【正文】 小 結(jié) 。分析方法與三極管放大電路類似。 小 結(jié) 136 場效應(yīng)晶體管是一種高輸入阻抗的電壓控制器件，有絕緣柵型和結(jié)型兩大類。在實際中多采用甲乙類互補對稱電路，它可有效地消除交越失真，效率也較高。 功率放大器要求輸出足夠大的功率，這樣輸出電壓和電流的幅度都很大，對它的要求為輸出功率大，效率高，非線性失真小，并應(yīng)保證三極管安全可靠地工作。它的特點是各級直流通路互不影響，分析計算簡便，在一定的頻率范圍內(nèi)能保證信號順利地由前級送到后級。分壓式偏置放大電路能夠在較大的溫度變化范圍內(nèi)具有很好的穩(wěn)定性。放大電路的靜態(tài)工作點容易受溫度的影響發(fā)生改變。確定工作點的方法，可以通過放大電路的直流通路進行近似估算，也可以用圖解法直觀而形象地求出。三極管工作在放大區(qū)，發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置。 結(jié)型場效晶體管使用時要特別注意柵源之間應(yīng)加反偏電壓，以保證有高的輸入阻抗。當(dāng) UGS反偏電壓增大到一定的數(shù)值時，即等于夾斷電壓 UGS(off)時，兩個 PN結(jié)相遇，導(dǎo)電溝道消失，此時 ID =0。當(dāng) UGS =0時，在一定的 UDS作用下會產(chǎn)生一個電流 ID ，稱其為飽和漏電流，用 ID SS表示。 結(jié)型場效應(yīng)管 場效應(yīng)管 131 圖 N溝道結(jié)型場效晶體管的結(jié)構(gòu)和符號 （ a）結(jié)構(gòu) 。其中箭頭的方向表示柵結(jié)正向偏置時，柵極電流的方向由 P指向 N，故從符號上可以識別 D、 S之間是 N溝道。兩個 P型區(qū)引出兩個電極并連在一起稱為柵極 G，在 N型本體材料的兩端各引出一個電極分別稱為源極 S和漏極 D。注意使用時， UGS 、 UDS的極性與 N溝道 MOS管相反。從轉(zhuǎn)移特性可以看出，耗盡型 MOS管的柵源電壓可以是正值、負值或零，使用時靈活性較大。這種當(dāng) UGS =0時，就有導(dǎo)電溝道的場效應(yīng)晶體管，稱為耗盡型 MOS管。 場效應(yīng)管 129 N溝道耗盡型 MOS管 N溝道耗盡型 MOS管與增強型 MOS管的結(jié)構(gòu)相似，不同的是在制造時已在絕緣層中摻入大量的正離子，它所產(chǎn)生的縱向電場即使在 UGS =0時，也能吸引足夠的電子形成 N型導(dǎo)電溝道。 （ 3）恒流區(qū) —— 線性放大區(qū) 當(dāng) UDS增大到脫離可變電阻區(qū)時， ID不再隨 UDS的增大而增大， ID趨于恒定值。這時導(dǎo)電溝道已形成， ID隨 UDS的增大而增大。由于這時還未形成導(dǎo)電溝道，因此 ID ≈0。與晶體三極管類似，它也有三個區(qū)域。顯然，只有 UGS ＞ UGS(th)時，柵源電壓才有對漏極電流的控制作用。 所謂轉(zhuǎn)移特性，就是輸入電壓 UGS對輸出電流 ID的控制特性。因此可通過改變 UGS的數(shù)值來控制電流 ID 。 場效應(yīng)管 125 ② 柵源電壓 UGS對漏極電流 ID的控制作用 在一定的漏極電壓 UDS下，使管子由不導(dǎo)通變?yōu)閷?dǎo)通啟電壓，用 UT表示。柵源電壓 UGS正值越大，半導(dǎo)體表面吸引的電子越多，形成的導(dǎo)電溝道越寬。 P型襯底中的電子受到電場力的吸引到達表層，除填補空穴形成負離子的耗盡層外，還在靠近絕緣層那一面形成一個 N型層，如圖 ，通常稱它為反型層。 圖 （ b） 是 N溝道增強型 MOS管的符號。絕緣柵場效應(yīng)晶體管又稱金屬MOSFET），簡稱 MOS管。 場效應(yīng)管 場效應(yīng)管 122 絕緣柵場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)和原理 （ 1）結(jié)構(gòu) 絕緣柵場效應(yīng)管可分為增強型和耗盡型兩類，每一類又有 N溝道和 P溝道兩種。它是在 20世紀(jì) 60年代逐漸發(fā)展起來的，它不僅具有半導(dǎo)體三極管體積小、質(zhì)量輕、耗電省、壽命長等特點，而且還有輸入阻抗高（最高可達 105Ω）、噪聲低、熱穩(wěn)定性好、抗輻射能力強和制造工藝簡單等優(yōu)點，因此得到廣泛應(yīng)用。其他元件作用與雙電源電路相同。由于采用單電源供電，故同相輸入端用阻值相同的 R R2組成分壓電路，使 K點電位為 VC/2，經(jīng) R3加至同相輸入端。外引腳的排列如圖 。 TDA2030A使用于收錄機和有源音箱中，作為音頻功率放大器，也可用作其他電子設(shè)備中的功率放大。由于其金屬外殼與負電源引腳相連，因而在單電源使用時，金屬外殼可直接固定在散熱片上并與地線（金屬機箱）相接，無需絕緣，使用很方便。 ??????????? EBCBBE UUIIUU 3888圖7.40 復(fù)合管互補對稱放大電路 功率放大電路 111 OTL互補對稱功率放大電路 功率放大電路 112 圖 甲乙類單電源互補對稱放大電路 功率放大電路 113 功率放大電路 114 TDA2030A音頻集成功率放大器簡介 TDA2030A是目前使用較為廣泛的一種集成功率放大器，與其他功放相比，它的引腳和外部元件都較少。 功率放大電路 110 例如，某種原因使得 UE升高，則 ， 可見，引入負反饋可 使 UE趨于穩(wěn)定。 R R4為穿透電流的泄放電阻，用以減小復(fù)合管的穿透電流，提高復(fù)合管的溫度穩(wěn)定性。 T1與 T2管發(fā)射極電阻 RE RE2，一般為 ～ ，它除具有直流負反饋作用提高電路工作的穩(wěn)定性外，還具有過流保護作用。由于 T T2是同一類的 NPN管，它們的輸出特性可以很好地對稱，通常把這種復(fù)合管互補電路稱為準(zhǔn)互補對稱放大電路。由 圖 （ a） 可得： 21212111121112211121 )1( ???????????? ????????????bbbbbbbccbciiiiiiiiiii 功率放大電路 108 圖 （ a） NPN同型復(fù)合；（ b） PNP同型復(fù)合； （ c） NPN、 PNP異型復(fù)合；（ d） PNP、 NPN異型復(fù)合 功率放大電路 109 圖 路。 圖 情況， 圖（ a）、（ b） 為同型復(fù)合， 圖（ c）、（ d）為異型復(fù)合，可見復(fù)合后的管型與第一只三極管相同。 ? ?21244 RRRUU BECE ??() 功率放大電路 106 圖 甲乙類互補對稱功率放大電路 （ a）利用二極管進行偏置的電路；（ b）利用 UBE擴大電路進行偏置的電路 功率放大電路 107 （ 2）復(fù)合管互補對稱放大電路 所謂復(fù)合管，就是由兩只或兩只以上的三極管按照一定的連接方式，組成一只等效的三極管。 圖 （ a） 所示電路偏置電壓不易調(diào)整，而在 圖 （ b） 中，設(shè)流入 T4的基極電流遠小于流過 R R2的電流，則由圖可求出： UCE4是用以供給 T T2兩管的偏置電壓。 功率放大電路 104 圖 乙類互補對稱功率放大電路的交越失真 功率放大電路 105 圖 （ a） 所示電路在 T T2基極間串入二極管 TT4，利用 T5管的靜態(tài)電流流過 T3 、 T4產(chǎn)生的壓降作為T1 、 T2管的靜態(tài)偏置電壓。因此，在輸入信號的一個周期內(nèi)， T T2輪流導(dǎo)通時形成的基極電流波形在過零點附近一個區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)失真，從而使輸出電流和電壓出現(xiàn)同樣的失真，這種失真稱為 “ 交越失真 ” ，如 圖 。所以，放大器最大輸出功率為： omomomomo UIUIP2122 ??LomomLomo RUURUP221 2??Cs a tCECom VUVU ??? )(oPoi ou)(satCEULCLomom RVRUP2222?? (7. 46) (7. 45) (7. 44) (7. 43) 功率放大電路 101 （ 2）直流電源的供給功率 由于兩個管子輪流工作半個周期，每個管子的集電極電流的平均值為： 因為每個電源只提供半周期的電流，所以兩個電源供給的總功率為： 得到最大輸出功率時，直流電源供給功率為： ?????cmcmCCIttdIII ??? ?021 )(s i n21?cmCCCECCCDC IVVIVIVIP 22 121 ????LCDC RVP?22?() () () 功率放大電路 102 （ 3）效率 效率是負載獲得的信號功率 與直流電源供給功率 之比，一般情況下的效率： OCL互補對稱功放電路的最高效率為： 實用中，放大電路很難達到最大效率，由于飽和壓降及元件損耗等因素， OCL推挽放大電路的效率僅能達到 60％左右。要求兩管特性相同，且 VC=VE。兩管都無偏置電路，以便工作在乙類。它們都是利用放大器件的控制作用，把直流電源供給的功率按輸入信號的變化規(guī)律轉(zhuǎn)換給負載，只是功率放大電路的主要任務(wù)是使負載得到盡可能大的不失真信號功率。 至于多級放大器的輸入電阻和輸出電阻，就把多級放大器等效為一個放大器，從輸入端看放大器得到的電阻為輸入電阻，從輸出端看放大器得到電阻為輸出電阻。 多級放大電路 93 圖 幾種直接耦合方式 多級放大電路 94 因為多級放大器是多級串聯(lián)逐級連續(xù)放大，所以總的電壓放大倍數(shù)是各級放大倍數(shù)的乘積，即： 因此，求多級放大器的增益時，首先必須求出各級放大電路的增益。在直接耦合放大電路中，若僅采用一種 NPN型管子，則各級放大電路中集電極的電位逐級升高，使后級放大電路的集電極電位接近正電源電壓 VCC值，降低了輸出電壓的動態(tài)范圍（易產(chǎn)生截止失真），所以級數(shù)受限制。同時，穩(wěn)壓管工作于陡峭的反向擊穿特性上，動態(tài)電阻很小，對于變化信號相當(dāng)于短路，所以第二級的電壓放大倍數(shù)也不至于降低。也可用穩(wěn)壓管 VZ（或串聯(lián)幾個正向工作的二極管）代替 RE ，如 圖 （ c） 所示。這種接法使 T2的射極電位升高，從而增大了第一級三極管的 UCE值和信號的動態(tài)范圍。在 圖 （ a） 中，為了滿足三極管 T1的電壓偏置和合適的工作點，UBE≈， VC1＞ 1V， T2將進入飽和區(qū)；同樣，滿足了 T2的偏置和工作點， T1也不能正常工作，要使得前后兩級都能正常放大，就必須考慮它們工作點的相互影響，要有特殊偏置電路。 多級放大電路 90 圖 變壓器耦合方式 多級放大電路 91 直接耦合方式 直接耦合就是把前級放大器的輸出端直接（或經(jīng)過電阻）接到下一級放大電路的輸入端，如 圖 （ a）所示。如在功率放大器中，為了得到最大的功率輸出，要求放大器的輸出阻抗等于最佳負載阻抗，即所謂阻抗匹配。 變壓器也能起到隔直流的作用。 級間耦合方式 多級放大電路 88 圖 阻容耦合方式 多級放大電路 89 變壓器耦合方式 圖 。這是阻容耦合方式的優(yōu)點。兩級之間用電容C2連接。常用的耦合方式有阻容耦合、變壓器耦合、直接耦合等。圖 。 orio uu ? iu ouSR?beorr ?ir or 基本放大電路 86 單級放大器的放大倍數(shù)一般為幾十倍左右，而實際的輸入信號往往很微弱（毫伏級或微伏級）。由于它的輸入電阻小，具有較強的帶負載能力，且具有較大的電流放大能力，故常用作多級放大電路的輸出級（功放電路）。 若不計信號源內(nèi)阻 ，則有： () 上式表明，射極輸出器的輸出電阻是很小的，通常為幾歐至幾十歐。 ? beL rR ??? 39。39。 射極輸出器雖然沒有電壓放大作用，但由于 ，所以仍具有電