《放大电路基础》PPT课件.ppt

,例：扩音系统,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。,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。,(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：,射极输出器能否做功率放大？,射极输出器效率的估算：,(设RL=RE),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,直流负载线,交流负载线,UCEQ=0.5USC,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。,OTL:OutputTransformerLess,OCL: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：,1.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。,动态分析：,ui0V,T1截止，T2导通,ui0V,T1导通，T2截止,iL=ic1;,iL=ic2,T1、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=0V,3.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：,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：,4.选择功率管,(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,(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,乙类放大的输入输出波形关系:,死区电压,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。,(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，uiuT时晶体管截止。,克服交越失真的措施：,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。,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。,甲乙类放大的波形关系：,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。,甲乙类单电源互补推挽放大电路,调节R,使静态UA=0.5USC,D1、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,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：,效率为：,实用OTL互补输出功放电路,调节R,使静态UA=0.5USC,D1、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12，射极负反馈电阻，也起限流保护作用,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:,6.4场效应管及其放大电路,Joint-Field-Effect-Transistor,Metal-Oxide-Semiconductor,N,基底:N型半导体,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gridn.栅极sourcen.源极,N沟道结型场效应管,P沟道结型场效应管,在栅源间加负电压VGS，令VDS=0当VGS=0时，为平衡PN结，导电沟道最宽。,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）,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,VDSID靠近漏极处的耗尽层加宽，沟道变窄，呈楔形分布。,预夹断前，VDSID。预夹断后，VDSID几乎不变。,VDS再，预夹断点下移。,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,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：可变电阻区：预夹断前。电流饱和区（恒流区）：预夹断后。特点：ID/VGS常数=gm即：ID=gmVGS（放大原理）击穿区。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,PN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）,ID,UDS=0V时,UGS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。,P,G,S,D,UDS,UGS,UDS=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Pinchoffvoltage,UGS0、UGDVP时耗尽区的形状,越靠近漏端，PN结反压越大,ID,UGSVp且UDS较大时UGDVP时耗尽区的形状,沟道中仍是电阻特性，但是是非线性电阻。,ID,UGS0,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,跨导gm=ID/UGS,场效应管的微变等效电路,场效应管的微变等效电路为：,(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：,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,vGS,vGS=-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、VDS,vGS=,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=0,2、动态分析,ro=RD=10k,（2）电压放大倍数,（3）输入电阻,得,（1）画交流小信号等效电路。,由,共漏放大电路,（4）输出电阻,所以,由图有,源极输出器,1、静态分析,2、动态分析,输入电阻ri,输出电阻ro,加压求流法,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。,BJT与FET基本放大电路的性能比较,组态对应关系：,CE,BJT,FET,CS,CC,CD,CB,CG,BJT,FET,CE：,CC：,CB：,CS：,CD：,CG：,BJT与FET基本放大电路的性能比较(续),CE：,CC：,CB：,CS：,CD：,CG：,CE：,CC：,CB：,CS：,CD：,CG：,双极型和场效应型三极管的比较,