制作场效应管功率放大器.ppt

1、项目三：制作场效应管功率放大器,本项目内容提要：从认识场效应管、选择制作场效应管功率放大器电路、安装与调试场效应管功率放大电路三个方面对制作场效应管功率放大器的全过程进行比较详细的介绍。 学 习 目 的：通过本项目的学习，读者能自己动手制作一台场效应管功率放大器。,项目三：制作场效应管功率放大器,任务一：认识场效应管,任务二：选择制作场效应管功率放大器电路,任务三：安装与调试Pass F5场效应管功率放大器,任务一：认识场效应管,本任务内容提要：介绍场效应管的分类、场效应管的结构与工作原理、场效应管的检测技巧及注意事项。 学 习 目 的：通过本任务的学习，读者能掌握场效应管的基本分类与结构原理

2、，能熟练地检测各种场效应管。,任务一：认识场效应管,步骤一：了解场效应管的类别,步骤二：了解场效应管的工作原理,步骤三：检测常用场效应管,步骤一：了解场效应管的类别,场效应管,结型,绝缘栅型,耗尽型,增强型,耗尽型,增强型,N沟道,P沟道,N沟道,P沟道,N沟道,P沟道,N沟道,P沟道,步骤二：了解场效应管的工作原理,一、结型场效应管（JFET）,1、N沟道结型场效应管,（a）结构图,（b）电路符号,在一块N型半导体两侧，做出两个高浓度P型区，将其用连接起来引出一个电极，称为栅极g。在N型半导体的一端引出源极s，另一端引出漏极d，构成N沟道结型场效应管。图中P型区与N型区的交界处形成两个PN结

3、，即耗尽层。,步骤二：了解场效应管的工作原理,（c）N沟道结型场效应管的工作原理,漏极电源电压Vds一定时，如果栅极电压越负，PN结交界面所形成的耗尽层就越厚，则漏、源极之间的导电沟道越窄，漏极电流Id就愈小；反之，如果栅极电压没有那么负，则沟道变宽，Id变大。,用栅极电压Vgs可以控制漏极电流Id的变化（场效应管是电压控制元件）。,步骤二：了解场效应管的工作原理,当漏源电压Uds保持不变时，漏极电流Id与栅源电压gs之间的关系曲线称为场效应管的转移特性曲线。,（d）N沟道结型场效应管的转移特性,当gs变负时，Id逐渐减小，Id接近于零的栅源极电压称为夹断电压，用gs(OFF)表示。,当栅极电

4、压gs=0时的漏源电流用Idss表示，称为饱和漏极电流。,步骤二：了解场效应管的工作原理,（e）N沟道结型场效应管的输出特性,当栅源电压gs保持不变时，漏极电流Id与漏源电压ds之间的关系曲线称为场效应管的输出特性曲线。,结型场效应管的输出特性曲线可以划分为四个区：可变电阻区、恒流区、击穿区和截止区。,步骤二：了解场效应管的工作原理,2、P沟道结型场效应管,一、结型场效应管（JFET）,步骤二：了解场效应管的工作原理,二、绝缘栅场效应管（MOSFET）,1、N沟道增强型MOS场效应管,用一块掺杂浓度较低的P型硅片作为衬底，在它上面扩散出两个高掺杂浓度的N区，分别引出源极s与漏极d。 在硅片表面

5、覆盖二氧化硅绝缘层，再从绝缘层上引出栅极g，由于栅极与其他电极相互绝缘，所以称为绝缘栅场效应管。,（a）结构,步骤二：了解场效应管的工作原理,结型场效应管是利用gs控制PN结耗尽层的宽度，从而改变导电沟道的宽度，来达到控制漏极电流Id的目的。而绝缘栅场效应管则是利用gs来控制衬底中“感应电荷”的多少，从而改变导电沟道的大小，达到控制漏极电流Id的目的。,（b）电路符号,（c）工作原理,步骤二：了解场效应管的工作原理,（d） N沟道增强型MOS场效应管的特性曲线,（1）当gs0时，Id0，场效应管截止；,（2）当gs增大到某一电压gs(TH)时，感应电荷将连通两个高浓度N+区，只要在漏源极间加上

6、合适电压ds，就可产生漏极电流Id，但Id极小，场效应管此时的工作状态称为“预夹断”，gs(TH)称为增强型场效应管的开启电压；,（3）当gsgs(TH)时，感应电荷形成的导电沟道将两个高浓度N+区完全连通，沟道电阻变小，只要ds合适，漏极电流Id将随gs增大而上升，场效应管进入放大区。,步骤二：了解场效应管的工作原理,二、绝缘栅场效应管（MOSFET）,2、N沟道耗尽型MOS场效应管,N沟道耗尽型MOS场效应管与增强型MOS场效应管的区别是在制造管子时，通过工艺使绝缘层中出现大量正离子，故在衬底中能感应出较多的负电荷，这些负电荷把高渗杂质的N区接通，形成了导电沟道。,（a）结构,步骤二：了解

7、场效应管的工作原理,N沟道耗尽型MOS场效应管在制造时已有导电沟道，只需漏源电压ds0时，便可有漏极电流Id。栅源电压gs的控制作用则主要是利用gs0时所产生的负电场削弱正离子电场，使感应电荷减少，N型导电沟道变窄，从而达到控制漏极电流Id的目的。同样，N沟道耗尽型MOS场效应管也允许在gs0的情况下工作，此时Id将更大。,（b）电路符号,（c）工作原理,步骤二：了解场效应管的工作原理,（d）N沟道耗尽型绝缘栅场效应管特性曲线,图中使漏极电流Id0时的gs称为夹断电压，用符号gs(OFF)表示，Idss为漏极饱和电流。,步骤二：了解场效应管的工作原理,二、绝缘栅场效应管（MOSFET）,3、P

8、沟道增强型绝缘栅场效应管,步骤二：了解场效应管的工作原理,二、绝缘栅场效应管（MOSFET）,4、P沟道耗尽型绝缘栅场效应管,步骤二：了解场效应管的工作原理,常见场效应管实物图,步骤二：了解场效应管的工作原理,三、场效应管的主要参数,1、夹断电压gs(OFF) 耗尽型场效应管中，当ds为某一固定数值，使Id为零时，栅极上所加的偏压gs就是夹断电压gs(OFF)。,2、开启电压gs(TH) 增强型场效应管中，当ds为某一固定数值，使Id从零开始增大时对应的栅源电压gs就是开启电压gs(TH)。,3、饱和漏电流Idss 耗尽型场效应管中，gs0时，漏源间所加的电压ds大于gs(OFF)时的漏极电流

9、称为饱和漏电流Idss。,步骤二：了解场效应管的工作原理,4、击穿电压ds 表示场效应管漏、源极间所能承受的最大电压，即漏极饱和电流开始上升进入击穿区时对应的ds，一般称为场效应管的耐压。,5、直流输入电阻Rgs 在一定的栅源电压下，栅、源极之间的直流电阻。结型场效应管的Rgs可达109欧，而绝缘栅场效应管的Rgs可达1015欧。,6、低频跨导gm 场效应管中漏极电流Id的变化量与引起这个变化的栅源电压gs变化量之比，称为跨导gm，即gm= Id/gs。跨导的常用单位是毫西门子（mS）。,三、场效应管的主要参数,步骤三：检测常用场效应管,一、检测结型场效应管,将万用表置于R1k档，用两表笔分别

10、测量每两个管脚间的正、反向电阻。当某两个管脚间的正、反向电阻相等，均为几k时，则这两个管脚为漏极d和源极s（可互换），余下的一个管脚即为栅极g。,1、管脚识别,用万用表黑表笔碰触管子的一个电极，红表笔分别碰触另外两个电极。若两次测出的阻值都很小，说明均是正向电阻，该管属于N沟道场效应管，黑表笔接的也是栅极。反之则为P沟道场效应管。,步骤三：检测常用场效应管,一、检测结型场效应管,2、估测放大能力,将万用表拨到R100档，红表笔接源极s，黑表笔接漏极d，相当于给场效应管加上1.5V的电源电压。这时表针指示出的是d-s极间电阻值。然后用手指捏栅极g，将人体的感应电压作为输入信号加到栅极上。由于管子

11、的放大作用，ds和Id都将发生变化，也相当于d-s极间电阻发生变化，可观察到表针有较大幅度的摆动。如果手捏栅极时表针摆动很小，说明管子的放大能力较弱；若表针不动，说明管子已经损坏。,步骤三：检测常用场效应管,二、检测MOS场效应管,1、管脚识别,将万用表拨于R100档，首先确定栅极，若某脚与其它脚的电阻正反测都无穷大，证明此脚就是栅极g。测量其余两个引脚，d-s之间的电阻值应为几百欧至几千欧，其中阻值较小的那一次，黑表笔接的为漏极d，红表笔接的是源极s。日本生产的SK系列产品，源极s与管壳接通，据此很容易确定源极。,步骤三：检测常用场效应管,二、检测MOS场效应管,2、估测放大能力（跨导）,将

12、栅极g悬空，黑表笔接漏极d，红表笔接源极s，手握螺丝刀的绝缘柄，用金属杆去碰触栅极（以防止人体感应电荷直接加到栅极，引起栅极击穿），表针应有较大的偏转。双栅MOS场效应管有两个栅极g1、g2，可分别触碰g1、g2极，其中表针向左侧偏转幅度较大的为g2极。,步骤三：检测常用场效应管,三、检测VMOS场效应管,1、判定栅极g,将万用表拨至R1k档分别测量三个管脚之间的电阻。若发现某脚与其字两脚的电阻均呈无穷大，并且交换表笔后仍为无穷大，则证明此脚为栅极g，因为它和另外两个管脚是绝缘的。,2、判定源极s、漏极d,在VMOS场效应管源-漏之间有一个PN结，因此根据PN结正、反向电阻存在差异，可识别源极

13、s与漏极d。交换表笔测两次电阻，其中电阻值较低（一般为几千欧至十几千欧）的一次为正向电阻，此时黑表笔的是s极，红表笔接d极。,步骤三：检测常用场效应管,三、检测VMOS场效应管,3、测量漏-源通态电阻Rds（on）,将g-s极短路，选择万用表的R1档，黑表笔接s极，红表笔接d极，阻值应为几欧至十几欧。由于测试条件不同，测出的Rds（on）值比手册中给出的典型值要高一些。,4、检查跨导,将万用表置于R1k（或R100）档，红表笔接s极，黑表笔接d极，用手去碰触栅极，表针应有明显偏转，偏转愈大，管子的跨导愈高。,提示：除贴片元件及个别型号VMOS管外，现在市售的场效应管一般都采取了防静电措施，可以

14、不考虑静电影响。,任务二：选择制作场效应管功率放大器电路,本任务内容提要：介绍选择制作场效应管功率放大器电路的基本原则，以Pass F5功率放大器电路为例讲述场效应管功率放大器的电路结构及工作原理。 学 习 目 的：通过本任务的学习，读者能正确识读场效应管功率放大器电路原理图，并能根据需要合理选择场效应管功率放大器电路进行制作活动。,任务二：选择制作场效应管功率放大器电路,步骤一：场效应管功率放大器的选择原则,步骤二：认识Pass F5场效应管功率放大器 整机电路图,步骤三： Pass F5场效应管功率放大器 工作原理分析,步骤一：场效应管功率放大器的选择原则,一、爱好是制作活动的原动力。,二

15、、选用前人已试制成功的电路。,三、充分考虑制作成本。,四、慎重选择场效应管,步骤二:认识Pass F5场效应管功率放大器整机电路图,电路路架构属OCL形式，纯DC（直流）功率放大器。,美国PASS LABS公司创始人尼尔森.帕斯（Nelson Pass）推出的一款甲类后级功放。,“简洁至上”,功率放大,输入,前置放大,偏置,温度补偿,过流保护,负反馈,步骤三: Pass F5场效应管功率放大器电路工作原理分析,输入,前置放大,前置放大,功率放大,功率放大,输入,偏置,偏置,负反馈,负反馈,温度 补偿,温度 补偿,过流 保护,过流 保护,步骤三: Pass F5场效应管功率放大器电路工作原理分析

16、,电源电路,任务三：安装与调试Pass F5场效应管功率放大器,本任务内容提要：介绍场效应管功率放大器的安装与调试步骤。 学 习 目 的：通过本任务的学习，读者能正确进行场效应管功率放大器的安装与调试工作。,任务三：安装与调试Pass F5场效应管功率放大器,步骤一：安装电路,步骤二：调试电路,步骤一：安装电路,一、零件选择,1、输入放大管,2、功放输出管,3、电阻,4、散热器,5、电源变压器,6、滤波电容,步骤一：安装电路,二、安装步骤,1、电路安装,本电路相对简单，安装难度较小，只需按图安装即可（在各发烧友网站均有套件购买），也可购买万能板自行安装。,2、整机安装,注意事项： （1）散热器基板与功放输出管需紧密接触，以利于散热，可以