考虑的问题之一。(4)功率器件的安全问题必须考虑。在功放电路中，有相当大的功率消耗在功放管的集电结上，它使管子的结温和管壳稳度升高。为了保证功放管安全、可靠地运行，必须要限制功耗、最大电流和管子承受的反
4、压，要有良好的散热条件和适当的过流、过压保护措施。第九章功率放大电路9.1.2功率放大电路的工作状态功率放大电路的工作状态功率放大电路根据静态工作点Q的位置不同，可分为A类、B类、C类来描述功放电路的工作状态，如图9.1.1所示。1.A类工作状态类工作状态如图9.1.1(a)所示，工作点Q设在交流负载线的中点处，即放大管在输入信号整个周期内变化，ICQ不为零，放大管均导通，导通角=360。特点：静态电流大；动态时，整个信号周期内有电流，非线性失真小，管耗大，且效率最低；用于小信号放大和驱动级。第九章功率放大电路图9.1.1功放电路的工作状态(a)A类工作状态；(b)B类工作状态；(c)C类工作
5、状态第九章功率放大电路2.B类工作状态类工作状态如图9.1.1(b)所示，工作点Q设在截止点处，ICQ=0。输入信号在整个周期内变化时，放大管只有半周导通，另外半周截止，导通角=180。特点：静态电流约等于零；动态时，半个周期内无电流，效率较高，但非线性失真大；用于功率放大电路。第九章功率放大电路3.C类工作状态类工作状态如图9.1.1(c)所示，工作点Q位于截止区,ICQ=0，导通角180。特点：静态电流等于零;动态时，小于半个周期以内有电流，导通角0)，V1管发射结因加正向电压而导通，V2管截止，集电极电流iC1流过负载RL；在输入信号负半周时(ui0)，V1管截止，而V2管导通，集电极电
6、流iC2流过负载RL，但方向与正半周相反，波形如图9.2.1(b)、(c)所示。显然，在输入信号一个周期内，V1、V2两管交替工作，以弥补对方不能导通的半个周期的波形，在负载RL上合成一个完整的输出波形。由于该电路两管特性参数对称，并且正、负电源相等，故又称之为互补跟随推挽功率放大器。第九章功率放大电路3.指标分析计算指标分析计算B类互补跟随对称功率放大电路的集电极电流和电压波形如图9.2.2所示。它是将V2管导通特性倒置后与V1管导通特性画在一起，让静态工作点Q重合，形成两管的合成曲线。第九章功率放大电路图9.2.2双电源互补跟随对称电路的图解分析第九章功率放大电路图9.2.2中分别画出了功
7、放输出波形的三种情况。(1)任意状态：Uom=Uim（因为是共集组态Au=Uom/Uim1）；(2)最大状态：Uom=UCCUCES（式中UCES为集电极饱和电压）;(3)理想状态：UomUCC（不考虑UCES）。有关指标计算如下：1)输出功率Po如果输入、输出为正弦信号，则负载得到的功率为第九章功率放大电路2112222omomomoomomLIUUPI UR(9.2.1)一般情况下，输出电压的幅值Uom小于电源电压UCC值，故引入电源利用系数，即omCCUU(9.2.2)式（9.2.1）可改写为2221122omCCoLLUUPRR(9.2.3)第九章功率放大电路号越大，Uom增大，电压利
8、用率也增大。最大输出电压振幅为Uom(max)=UCCUCESUCC (=1)(9.2.4)故理想状态下，最大输出功率Pom为212CComLUPR(9.2.5)第九章功率放大电路2)直流电源提供的功率直流电源提供的功率PE由于每个晶体管的集电极电流为半个周期的非正弦波，用傅里叶级数展开，其电流的平均值Io为01sin()2cmocmIIItdt(9.2.6)因此，两个电源提供的总平均功率为22222cmCComCCEoCCCCLLI UUUPI UURR(9.2.7)第九章功率放大电路可见,电源电压越大，输入信号越强(越大)，RL越小，则电源提供的功率PE就越大。当=1时，PE最大，其最大功
9、率为2max2CCELUPR(9.2.8)当=0时，PE最小，其最小功率为min0EP(9.2.9)第九章功率放大电路可见,直流电源提供的功率PE不是恒定不变的，而是随输入信号大小而变化。输入信号小，PE也小；输入信号大，PE也大。3)效率效率指交流输出功率Po与直流电源提供的功率PE之比，即100%100%4oEPP(9.2.10)第九章功率放大电路在理想情况下（=1时），效率达到最高78.5%4(9.2.11)考虑到管子的饱和压降和电阻等元件上的损耗，实际功放电路的效率一般在60%左右。4)管耗PC每只管子的管耗PC等于每管由电源输入的直流功率与每管输出的交流功率之差。单管管耗第九章功率放
10、大电路21224oCCooECLLPUUUPPRR(9.2.12)可见，每个管子的损耗PC是输出信号振幅的函数。无信号时，管子的损耗为零。现将PC对Uo求导，可得出最大管耗PCm。令11()02CCCooLdPUUdUR(9.2.13)第九章功率放大电路得出，当 时，每管的损耗最大，即2oCCUU222121 21()4CCCCCmCCCCLLUUPUURR(9.2.14)那么，我们可以得出一个重要结论，即PCm与最大输出功率的关系为2222120.212CCCmLCComLUPRUPR(9.2.15)第九章功率放大电路式(9.2.15)提供了选择功率管功耗的依据。例如，负载要求的最大功率Po
11、m=10W，那么只要选一个功耗PCm大于0.2Pom=2W的功率管就行了。5)选择功率管为保证晶体功率管的安全和输出功率的要求，电源及输出功率管参数的选择原则如下：(1)已知Pom及RL，选UCC，则第九章功率放大电路2122CComLCComLUPRUP R(9.2.16)(2）已知Pom，选择管子允许的最大管耗PCm。对一个功率管而言，其最大管耗为0.2CMCmomPPP(9.2.17)第九章功率放大电路(3）功率管的最大耐压U(BR)CEO。由图9.2.2可知，当信号最大时，一管趋于饱和，而另一管趋于截止，截止管承受的最大反压为2UCC的电源。因此，功率管耐压必须大于2UCC，即()2B
12、R CEOCCUU(9.2.18)(4）功率管允许的最大集电极电流ICM。由图9.2.1可知，V1管饱和导通时，V2管将截止，此时V1管的射极电压为UCC，故第九章功率放大电路CCCMCmLUIIR(9.2.19)(5）管子的最大输出功率Pomax。2max()1124CCoCMBR CEOLUPIUR(9.2.20)对于B类互补跟随对称功率放大电路两功率管的安全情况，应根据式（9.2.17）检查管耗是否超过允许值，同时，在最大输出功率时，管子上的最大电流和电压是否超过极限值ICM和U(BR)CEO。第九章功率放大电路【思考题】9.2.1某B类互补跟随对称功率放大电路，若在负载不变的情况下，要
13、将输出功率提高一倍，供电电压应提高多少倍?设管子的饱和压降忽略不计。9.2.2在图9.2.1(a)所示电路中，负载RL=8，管子的饱和压降为1 V，若输入信号ui为正弦波，要求负载上得到最大输出功率为10 W，则电源电压应如何选？第九章功率放大电路9.2.3减小或克服B类功放电路交越失真的方法是什么？9.2.4某B类互补跟随对称功率放大电路，在输出端串接一熔断丝，其作用是什么？9.2.5设计一个输出功率为20W的扩音机电路，若采用B类互补跟随对称功率放大电路（双电源），应选取PCM至少为多少瓦的功率管几个？第九章功率放大电路【例例9.2.1】在图9.2.3所示的功率放大电路中，已知UCC=15
14、V，RL=8，功率管的饱和压降UCES=1V，试问：（1）静态时，调整哪个电阻可使uo=0V；（2）当ui0时，发现输出波形产生交越失真，应调节哪个电阻，如何调节；（3）二极管VD的作用是什么，若二极管反接，对V1、V2会产生什么影响；第九章功率放大电路（4）当输入信号ui为正弦波且有效值为10 V时，求电路输出功率Pom、电源供给功率PE、单管的管耗PC和效率；（5）若V1、V2功率管的极限参数为PCM=10W，ICM=5A，U(BR)CEO=40V，则验证功率管的工作是否安全。第九章功率放大电路图9.2.3AB类互补对称功率放大器第九章功率放大电路解解（1）静态时，调整电阻R1可使uo=0
15、V。（2）调整电阻R2并适当加大其值，以恰好消除交越失真为限。（3）利用其交流电阻小于其直流电阻之值，以使得V1、V2管基极之间有足够的直流电压差，也就是在管子的基极与发射极之间加了一个适当的正向偏置（微导通状态），使之工作在AB类状态。若二极管反接，则流过电阻R1的静态电流全部成为V1、V2管的基极电流，这将导致V1、V2管基极电流过大，甚至有可能烧坏功率管。第九章功率放大电路（4）因输入信号ui的有效值为10 V，故其最大值Uim=10V，又因该功放电路是射极跟随器结构(Au1)，则有Uom=Uim=10V。故电路最大输出功率22电源供给功率 W5.12162002L2omomRUP W9
16、.16814.31521022CCLomEURUP第九章功率放大电路单管的管耗 W74%100EomPP效率 W2.2)(21omEEPPP（5）验证功率管安全与否，须计算功率管的最大工作电压和电流。因最大管耗第九章功率放大电路10W W8.216152.022.02.02L2omCMCCRUPP最大工作电压UomM=2UCC=30V40 V最大工作电流10AA 875.1A815LomMCCRUI第九章功率放大电路9.2.2AB类单电源互补跟随对称功率放大电路类单电源互补跟随对称功率放大电路双电源互补跟随对称功率放大电路需要两个独立的正、负电源。当只有一个电源时，可采用单电源互补跟随对称功放
17、电路，如图9.2.4所示。它与双电源电路的最大区别在于输出端接有大容量的电容C2。第九章功率放大电路图9.2.4AB类单电源互补跟随对称功率放大电路第九章功率放大电路1.工作原理工作原理静态(ui=0)时，A点电位UA(1/2)UCC，那么大电容C2上的直流电位也为UCC/2，它取代了双电源功放电路中的负电源，充当电源角色。动态(ui0)时，在输入信号的负半周，V1导通、V2截止，电流通过电源UCC，V1向大电容C2充电，在负载RL上得正半周信号；在输入信号的正半周，大电容C2放电代替电源向V2提供电流，由于其容量很大，故放电时间常数远大于输入信号周期，其上的电压可视为恒定不变。此时,V1截止
18、、V2导通，在负载RL上得负半周信号。第九章功率放大电路2.分析计算分析计算采用一个电源的互补跟随对称功率电路，由于每个管子的工作电压不是原来的UCC，而是UCC/2，即输出电压幅值Uom最大也只能达到约UCC/2，因此前面导出的计算公式必须加以修正才能使用。修正的方法也很简单，只要以UCC/2代替原来公式中的UCC即可。负载得到的交流电压振幅的最大值为2CComUU(9.2.21)第九章功率放大电路故该电路负载得到的最大交流功率Pom为222()1112228CComCComLLLUUUPRRR(9.2.22)为保证功率放大器良好的低频响应，电容C2必须满足 212LLCf R(9.2.23
19、)式中,fL为放大器所要求的下限频率（忽略共集电路输出电阻）。第九章功率放大电路9.2.3复合管及准互补复合管及准互补B类功率放大电路类功率放大电路(OCL电路电路)在互补B类功率放大电路中，如要求输出功率Pom=10 W，负载电阻为10，那么，功率管的电流峰值ICm=1.414 A，则必须选择大功率的NPN、PNP管，但是特性相同的大功率管很难匹配，而特性相同的同型号小功率管却容易挑选。若选=30的功率管，则要求其基极驱动电流IBm=47.1 mA。若前置级放大器或运算放大器输不出这样大的电流来驱动后级功率管，则需要引入复合管，也就是用易配对的小功率管去推动大功率管工作。第九章功率放大电路复
20、合管又称达林顿管，它是由两只三极管组成的一只等效三极管。在接法上，前一只三极管CE极（或FET的DS极）跨接在后一只三极管的BC极之间，为后一只三极管的基极电流提供通路。其中前一只三极管为小功率推动管，后一只三极管为大功率输出管。复合管的总值为总12。第九章功率放大电路1.组成复合管的原则组成复合管的原则（1）电流流向要一致。（2）各极电压必须保证所有管子工作在放大区，即保证e结正偏，c结反偏。（3）因为复合管的基极电流iB等于第一个管子的iB1，所以复合管的性质取决于第一个晶体管的性质。若第一个管子为PNP，则复合管也为PNP，反之为NPN。正确的复合管连接方式有四种，如图9.2.5所示。其
21、中，图9.2.5(a)、(b)为同型管复合，图9.2.5(c)、(d)为异型管复合。第九章功率放大电路图9.2.5复合管的几种接法第九章功率放大电路 2.复合管等效电流放大倍数复合管等效电流放大倍数由图9.2.6可得 IB=IB1 IB2=IE1=(1+1)IB1 IC=IC1+IC2=1IB1+2（1+1）IB1 =1+2+1212第九章功率放大电路图9.2.6复合管(a)复合管的组成；(b)等效三极管第九章功率放大电路是复合管的电流放大倍数，它近似地等于两管电流放大倍数的乘积，比单管的增益要高12数量级。因此，在工作电流IC相同时，输入基极电流IB也要降低12数量级。由复合管组成的互补B类
22、功率放大电路如图9.2.7所示。图中V1和V3等效为NPN管，V2和V4等效为PNP管，由于输出大功率管采用同型的NPN管，性能优于PNP管，而且好配对。V3和V4为同型号管，不具互补性，互补作用靠V1和V2实现，图中Re1和Re2是为了分流复合管的反向饱和电流而加的电阻，目的是提高功放的温度稳定性，阻值约为几百欧姆。第九章功率放大电路图9.2.7准互补推挽功率放大器第九章功率放大电路9.3D类功率放大电路类功率放大电路上述A类、B类还是AB类功率放大器，当它们的输出功率小于额定输出功率时，效率就会明显降低，为了进一步提高效率，人们继续寻求新的解决方案。而D类功放较之AB类在效率上有了很大的提
23、升，目前已逐步应用在一些高端电子产品中。D类功率放大电路是一种利用开关技术来放大音频信号的音频功率放大电路。它具有效率高、体积小等优点。下面将简单介绍D类功放的工作原理。第九章功率放大电路D类开关音频功率放大器的工作原理是基于脉冲宽度调制技术PWM模式的。图9.3.1所示为这种放大器的原理框图。将预放大后的音频信号和一个250 kHz的三角波相比较后形成一个250 kHz脉宽调制的方波信号，每个脉冲的宽度实时体现了输入信号的幅度，将此信号送到由开关管所组成的功率放大器进行脉冲功率放大，输出的信号再经过一个低通滤波器进行解调，得到音频信号推动扬声器发声。第九章功率放大电路图9.3.1D类开关音频
24、功率放大器的原理框图第九章功率放大电路D类功率放大器工作于开关状态，理论效率可达100%，实际的运用也可达80%以上。功率器件的耗散功率小，产生热量少，可以大大减小散热器的尺寸，连续输出功率很容易达到数百瓦。功率MOS有自我保护电路，可以大大简化保护电路。对于高电感的扬声设备，在设计电路的时候，可以省去低通滤波器（LPF），这样可以节省体积和花费，而且有更高的保真度，这一点，在国外的5 VD类音频功率放大器中已经得到了运用，如TEXAS公司的TPA2002D2。第九章功率放大电路9.4集成功率放大电路集成功率放大电路9.4.1通用型集成功率放大器通用型集成功率放大器LM386LM386是美国国
25、家半导体公司生产的音频功率放大器，具有功耗低、电压增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点，广泛应用于录音机、收音机、对讲机、方波发生器和正弦波振荡器等低电压消费类产品中。LM386的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式。第九章功率放大电路1.LM386的内部电路的内部电路LM386的内部电路原理图如图9.4.1所示。与通用型集成运放相类似，它是一个三级放大电路。第一级为差分放大电路，V1和V3、V2和V4分别构成复合管，作为差分放大电路的放大管；V5和V6组成镜像电流源,作为V1和V2的有源负载；信号从V3和V4信号的基极输入，从V2管的集电极输出，为双端输入单端输出差分
26、电路。使用镜像电流源作为差分放大电路有源负载，可使单端输出电路的增益近似等于双端输出电路的增益。第九章功率放大电路第二级为共射放大电路，V7为放大管，恒流源作有源负载，以增大放大倍数。第三级中的V8和V9管复合成PNP型管，与NPN型管V10构成准互补输出级。二极管VD1和VD2为输出级提供合适的偏置电压，以消除交越失真。引脚2为反相输入端，引脚3为同相输入端。电路由单电源供电。输出端（引脚5）应外接隔直（耦合）电容后再接负载。电阻R7从输出端连接到V2的发射极，形成反馈通路，并与R5和R6构成反馈网络，从而引入了深度电压串联负反馈，使整个电路具有稳定的电压增益。第九章功率放大电路图9.4.1
27、LM386集成功率放大器的内部电路原理图第九章功率放大电路2.LM386的引脚图的引脚图LM386的外形和引脚的排列如图9.4.2所示。引脚2为反相输入端，引脚3为同相输入端；引脚5为输出端；引脚6和4分别为电源和地；引脚1和8为电压增益设定端；使用时在引脚7和地之间接旁路电容，通常取10 F。第九章功率放大电路图9.4.2LM386的外形和引脚排列第九章功率放大电路3.LM386集成功率放大器的典型电路介绍集成功率放大器的典型电路介绍LM386的典型接法如图9.4.3所示。为使外围元件最少，LM386的电压增益内置为20，此时引脚1和8为悬空状态。若在引脚1和引脚8之间增加一只外接电阻和电容
28、，便可将电压增益调为任意值，直至200。输入端以地为参考，同时输出端被自动偏置到电源电压的一半，在6 V电源电压下，它的静态功耗仅为24 mW，这使得LM386特别适用于电池供电的场合。第九章功率放大电路图9.4.3LM386集成功率放大器的典型应用接线图(a)放大器增益为200；(b)放大器增益为50第九章功率放大电路9.4.2 桥式功率放大器桥式功率放大器 由两个功率放大器构成的桥式功放可以增大输出功率。如图9.4.4所示，图中包含A1和A2两个放大器，信号从A1输入，其放大倍数Au1=uo1/ui=R2/R1=2，A1输出又送入A2进行倒相放大，因为Au2=uo2/uo1=R4/R3=1
29、。负载(扬声器)RL跨接在A1和A2的输出端，故负载得到的交流输出功率Po为第九章功率放大电路L21L2L21o214)2(21)(21o1o2RuRuRuuP(9.4.1)可见，桥式功放使输出功率增大到单个功放的四倍,即Po=4Po1。这是桥式功率放大器最显著的特点。第九章功率放大电路图9.4.4桥式集成功放LM4860及其外部电路第九章功率放大电路9.5功功 率率 器器 件件 9.5.1双极型大功率晶体管双极型大功率晶体管(BJT)在前面功率放大器的分析中，我们曾提到，功率管的最大工作电流必须小于该功率管的最大允许电流ICM；最大工作反压必须小于允许的击穿电压U(BR)CEO；功率管的功耗
30、要小于允许的最大功耗PCM。这里有两个问题还需加以说明：一是散热与最大功耗的关系；二是有关二次击穿和安全工作区。第九章功率放大电路1.散热与最大功耗散热与最大功耗PCM的关系的关系我们知道，电源供给的功率，一部分转换为负载的有用功率，另一部分则消耗在功率管的集电结上，变为热能而使管芯的结温上升。如果晶体管管芯的温度超过管芯材料的最大允许结温TjM(锗管TjM约为75100,硅管TjM约为150200)，则晶体管将永久损坏。我们把这个界限称为晶体管的最大允许功耗PCM。第九章功率放大电路最大允许功耗PCM与管子的散热条件及环境温度有关。在环境温度一定的条件下，散热条件越好，热量散发越快，管芯的结
31、温上升将越小，允许的功耗将增大，越有利于发挥晶体管输出功率的潜力。为了使热传导达到理想状况，通常大功率管(BJT)有一个大面积的集电结，它的集电极衬底与金属外壳保持良好的接触。第九章功率放大电路热的传导路径称为热路，描述热传导阻力大小的物理量称为热阻RT。RT的量纲为/W，它表示每消耗1W功率结温上升的度数。真空不易传热，即热阻大；金属的传热性能好，即热阻小。为减小散热阻力，改善散热条件，通常采用加散热器的方法。图 9.5.1(a)给出了一种铝型材散热器的示意图。加散热器后，热传导阻力等效通路如图 9.5.1(b)所示。第九章功率放大电路图9.5.1散热器和热传导阻力等效通路(a)铝型材散热器
32、示意图；(b)热传导阻力等效通路第九章功率放大电路图中：RTj内热阻，表示管芯到管壳的热阻；RTfo管壳到空间的热交换阻力；RTc管壳到散热器之间的接触热阻，与管壳和散热器之间的接触状况有关；RTf散热器到空间的热交换阻力，与散热器的形状、材料以及面积有关。第九章功率放大电路由图9.5.1可见，不加散热器时，总热阻RTo为RTo=RTj+RTfo(9.5.1)由于管壳散热面积很小，因此RTfo是很大的。加散热器后，由于(RTc+RTf)RTfo，因此，总热阻RT为RTRTj+RTc+RTf (9.5.2)显然，RTRTo。第九章功率放大电路功率管的最大允许功耗PCM与总热阻RT、最高允许结温T
33、jM和环境温度To有关，其关系式为jMoCMTTTPR(9.5.3)可见，允许结温越高，环境温度越低，热阻越小，则PCM越大。例如，功率管3AD6，不加散热器时，PCM仅为 1W，而加 120mm120mm4mm的散热器后，由于热阻减小，PCM增大至10W。第九章功率放大电路2.二次击穿现象与安全工作区二次击穿现象与安全工作区功率管在实际应用中，常发现功耗并未超额，管子也不发烫，但却突然失效。这种损坏不少是由于“二次击穿”所致。二次击穿现象可由图 9.5.2(a)来说明。当集电极电压uCE增大时，首先可能出现一次击穿(图中AB段)。第九章功率放大电路图9.5.2功率管的二次击穿现象(a)二次击
34、穿现象；(b)二次击穿临界线第九章功率放大电路这种击穿是正常的雪崩击穿。一次击穿发生后，只要外电路对电流加以限制，功耗不超过PCM，管子是不会损坏的。若将uCE减小，管子又可恢复正常工作，所以，一次击穿是可逆的。但有时，当一次击穿后，击穿电流iC进一步增大，在超过某一临界值以后(图中B点)，突然发生管压降uCE急剧减小，而iC猛烈增大，工作状态从B点以毫秒级甚至微秒级的时间移至C点(图中BC段)，管子瞬间就永久损坏了，而且此时管身并不发烫。第九章功率放大电路人们将这种现象称为二次击穿。二次击穿是不可逆的。二次击穿的起点与iB大小有关。通常将对应于不同iB的二次击穿点连接起来，就得到一条二次击穿
35、的临界线，如图 9.5.2(b)所示。临界线左下方的区域是二次击穿的安全区。实践证明，BJT处于脉冲工作状态时其安全区将有所扩大。脉冲持续时间越短，二次击穿临界线就向右移，安全区也就越大。第九章功率放大电路二次击穿发生的机理一般是由于流过BJT的电流在功率管结面上分布不均匀，造成结面局部过热(称为热斑)所致。这可能与BJT的制造工艺有关。为保证功率管安全、可靠地工作，必须考虑二次击穿的因素，所以要保证电流小于ICM、功耗小于PCM、工作反压小于一次击穿电压U(BR)CEO外，还要避免进入二次击穿区。所以，功率管的安全工作区如图 9.5.3所示。第九章功率放大电路图9.5.3双极型功率管的安全工
36、作区第九章功率放大电路9.5.2功率功率MOS器件器件(VMOS)有许多适合大功率运行的MOS器件，其中较为突出的代表是VMOS管和双扩散MOS管。VMOS管的结构剖面图如图 9.5.4所示。由图可见，VMOS管的漏区面积大，这有利于利用散热片散去器件内部耗散的功率。沟道长度（当栅极加正电压时，在V型槽下P型层部分形成）可以做得很短（例如1.5 m），且沟道间又呈并联关系（根据需要可并联多个），故允许流过的电流ID很大。第九章功率放大电路此外，利用现代工艺，使它靠近栅极形成一个低浓度的N-外延层，当漏极与栅极间的反向电压形成耗尽区时，这一耗尽区主要出现在N-外延层，N-区的正离子密度低，电场强
37、度低，因而有较高的击穿电压。这些都有利于利用VMOS管制成大功率器件。目前制成的VMOS产品，耐压能力达1000 V以上，最大连续电流值高达200 A。第九章功率放大电路图9.5.4VMOS管的结构剖面图第九章功率放大电路与BJT管比较，VMOS管具有许多优点：（1）输入阻抗大，所需驱动电流小，功率增益高。（2）温度稳定性好，漏极电阻为正温度系数，当器件温度上升时，电流受到限制，不可能产生热击穿，也不可能产生二次击穿。（3）没有BJT管的少子存储问题，加之极间电容小，所以开关速度快，适合高频工作(工作频率达几百kHz甚至于几MHz)。第九章功率放大电路9.5.3功率管的保护功率管的保护为保证功率管在大信号条件下正常运行，要附加一些保护电路，包括安全区保护、过压保护、过流保护和过热保护。例如，在VMOS管的栅极加限流、限压电阻和反接二极管，在感性负载上并联电容和二极管，以限制过压或过流。又如，在功率管的c、e间并联稳压二极管，以吸收瞬时过压等。
