高頻電子線路第一章

1、高頻電子線路第一章第1頁，共17頁，2022年，5月20日，1點18分，星期五第 1 章 功率電子線路1.1功率電子線路概述功率放大器電源變換電路功率器件第2頁，共17頁，2022年，5月20日，1點18分，星期五1.1功率電子線路概述 作用：高效地實現(xiàn)能量變換和控制。 種類： (1)功率放大電路特點：放大用途：通信、音像等電子設(shè)備。 (2)電源變換電路特點：能量變換用途：電源設(shè)備、電子系統(tǒng)、工業(yè)控制等。第3頁，共17頁，2022年，5月20日，1點18分，星期五功率放大器特點：工作在大信號狀態(tài)。一、功率放大器的性能要求 安全。輸出功率大，管子在極限條件下運用。 高效率。 C 集電極效率(Co

2、llector Efficiency) Po 輸出信號功率 ；PD 電源提供的功率； PC 管耗 (Power Dissipation)/集電極耗散功率； Po 一定，C 越高，PD 越小 PC 小， 既可選 PCM 小的管子，以降低費用，也節(jié)省能源。 失真小。第4頁，共17頁，2022年，5月20日，1點18分，星期五盡管功率增益也是重要的性能指標(biāo)，但安全、高效和小失真更重要，前者可以通過增加前置級禰補。 二、功率管的運用特點1功率管的運用狀態(tài)根據(jù)功率管在一個信號周期內(nèi)導(dǎo)通時間的不同，功率管運用狀態(tài)可分為甲類、乙類、甲乙類、丙類等多種。 甲類：功率管在一個周期內(nèi)導(dǎo)通 ，c = 。 乙類：功率

3、管僅在半個周期內(nèi)導(dǎo)通，c = /2。 甲乙類：管子在大于半個周期小于一個周期內(nèi)導(dǎo)通， /2 c 。 丙類：功率管在小于半個周期內(nèi)導(dǎo)通，c /2。 功率管運用狀態(tài)通?？窟x擇靜態(tài)工作點來實現(xiàn)。功率管的運用狀態(tài)第5頁，共17頁，2022年，5月20日，1點18分，星期五根據(jù)下列曲線說出功率管的應(yīng)用狀態(tài)：圖 111各種運用狀態(tài)下的輸出電流波形2不同運用狀態(tài)下的 C管子的運用狀態(tài)不同，相應(yīng)的 Cmax 也不同。 減小 PC 可提高 C。 第6頁，共17頁，2022年，5月20日，1點18分，星期五假設(shè)集電極瞬時電流和電壓分別為 iC 和 vCE，則 PC 為 討論：若減少 PC，則要減少 iC vCE

4、方法 1：由甲類 甲乙類 乙類 丙類，即減小管子在信號周期內(nèi)的導(dǎo)通(增大 iC = 0)的時間。 方法 2：管子運用于開關(guān)狀態(tài)(又稱丁類)，即一周期內(nèi)半飽和半截止。飽和時，vCE VCE (sat) 很小 PC 很?。唤刂箷r，iC 很小，iC vCE 也很小 PC 很小。 總之：為提高 C，管應(yīng)用狀態(tài)可取乙類、丙類或丁類。但集電極電流波形失真嚴(yán)重，電路需采取特定措施(見 1.2 節(jié))。第7頁，共17頁，2022年，5月20日，1點18分，星期五電源變換電路按變換方式不同： (1)整流器(Rectifier)：交流電-直流電。應(yīng)用：電子設(shè)備供電。 (2)直流-直流變換器(DC-DC Conver

5、ter)：直流電-直流電。應(yīng)用：開關(guān)電源。 (3)逆變器(Inverter)：直流電-交流電。應(yīng)用：不間斷電源。 (4) 交流-交流變換器(AC-AC Converter)：交流電-交流電。應(yīng)用：調(diào)壓器、變頻電源等。 第8頁，共17頁，2022年，5月20日，1點18分，星期五功率器件功率管的種類：(1)雙極型功率晶體管(2)功率 MOS 管(3)絕緣柵雙極型功率管 功率管是功率放大電路的關(guān)鍵器件，為保證安全工作，需了解其極限參數(shù)及安全工作區(qū)。 以雙極型功率管為例，安全工作區(qū)受如下極限參數(shù)限制： 最大允許管耗 PCM。與散熱條件密切相關(guān)。 基極開路集 - 射反向擊穿電壓 V(BR)CEO 。

6、集電極最大允許電流 ICM 。以上參數(shù)與功率管的結(jié)構(gòu)、工藝參數(shù)、封裝形式有關(guān)。第9頁，共17頁，2022年，5月20日，1點18分，星期五一、功率管散熱和相應(yīng)的 PCM 管耗 PC 主要消耗在集電結(jié)上，使結(jié)溫升高。若集電極的散熱條件良好，集電結(jié)上的熱量很容易散發(fā)到周圍空氣中去，則集電結(jié)就會在某一較低溫度上達(dá)到熱平衡，此時集電結(jié)上產(chǎn)生的熱量等于散發(fā)到空氣中的熱量。反之，散熱條件不好，集電結(jié)就會在更高的溫度上達(dá)到熱平衡，甚至產(chǎn)生熱崩而燒壞管子。 熱崩(Thermal Runaway)： 集電結(jié)結(jié)溫(Tj) iC PC Tj 如此反復(fù)，直至 Tj TjM(集電結(jié)最高允許溫度)而導(dǎo)致管子被燒壞的一種惡

7、性循環(huán)現(xiàn)象。提高 PCM 的辦法：第10頁，共17頁，2022年，5月20日，1點18分，星期五圖 114(a)、(b) 功率管底座上加裝散熱器 (c) 相應(yīng)的熱等效電路 管子集電極直接固定在金屬底座上。 金屬底座與管殼相連。 金屬底座還加裝金屬散熱器。第11頁，共17頁，2022年，5月20日，1點18分，星期五各種散熱片第12頁，共17頁，2022年，5月20日，1點18分，星期五各種功率晶體管第13頁，共17頁，2022年，5月20日，1點18分，星期五 熱傳導(dǎo)過程T2 為熱源溫度，T1 為空氣溫度，P 為傳輸?shù)臒峁β?，Rth 為熱阻，單位 /W當(dāng)熱源產(chǎn)生熱量時，熱源溫度 T2 上升，向

8、外部傳輸熱量，若產(chǎn)生的熱量和傳輸?shù)臒崃肯嗟?，達(dá)到熱平衡。T2 不再變化。晶體管的熱量傳遞RjcRcsPcRCaRsaTjTa第14頁，共17頁，2022年，5月20日，1點18分，星期五因為R(th)cs + R(th)sa R(th)ca 所以Rth R(th)jc + R(th)cs + R(th)ca 晶體管手冊中給出的 PCM 是在指定散熱器尺寸和環(huán)境溫度(Ta = 25)時給出的數(shù)據(jù)。具體數(shù)值可由下式確定第15頁，共17頁，2022年，5月20日，1點18分，星期五二、二次擊穿除 PCM、ICM 和V(BR)CEO 滿足安全工作條件外，要保證功率管安全工作，還要求不發(fā)生二次擊穿。 二次擊穿(Secondary Breakdown)：當(dāng)集 - 射反向電壓超過 V(BR)CEO 時，會引起擊穿，但只要外電路限制擊穿后的電流，管子就不會損壞，待集電極電壓小于 V(BR)CEO 后，管子可恢復(fù)正常工作。如果發(fā)生上述擊穿，電流不加限制，就會出現(xiàn)集電極電壓迅速減小，集電極電流迅速增大的現(xiàn)象，即為二次擊穿。 后果：過熱點的晶體熔化，集 - 射間形成低阻通道，引起vCE下降，iC 劇增，損壞功