电子技术第讲(功放,场效应管放大器)

1、电子技术第讲(功放,场效应管放大器)第1页，共45页，2022年，5月20日，20点1分，星期四1对功率放大的基本要求：（1）在不失真的情况下能输出尽可能大的功率。（2）由于功率较大，就要求提高效率。功放电路输出功率、效率、失真三者的关系：（1）为获得较大的输出功率，应工作在极限状态（注意PCM、ICM、U(BR)CEO）；（2）为获得大的效率，应工作在甲乙类或乙类状态；SEE 教材P72（3）为使波形不失真，应采用互补对称电路。第2页，共45页，2022年，5月20日，20点1分，星期四2 互补对称功放的类型 无输出变压器形式 （ OTL电路）无输出电容形式 （ OCL电路）OTL: Out

2、put TransformerlessOCL: Output Capacitorless互补对称：电路中采用两只晶体管，NPN、 PNP各一只；两管特性一致。类型：第3页，共45页，2022年，5月20日，20点1分，星期四315.8.1 无输出变压器的互补对称功放电路一、特点由NPN型、PNP型三极管构成两个对称的射极输出器对接而成。单电源供电；有发射极电阻；输出加有大电容。0.5UCCRLuiT1T2+UCCCLAUL+-UCRE1RE2则 T1、T2 特性对称，二、静态分析令：第4页，共45页，2022年，5月20日，20点1分，星期四4iL=ic2T1、T2两个晶体管都只在半个周期内工

3、作的方式，称为乙类放大。SEE 教材P73图（C）三、动态分析设输入端在 0.5UCC 直流电平基础上加入正弦信号。时，T1导通、T2截止；iL= ic1 ;时， T1截止、 T2导通。若输出电容足够大， UC基本保持在0.5UCC ，负载上得到的交流信号正负半周对称，但存在交越失真。0.5UCCuit交越失真RLuiT1T2+UCCCLAUL+-ic1ic2第5页，共45页，2022年，5月20日，20点1分，星期四5乙类放大的输入输出波形关系:交越失真死区电压uiuououo tttt交越失真：输入信号 ui在过零前后，输出信号出现的失真便为交越失真。RLuiT1T2+UCCCAUL+-第

4、6页，共45页，2022年，5月20日，20点1分，星期四6(1) 静态电流 ICQ、IBQ等于零；P73乙类定义(2) 每管导通时间等于半个周期 ； (3) 存在交越失真。 乙类放大的特点：RLuiT1T2+UCCCAUL+-第7页，共45页，2022年，5月20日，20点1分，星期四7四、电路的改进1. 克服交越失真交越失真产生的原因： 在于晶体管特性存在非线性，ui IB，则第10页，共45页，2022年，5月20日，20点1分，星期四103. 电路中增加复合管增加复合管的目的是：扩大电流的驱动能力。复合管的构成方式：cbeT1T2ibicbecibic方式一：第11页，共45页，202

5、2年，5月20日，20点1分，星期四11becibic方式二：cbeT1T2ibic 1 2晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。复合管构成方式很多。不论哪种等效方式，等效后晶体管的性能确定均如下：第12页，共45页，2022年，5月20日，20点1分，星期四1215.8.2 无输出电容的互补对称功放电路一、工作原理（设ui为正弦波）电路的结构特点：ui-UCCT1T2uo+UCCRLiL1. 由NPN型、PNP型三极管构成两个对称的射极输出器对接而成。2. 双电源供电。3. 输入输出端不加隔直电容。第13页，共45页，2022年，5月20日，20点1分，星期四13ic1ic2动态分析：ui

6、 0VT1截止，T2导通ui 0VT1导通，T2截止iL= ic1 ;ui-UCCT1T2uo+UCCRLiLiL=ic2因此，不需要隔直电容。静态分析：ui = 0V T1、T2均不工作 uo = 0V第14页，共45页，2022年，5月20日，20点1分，星期四14-UEE+UCCERCT1RCT2T5T6RC3RE2RC4RE3T7T9T8RE4RE5T11T10RL第4级：互补对称射极跟随器差动放大器第2级第1级：差动放大器第3级：单管放大器集成运放内部的功率放大器第15页，共45页，2022年，5月20日，20点1分，星期四15第15章 基本放大电路15.9 场效应管及其放大电路第5

7、讲（2）第16页，共45页，2022年，5月20日，20点1分，星期四15.9.1 场效应管简介场效应管与晶体管比较：（1）T为电流控制元件（通过控制IB控制IC），FET为电压控制元件（通过控制UGS控制ID）；（2）T输入电阻较低，温度稳定性差；而FET输入阻抗高，温度稳定性好。场效应管FET-Field Effect Transistor第17页，共45页，2022年，5月20日，20点1分，星期四17结型场效应管JFET绝缘栅型场效应管MOS场效应管有两种:N沟道P沟道耗尽型增强型耗尽型增强型第18页，共45页，2022年，5月20日，20点1分，星期四18 MOS绝缘栅场效应管（N沟

8、道）（1） 结构PNNGSDP型基底两个N区SiO2绝缘层金属铝N导电沟道未预留 N沟道增强型预留 N沟道耗尽型教材P78第19页，共45页，2022年，5月20日，20点1分，星期四19PNNGSDGSDN沟道增强型（2）符号N沟道耗尽型GSD栅极漏极源极第20页，共45页，2022年，5月20日，20点1分，星期四20耗尽型N沟道MOS管的特性曲线IDmAVUDSUGS 实验线路(共源极接法)GSD第21页，共45页，2022年，5月20日，20点1分，星期四21输出特性曲线UGS=0VU DS （V）ID（mA）01324UGS=+1VUGS=+2VUGS=-1VUGS=-2V夹断电压U

9、GS(off)=-2V固定一个U DS，画出ID和UGS的关系曲线，称为转移特性曲线IDSS第22页，共45页，2022年，5月20日，20点1分，星期四22耗尽型N沟道MOS管的特性曲线转移特性曲线实验表明，在UGS(off)UGS 0时，耗尽型场效应管的转移特性可近似表示：0IDUGSUGS(off)IDSSUGS(off)-夹断电压IDSS 原始沟道导电电流第23页，共45页，2022年，5月20日，20点1分，星期四23跨导gmUGS=0VU DS （V）ID（mA）01324UGS=+1VUGS=+2VUGS=-1VUGS=-2V= ID / UGS =（3-2）/（1-0）=1/1

10、=1mA/V UGS ID第24页，共45页，2022年，5月20日，20点1分，星期四24 15.9.2 场效应管放大电路1. 电路的组成原则及分析方法(1) 静态：适当的静态工作点，使场效应管工作在恒流（ID）区。 (2) 动态: 能为交流信号提供通路。组成原则静态分析：估算法、图解法。动态分析：微变等效电路法。分析方法第25页，共45页，2022年，5月20日，20点1分，星期四25N沟道耗尽型绝缘栅场效应管 符号及特性曲线GSDIDUDSUGSGSD第26页，共45页，2022年，5月20日，20点1分，星期四26UGS=0VU DS （V）ID（mA）01324UGS=+1VUGS=

11、+2VUGS=-1VUGS=-2VQ跨导gm = ID / UGS ID = gm UGSid=gmugsID = gm UGS第27页，共45页，2022年，5月20日，20点1分，星期四272 场效应管的微变等效电路GSDSGDrDSidrDS = UDS / ID 很大，可忽略。第28页，共45页，2022年，5月20日，20点1分，星期四28场效应管的微变等效电路压控电流源（VCCS）SGDid流控电流源(CCCS)对照becrbeic =ibib第29页，共45页，2022年，5月20日，20点1分，星期四293 场效应管放大电路uo+UDDRSuiCSC2C1RDRGRLGDSID

12、UDSIS注：栅极无电流UGSRSISRSIDUDSUDD RDID RSIS= UDD ID (RD+RS)电路中元件作用：RG栅极电阻RS源极电阻RD漏极电阻CS源极旁路电容第30页，共45页，2022年，5月20日，20点1分，星期四304 分压式偏置电路静态分析无输入信号时（ui=0），估算：UDS和 ID。uo+UDD=+20VRSuiCSC2C1R1RDRGR2RL200K51K1M10K10KGDS10KIDUDSR1=200kR2=51kRG=1MRD=10kRS=10kRL=10kgm =1.5mA/VUDD=20VIDSS=0.9mAUGS(off)-4V第31页，共45页

13、，2022年，5月20日，20点1分，星期四31IG=0直流通道+UDD+20VR1RDRGR2200K51K1M10KRS10KGDSIDUDSIG计算得：第32页，共45页，2022年，5月20日，20点1分，星期四32动态分析微变等效电路SGR2R1RGDRLRDUgsgmUgsUiUoIdSGDid+UDD=+20VuoRSuiCSC2C1R1RDRGR2RL200K51K1M10K10KGDS10K第33页，共45页，2022年，5月20日，20点1分，星期四33 动态分析：UgsUiUgsgmIdriroUoSGR2R1RGRLDRLRD= gm UiRL 电压放大倍数负号表示输出

14、输入反相第34页，共45页，2022年，5月20日，20点1分，星期四34电压放大倍数估算=-1.5（10/10）=-7.5RL=RD/RLR1=200kR2=51kRG=1MRD=10kRS=10kRL=10kgm =1.5mA/VUDD=20VIDSS=0.9mAUGS(off)-4V第35页，共45页，2022年，5月20日，20点1分，星期四35ro=RD =10K SGR2R1RGRLDRLRD输入电阻、输出电阻=1+0.2/0.051=1.0407M rirori=RG+R1/R2R1=200kR2=51kRG=1MRD=10kRS=10kRL=10kgm =1.5mA/VUDD=

15、20VIDSS=0.9mAUGS(off)-4V第36页，共45页，2022年，5月20日，20点1分，星期四365 源极输出器uo+UDD +20VRSuiC1R1RGR2RL200K51K1M10KDSC2G10KR1=200kR2=51kRG=1MRD=10kRS=10kRL=10kgm =1.5mA/VUDD=20VIDSS=0.9mAUGS(off)-4V第37页，共45页，2022年，5月20日，20点1分，星期四37静态工作点:计算得：IG=0第38页，共45页，2022年，5月20日，20点1分，星期四38uo+UDD +20VRSuiC1R1RGR2RL200K51K1M10

16、KDSC2G10K微变等效电路：第39页，共45页，2022年，5月20日，20点1分，星期四39微变等效电路：Ui=Ugs+UoUo =Id(RS/RL)=gm Ugs RLrirogR2R1RGsdRLRS第40页，共45页，2022年，5月20日，20点1分，星期四40求riri=RG+R1/R2rirogR2R1RGsdRLRS第41页，共45页，2022年，5月20日，20点1分，星期四41求ro加压求流法=RS1+gm RSrirogR2R1RGsdRLRS第42页，共45页，2022年，5月20日，20点1分，星期四42ri=RG+R1/R2+UDD +20VuoRSuiC1R1RGR2RL200K51K1M10KDSC2G10KAu =gm RL1+gm RL=1.5 (10/10) /1+1.5 (10/10) =0.88 =RS1+gm RSro=10/(1+1.5 10)=0.625 k代入数值计算=1+0.2/0.051=1.0407 MR1=200kR2=51kRG=1MRD=10kRS=10kRL=10kgm