第五章 功率放大电路课件.ppt

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1、第五章 功率放大电路,5.1 功率放大电路概述,5.2 乙类互补对称功率放大电路,5.3 集成功率放大器,*5.4 功率管的安全使用,教学目标,1、了解功放电路特点、分类、对功放电路要求。熟悉低频功放电路主要技术指标。,2、熟悉OCL、OTL电路组成、工作原理、性能参数估算方法。,3、掌握交越失真产生原因、消除交越失真方法。,4、掌握复合管组成原则。,教学目标,5、熟悉常用集成功率放大器（LA4102、LM386、TDA2030等）引脚功能，了解其主要技术指标。熟悉集成功放应用电路组成、外接元器件作用，会估算闭环增益。,6、选学BTL电路原理及其由集成功放构成的应用电路。,7、选学功放管二次击

2、穿和热致击穿现象及其保护措施，功放管等功率器件散热计算及散热片的选择。,5.1 功率放大电路概述,能够向负载提供足够信号功率的放大电路称为功率放大电路（Power amplifier），简称功放。,5.1.1 功率放大电路特点和要求,一、功率放大电路的特点,从能量控制的观点来看，功率放大电路与电压放大电路都属于能量转换电路，均将电源的直流功率转换成被放大信号的交流功率。两种电路的比较如下表所示：,二、对功率放大电路的要求,1、应有足够大的输出功率。2、效率要尽可能的高。3、非线性失真要小。4、功率管要采取散热等保护措施。,5.1.2 功率放大电路的分类,图.1.1 各类功率放大电路的静态工作点

3、及其波形（a）工作点位置 （b）甲类波形 （c）甲乙类波形（d）乙类波形,1、按静态工作点分类：,2、按信号频率分类,(1)低频 本章讨论(2)高频 高频电路中讨论,5.1.3 低频功率放大电路的主要技术指标,Iom表示输出电流振幅，Uom表示输出电压振幅。,1最大输出功率Pom,输出功率Po等于输出电压与输出电流的有效值乘积，即,最大输出功率Pom是在电路参数确定的情况下，负载上可能获得的最大交流功率。,2效率,就是负载上得到的有用信号功率Po与电源供给的直流功率PV之比，即,3非线性失真系数THD,式中，Im1、Im2、Im3和Um1、Um2、Um3分别表示输出电流和输出电压中的基波分量和

4、各次谐波分量的振幅。,THD用来衡量非线性失真的程度，即：,5.2 乙类互补对称功率放大电路,功率放大器早期采用变压器耦合输出，可实现阻抗匹配，但体积大、传输损耗大，在实际中已使用不多。 目前大量应用的是无变压器的乙类互补对称功率放大电路。按电源供给的不同，分为双电源互补对称功放电路和单电源互补对称功放电路。,5.2.1 OCL电路,一、基本电路及其工作原理,双电源互补对称电路又称无输出电容的功放电路，简称OCL电路，其原理电路如图5.2.1 （a）所示。图中V1、V2为导电类型互补（NPN、 PNP）且性能参数完全相同的功放管。两管均接成射极输出电路以增强带负载能力。,图5.2.1 OCL基

5、本原理电路a)基本原理电路 b)输入信号波形 c)输出信号波形,1、静态分析,静态时两管零偏而截止, 故静态电流为零，又由于两管特性对称，故两管输出端的静态电压为零。,2、动态工作情况,电路输入如图5.2.1（b）所示的正弦信号。(1)在ui正半周期间， V1发射结正偏而导通，V2发射结反偏而截止。(2)在ui负半周期间，V1发射结反偏截止，V2发射结正偏导通。 V1、V2两管分别在正、负半周轮流工作，使负载RL获得一个完整的正弦波信号电压，如图5.2.1（c）所示。,*二、图解分析,该电路负载线方程式为uCE=VCCiCRL，设管子的ICEO0，则静态电流IC1IC20。则UCEQ=VCC。

6、属于乙类功放电路。由此可作出如图5.2.2所示斜率为1/RL的负载线。 为便于分析，将V2管的特性曲线倒置于V1管特性曲线的右下方，且使Q点位置对齐。图中显示了两管信号电流iC1和iC2波形及合成后的uce波形。 从图中可以看出，任意一个半周期内，每个管子c、e两端信号电压为|uCE|VCC|uo|，而输出电压uouceioRLicRL。 在一般情况下，UomUcem，IomIcm，其大小随输入信号幅度而变，最大输出电压幅度为Uom(max)VCCUCE(sat)VCC。,图5.2.2 乙类互补对称功率放大电路的图解分析,三、电路性能参数计算,当输入信号足够大时，Ucem=VCCUCE(sat

7、)VCC，则,1最大输出功率Pom,由图可见，IomIcm，UomUcem，得,2直流电源供给功率PV,根据富氏级数分解，周期性半波电流的平均值IavIcm / ，因此正负电源供给的直流功率,3管耗PC,(2)输出最大功率时的管耗Pc1(UcemVcc) Pc1(Ucem)0.137Pom。 (3)最大管耗当 Ucem= 时出现最大管耗，且为Pcm10.2Pom。,(1)平均管耗,由于V1、V2各导通半个周期，且两管对称，故两管的管耗相同，每只管子的平均管耗为,4效率,当电路输出最大功率时，UcemVCC，,四、功放管的选择,功放管的极限参数有PCM、ICM、U（BR）CEO，应满足下列条件,

8、1、功放管集电极的最大允许功耗,2、功放管的最大耐压U（BR）CEO,当一只管子饱和导通时，另一只管子承受的最大反向电压为2VCC。故,3、功放管的最大集电极电流,4、选择示例,例5.2.1 OCL电路的VCC Vcc20V，负载RL8，功放管如何选择？,解：（1）最大输出功率,（2）,（3）,五、交越失真与OCL实用电路,图 5.2.3 交越失真波形,1交越失真,乙类放大电路静态IC为零，效率高。但只有当信号电压大于导通电压时，管子才能导通。因此，当信号电压小于导通电压时，就没有电压输出。因此，信号在过零点附近，其波形会出现失真，称为交越失真，如图5.2.3所示。,2交越失真消除,图5.2.

9、4 甲乙类互补对称功放电路,为了消除交越失真，应为两功放管提供一定的偏置，一般采用如图5.2.4所示电路。其中，V3组成电压放大级，Rc为其集电极负载电阻， VD1、VD2正偏导通，和RP一起为V1、V2提供偏压，使V1、V2在静态时处于微导通状态，即处于甲乙类工作状态。此外，VD1、VD2还有温度补偿作用，使V1 、V2管的静态电流基本不随温度的变化而变化。,3电路装配注意事项,在图5.2.4的电路中，若RP、 VD1、VD2中任一元件虚焊，则从+VCC经Rc，V1管发射结、V2管发射结、V3集电极-发射极、Re到Vcc形成一个通路，有较大的基极电流IB1和IB2流过，从而导致V1、 V2管

10、因功耗过大而损坏。故常在输出回路中串接熔断器以保护功放管和负载。,例.5.2.2 甲乙类互补对称功放电路如图5.2.4所示，VCC12V，RL35，两个管子的UCE(sat)2V，试求（1）最大不失真输出功率；（2）电源供给的功率；（3）最大输出功率时的效率。,解：,5.2.2 OTL电路,图5.2.5 OTL电路,1、OCL电路线路简单、效率高，但要采用双电源供电，给使用和维修带来不便。 2、采用单电源供电的互补对称电路，称为无输出变压器（Output transformerless）的功放电路，简称OTL电路，如图5.2.5所示。其特点是在输出端负载支路中串接了一个大容量电容C2。,一、

11、电路组成原理,1电路组成,V3组成电压放大级，Rc1为其集电极负载，V3的偏置由输出A点电压通过RP和R1提供，组成电压并联直流负反馈组态，稳定静态工作点。VD1、VD2为二极管偏置电路，为V1、V2提供偏置电压。V1、V2组成互补对称电路。,2 C2的作用,C2容量很大，满足RLC2T（信号周期），有信号输入时，电容两端电压基本不变，可视为一恒定值VCC/2。该电路就是利用大电容的储能作用，来充当另一组电源Vcc。此外，C2还有隔直作用。,3工作原理,该电路工作原理与OCL电路相似。(1)当ui0，V1正偏导通，V2反偏截止。经V1放大后的电流经C2送给负载RL，且对C2充电，RL上获得正半

12、周电压。(2) 当ui0，V1反偏截止，V2正偏导通，C2放电，经V2放大的电流由该管集电极经RL和C2流回发射极，负载RL上获得负半周电压。(3)输出电压uo的最大幅值约为VCC/2。,二、电路性能参数计算,OTL电路与OCL电路相比，每个管子实际工作电源电压不是VCC，而是VCC/2，故计算OTL电路的主要性能指标时，将OCL电路计算公式中的参数VCC全部改为VCC/2即可。,5.2.3 采用复合管的互补对称功率放大电路,一、复合管,输出功率较大的电路，应采用较大功率的功率管。但大功率管的电流放大系数往往较小，且选用特性一致的互补管也比较困难。故在实际应用中，用复合管（Darlington

13、 connection）来解决这两个问题。,复合管是指用两只或多只三极管按一定规律进行组合，等效成一只三极管，复合管又称达林顿管。复合管的组合方式如图5.2.6所示。,图5.2.6 复合管的组合方式（a）NPN管 （b）PNP管 （c）PNP管 （d）NPN管,复合管具有如下特点：,（1）复合管的导电类型取决于前一只管子：即iB向管内流者等效为NPN管,如图5.2.6中的a、d所示。iB向管外流者等效为PNP管，如图5.2.6 b、c所示。,（2）复合管的电流放大系数12。,（3）组成复合管的各管各极电流应满足电流一致性原则，即串接点处电流方向一致，并接点处保证总电流为两管输出电流之和。,二、

14、采用复合管的OTL实用电路,图5.2.8 采用复合管组成的OTL电路,1电路组成,图5.2.8为采用复合管组成的OTL功率放大器，这种电路又称为准互补对称（Quasi complementary circuit）功率放大器。其中，V1组成激励级，它的基极偏压取自于中点电位VCC。RP1引入交直流电压并联负反馈。V2、V4复合成NPN管，V3、V5复合成PNP管。,2放大原理,当V1集电极输出正半周信号电压时，V2、V4导通，V3、V5截止，被放大的正半周信号电流经C送到负载RL上，形成正半周输出电压，同时，C上被充上VCC/2的电压。 当V1集电极输出负半周信号电压时，V2、V4截止，V3、V

15、5导通，此时，电源VCC不供电，由C放电提供V3、V5工作所需直流功率，在负载上形成负半周输出电压。它与正半周输出电压合成一个完整的正弦波形。,3自举电路原理及作用,电路中的C2、R9组成具有升压功能的“自举电路”（Bootstrapping circuit）。 不接C2时，信号越强，V2、V4导通越充分，K点电位上升越多，将使V2、V4的正偏压UBE减小，输出电流也减小，限制了输出功率的提高。 在电路中加入C2后，其两端被充上一定电压值。由于C2容量大，充放电时间常数大，其两端电压可视为基本不变。当正半周信号通过V2，V4使K点电位上升时，G点电位跟着升高，UG=UK+UC2，UG可高于VC

16、C，使V2、V4基极电位升高，保证了V2，V4的大电流输出，提高了输出功率。 R9为隔离电阻，防止输出信号经电容C2短路到地。 这种因C2的作用使G点电位随K点电位升高而上升的方式叫“自举”。具有自举功能的电路叫自举电路。,5.3 集成功率放大器,集成功率放大器是在集成运放基础上发展起来的，其内部电路与集成运放相似。但是，由于其安全、高效、大功率和低失真的要求，使得它与集成运放又有很大的不同。电路内部多施加深度负反馈。,集成功率放大器广泛应用于收录机、电视机、开关功率电路、伺服放大电路中，输出功率由几百毫瓦到几十瓦。,除单片集成功放电路外，还有集成功率驱动器，它与外配的大功率管及少量阻容元件构

17、成大功率放大电路，有的集成电路本身包含两个功率放大器，称为双声道功放。,现以LA4102、LM 386、 TDA7050等单片集成音频功率放大器为例，介绍其主要参数和典型应用电路。,5.3.1 LA4102集成功率放大器及其应用,图5.3.1 LA4102封装外形与内部框图 （a）封装外形 （b）内部框图,一、LA4102及其主要参数,LA4102是一种应用很广的集成功放。它常被用于收录机、对讲机等小功率电路中。,1LA4102的引脚排列、功用和内部框图,LA4102引脚分布如图5.3.1a所示。它是带散热片的14脚双列直插式塑料封装，其引脚是从散热片顶部起按逆时针方向依次编号的。,各引脚功用

18、如下： 1输出端； 3接地； 4、5消振；6反相输入端；9同相输入端 ；10 、12 退耦滤波； 8公共射极电位 ； 13接自举电容； 14正电源； 2、7、11 空脚。,LA4102内部框图如图5.3.1b所示，主要包括以下部分：输入级为差动放大电路；激励级为高增益共射放大电路；输出级为复合管构成的准互补对称电路；偏置电路给各级提供稳定的偏置电流。图中R=20k电阻是集成电路内部设置的反馈电阻，在实际应用中，通过改变接在6脚的外接电阻大小，就可改变放大器电压放大倍数。,2LA4102的主要技术指标参数,LA4102主要技术指标参数见表5.3.1。,二、LA4102应用电路,图5.3.2 LA

19、4102典型应用电路,外围元件的作用如下：C1为输入耦合电容；C2、C4为滤波电容，用于消除偏置中的纹波电压；C5和C6起相位补偿作用，以消除高频寄生振荡； C7用于防止高频自激振荡； C8为自举电容，以提高最大不失真输出功率；C9起电源退耦滤波作用；C10为OTL电路输出电容。C3、Rf与内部的20k的电阻R组成交流电压串联负反馈电路。,LA4102组成的OTL功率放大器如图5.3.2所示。,5.3.2 LM386集成功率放大器及其应用,图5.3.3 LM 386外形与管脚排列（a)外形图 （b)管脚排列图,一、外形、管脚排列及内电路,LM 386是一种低电压通用型音频集成功率放大器，广泛应

20、用于收音机、对讲机和信号发生器中； LM 386的外形与管脚图如图5.3.3所示，它采用8脚双列直插式塑料封装。,LM386有两个信号输入端，2脚为反相输入端，3脚为同相输入端；每个输入端的输入阻抗均为50 k，而且输入端对地的直流电位接近于零，即使输入端对地短路，输出端直流电平也不会产生大的偏离。,图5.3.4 LM386内部电路图,LM386的内部原理电路如图5.3.4所示。,二、主要性能指标及估算,当引脚、之间对交流信号相当于短路时,所以，当 、脚外接不同阻值电阻时，Au的调节范围为20200（2646dB）。,1主要性能指标,LM386-4的电源电压范围为518v。当电源电压为6V时，

21、静态工作电流为4mA。当Vcc=16V，RL=32时输出功率为1W。、脚开路时带宽300kHZ，总谐波失真为0.2%,输入阻抗为50K。,2估算,设引脚、脚间外接电阻R，则,三、LM386应用电路,图5.3.5 LM386应用电路,用LM386组成的OTL功放电路如图5.3.5所示，信号从3脚同相输入端输入，从5脚经耦合电容(220F)输出。,5.3.3 TDA7050T集成功放电路及其应用,图5.3.6 TDA7050T立体声功放电路,TDA7050T是荷兰菲利普公司生产的集成功放芯片。其外形尺寸小，外接元件少，常用来组装低电压的薄型袖珍单放机收音机等。 TDA7050T为8脚扁平塑料封装，

22、由它组成的立体声功放电路如图5.3.6所示。两只47F电解电容为耦合电容，电路电压增益为26dB。当+Vcc=3V,RL=32,Pom=36mw。,5.3.4 TDA2030集成功率放大器及其应用,一、 TDA2030集成功放主要技术指标及引脚排列,TDA2030与性能类似的其他产品相比，具有引脚数最少、外接元件很少的优点。它的电气性能稳定、可靠、适应长时间连续工作，且芯片内部具有过载保护和热切断保护电路。该芯片适用于收录机及高保真立体扩音装置中作音频功率放大器。,TDA2030引脚排列如图5.3.7所示。,图5.3.7 TDA2030引脚排列,TDA2030主要技术指标见表5.3.2。,TD

23、A2030市场上有一些伪品，可用以下方法判断芯片真伪及其性能参数是否正常。,1.电阻法,正常情况下TDA2030各脚对脚阻值见表5.3.3。,2.电压法,将TDA2030接成OTL电路，去掉负载，脚用电容对地交流短路，然后将电源电压从036V逐渐升高，用万用表测电源电压和脚对地电压，若TDA2030性能完好，脚电压应始终为电源电压得一半。否则说明该芯片为伪品或残次品。说明电路内部对称性差，用作功率放大器将产生失真。,二、TDA2030实用电路,TDA2030接成OCL（双电源）典型应用电路如图5.3.8所示。,图5.3.8 TDA2030双电源典型应用电路,图中R3、R2、C2使TDA2030

24、接成交流电压串联负反馈电路。闭环增益由下式估算,C5、C6为电源低频去耦电容，C3、C4为电源高频去耦电容。R4与C7组成阻容吸收网络，用以避免电感性负载产生过电压击穿芯片内功率管。为防止输出电压过大，可在输出端脚与正、负电源接一反偏二极管组成输出电压限幅电路。,TDA2030接成OTL（单电源）典型应用电路如图5.3.9所示。,图5.3.9 TDA2030单电源典型应用电路,图中，R1与R2组成集成电路单电源供电的直流偏置电路，使,R3是为提高功放电路的交流输入电阻而设置，本电路的Ri= R3=22k。其余元件的作用与图5.3.8相对应元件作用相同。,*5.3.5 BTL电路,图5.3.10

25、 BTL基本电路,一、BTL电路原理,BTL(Balanced transformerless)功率放大器又称为桥式功率放大器。电路如图5.3.10所示。 静态时，电桥平衡，负载接在两输出端之间，ui=0，u0=0。 输入信号ui，ui的相位差1800。当ui输入信号正半周，ui为负半周，三极管V1 V4导通，V2 V3截止。输出信号u01上升多少，u02就下降多少。,当ui为负半周时，ui为正半周，三极管V2 V3导通，V1 V4 截止，电流ic2 如图虚线所示。负载上电压、电流方向与上一半周期相反。则 = 2VCC。,在同样的VCC数值和相同负载的条件下，BTL电路的输出功率为OCL（或O

26、TL）电路的4倍。,二、LM4860组成的BTL电路,图5.3.11 LM4860内部电路和外接电路 （a）内部电路 （b）外接电路,LM4860是采用CMOS工艺制成的桥式集成功放，其内部组成方框图如图5.3.11a所示。,图中，A1为反相放大器，其增益由外接电阻R1和R2设定。 A2为由R3和R4设定的单位增益反相放大器，它由A1的输出信号激励。这样，保证了两个功率运放的输出信号电压等值反相地加在RL上，满足桥路的要求。 单电源供电时，功率运放的输出静态电压处于电源电压中点VDD2，这个电压通过负反馈电阻分别加在两个运放的反相输入端上，因此，为了实现运放两输入端静态电位平衡，必须在两个运放

27、的同相输入端加上相同的直流电压，电路中该电压由VDD通过两个50k电阻分压得到。,在桥式电路中，采用单电源供电的功率运放，其输出端的隔直电容可以省略。 现将两功率运放中的功率输出级电路单独画出，如图5.3.8b所示。 可见，两个运放的输出静态电压均为VDD2，因此，通过RL的直流电流等于零。由于A1中的V1-1和A2中的A2-2管同时导通，Al中的V1-2和A2中的V2-1管同时导通，因此，V1-2和V2-2不需要另加隔直电容供电，而直接由VDD通过导通管供电。,三、TDA7050T组成BTL电路,由TDA7050T组成的BTL电路如图5.3.12所示。,图5.3.12 TDA7050T组成B

28、TL电路,* 5.4 功放管的安全使用,在功放电路中功放管是在接近极限参数的、高电压状态下工作的功率管，由于设计不当或使用条件的变化而易损坏。因此，在功率放大实用电路中，应采用保护措施以保证功放管的安全运行。,5.4.1 功放管的二次击穿及其保护,如1.3节所述，当三极管集电结上的反偏电压过大时，三极管将被击穿，这时集电极电流迅速增大，出现一次击穿，且IB越大击穿电压越低，称为“一次击穿”。如图5.4.1a中曲线AB段所示，A点就是一次击穿点。这时只要外电路限制击穿后的电流，使管子的功耗不超过额定值，就不会造成管子的损坏，因此一次击穿是可逆的。,图5.4.1 二次击穿及安全工作区 （a）二次击

29、穿现象 （b）考虑二次击穿后的安全工作区,三极管一次击穿后集电极电流会骤然增大，若电流不加限制，则它的工作点增大到临界点 (如图5.4.1中B点) 时，三极管的工作点以毫秒乃至微秒级高速移向C点，这时三极管的管压降uCE突然减小，电流iC急剧增大。如图中的BD段，称之为二次击穿(Secondary breakdown)。二次击穿点B随iB的不同而改变，通常把这些点连起来的曲线叫二次击穿临界线简称S/B曲线，如图5.4.1b中所画。,产生二次击穿的原因较复杂，它是一种与电流、电压、功率和结温（Junction temperature）都有关系的效应。一般认为，由于制造工艺的缺陷，使流过管内结面的

30、电流不均匀，造成结局部高温(称为热斑)而产生局部的热击穿，出现三极管尚未发烫就损坏的现象。二次击穿是不可逆的，经二次击穿后，性能明显下降，甚至造成永久性损坏。,考虑到二次击穿后，功放管的安全工作范围将变小，它除了受ICM、PCM和U(BR)CEO的限制外，还要受二次击穿临界线的限制，其安全工作区如图5.4.1b所示。,为了保证功放管安全工作，应注意在设计电路时，要使功放管工作在安全区域内，而且还应留有一定的余量；要有良好的散热条件，功放管的结温不可过高；避免突然加强信号和负载突然短路，也要避免管子突然截止和负载突然开路；要消除电路中的寄生振荡，少用电抗元件，适当引入负反馈；在电路中采用过流、过

31、压和过热等保护措施等。,5.4.2 功放管的散热,一、热致击穿现象,功放管损坏的重要原因是其实际功率超过额定功耗PcM。三极管的耗散功率取决于内部的PN结（主要是集电结）温度Tj，当Tj超过手册中规定的最高允许结温TjM时，集电极电流将急剧增大而使管子损坏，这种现象称为“热致击穿”（Thermorunaway）或“热崩”。硅管的允许结温值为120180oC，锗管允许结温为85oC左右。,散热条件越好，对于相同结温下所允许的管耗就越大，使功放电路有较大功率输出而不损坏管子。为了在相同散热面积下减小散热器所占空间，可采用如图5.4.2ac所示的几种常用散热器，分别为齿轮形、指状形和翼形，所加散热器

32、面积大小的要求，可参考大功率管产品手册上规定尺寸。除上述散热器商品外，还可用铝板自制平板散热器。,图5.4.2 散热器的几种形状（a）齿轮形 （b）指状形 （c） 翼形,二、功放管的散热,功率管极限功耗的大小与管子环境温度、散热途径和散热状况有关。 功率管正常工作时，它的集电结向周围空间散发热量所遇到的阻力，称为热阻（Heat resistance）Rth。 Rth越小，表示管子集电结的热量越容易散发出去。热阻的单位为/W，其物理意义为集电极每耗散1W的功率所引起结温升高的度数。它类似于电流流过导体时，存在电阻对电流阻力。 热源相当于电源，热阻相当于电阻，温度差相当于电位差。,因集电结耗散功率

33、PC引起结温升高至Tj而产生的热量，首先由集电结传导至管壳，使管壳温度升到Tc，其热阻为R(th)jc，然后由管壳以辐射和对流的形式将热量散发到环境温度为Ta的环境A中，其热阻为R(th)ca。 要想使散热过程能顺利进行，需满足条件：TjTcTa。 图5.4.3为单靠管壳散热的热传输途径示意图，其总热阻为,图5.4.3 单靠管壳散热的热传输途径及其示意图,式中，R(th)jc为晶体管的内热阻，它取决于管子的结构和材料，可从手册中查出。R(th)ca为管壳热阻，它主要取决于管壳外形尺寸和材料。,由于管壳的热阻很大，当晶体管耗散功率较大、单靠管壳自身不能将热量及时散发出去，就需要加装散热器帮助散热

34、。,图5.4.4 有散热器散热的热传输途径及其示意图,功率管装上散热器后，由集电结传给管壳C的热量有两条途径向环境A散发。除由热阻为R(th)ca的管壳直接向外散热外，最主要是由管壳传导到热阻为R(th)ca的散热器S，再由散热器以辐射或对流的形式向热阻为R(th)sa的环境A散热。图5.4.4就是装散热器后热传输途径示意图。由于通过管壳直接散热远小于散热器散热，即R(th)csR(th)saR(th)ca，管壳的热阻R(th)ca可不计所以，装散热器后的总热阻为,式中，R(th)cs为界面热阻，它一般包括接触热阻和绝缘层热阻两部分。由于晶体管和散热器用紧固件连接在一起，两者之间一般隔有绝缘材

35、料以避免短路。因此，R(th)cs除与绝缘层厚度、材料性质有关外，还与散热装置和晶体管接触面的紧固程度有关。,增大接触面积，使接触面光滑或涂以导热硅脂，增大接触压力，减小绝缘层厚度，都能使R(th)cs降低。 一般，R(th)cs0.13/W。R(th)sa为散热器热阻，它主要取决于散热装置的表面积、厚薄、材料的性质、颜色，形状和放置位置。 散热面积越大，热阻就越小；散热装置经氧化处理涂黑后，可使其热辐射加强，热阻也可减小；因垂直放置空气对流好，所以垂直放置比水平放置的热阻小。水平放置和垂直放置铝平板散热器的热阻R(th)sa和它的表面积关系如图5.4.5所示。,图5.4.5 铝平板散热器的热

36、阻与其表面的关系（a)水平放置 （b）垂直放置,如果将结温Tj与环境温度Ta之间的温差记作结温增量Tj，即TjTjTa。 由以上分析可知，结温增量与集电极耗散功率及散热条件有关。散热条件不好，热阻越大，同样功耗引起结温增量也越大。 当总热阻Rth一定时，功耗越大，结温增量也越高。如果集电极耗散功率增大到最大允许功耗PCM，则结温也达到最大允许值TjM。它们之间的关系为,上式表明，总热阻Rth越小，环境温度Ta越低，则允许的最大管耗PCM就越大，晶体管就有可能输出更大的功率。,手册中给出的PCM是装有指定尺寸的散热器并规定Ta为25时的数值。如果散热条件不变但环境温度Ta高于25时，其最大允许耗

37、散功率将减小为,当功率放大电路在工作时，如果功放管的散热器(或无散热器时的管壳)上的温度较高，手感烫手，易引起功率管的损坏，这时应立即分析检查。 如果原属于正常使用功放电路，功率管突然发热，应检查和排除电路中的故障；如果属于新设计功放电路，在调试时功率管有发烫现象，这时除了需要调整电路参数或排除故障外，还应检查设计是否合理、管子选型和散热条件是否存在问题。,例5.4.1 一个输出功率为50W的乙类功率放大器，它的两只功放管选用3AD30。当环境温度Ta40，核算功率管是否符合要求？若采用垂直放置的铝平板散热器，且设界面热阻R(th)cs0.5/W，问散热面积应为多大？,解：1. 核算功率管管耗

38、,每只功率管的最大管耗为,Pcm0.2Pom0.250=10W,从晶体管手册中查得3AD30的TjM85，R(th)jc1/W，PCM20W。由于手册中所给出的PCM是Ta25时的数值，当环境温度Ta40时，利用式（5.4.4），最大允许功耗将下降为,因PCM(40)PCm10W，故功率管在Ta40时仍符合要求。,2. 计算散热面积,先求出所需的总热阻，由式（5.4.3）可得,再由式（5.4.2）可求出散热器的热阻,R(th)sa RthR(th)jcR(th)cs4.510.53（/W）,若采用垂直放置的铝平板散热器，利用图5.4.5上R(th)saS关系曲线，查得R(th)sa3/W时所对

39、应散热器为：d=3mm,散热面积S=270cm2；d=1.5mm,散热器面积应选400cm2。如果采用翼状散热器，也可以根据R(th)sa查相关曲线或图表来确定其型号。,本 章 小 结,1功率放大电路在电源电压确定的情况下，应在非线性失真允许的范围内，高效率地获得尽可能大的输出功率。因而功放管常工作于极限应用状态。同时要考虑功放管工作的安全性，故必须满足：Pcm U(BR)CEO 、 cmICM等条件。功放电路的主要性能指标是最大不失真输出功率0m 效率和非线性失真系数THD。,2功放电路根据功放管静态工作点的不同可分为甲类，乙类，甲乙类。为提高效率、避免产生交越失真，功放电路常采用甲乙类的互补对称双管推挽电路（OCL OTL）。,3为使自行组成的复合管行之有效，必须符合电流一致性原则；复合管的导电类型取决于第一管子；12。,4OTL、OCL和 BTL电路均有不同型号、性能指标的集成电路，只需外接少量元件，便可组成实用电路。它们具有体积小、重量轻，工作稳定可靠、性能指标高，调整方便等优点，因而获得广泛应用。,5.集成功放通过改变外接电阻，可方便地改变其增益，具有体积小、外接元件少等优点，得到广泛应用。,6为保证功率放大电路的安全工作，必须合理选择器件，增强功率管的散热效果，防止二次击穿并根据需要选择保护电路。,