第六章-放大电路基础2优秀文档

例：扩音系统执行机构功率放大器的作用：

用作放大电路的输出级，以驱动执行机构。如使扬声器发声、继电器动作、仪表指针偏转等。功率放大电压放大信号提取§6.4功率放大电路分析功放电路应注意的问题(1)功放电路中电流、电压要求都比较大，必须注意电路参数不能超过晶体管的极限值:ICM、UCEM

、PCM。ICMPCMUCEMIcuce(2)电流、电压信号比较大，必须注意防止波形失真。(3)电源提供的能量尽可能地转换给负载，以减少晶体管及线路上的损失。即注意提高电路的效率（）。Pomax

:负载上得到的交流信号功率。PE：电源提供的直流功率。(4)功率管要考虑散热和保护。(5)分析计算要用图解法。功率放大电路在大信号状态下工作，所以微变等效电路不再适用，只能用图解法来分析计算。射极输出器的输出电阻低，带负载能力强，但做功放不适合。为什么？解释如下：问题讨论RbuoUSCuiibRE射极输出器能否做功率放大？电源提供的直流平均功率计算：注:gm即为转移特性曲种电路也称为OCL互补功率放大电路。可解出Q点的VGS、ID、VDS计算Q点：VGS、ID、VDS当UDS较大时，靠近D区的导电沟道变窄。UGS达到一定值时（夹断电压VP）,耗尽区碰到一起，DS间被夹断，这时，即使UDS0V，漏极电流ID=0A。（1）最大不失真输出功率PomaxPE：电源提供的直流功率。工作原理（以P沟道为例）乙类放大的输入输出波形关系:(4)功率管要考虑散热和保护。uo=0VVP是MOS耗尽型和结型FET的参数，当VGS=VP时,漏极电流为零。ID=f（VGS）│VDS=常数实验线路(共源极接法)RbuoUSCuiRE射极输出器效率的估算：(设RL=RE)uotuoibQicuceUSC若忽略晶体管的饱和压降和截止区，输出信号uo的峰值最大只能为：uo的取值范围QicuCEUSC直流负载线交流负载线UCEQUSC

静态工作点：为得到较大的输出信号，假设将射极输出器的静态工作点（Q）设置在负载线的中部，令信号波形正负半周均不失真，如下图所示。放大电路的输出没有失真的工作方式称为甲类放大。1.直流电源输出的功率2.最大负载功率3.最大效率(RL=RE时)如何解决效率低的问题？办法：降低Q点。既降低Q点又不会引起截止失真的办法：采用推挽输出电路，或互补对称射极输出器。缺点：但又会引起截止失真。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:OutputTransformerLessOCL:OutputCapacitorLess互补对称：电路中采用两支晶体管，NPN、PNP各一支；两管特性一致。类型：互补对称功率放大电路无输出电容的互补对称功放电路(OCL电路)一、工作原理（设ui为正弦波）电路的结构特点：ui-USCT1T2uo+USCRLiL1.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。由一对NPN、PNP特性相同的互补三极管组成，采用正、负双电源供电。种电路也称为OCL互补功率放大电路。2.工作原理两个三极管在信号一个正、负半周轮流导通，使负载得到一个完整的波形。ic1ic2动态分析：ui

0VT1截止，T2导通ui>0VT1导通，T2截止iL=ic1

;ui-USCT1T2uo+USCRLiLiL=ic2T1、T2两个晶体管都只在半个周期内工作的方式，称为乙类放大。因此，不需要隔直电容。静态分析：ui=0VT1、T2均不工作

uo=0V3.分析计算（1）最大不失真输出功率Pomax实际输出功率Po单个管子在半个周期内的管耗（2）管耗PT两管管耗最大管耗与最大输出功率的关系选管依据之一电源提供的直流平均功率计算：

每个电源中的电流为半个正弦波，其平均值为:两个电源提供的总功率为：tic1效率为：为保证晶体功率管的安全和输出功率的要求，电源及输出功率管参数的选择原则如下：(1)管子的击穿电压U(BR)CEO。当信号最大时，一管趋于饱和，而另一管趋于截止，截止管承受的最大反压为UCC+|UEE|=2UCC，所以

CCCEOBRUU>2)((2)管子允许的最大电流ICM。(3)已知PLm，选择管子允许的最大功耗PCM。管子允许的最大功耗LCCCmCMRUII=³乙类放大的输入输出波形关系:ui-USCT1T2uo+USCRLiL死区电压uiuou"ou´o

´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。交越失真ui-USCT1T2uo+USCRLiL(1)静态电流ICQ、IBQ等于零；(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：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

<uT时晶体管截止。iBiBuBEtuitUT克服交越失真的措施：R1D1D2R2+USC-USCULuiiLRLT1T2

静态时T1、T2两管发射结电位分别为二极管D1、D2的正向导通压降，致使两管均处于微弱导通状态。电路中增加R1、D1、D2、R2支路。R1D1D2R2+USC-USCULuiiLRLT1T2两管导通时间均比半个周期大一些的工作方式称为“甲乙类放大”。动态时设ui加入正弦信号。正半周，T2截止，T1基极电位进一步提高，进入良好的导通状态；负半周，T1截止，T2基极电位进一步提高，进入良好的导通状态。从而克服死区电压的影响，去掉交越失真。uB1tUTtiBIBQ甲乙类放大的波形关系：ICQiCuBEiBib特点：存在较小的静态电流ICQ、IBQ。每管导通时间大于半个周期，基本不失真。iCQuceUSC/REUSCIBQD1D2ui+USCRLT1T2T3CRA甲乙类单电源互补推挽放大电路调节R,使静态UASCD1、D2使b1和b2之间的电位差等于2个二极管正向压降，克服交越失真b1b2分析计算（1）实际输出功率Po最大不失真输出功率Pomax单个管子在半个周期内的管耗（2）管耗PT两管管耗电源提供的直流平均功率计算：

每个电源中的电流为半个正弦波，其平均值为:两个电源提供的总功率为：tic1效率为：D1D2ui+USCRLT1T2T3CRARe1Re2实用OTL互补输出功放电路调节R,使静态UASCD1、D2使b1和b2之间的电位差等于2个二极管正向压降，克服交越失真Re1、Re2：电阻值1~2，射极负反馈电阻，也起限流保护作用b1b2场效应管与晶体管不同，它是多子导电，输入阻抗高，温度稳定性好。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§6.4场效应管及其放大电路Joint-Field-Effect-TransistorMetal-Oxide-SemiconductorN基底:N型半导体PP两边是P区G(栅极)S源极D漏极结构结型场效应管导电沟道drainelectroden.漏极gridsourcen.源极NPPG(栅极)S源极D漏极N沟道结型场效应管DGSPNNG(栅极)S源极D漏极P沟道结型场效应管DGS

在栅源间加负电压VGS，令VDS=0①当VGS=0时，为平衡PN结，导电沟道最宽。②当│VGS│↑时，PN结反偏，形成耗尽层，导电沟道变窄，沟道电阻增大。夹断电压Up:

使导电沟道完全合拢（消失）所需要的栅源电压VGS。

工作原理（以N沟道为例）③当│VGS│到一定值时，沟道会完全合拢。（1）栅源电压对沟道的控制作用②VDS↑→ID↑

→靠近漏极处的耗尽层加宽，沟道变窄，呈楔形分布。预夹断前，

VDS↑→ID↑。预夹断后，

VDS↑→ID几乎不变。④VDS再↑，预夹断点下移。①当VDS=0时，

ID=0。

在漏源间加电压VDS，令VGS=0

由于VGS=0，所以导电沟道最宽。

（3）栅源电压VGS和漏源电压VDS共同作用（2）漏源电压对沟道的控制作用③当VDS↑，使VGD=VGS-

VDS=VP时，在靠漏极处夹断——预夹断。结型场效应三极管的特性曲线四个区：①可变电阻区：预夹断前。②电流饱和区（恒流区）：预夹断后。特点：

△ID/△VGS≈常数=gm即：△ID=gm△VGS（放大原理）③击穿区。④截止区。

（1）输出特性曲线：ID=f（VDS）│VGS=常数（2）转移特性曲线：ID=f（VGS）│VDS=常数(a)漏极输出特性曲线(b)转移特性曲工作在饱和区时有:UDS=0V时PGSDUDSUGSNNNNIDPN结反偏，UGS越大则耗尽区越宽，导电沟道越窄。工作原理（以P沟道为例）PGSDUDSUGSNNIDUDS=0V时NNUGS越大耗尽区越宽，沟道越窄，电阻越大。但当UGS较小时，耗尽区宽度有限，存在导电沟道。DS间相当于线性电阻。PGSDUDSUGSNNUDS=0时UGS达到一定值时（夹断电压VP）,耗尽区碰到一起，DS间被夹断，这时，即使UDS0V，漏极电流ID=0A。ID夹断电压PinchoffvoltagePGSDUDSUGSUGS<Vp且UDS>0、UGD<VP时耗尽区的形状NN越靠近漏端，PN结反压越大IDPGSDUDSUGSUGS<Vp且UDS较大时UGD<VP时耗尽区的形状NN沟道中仍是电阻特性，但是是非线性电阻。IDGSDUDSUGSUGS<VpUGD=VP时NN漏端的沟道被夹断，称为预夹断。UDS增大则被夹断区向下延伸。IDGSDUDSUGSUGS<VpUGD=VP时NN此时，电流ID由未被夹断区域中的载流子形成，基本不随UDS的增加而增加，呈恒流特性。ID特性曲线饱和漏极电流夹断电压转移特性曲线一定UDS下的ID-UGS曲线UGS0IDIDSSVP预夹断曲线IDUDS2VUGS=0V1V3V4V5V可变电阻区夹断区恒流区输出特性曲线0结型场效应管的缺点：1.栅源极间的电阻虽然可达107Ω以上，但在某些场合仍嫌不够高。3.栅源极间的PN结加正向电压时，将出现较大的栅极电流。绝缘栅场效应管可以很好地解决这些问题。2.在高温下，PN结的反向电流增大，栅源极间的电阻会显著下降。MOS绝缘栅场效应管（N沟道）MOSFETMetal-Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistor

（1）结构PNNGSDP型基底两个N区SiO2绝缘层金属铝N导电沟道PNNGSD未预留N沟道增强型预留N沟道耗尽型++++++++++--------------GSDN沟道增强型（2）符号N沟道耗尽型GSDP沟道增强型P沟道耗尽型(3)工作原理及特性曲线实验线路(共源极接法)PNNGSDPNNGSDVDDVGG无外加电压时;(2)加上电压VGG时;(3)同时加上电压VGG和VDD时;PNNGSDPNNGSDUDSUGSUGS=0时D-S间相当于两个反接的PN结ID=0对应截止区PNNGSDUDSUGSUGS>0时UGS足够大时（UGS>VT）感应出足够多电子，这里出现以电子导电为主的N型导电沟道。感应出电子VT称为阈值电压UGS较小时，导电沟道相当于电阻将D-S连接起来，UGS越大此电阻越小。PNNGSDUDSUGSPNNGSDUDSUGS当UDS不太大时，导电沟道在两个N区间是均匀的。当UDS较大时，靠近D区的导电沟道变窄。PNNGSDUDSUGS夹断后，即使UDS继续增加，ID仍呈恒流特性。IDUDS增加，UGD=VT时，靠近D端的沟道被夹断，称为予夹断。实验线路(共源极接法)（1）最大不失真输出功率Pomax4场效应管及其放大电路特点：存在较小的静态电流ICQ、IBQ。越靠近漏端，PN结反压越大越靠近漏端，PN结反压越大的影响，去掉交越失真。工作原理（以P沟道为例）窄，呈楔形分布。缺点：但又会引起截止失真。--------------Joint-Field-Effect-TransistorBJT与FET基本放大电路的性能比较(续)rd为输出电阻，类似于双极型晶体管的rce。种电路也称为OCL互补功率放大电路。②VDS↑→ID↑→靠近漏极处的③当│VGS│到一定值时，沟道会完全合拢。输出特性曲线ID=f（VDS）│VGS=constUDS（V）ID（mA）01324夹断电压UP=-2VUGS=0VUGS=+1VUGS=+2VUGS=-1VUGS=-2Vrds=uDS/iD

交流输出电阻:Q注:

rds为输出特性曲线在Ｑ点切线斜率的倒数固定一个UDS，画出ID和UGS的关系曲线，称为转移特性曲线转移特性曲线0IDUGSUP夹断电压ID=f（VGS

）│VDS=常数Q跨导:gm=ID/UGS

注:gm即为转移特性曲线在Q点切线的斜率.单位:S(西门子)场效应管的主要参数(1)

开启电压VT

VT是MOS增强型管的参数，栅源电压小于开启电压的绝对值,场效应管不能导通。

（2）夹断电压VP

VP是MOS耗尽型和结型FET的参数，当VGS=VP时,漏极电流为零。

（3）饱和漏极电流IDSSMOS耗尽型和结型FET,当VGS=0时所对应的漏极电流。

（4）输入电阻RGS结型场效应管，RGS大于107Ω，MOS场效应管,RGS可达109～1015Ω。（5）

低频跨导gm

gm反映了栅压对漏极电流的控制作用，单位是mS(毫西门子)。（6）最大漏极功耗PDM

PDM=VDSID，与双极型三极管的PCM相当。增强型N沟道MOS管的特性曲线转移特性曲线0IDUGSVT输出特性曲线IDUDS0UGS>0场效应管的交流小信号模型其中：rgs是输入电阻，理论值为无穷大。

gmvgs是压控电流源，它体现了输入电压对输出电流的控制作用。称为低频跨导。

rd为输出电阻，类似于双极型晶体管的rce。rDS=

UDS/

ID很大，可忽略。压控电流源SGDid跨导gm=

ID/

UGS场效应管的微变等效电路GSD跨导漏极输出电阻uGSiDuDS很大，可忽略。

场效应管的微变等效电路为：GSDuGSiDuDSSGDugsgmugsudsSGDrDSugsgmugsuds(1)静态：适当的静态工作点，使场效应管工作在恒流区，场效应管的偏置电路相对简单。(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：直流偏置电路：保证管子工作在饱和区，输出信号不失真

场效应管放大电路自偏压电路vGSvGS=-iDR

注意：该电路产生负的栅源电压，所以只能用于需要负栅源电压的电路。计算Q点：VGS、ID、VDSvGS=VDS=VDD-ID(Rd+R)已知VP，由-iDR可解出Q点的VGS、ID、VDS

分压式自偏压电路VDS=VDD-ID(Rd+R)可解出Q点的VGS、ID、VDS计算Q点：已知VP，由该电路产生的栅源电压可正可负，所以适用于所有的场效应管电路。场效应管的共源极放大电路1、静态分析求：UDS和ID。IG=0UDD=20VuoRSuiCSC2C1R1RDRGR2RL150k50k1M10k10kGDS10kuoUDD=20VRSuiCSC2C1R1RDRGR2RL150k50k1M10k10kGDS10k2、动态分析sgR2R1RGRL'dRL