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1、电子技术第讲(功放,场效应管放大器)1本讲稿第一页，共四十五页对功率放大的基本要求：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。）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。）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：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）为获得较大的输出功率，应工作在极限状态（注意意PCM、ICM、U(BR)CEO）；）；（2）为获得大的效率，应工作在甲乙类或乙类状）为获得大的效率，应工作在甲乙类或乙类状态；态；SEE 教材教材P72（3）为使波
2、形不失真，应采用互补对称电路。）为使波形不失真，应采用互补对称电路。2本讲稿第二页，共四十五页 互补对称功放的类型互补对称功放的类型 无输出变压器形式无输出变压器形式 （OTL电路）电路）无输出电容形式无输出电容形式 （OCL电路）电路）OTL:Output TransformerlessOCL:Output Capacitorless互补对称：互补对称：电路中采用两只晶体管，电路中采用两只晶体管，NPN、PNP各一只；两管特性一致。各一只；两管特性一致。类型：类型：3本讲稿第三页，共四十五页15.8.1 无输出变压器的互补对称功放电路无输出变压器的互补对称功放电路一、特点一、特点1.由由NP
3、N型、型、PNP型三极管构成两个型三极管构成两个对称的射极输出器对接而成。对称的射极输出器对接而成。2.单电源供电；有发射极电阻；单电源供电；有发射极电阻；3.输出加有大电容。输出加有大电容。0.5UCCRLuiT1T2+UCCCLAUL+-UCRE1RE2则则 T1、T2 特性对称，特性对称，二、静态分析二、静态分析令：令：4本讲稿第四页，共四十五页iL=ic2T1、T2两个晶体管都只在半个周期内工作的方式，称为两个晶体管都只在半个周期内工作的方式，称为乙类放大乙类放大。SEE 教材教材P73图图15.8.1（C）三、动态分析三、动态分析设输入端在设输入端在 0.5UCC 直流电平基础上加入
4、正弦信号。直流电平基础上加入正弦信号。时，时，T1导通、导通、T2截止；截止；iL=ic1;时，时，T1截止、截止、T2导通。导通。若输出电容足够大，若输出电容足够大，UC基本保持在基本保持在0.5UCC，负载上得到的交流信号正负半，负载上得到的交流信号正负半周对称，但存在周对称，但存在交越失真交越失真。0.5UCCuit交越失真交越失真RLuiT1T2+UCCCLAUL+-ic1ic25本讲稿第五页，共四十五页乙类放大的输入输出波形关系乙类放大的输入输出波形关系:交越失真交越失真死区电压死区电压uiuououo tttt交越失真：交越失真：输入信号输入信号 ui在过零前后，在过零前后，输出信
5、号出现的失真便为交越失真。输出信号出现的失真便为交越失真。RLuiT1T2+UCCCAUL+-6本讲稿第六页，共四十五页(1)静态电流静态电流 ICQ、IBQ等于零；等于零；P73乙类定义乙类定义(2)每管导通时间等于半个周期每管导通时间等于半个周期；(3)存在交越失真。存在交越失真。乙类放大的特点：乙类放大的特点：RLuiT1T2+UCCCAUL+-7本讲稿第七页，共四十五页四、电路的改进四、电路的改进1.克服交越失真克服交越失真交越失真产生的原因：交越失真产生的原因：在于晶体管特性存在非线性，在于晶体管特性存在非线性，ui IB，则，则10本讲稿第十页，共四十五页3.电路中增加复合管电路中
6、增加复合管增加复合管的目的是：增加复合管的目的是：扩大电流的驱动能力。扩大电流的驱动能力。复合管的构成方式：复合管的构成方式：cbeT1T2ibicbecibic方式一：方式一：11本讲稿第十一页，共四十五页becibic方式二：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。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：后晶体管的性能确定均如下：12本讲稿第十二页，共四十五页15.8.2 无输出电容的互补对称功放电路无输出电容的互补对称功放电路一、工作原理（设
7、一、工作原理（设ui为正弦波）为正弦波）电路的结构特点：电路的结构特点：ui-UCCT1T2uo+UCCRLiL1.由由NPN型、型、PNP型三极管型三极管构成两个对称的射极输构成两个对称的射极输出器对接而成。出器对接而成。2.双电源供电。双电源供电。3.输入输出端不加隔直电容。输入输出端不加隔直电容。13本讲稿第十三页，共四十五页ic1ic2动态分析：动态分析：ui 0VT1截止，截止，T2导通导通ui 0VT1导通，导通，T2截止截止iL=ic1;ui-UCCT1T2uo+UCCRLiLiL=ic2因此，不需要隔直电容。因此，不需要隔直电容。静态分析：静态分析：ui=0V T1、T2均不工
8、作均不工作 uo=0V14本讲稿第十四页，共四十五页-UEE+UCCERCT1RCT2T5T6RC3RE2RC4RE3T7T9T8RE4RE5T11T10RL第第4 4级：互补对称射极跟随器级：互补对称射极跟随器差动放大器差动放大器第第2级级第第1级：级：差动放大器差动放大器第第3级：级：单管放大器单管放大器集成运放内部的功率放大器集成运放内部的功率放大器15本讲稿第十五页，共四十五页第第15章章 基本放大电路基本放大电路15.9 场效应管及其放大电路场效应管及其放大电路第第5讲（讲（2）本讲稿第十六页，共四十五页15.9.1 场效应管简介场效应管简介场效应管与晶体管比较：场效应管与晶体管比较
9、：（1）T为电流控制元件（通过控制为电流控制元件（通过控制IB控控制制IC），），FET为电压控制元件（通过控制为电压控制元件（通过控制UGS控制控制ID）；）；（2）T输入电阻较低，温度稳定性差；输入电阻较低，温度稳定性差；而而FET输入阻抗高，温度稳定性好。输入阻抗高，温度稳定性好。场效应管场效应管FET-Field Effect Transistor17本讲稿第十七页，共四十五页结型场效应管结型场效应管JFET绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管MOS场效应管有两种场效应管有两种:N沟道沟道P沟道沟道耗尽型耗尽型增强型增强型耗尽型耗尽型增强型增强型18本讲稿第十八页，共四十五页 MOS绝缘栅
10、场效应管（绝缘栅场效应管（N沟道）沟道）（1）结构结构PNNGSDP型基底两个N区SiO2绝缘层金属铝N导电沟道未预留未预留 N沟道增强型沟道增强型预留预留 N沟道耗尽型沟道耗尽型教材教材P7819本讲稿第十九页，共四十五页PNNGSDGSDN沟道增强型沟道增强型（2）符号）符号N沟道耗尽型沟道耗尽型GSD栅极栅极漏极漏极源极源极20本讲稿第二十页，共四十五页耗尽型耗尽型N沟道沟道MOS管的特性曲线管的特性曲线IDmAVUDSUGS 实验线路实验线路(共源极接法共源极接法)GSD21本讲稿第二十一页，共四十五页输出特性曲线输出特性曲线UGS=0VU DS（V）ID（mA）01324UGS=+1
11、VUGS=+2VUGS=-1VUGS=-2V夹断电压夹断电压UGS(off)=-2V固定一个固定一个U DS，画出，画出ID和和UGS的关系曲线，称为转移特性的关系曲线，称为转移特性曲线曲线IDSS22本讲稿第二十二页，共四十五页耗尽型耗尽型N沟道沟道MOS管的特性曲线管的特性曲线转移特性曲线转移特性曲线实验表明，在实验表明，在UGS(off)UGS 0时，耗尽型场效时，耗尽型场效应管的转移特性可近似表应管的转移特性可近似表示：示：0IDUGSUGS(off)IDSSUGS(off)-夹断电压夹断电压IDSS 原始沟道导电电流原始沟道导电电流23本讲稿第二十三页，共四十五页跨导跨导gmUGS=
12、0VU DS（V）ID（mA）01324UGS=+1VUGS=+2VUGS=-1VUGS=-2V=ID/UGS=（3-2）/（1-0）=1/1=1mA/V UGS ID24本讲稿第二十四页，共四十五页 15.9.2 场效应管放大电路场效应管放大电路1.电路的组成原则及分析方法电路的组成原则及分析方法(1)静态：适当的静态工作点，使场效应管工作静态：适当的静态工作点，使场效应管工作在恒流（在恒流（ID）区。）区。(2)动态动态:能为交流信号提供通路。能为交流信号提供通路。组成原则组成原则静态分析：静态分析：估算法、图解法。估算法、图解法。动态分析：动态分析：微变等效电路法。微变等效电路法。分析方
13、法分析方法25本讲稿第二十五页，共四十五页N沟道耗尽型绝缘栅场效应管沟道耗尽型绝缘栅场效应管 符号及特性曲线符号及特性曲线GSDIDUDSUGSGSD26本讲稿第二十六页，共四十五页UGS=0VU DS（V）ID（mA）01324UGS=+1VUGS=+2VUGS=-1VUGS=-2VQ跨导跨导gm=ID/UGS ID=gm UGSid=gmugsID=gm UGS27本讲稿第二十七页，共四十五页2 场效应管的微变等效电路场效应管的微变等效电路GSDSGDrDSidrDS=UDS/ID 很大，可忽略。很大，可忽略。28本讲稿第二十八页，共四十五页场效应管的微变等效电路场效应管的微变等效电路压控
14、电流源压控电流源（VCCS）SGDid流控电流源流控电流源(CCCS)对照对照becrbeic=ibib29本讲稿第二十九页，共四十五页3 场效应管放大电路场效应管放大电路uo+UDDRSuiCSC2C1RDRGRLGDSIDUDSIS注：栅极无电流注：栅极无电流UGSRSISRSIDUDSUDD RDID RSIS=UDD ID(RD+RS)电路中元件作用：电路中元件作用：RG栅极电阻栅极电阻RS源极电阻源极电阻RD漏极电阻漏极电阻CS源极旁路电容源极旁路电容30本讲稿第三十页，共四十五页4 分压式偏置电路分压式偏置电路静态分析静态分析无输入信号时（无输入信号时（ui=0），估），估算：算：
15、UDS和和 ID。uo+UDD=+20VRSuiCSC2C1R1RDRGR2RL200K51K1M10K10KGDS10KIDUDSR1=200k R2=51k RG=1M RD=10k RS=10k RL=10k gm=1.5mA/VUDD=20VIDSS=0.9mAUGS(off)-4V31本讲稿第三十一页，共四十五页IG=0直流通道直流通道+UDD+20VR1RDRGR2200K51K1M10KRS10KGDSIDUDSIG计算得：计算得：32本讲稿第三十二页，共四十五页动态分析动态分析微变等效电路微变等效电路SGR2R1RGDRLRDUgsgmUgsUiUoIdSGDid+UDD=+2
16、0VuoRSuiCSC2C1R1RDRGR2RL200K51K1M10K10KGDS10K33本讲稿第三十三页，共四十五页 动态分析：动态分析：UgsUiUgsgmIdriroUoSGR2R1RGRL DRLRD=gm UiRL 电压放大倍数电压放大倍数负号表示输出输入反相负号表示输出输入反相34本讲稿第三十四页，共四十五页电压放大倍数估算电压放大倍数估算=-1.5（10/10）=-7.5RL=RD/RLR1=200k R2=51k RG=1M RD=10k RS=10k RL=10k gm=1.5mA/VUDD=20VIDSS=0.9mAUGS(off)-4V35本讲稿第三十五页，共四十五页
17、ro=RD =10K SGR2R1RGRL DRLRD输入电阻、输出电阻输入电阻、输出电阻=1+0.2/0.051=1.0407M rirori=RG+R1/R2R1=200k R2=51k RG=1M RD=10k RS=10k RL=10k gm=1.5mA/VUDD=20VIDSS=0.9mAUGS(off)-4V36本讲稿第三十六页，共四十五页5 源极输出器源极输出器uo+UDD +20VRSuiC1R1RGR2RL200K51K1M10KDSC2G10KR1=200k R2=51k RG=1M RD=10k RS=10k RL=10k gm=1.5mA/VUDD=20VIDSS=0.
18、9mAUGS(off)-4V37本讲稿第三十七页，共四十五页静态工作点静态工作点:计算得：计算得：IG=038本讲稿第三十八页，共四十五页uo+UDD +20VRSuiC1R1RGR2RL200K51K1M10KDSC2G10K微变等效电路：微变等效电路：39本讲稿第三十九页，共四十五页微变等效电路：微变等效电路：Ui=Ugs+UoUo=Id(RS/RL)=gm Ugs RLrirogR2R1RGsdRLRS40本讲稿第四十页，共四十五页求求riri=RG+R1/R2rirogR2R1RGsdRLRS41本讲稿第四十一页，共四十五页求求ro加压求流法加压求流法=RS1+gm RSrirogR2
19、R1RGsdRLRS42本讲稿第四十二页，共四十五页ri=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 代入数值计算代入数值计算=1+0.2/0.051=1.0407 M R1=200k R2=51k RG=1M RD=10k RS=10k RL=10k gm=1.5mA/V43本讲稿第四十三页，共四十五页RLuoC2思思考考：自自给给偏偏压压共共源源极极放放大大电电路路动动静静态态分分析析。模电模电P11844本讲稿第四十四页，共四十五页场效应管放大电路小结场效应管放大电路小结(1)场效应管放大器输入电阻很大。场效应管放大器输入电阻很大。(2)场效应管共源极放大器场效应管共源极放大器(漏极输出漏极输出)输入输出反输入输出反相，电压放大倍数大于相，电压放大倍数大于1；输出电阻；输出电阻=RD。(3)场效应管源极跟随器输入输出同相，电压放大场效应管源极跟随器输入输出同相，电压放大倍数小于倍数小于1且约等于且约等于1；输出电阻小。；输出电阻小。作业：作业：P93 习题习题15.9.445本讲稿第四十五页，共四十五页