高频电子线路（非线性部分）第四版 谢家奎第一章ppt课件.ppt

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1、第1章功率电子线路1.1功率电子线路概述1.2功率放大器的电路组成和工作特性1.3乙类推挽功率放大电路1.1功率电子线路概述作用：高效地实现能量变换和控制。种类：(1)功率放大电路特点：放大用途：通信、音像等电子设备。(2)电源变换电路特点：能量变换用途：电源设备、电子系统、工业控制等。1.1.1功率放大器特点：工作在大信号状态。一、功率放大器的性能要求1.安全。输出功率大，管子在尽限条件下运用。2.高效率。C——集电极效率(CollectorEfficiency)Po——输出信号功率；PD——电源提供的功率；PC——管耗(Power

2、Dissipation)/集电极耗散功率；Po一定，C越高，PD越小→PC小，既可选PCM小的管子，以降低费用，也节省能源。3.失真小。尽管功率增益也是重要的性能指标，但安全、高效和小失真更重要，前者可增加前置级弥补。二、功率管的运用特点1.功率管的运用状态根据功率管在一个信号周期内导通时间的不同，功率管运用状态可分为甲类、乙类、甲乙类、丙类等多种。(1)甲类：功率管在一个周期内导通，c=(2)乙类：功率管仅在半个周期内导通，c=/2(3)甲乙类：管子在大于半个周期小于一个周期内导通，/2c。(4)丙类：功率管小于半

3、个周期内导通，c/2。功率管运用状态通常靠选择静态工作点来实现。2.不同运用状态下的C管子的运用状态不同，相应的Cmax也不同。减小PC可提高C。假设集电极瞬时电流和电压分别为iC和vCE，则PC为讨论：若减少PC，则要减少iCvCE方法1：由甲类→甲乙类→乙类→丙类，即减小管子在信号周期内的导通(增大iC=0)的时间。方法2：管子运用于开关状态(又称丁类)，即一周期内半饱和半截止。饱和时，vCEvCE(sat)很小→PC很小；截止时，iC很小，iCvCE也很小→PC很小。总之：为提高C，管应用状态可取乙、丙、或丁类

4、。但集电极电流波形失真严重，电路需采取特定措施(见1.2节)。1.1.2电源变换电路按变换方式不同：(1)整流器（Rectifier）：交流电—直流电。应用：电子设备供电。(2)直流-直流变换器(DC-DCConverter)：直流电—直流电。应用：开关电源。(3)逆变器(Inverter)：直流电—交流电。应用：不间断电源、变频电源。(4)交流－交流变换器(AC-ACConverter)：交流电—交流电。应用：变压等。1.1.3功率器件功率管的种类：(1)双极型功率晶体管(2)功率MOS管(3)绝缘栅双极型功率管功率管是功率放大电路的

5、关键器件，为保证安全工作，需了解其极限参数及安全工作区。以双极型功率管为例，安全工作受如下极限参数限制：(1)最大允许管耗PCM。与散热条件密切相关。(2)基极开路集-射反向击穿电压V(BR)CEO(3)集电极最大允许电流ICM以上参数与功率管的结构，工艺参数，封装形式有关。一、功率管散热和相应的PCM管耗PC主要消耗在集电结上，使结温升高。若集电极的散热条件良好，集电结上的热量很容易散发到周围空气中去，则集电结就会在某一较低温度上达到热平衡，此时集电结上产生的热量等于散发到空气中的热量。反之，散热条件不好，集电结就会在更高的温度上达到

6、热平衡，甚至产生热崩而烧坏管子。热崩(Thermalrunaway)：集电结结温(Tj)↑→iC↑→PC↑→Tj↑如此反复，直至TjTjM（集电结最高允许温度）而导致管子被烧坏的一种恶性循环现象。提高PCM的办法：(1)管子集电极直接固定在金属底座上(2)金属底座与管壳相连。(3)金属底座还加装金属散热器(a)(b)功率管底座上加装散热器(c)相应的热等效电路二、二次击穿除PCM、ICM和V(BR)CEO满足安全工作条件外，要保证功率管安全工作，还要求不发生二次击穿。二次击穿(SecondaryBreakdown)：当集-射反向电压超

7、过V(BR)CEO，会引起击穿，但只要外电路限制击穿后的电流，管子就不会损坏，待集电极电压小于V(BR)CEO后，管子可恢复正常工作；如上述击穿后，电流不加限制，就会出现集电极电压迅速减小，集电极电流迅速增大的现象，即为二次击穿。后果：过热点的晶体熔化，集－射间形成低阻通道，引起vCE下降，iC剧增，损坏功率管，且不可逆。发生条件：它在高压低电流时发生，相应的功率称为二次击穿耐量PSB。计及二次击穿时功率管的安全工作区1.2功放的电路组成和工作特性1.2.1从一个例子讲起分析法应用等效电路法小信号图解法大信号幂级数法频率变换时变参量法混

8、频电子线路分析方法功率放大器为大信号放大器，工程分析时，多采用特性曲线上作负载线的图解分析法。1.Q点的选择：为了使电路在管子不出现饱和与截止失真的条件下输出功率最大，需把Q选在负载线的中点。即VCE(sa