电子技术第讲(功放,场效应管放大器)优秀课件.ppt

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1、电子技术第讲(功放,场效应管放大器)1第1页，本讲稿共45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）为获得较大的输出功率，应工作在极限状态（注意（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；）为获得大的效率，应工作在甲乙类或乙类状态；SEE 教材教材P72（3）为使波形

2、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第2页，本讲稿共45页 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: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第3页，本讲稿共45页15.8.1 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

3、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 T1、T2 特性对称，二、静态分析二、静态分析令：4第4页，本讲稿共45页iL=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、动态分析设输入端在设输入端在 0.5UCC 直流电平基础上加入正弦信号。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，若输出电

4、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，负载上得到的交流信号正负半周对称，但存在半周对称，但存在交越失真交越失真。0.5UCCuit交越失真RLuiT1T2+UCCCLAUL+-ic1ic25第5页，本讲稿共45页乙类放大的输入输出波形关系: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第6页，本讲稿共45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

5、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：RLuiT1T2+UCCCAUL+-7第7页，本讲稿共45页四、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10第10页，本讲稿共45页3.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方式一：11第11页，本讲稿共45页becibic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

6、哪种等效方式，等效后晶体管的性能确定均如下：12第12页，本讲稿共45页15.8.2 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。13第13页，本讲稿共45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-UCCT1

7、T2uo+UCCRLiLiL=ic2因此，不需要隔直电容。因此，不需要隔直电容。静态分析：ui=0V T1、T2均不工作均不工作 uo=0V14第14页，本讲稿共45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第2级第1级：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15第15页，本讲稿共45页第15章 基本放大电路15.9 场效应管及其放大电路第5讲（2）第16页，本讲稿共45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

8、应管与晶体管比较：（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；而输入电阻较低，温度稳定性差；而FET输入阻抗高，温度稳定性好。输入阻抗高，温度稳定性好。场效应管FET-Field Effect Transistor17第17页，本讲稿共45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P沟道耗尽型增强型耗尽型增强型18第18页，本讲稿共45页 MOS绝缘栅场效应管（N沟道）（1）结构

9、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P7819第19页，本讲稿共45页PNNGSDGSDN沟道增强型沟道增强型（2）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第20页，本讲稿共45页耗尽型N沟道MOS管的特性曲线IDmAVUDSUGS 实验线路(共源极接法)GSD21第21页，本讲稿共45页输出特性曲线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U DS，画出ID和UGS的关系曲线，称为转移特性曲线IDSS

10、22第22页，本讲稿共45页耗尽型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)-夹断电压夹断电压IDSS 原始沟道导电电流原始沟道导电电流23第23页，本讲稿共45页跨导跨导gmUGS=0VU DS（V）ID（mA）01324UGS=+1VUGS=+2VUGS=-1VUGS=-2V=ID/UGS=（3-2）/（1-0）=1/1=1mA/V UGS ID24第24页，本讲稿共45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

11、方法(1)静态：适当的静态工作点，使场效应管工作在静态：适当的静态工作点，使场效应管工作在恒流（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：估算法、图解法。动态分析：微变等效电路法。分析方法分析方法25第25页，本讲稿共45页N沟道耗尽型绝缘栅场效应管 符号及特性曲线GSDIDUDSUGSGSD26第26页，本讲稿共45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第27页，本讲稿共45

12、页2 场效应管的微变等效电路GSDSGDrDSidrDS=UDS/ID 很大，可忽略。28第28页，本讲稿共45页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=ibib29第29页，本讲稿共45页3 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第30页，本讲稿共45页4 分压式

13、偏置电路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)-4V31第31页，本讲稿共45页IG=0直流通道+UDD+20VR1RDRGR2200K51K1M10KRS10KGDSIDUDSIG计算得：32第32页，本讲稿共45页动态分析微变等效电路SGR2R1RGDRLRDUgsgmUgsUiUo

14、IdSGDid+UDD=+20VuoRSuiCSC2C1R1RDRGR2RL200K51K1M10K10KGDS10K33第33页，本讲稿共45页 动态分析：UgsUiUgsgmIdriroUoSGR2R1RGRLDRLRD=gm UiRL 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第34页，本讲稿共45页电压放大倍数估算=-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第35页，本讲稿共45页ro=RD =10K S

15、GR2R1RGRLDRLRD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第36页，本讲稿共45页5 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第37页，本讲稿共45页静

16、态工作点:计算得：IG=038第38页，本讲稿共45页uo+UDD +20VRSuiC1R1RGR2RL200K51K1M10KDSC2G10K微变等效电路：39第39页，本讲稿共45页微变等效电路：Ui=Ugs+UoUo=Id(RS/RL)=gm Ugs RLrirogR2R1RGsdRLRS40第40页，本讲稿共45页求riri=RG+R1/R2rirogR2R1RGsdRLRS41第41页，本讲稿共45页求ro加压求流法加压求流法=RS1+gm RSrirogR2R1RGsdRLRS42第42页，本讲稿共45页ri=RG+R1/R2+UDD +20VuoRSuiC1R1RGR2RL200

17、K51K1M10KDSC2G10KAu=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 M R1=200k R2=51k RG=1M RD=10k RS=10k RL=10k gm=1.5mA/V43第43页，本讲稿共45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P11844第44页，本讲稿共45页场效应管放大电路小结(1)场效应管放大器输入电阻很大。(2)场效应管共源极放大器(漏极输出)输入输出反相，电压放大倍数大于1；输出电阻=RD。(3)场效应管源极跟随器输入输出同相，电压放大倍数小于1且约等于1；输出电阻小。作业：P93 习题15.9.445第45页，本讲稿共45页