《電子技術(shù)及應(yīng)用 第2版》 課件 第3章 功率放大和場效應(yīng)管放大

主編：張靜之電子技術(shù)及應(yīng)用

第2版第三章功率放大和場效應(yīng)管放大電路電子技術(shù)及應(yīng)用

第2版主要內(nèi)容

通過本章節(jié)的學(xué)習(xí)可以達(dá)到：1、理解功率放大器的分類；2、理解無輸出電容（OCL）功率放大器的工作原理，掌握電路的分析方法；3、理解無輸出變壓器（OTL）功率放大器的工作原理，掌握電路的分析方法；4、了解絕緣柵場效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)，理解絕緣柵場效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)的工作原理，能夠正確運(yùn)用管子的參數(shù)；5、理解場效應(yīng)管放大電路的連接方式，掌握場效應(yīng)管放大電路的靜態(tài)和動態(tài)分析方法。教學(xué)導(dǎo)航3.3場效應(yīng)管放大電路3.1功率放大電路的概述3.2絕緣柵場效應(yīng)晶體管電子技術(shù)及應(yīng)用

第2版第三章功率放大和場效應(yīng)管放大電路

1、在實(shí)際應(yīng)用的電子電路中，有很多的大功率負(fù)載，如：揚(yáng)聲器、伺服電機(jī)、指示表頭、記錄器等，這就要求放大電路的輸出要有足夠大的功率；3.1功率放大電路3.1.1功率放大電路的要求

2、功率放大器簡稱功放，是要求給負(fù)載提供足夠大功率的不失真的輸出信號去驅(qū)動負(fù)載，并能高效率地實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的放大電路；

3、功率放大器一般設(shè)置在多級放大電路的最后一級，又稱輸出級；

4、功率放大器通常工作于大電壓、大電流狀態(tài)，管子的損耗功率和發(fā)熱都會很嚴(yán)重，所以在使用時不僅要選用大功率三極管，而且要按照規(guī)定要求加裝散熱裝置。電子技術(shù)及應(yīng)用

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如圖3-1所示，按照靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置位置不同，可以將功率放大器的工作狀態(tài)可以分為甲類、乙類和甲乙類放大等形式。

3.1功率放大電路3.1.2功率放大電路的分類圖3-1不同類型功放的靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置電子技術(shù)及應(yīng)用

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甲類工作狀態(tài)的靜態(tài)工作點(diǎn)Q處于晶體管的放大區(qū)內(nèi)，基本選在負(fù)載線的中點(diǎn)，如圖3-1a所示。其優(yōu)點(diǎn)是非線性失真小，缺點(diǎn)是整個周期內(nèi)晶體管中都有電流流過，管耗大，在理想情況下功放管的效率也僅僅是50％，除了對保真度要求非常高的場合外已經(jīng)很少應(yīng)用。

3.1功率放大電路3.1.2功率放大電路的分類

如圖3-1b所示為乙類工作狀態(tài)，它是將靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置在放大區(qū)和截止區(qū)的交界處靜態(tài)時電流為零,管耗低，效率高。從圖3-1b中可以看出，在乙類工作狀態(tài)下，輸出信號只有輸入信號的半個周期，另外半個周期被截止了。因此在實(shí)際應(yīng)用中，往往選用兩個不同管型的晶體管，在輸入信號的正、負(fù)半周交替導(dǎo)通，然后在負(fù)載上合成一個完整的輸出信號，稱為乙類互補(bǔ)對稱功率放大電路。

如圖3-1c所示為甲乙類工作狀態(tài)。在此狀態(tài)下，功放管的靜態(tài)工作點(diǎn)的位置設(shè)置低于甲類，高于乙類，靜態(tài)時ICQ稍大于零，管耗不大，效率高。

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1、乙類雙電源互補(bǔ)對稱OCL電路的工作原理3.1功率放大電路3.1.3雙電源互補(bǔ)對稱功率放大電路

在如圖3-2所示的電路中，晶體管VT1是NPN管型，晶體管VT1是PNP管型，兩只管子的性能參數(shù)完全相同，均接成共集電極狀態(tài)。電路由雙電源供電（+UCC和-UEE），無輸出電容，所以又稱為OCL電路。圖3-2乙類雙電源互補(bǔ)對稱OCL電路圖3-3乙類雙電源互補(bǔ)對稱OCL電路的輸出特性電子技術(shù)及應(yīng)用

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1、乙類雙電源互補(bǔ)對稱OCL電路的工作原理3.1功率放大電路3.1.3雙電源互補(bǔ)對稱功率放大電路圖3-2乙類雙電源互補(bǔ)對稱OCL電路圖3-3乙類雙電源互補(bǔ)對稱OCL電路的輸出特性圖3-2乙類雙電源互補(bǔ)對稱OCL電路圖3-3乙類雙電源互補(bǔ)對稱OCL電路的輸出特性電子技術(shù)及應(yīng)用

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1、乙類雙電源互補(bǔ)對稱OCL電路的工作原理3.1功率放大電路3.1.3雙電源互補(bǔ)對稱功率放大電路圖3-2乙類雙電源互補(bǔ)對稱OCL電路圖3-3乙類雙電源互補(bǔ)對稱OCL電路的輸出特性電子技術(shù)及應(yīng)用

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2、電路的參數(shù)分析3.1功率放大電路3.1.3雙電源互補(bǔ)對稱功率放大電路圖3-3乙類雙電源互補(bǔ)對稱OCL電路的輸出特性（1）最大輸出功率電子技術(shù)及應(yīng)用

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2、電路的參數(shù)分析3.1功率放大電路3.1.3雙電源互補(bǔ)對稱功率放大電路（2）管耗由此可得：電子技術(shù)及應(yīng)用

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2、電路的參數(shù)分析3.1功率放大電路3.1.3雙電源互補(bǔ)對稱功率放大電路（3）直流電源供給的功率當(dāng)輸入信號足夠大時:（4）效率電子技術(shù)及應(yīng)用

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3、甲乙類雙電源互補(bǔ)對稱OCL電路3.1功率放大電路3.1.3雙電源互補(bǔ)對稱功率放大電路

在乙類雙電源互補(bǔ)對稱OCL電路中，由于沒有直流偏置，當(dāng)輸入信號電壓小于VT1和VT2的死區(qū)電壓時，兩只晶體管均處于截止?fàn)顟B(tài)，只有當(dāng)輸入信號電壓大于死區(qū)電壓時，VT1和VT2才能導(dǎo)通。由此可見，在乙類工作狀態(tài)下，兩只晶體管輪流導(dǎo)通銜接不好，會使輸出信號在正弦波在過零點(diǎn)時產(chǎn)生了嚴(yán)重的失真現(xiàn)象，這種失真就稱為交越失真，如圖3-4所示。圖3-4乙類工作狀態(tài)交越失真電子技術(shù)及應(yīng)用

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3、甲乙類雙電源互補(bǔ)對稱OCL電路3.1功率放大電路3.1.3雙電源互補(bǔ)對稱功率放大電路

從交越失真產(chǎn)生的原因可知，只要能夠解決晶體管“死區(qū)”影響，就能克服交越失真。通常給晶體管VT1和VT2的發(fā)射結(jié)加上較小的正向偏置電壓，使靜態(tài)時晶體管VT1和VT2都工作在微導(dǎo)通的狀態(tài)，即電路工作在甲乙類狀態(tài)，如圖3-5所示。圖3-5甲乙類雙電源互補(bǔ)對稱OCL電路電子技術(shù)及應(yīng)用

第2版3.1功率放大電路3.1.4單電源互補(bǔ)對稱功率放大電路

雙電源互補(bǔ)對稱功率放大電路采用雙電源供電，在使用和維護(hù)上有許多不便之處，為了克服這個缺點(diǎn)，可采用單電源供電的互補(bǔ)對稱電路，這種電路的輸出端不連接變壓器，通過電容C與負(fù)載RL耦合，又稱為OTL電路。如圖3-6a所示為乙類工作狀態(tài)單電源互補(bǔ)對稱OTL放大電路。（a）（b）圖3-6單電源互補(bǔ)對稱OTL放大電路電子技術(shù)及應(yīng)用

第2版3.1功率放大電路3.1.4單電源互補(bǔ)對稱功率放大電路（b）圖3-6單電源互補(bǔ)對稱OTL放大電路電子技術(shù)及應(yīng)用

第2版3.1功率放大電路3.1.4單電源互補(bǔ)對稱功率放大電路（b）圖3-6單電源互補(bǔ)對稱OTL放大電路電子技術(shù)及應(yīng)用

第2版3.2絕緣柵場效應(yīng)晶體管3.2.1絕緣柵場效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)

場效應(yīng)晶體管（FieldEffectTransistor縮寫（FET））簡稱場效應(yīng)管。具有輸入電阻高、噪聲小、功耗低、動態(tài)范圍大、易于集成、沒有二次擊穿現(xiàn)象、安全工作區(qū)域?qū)挼葍?yōu)點(diǎn)。場效應(yīng)管按照其結(jié)構(gòu)可分為兩大類：結(jié)型場效應(yīng)管（JunctionFieldEffectTransistor）和絕緣柵場效應(yīng)管（InsulatedGateFieldEffectTransistor）。

絕緣柵場效應(yīng)晶體管按照其導(dǎo)電類型的不同，分為N溝道和P溝道，它們的工作原理相同，只是電源極性相反而已，每種結(jié)構(gòu)的場效應(yīng)管又可分為增強(qiáng)型和耗盡型兩種。電子技術(shù)及應(yīng)用

第2版3.2絕緣柵場效應(yīng)晶體管3.2.1絕緣柵場效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)

（a）（b）圖3-7N溝道增強(qiáng)型MOS管結(jié)構(gòu)及圖形符號電子技術(shù)及應(yīng)用

第2版3.2絕緣柵場效應(yīng)晶體管3.2.2絕緣柵場效應(yīng)晶體管工作原理

圖3-8N溝道增強(qiáng)型場效應(yīng)管的工作過程1、增強(qiáng)型場效應(yīng)晶體管工作原理電子技術(shù)及應(yīng)用

第2版3.2絕緣柵場效應(yīng)晶體管3.2.2絕緣柵場效應(yīng)晶體管工作原理（a）(b)圖3-9N溝道增強(qiáng)型場效應(yīng)管的特性曲線電子技術(shù)及應(yīng)用

第2版3.2絕緣柵場效應(yīng)晶體管3.2.2絕緣柵場效應(yīng)晶體管工作原理（a）(b)圖3-10N溝道耗盡型絕緣柵場效應(yīng)管工作原理和圖形符號2、耗盡型場效應(yīng)管工作原理電子技術(shù)及應(yīng)用

第2版3.2絕緣柵場效應(yīng)晶體管3.2.2絕緣柵場效應(yīng)晶體管工作原理（a）(b)圖3-12P溝道耗盡型和增強(qiáng)型絕緣柵場效應(yīng)管的圖形符號（a）(b)圖3-11N溝道耗盡型場效應(yīng)管轉(zhuǎn)移特性曲線和輸出特性曲線電子技術(shù)及應(yīng)用

第2版3.2絕緣柵場效應(yīng)晶體管3.2.3絕緣柵場效應(yīng)晶體管主要參數(shù)電子技術(shù)及應(yīng)用

第2版3.2絕緣柵場效應(yīng)晶體管3.2.3絕緣柵場效應(yīng)晶體管主要參數(shù)電子技術(shù)及應(yīng)用

第2版3.2絕緣柵場效應(yīng)晶體管3.2.4絕緣柵場效應(yīng)晶體管特點(diǎn)和注意事項(xiàng)

1、特點(diǎn)（1）場效應(yīng)管是電壓控制器件，它通過柵源電壓來控制漏極電流；

（2）場效應(yīng)管的控制輸入端電流極小，因此它的輸入電阻（107～1015Ω）很大。（3）它是利用多數(shù)載流子導(dǎo)電，因此它的溫度穩(wěn)定性較好；

（4）它組成的放大電路的電壓放大系數(shù)要小于晶體管組成放大電路的電壓放大系數(shù)；（5）場效應(yīng)管的抗輻射能力強(qiáng)；（6）由于它不存在雜亂運(yùn)動的電子擴(kuò)散引起的散粒噪聲，所以噪聲低。電子技術(shù)及應(yīng)用

第2版3.2絕緣柵場效應(yīng)晶體管3.2.4絕緣柵場效應(yīng)晶體管特點(diǎn)和注意事項(xiàng)2、使用注意事項(xiàng)

（1）絕緣柵場效應(yīng)管的輸入電阻很高，柵極上很容易積累較高的靜電電壓將絕緣層擊穿，在保存場效應(yīng)管時應(yīng)將它的3個電極短接起來，柵極禁止懸空；

（2）在電路中，柵、源極間應(yīng)有固定電阻或穩(wěn)壓管并聯(lián)，以保證有一定的直流通道；

（3）在進(jìn)行絕緣柵場效應(yīng)晶體管焊接時，應(yīng)使電烙鐵外殼良好接地，最好能夠斷電后在焊接。電子技術(shù)及應(yīng)用

第2版3.3場效應(yīng)管放大電路3.3.1場效應(yīng)管放大電路的三種接法

由場效應(yīng)管構(gòu)成的放大電路必須建立合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，以使場效應(yīng)管工作在線性放大區(qū)。場效應(yīng)管是電壓控制器件，它的偏置電路只需柵極偏壓，不需柵極偏流，其轉(zhuǎn)移特性體現(xiàn)了柵極電壓對漏極電流的控制作用。電子技術(shù)及應(yīng)用

第2版3.3場效應(yīng)管放大電路3.3.1場效應(yīng)管放大電路的三種接法

場效應(yīng)管組成放大電路時也有三種組態(tài)，即共源放大電路、共漏放大電路和共柵放大電路。以N溝道結(jié)型場效應(yīng)管為例，如圖a所示為共源放大電路交流通路；如圖b所示為共漏放大電路交流通路；如圖c所示為共柵放大電路交流通路。場效應(yīng)管放大電路的三種組態(tài)電子技術(shù)及應(yīng)用

第2版3.3場效應(yīng)管放大電路3.3.2場效應(yīng)管放大電路靜態(tài)分析電子技術(shù)及應(yīng)用

第2版3.3場效應(yīng)管放大電路3.3.2場效應(yīng)管放大電路靜態(tài)分析1、自給偏壓電路圖3-13自給偏壓共源極放大電路電子技術(shù)及應(yīng)用

第2版3.3場效應(yīng)管放大電路3.3.2場效應(yīng)管放大電路靜態(tài)分析2、分壓式偏置電路圖3-14分壓式偏置共源極放大電路電子技術(shù)及應(yīng)用

第2版3.3場效應(yīng)管放大電路3.3.3場效應(yīng)管放大電路動態(tài)分析1、MOS管的微變等效模型圖3-15MOS管及其微變等效模型電子技術(shù)及應(yīng)用

第2版3.3場效應(yīng)管放大電路3.3.3場效應(yīng)管放大電路動態(tài)分析2、利用微變等效電路計算參數(shù)

把MOS管用其微變等效模型代替，作出放大電路的微變等效電路，就可以計算放大電路的性能指標(biāo)，下面以圖3-14為例說明計算過程。圖3-14分壓式偏置共源極放大電路圖3-16圖3-14的微變等效電路電子技術(shù)及應(yīng)用

第2版3.3場效應(yīng)管放大電路3.3.3場效應(yīng)管放大電路動態(tài)分析2、利用微變等效電路計算參數(shù)如圖3-16所示所以電壓放大倍數(shù)為：電路的輸入電阻為：圖3-16圖3-14的微變等效電路電子技術(shù)及應(yīng)用

第2版3.3場效應(yīng)管放大電路3.3.