為了實現(xiàn)功率放大器的可靠性設計，就必須考慮放大器的承受能力。通過功率放大器的安全工作區(qū)（SOA）曲線來確定功率的范圍限制。放大器的承受能力取決于放大器的負載和信號的狀態(tài)。

圖1所示的一個簡化的功率運算放大器，輸出晶體管Q1和Q2給負載提供正的和負的輸出電流。IOUT表示的是由放大器流出的電流，因此Q1是供給輸出電流。對于正的輸出電流，Q2是關的，從而可以略去。

在Q1有負載時,它的承受力是與輸出電流和Q1兩端的電壓（它的集-射電壓VCE）有關的。這兩個量的乘積IOUT·VCE就是Q1的功耗。這個功耗是一個需要重點考慮的問題，但是“安全工作區(qū)”提供了一個放大器限制范圍更完全的描述。

安全工作區(qū)

功率晶體管的功率適用范圍是由它的安全工作區(qū)（SOA）來決定的（見圖2）。SOA曲線表示了允許的電壓（VCE）和電流（IOUT）,最大安全電流是VCE的函數(shù)。在VCE較低時，可以把更大輸出電流輸送給負載。在這區(qū)域上，如果超出最大電流，可能使芯片過載，并損壞器件。當VCE增加時，晶體管的功耗也增加，直到使結溫上升到它的最大安全值為止。沿著這個熱限定區(qū)域（虛線）的所有點都產生同樣的功耗。圖2中VCE·IO是個常量120W（在25℃時），該曲線在這一區(qū)域上的所有點產生同樣的最大結溫，超過這一區(qū)域內的安全電流，就可能損壞晶體管。

當進一步增加VCE時，超出熱限定區(qū)域，安全輸出電流下降地更快，這個所謂的二次擊穿區(qū)域乃是雙極晶體管的一種特性。它是由雙極晶體管產生“局部過熱”引起的。在二次擊穿區(qū)域內，超過安全輸出電流會產生局部的熱失控，從而損壞晶體管。

最終極限是晶體管的擊穿電壓，不能超過這個最大的電源電壓。通常SOA曲線是表示安全輸出電流如何隨管殼溫度而變化的曲線，這說明管殼溫度對結溫有影響。另外的一些曲線表示的最大安全電流，是對于那些根據(jù)器件的熱時間常數(shù)而定的各種不同持續(xù)時間的脈沖來說的,應當把SOA曲線理解為絕對最大范圍，在該曲線的熱限定區(qū)段的任何點工作，都將產生最大許可的結溫（一種對于長期工作的情況下建議不要采用的狀態(tài)）。

盡管在曲線的二次擊穿區(qū)域上工作只產生較低的溫度，這條線仍是絕對最大值，在這條線以下工作,將提供更好的可靠性（即更好的平均故障時間-MTTF）。

散熱

你除了保證使用不超出功率放大器的安全工作區(qū)外，還必須保證放大器不過熱。為了提供一個足夠的散熱器,你必須確定最大功耗。下面將詳細敘述影響SOA功耗及散熱器要求的方法和要考慮的問題。

短路

一些放大器的應用設計必須滿足能經受得住對地短路的要求。這就迫使全部的電源電壓（或是V＋或是V－）都加在導通的輸出晶體管兩端，該放大器將馬上進入電流截止狀態(tài)。為了經受得住這一狀態(tài)，必須把帶可調電流限制的功率運算放大器控制在安全電平上。

當OPA502（圖2）的電源是±40V時，保護對地短路的最大電流限制值應是多少？

管殼溫度保持在25℃時，就應把電流極限值最大為3A。如果把管殼溫度維持到85℃，則2A的電流限制將是安全的，此時功耗將是80W，則可用0.75℃/W的散熱器。例如，若運算放大器必須要經得住對一個電源的短路，那么最大VCE將是兩個電源的總和。

一般認為,沒有必要對所有的應用都做短路保護設計，但對功率放大器來說，這正是一個嚴格的條件。像熔斷器或感受故障狀態(tài)的電路那樣的輔助手段就能夠保證放大器所必須承受短路的時間。這可以大大地降低散熱器的要求。

阻性負載

考察一個驅動電阻負載的功率放大器時,人們僅在最大輸出電壓和電流時進行安全性檢驗，但這種狀態(tài)不總是它最大的承受能力。

在最大輸出電壓下，導通的晶體管兩端的電壓VCE是處在最小值的情況下，而功耗是最低的。事實上，如果放大器輸出可以沿著電源曲線變化,則輸出電流可以變得很大的，但放大器的功耗將會是零，因為VCE是零。

圖3描繪出了來自電源的功率、負載的功率和作為具有阻性負載輸出電壓函數(shù)的放大器功耗。提供給負載的功率隨著輸出電壓的平方（*P=VO2/R）而增加，而來自電源的功率線性地增加，放大器的損耗沿拋物線變化。如果放大器的輸出能一直沿著電源的軌跡變化（虛線部分），則會把電源的全部功率，施加輸送給負載，從而放大器的功率將會是零。

放大器的峰值功耗出現(xiàn)在V＋/2的輸出電壓或50％的輸出下，在這一點上，VCE 是V＋/2而IO是V＋/2RL。放大器在此最壞點上的功耗為VCE和IO的積，即（V＋）2/（4RL）。檢驗這種狀態(tài)，以保證其處在放大器的安全工作區(qū)（SOA）內。此外還要確保對于計算出來的功耗應有足夠的散熱，以防