电子线路非线性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1.4功率合成技术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：根据应用领域和处理对象不同(1)功率放大电路：放大器的一类。用于通信、音像等电子设备。(2)电源变换电路：对电源能量进行特定变换。用于电源设备、电子系统、工业控制。1.1.1功率放大器与其它放大器相比相同点：均在输入信号作用下，将直流电源的直流功率转换为输出信号功率。不同点：性能要求和运用特性不同。一、功率放大器的性能要求1.安全。输出功率大，管子大信号极限条件下运

2、用。2.高效率。用ηc集电极效率(CollectorEfficiency)衡量转换效率：Po——输出信号功率(OutputSignalPower)；式中：PD——电源提供的功率；PC——管耗(PowerDissipation)Po一定，ηc高→PD小→PC小→可选PCM小的管子，以降低费用。3.失真小。输出功率越大，相应的动态电压电流越大，器件特性非线性引起的非线性失真也越大。除采用反馈技术外，还必须限制输出功率。作为放大器，功率增益是重要的性能指标，但与上述三个要求相比，安全、高效和小失真是第一位的。功率增益可用增加前置级的级数或提高相应的

3、增益来弥补。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。功率管运用状态通常靠选择静态工作点来实现。甲类：功率管在一个周期内导通(如小信号放大)。乙类：功率管仅在半个周期内导通。甲乙类：管子在大于半个周期小于一个周期内导通。丙类：功率管小于半个周期内导通。2.不同运用状态下的ηC管子的运用状态不同，相应的ηCmax也不同。减小PC可提高ηC。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途径1：由甲类→甲乙类→乙

4、类→丙类，减小管子在信号周期内的导通时间，即增大iC＝0的时间。途径2：使管子运用在开关状态(又称丁类)；管子在半个周期内饱和导通，另半个周期内截止。饱和导通时，vCE≈vCE(sat)很小，因此导通的半个周期内，瞬时管耗iC×vCE处在很小的值上。截止时，不论vCE为何值，iC趋于0，iC×vCE也处在零值附近。结果PC很小，ηC显著增大。总结：为提高集电极效率，管子的运用状态从甲类向乙类、丙类或开关工作的丁类转变。但随着效率的提高，集电极电流波形失真严重，为实现不失真放大，在电路中需采取特定措施。1.1.2电源变换电路1.1.3功率器件功

5、率管是功率放大电路的关键器件，如何选择功率管的运用状态，并保证它们安全工作是需要共同解决的问题。为此，必须首先了解功率器件的极限参数及安全工作区。双极型功率晶体管的安全工作受到三个极限参数的限制：(1)集电极最大允许管耗PCM。还与散热条件密切相关(2)集电极击穿电压V(BR)CEO(3)集电极最大允许电流ICM以上与功率管的结构，工艺参数，封装形式有关。一、功率管散热和相应的PCM耗散在功率管中的功率PC主要消耗在集电结上，造成集电结发热，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

6、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热平衡，甚至产生热崩而烧坏管子。集电结结温(Tj)升高→集电极电流(iC)增大→PC增大→Tj随之升高→iC增大→PC增大→Tj升高，如此反复，直至Tj超过集电结最高允许温度TjM，导致管子被烧坏的一种恶性循环现象。热崩(Thermalrunaway)：金属底座又与管壳相连的结构。此外，金属底座还加装金属散热器(如图)(a)(b)功率管底座上加装散热器(c)相应的热等效电路实践中，为了利于集电结的散热，以提高PCM，双极型功率管都采用集电

7、极直接固定在金属底座上，散热器：翼状结构，以增大散热面积。面积越大，厚度越厚，材料的导热率越高，散热效果越好。二、二次击穿要保证功率管安全工作，除满足由PCM、ICM和V(BR)CEO所规定的安全工作条件外，还要求不发生二次击穿。二次击穿(SecondaryBreakdown)：当集电极电压超过V(BR)CEO，会引起击穿，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。二次击穿的后果：导致过热点的

8、晶体熔化，要引起vCE下降，iC剧增，功率管尚未发烫就已损坏。是不可逆，破坏性的。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。功率放大电路使用