电子技术第05讲(功放,场效应管放大器).ppt

第第5讲（讲（1）第第15章章 基本放大电路基本放大电路15.8 互补对称功放互补对称功放1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）为获得较大的输出功率，应工作在极限状态（注意态（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为获得大的效率，应工作在甲乙类或乙类状态；状态；SEE 教材教材P72（3）为使波形不失真，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 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：315.8.1 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NPN型、型、PNP型三极管构成两型三极管构成两个对称的射极输出器对接而成。个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：4iL=ic2T1、T2两个晶体管都只在半个周期内工作的方式，两个晶体管都只在半个周期内工作的方式，称为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 直流电平直流电平基础上加入正弦信号。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基本保持基本保持在在0.5UCC，负载上得到的交流信号负载上得到的交流信号正负半周对称，但存在正负半周对称，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在过零在过零前后，输出信号出现的失真便前后，输出信号出现的失真便为交越失真。为交越失真。RLuiT1T2+UCCCAUL+-6(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在于晶体管特性存在非线性，非线性，ui IB，则，则103.电路中增加复合管电路中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：方式一：11becibic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：1215.8.2 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型三极型三极管构成两个对称的射极管构成两个对称的射极输出器对接而成。输出器对接而成。2.双电源供电。双电源供电。3.输入输出端不加隔直电输入输出端不加隔直电容。容。13ic1ic2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均不工作均不工作 uo=0V14-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）1615.9.1 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：（1）T为为电流控制元件（通过控制电流控制元件（通过控制IB控制控制IC），），FET为为电压控制元件（通过控电压控制元件（通过控制制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 MOS绝缘栅场效应管（绝缘栅场效应管（N沟道）沟道）（1）结构结构PNNGSDP型基底型基底两个两个N区区SiO2绝缘层绝缘层金属铝金属铝N导电沟道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P7819PNNGSDGSDN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输出特性曲线输出特性曲线UGS=0VU DS（V）ID（mA）01324UGS=+1VUGS=+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，耗尽型时，耗尽型场效应管的转移特性可场效应管的转移特性可近似表示：近似表示：0IDUGSUGS(off)IDSSUGS(off)-夹断电压夹断电压IDSS 原始沟道导电电原始沟道导电电流流23跨导跨导gmUGS=0VU DS（V）ID（mA）01324UGS=+1VUGS=+2VUGS=-1VUGS=-2V=ID/UGS=（3-2）/（1-0）=1/1=1mA/V UGS ID24 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，使场效应管工静态：适当的静态工作点，使场效应管工作在恒流（作在恒流（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。分析方法分析方法25N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GSDIDUDSUGSGSD26UGS=0VU DS（V）ID（mA）01324UGS=+1VUGS=+2VUGS=-1VUGS=-2VQ跨导跨导gm=ID/UGS ID=gm UGSid=gmugsID=gm UGS272 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场效应管的微变等效电路场效应管的微变等效电路压控电流源压控电流源（VCCS）SGDid流控电流源流控电流源(CCCS)对照对照becrbeic=ibib293 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304 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），），估算：估算：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)-4V31IG=0直流通道直流通道+UDD+20VR1RDRGR2200K51K1M10KRS10KGDSIDUDSIG计算得：计算得：32动态分析动态分析微变等效电路微变等效电路SGR2R1RGDRLRDUgsgmUgsUiUoIdSGDid+UDD=+20VuoRSuiCSC2C1R1RDRGR2RL200K51K1M10K10KGDS10K33 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)-4V35ro=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)-4V365 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=0.9mAUGS(off)-4V37静态工作点静态工作点:计算得：计算得：IG=038uo+UDD +20VRSuiC1R1RGR2RL200K51K1M10KDSC2G10K微变等效电路：微变等效电路：39微变等效电路：微变等效电路：Ui=Ugs+UoUo=Id(RS/RL)=gm Ugs RLrirogR2R1RGsdRLRS40求求riri=RG+R1/R2rirogR2R1RGsdRLRS41求求ro加压求流法加压求流法=RS1+gm RSrirogR2R1RGsdRLRS42ri=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/V43RLuoC2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)输入输出输入输出反相，电压放大倍数大于反相，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，电压放场效应管源极跟随器输入输出同相，电压放大倍数小于大倍数小于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