分立元件B类推挽输出功率放大器散热设计

分立元件B类推挽100W输出功率放大器

数十W的主要作为家用立体声功率放大器，以厚膜集成电路为主流。这种功率IC具有部件数量少，组装内容多的优点。

这里对输出为100W以上的功率放大器进行说明。

图1是基本电路构成，电压放大级用两级差动电路构成。

输入级为一般的差动放大器，该级只驱动电压放大级的基极，所以差动输出电压为小值。因此，对失真率无太大的关系。若为超低失真放大器，则要另外考虑。

电压放大级决定最大输出电压，所以在大振幅时，必须失真率低。通常该级作差动放大器的负载，有附加电流密勒电路和采取发射极地恒流负载构成的。

输出级只是简单的电流放大，一般为达林顿连接的推挽射极跟随器。

输出级本来是容易引起元件破坏的，所以必须加输入电流的限制电路。晶体管的额定值要选用足够的余量。

为了除去由双极性硅晶体管和基极-发射极之间电压V_BE的建立特性(0.6V)引起的交迭失真，必须进行偏置。

图2是100W功率放大器的电路，20Hz～20kHz失真为0.05%。

电源电压Vcc为双电源电压，即

+Vcc=Vcc/2, -Vcc=Vcc/2

用P_o(max)=100W,R_L=8Ω计算

假定：V_CE(sat)=1V，R_E=0.5Ω。于是，

其次，为了得出损失电压 ，而计算I_c(max)

因此损失电压为

2(V_CE(sat)+5×0.5)=7V

Vcc为：

Vcc=80+7=87 (V)

因为该电压是最大输出时的电压，所以在不用稳压电源的场合，必须考虑变压器的调整。

即 =3.18A的电流通过时，需要确保±43.5V。

散热设计

如果输出波形为正弦波，则功率晶体管的最大损耗为P_c(max)=0.2×P_o(max)

在100W输出时，晶体管消耗约20W的功率。

总热阻为θ_T为

θ_T=(Ti-T_op)/0.2·P_o(max)

功率放大器的P_c(max)为：

P_c(max)=(Ti-Tc)/[θr-(θsa+θcs)]

式中：Ti:分流温度

Tc:标准周围温度25℃

Top:允许周围温度

晶体管的允许集电极损耗P_c(max),像图3那样，由于T_op的上升而降低。并且总热阻θr大。那么Tc=25℃时P_c(max)=(Ti-T_op)/θr

当然，由于散热 ，输出也受限制。这里要求必要的散热器的热阻θsa。总热阻θr由晶体管的分流和壳体间的热 阻θic、壳体和散热器间(一般用云母板、涂硅油)的热阻θcs与散热器的θsa构成。

图1 B级功率放大器在基本构成

图2有效输出为100W的功率放大器

如果Pc=200W云母板热阻为1℃/W，允许周围温度为80℃则

θic=(150-25)/200

=0.625℃/W

θr=(150-80)/20

=3.5℃/W

因此散热器的热阻θsa为

θsa=θr-(θic+θcs)

=3.5-(0.625+1)

=1.875℃/W

从产品样本中选择满足要求的散热器，但因实际上不能决定通风条件，所以尽量留有余量。

图3 由工作温度引起的Pc的减少