电子线路非线性部分第五版第一章功率放大器

PD一定时，要使输出信号功率最大，应使Q点正好在有效 交流负载线的中点，即 Vcm = VCC-VCE(sat) ， Icm = ICQ-ICEO 。
若忽略VCE(sat），ICEO，则有 Vcm=VCC，Icm=ICQ ， Pomax=1/2 VCCICQ ，ηcmax =50% 。
当Q点选定后，在充分激励情况下，仅有一个交流负载值， 能输出最大信号功率，其交流负载线的中点必定通过Q点。
1.2 功率放大器的电路组成和工作特性
1.2.1 从一个例子讲起
性能分析时，器件采用大信号模型。工程上，采用图解分析。
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iC = ICQ+ ic = ICQ + Icmsinωt vCE = VCEQ + vce = VCEQ －Vcm sinωt
Vcm ≈ VCEQ ≈ VCC /2，Icm = Vcm /RL ≈ VCEQ / RL
二、二次击穿
集电极电压超过V(BR)CEO 而引起的击穿，只要限 制击穿电流，是可逆的。 而如果不限制电流，可 能出现集电极电压迅速 减小，电流急剧增大的 现象，这种由高压小电 流迅速转移为低压大电 流的现象就是二次击穿， 而且不可逆。
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三、器件 双扩散MOS管(Double-diffused MOSFET)，它可承受 的电流高达数百安，电压高达几百伏，甚至上千伏。
V(BR)CEOICM
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绝缘栅双极型功率管（IGBT）
与双扩散MOS管相比， IGBT仅在高掺杂N+区与金 属漏极之间插入一层高掺杂的P+区，与作为MOS管 衬底的P+区之间夹着N区，形成两个PN结，构成 PNP型晶体三极管，这个晶体三极管与MOS管共同 组成组合管。
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第一章 功率电子线路
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1.1 概述
功率电子线路是采用功率电子器件实现能量变换和控 制功能的电路。 功率电子线路分为功率放大电路和电源变换电路； 功率放大电路是在输入信号作用下,把直流能量转换 成交流输出功率的放大电路； 电源转换电路是把电源能量进行特定方式转换的电路。
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1.1.1 功率放大器
功率放大器与小信号放大器的区别： 小信号放大的是电压或者电流，对输出功率无要求。 功率放大器的要求是，在安全工作条件下，高效率， 小失真，输出尽可能大的功率。
集电极效率
C
Po PD
Po Po PC
PO 信号输出功率，PD 直流功率，功耗 PC ， PO 相同，
集电结与周围环境的热阻Rth= R + (th)jc R(th)ca
R(th)jc为结与底座的热阻， R(th)ca为管壳与周围环境
的热阻
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加散热器后的总电阻 Rth= R(th)jc+ R(th)cs＋ R(th)sa 电子线路非线性部分第五版第一章功率 放大器
2 L 电子线路L非线性部分第五版第一章功率
放大器
直流负载线是自vCE=VCC出发的垂直线EF
直流负载线与iB=IBQ交点即为静态工作点Q。
交流负载线是一条通过Q点的直线MN，它的斜率为-1/
R
' L
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性能分析
iC = ICQ+Icmsinωt vCE = VCEQ-Vcmsinωt， Vcm=IcmRL´
P D21
2
0 VCiC CdtVCIC CQ
P L 2 10 2 i C 2 R L d t I C 2R L Q 1 2 I c 2 R m L V CI C E Q Q 1 2 V cI c m m
P C2 10 2 iC v Cd Et V CI E CQ Q 1 2 V cI m cm
PC越小，ηC 越大。
大信号运用电路，放大管特性非线性引起失真比小
信号放大器大，减小非线性失真必须认真考虑。
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按照功率管不同工作状态，分为甲类，乙类，甲乙 类和丙类等。集电极效率甲类最低，丙类最高。
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1.1.2 电源变换电路
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安全工作条件
vCEmax= 2VCC<V (BR)CEO VCC< V (BR)CEO/2
iCmax = 2ICQ<I CM
百度文库
ICQ< I CM /2
PCmax= PD<P CM 还应保证动态点不超过二次击穿限定的安全区。
P' omax
PCM
/2
P'' omax
PL中交流功率Po = VcmIcm /2 =VCEQICQ / 2 = PD/4 ，相应的最 大集电极效率
Cm 电子a P 线o x 路/非P 线D 性部 分1 第/五4 版第 一章2 功率% 5
放大器
1.2.2 甲类、乙类功率放大器的电路组成 及其功率性能
一、甲类变压器耦合功率放大电路
R = n R '
将电源能量进行特定方式的变换
AC-DC：把交流电变成直流电
整流器；
DC-DC：把一种数值的直流电变成另一种数值或者
极性的直流电
斩波器；
DC-AC：把直流电能变成不同幅值，频率的交流电
逆变器；
AC-AC：把50Hz交流电变成不同幅值，频率的交流
电
变换器；
它们同样要求选择合适的功率器件，并具有很高的
输出信号功率： PL Po 12Ic2m RL ' 12Vc2m/RL '
直流功率：
PD= VCCICQ
集电极管耗：
PC = VCCICQ 12VcmIcm = PD-Po
集电极效率：
C
PO PD
1 VcmIcm 2VCCICQ
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ic
N
Q
O
M vCE
效率。
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1.1.3 功率器件
大功率器件结构和性能参数与小信号器件不同 比如功率晶体管发射极面积较大，β较低，ICBO较 大，V(BR)CEO和ICM也较大。且集电极一般与管座相 连，便于安装散热器。
一、散热
热阻与温度的关系T2-T1=RTHP
集电极最大耗散功率PCM =(TjM-Ta)/Rth