如何确保功率放大电路的安全运行？

在功率放大电路中，功放管既要流过大电流，又要承受高电压。例如，在OCL电路中，只有功放管满足极限值的要求，电路才能正常工作。因此，所谓功率放大电路的安全运行，就是要保证功放管安全工作。在实用电路中，常加保护措施，以防止功放管过电压、过电流和过功耗。本节仅就BJT功放管的二次击穿和散热问题作简单介绍。

典型的功率BJT外形如图9.5.1所示。通常BJT有一个大面积的集电结，为了使热传导达到理想情况，BJT的集电极衬底与它的金属外壳保持良好的接触。

图9.5.1　功率BJT外形图

9.5.1.1　功放管的散热问题

功放管损坏的重要原因是其实际耗散功率超过额定数值PCM。而晶体管的耗散功率取决于管子内部的PN结（主要是集电结）温度Tj。当Tj超过允许值后，集电极电流将急剧增大而烧坏管子。硅管的结温允许值为100～180 °C，锗管的结温允许值为85 °C左右。耗散功率等于结温在允许值时集电极电流与管压降之积。管子的功耗愈大，结温愈高。因而改善功放管的散热条件，可以在同样的结温下提高集电极最大耗散功率PCM，也就可以提高输出功率。

功放管的两种散热器如图9.5.2所示。经验表明，当散热器垂直或水平放置时，有利于通风，故散热效果较好。散热器表面钝化涂黑，有利于热辐射，从而可以减小热阻。在产品手册中给出的最大集电极耗散功率，是在指定散热器（材料、尺寸等）及一定环境温度下的允许值；若改善散热条件，如加大散热器、用电风扇强制风冷，则可获得更大一些的耗散功率。

图9.5.2　两种散热器

9.5.1.2　功放管的二次击穿

前面讨论了功率BJT的散热问题，在实际工作中，常发现功率BJT的功耗并未超过允许的PCM值，管身也并不烫，但功率BJT却突然失效或者性能显著下降。这种损坏的原因，不少是由于二次击穿所造成的。

产生二次击穿的原因至今尚不完全清楚。一般说来，二次击穿是一种与电流、电压、功率和结温都有关系的效应。它的物理过程多数认为是由于流过BJT结面的电流不均匀，造成结面局部高温（称为热斑），因而产生热击穿所致。这与BJT的制造工艺有关。

BJT的二次击穿特性对功率管，特别是外延型功率管，在运用性能的恶化和损坏方面起着重要影响。为了保证功率管安全工作，必须考虑二次击穿的因素。因此，功率管的安全工作区，不仅受集电极允许的最大电流ICM、集射间允许的最大击穿电压V(BR)CE和集电极允许的最大功耗PCM所限制，而且还受二次击穿临界曲线所限制，其安全工作区如图9.5.3中虚线内所示。显然，考虑了二次击穿以后，功率BJT的安全工作范围变小了。(www.xing528.com)

图9.5.3　安全工作区

9.5.1.3　提高功率BJT可靠性的主要途径

降低功率BJT使用时的额定值是提高可靠性的主要途径，从可靠性和节约的角度来看，推荐使用下面几种方法来降低额定值：

（1）在最坏的条件下（包括冲击电压在内），工作电压不应超过极限值的80%；

（2）在最坏的条件下（包括冲击电流在内），工作电流不应超过极限值的80%；

（3）在最坏的条件下（包括冲击功耗在内），工作功耗不应超过器件最大工作环境温度下的最大允许功耗的50%；

（4）工作时，器件的结温不应超过器件允许的最大结温的70%～80%。

对于开关电路中使用的功率器件，其工作电压、功耗、电流和结温（包括波动值在内）都不得超过极限值。

思考题

9.5.1　功放电路中功放管常常处在极限工作状态，试问选择功放管时特别要考虑哪些参数？

9.5.2　功率管为什么会出现二次击穿？