《電工技術下冊(第七版)第二章B.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《電工技術下冊(第七版)第二章B.ppt（87頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。
1、1,2.10 互補對稱功率放大電路,2.11 場效應管及其放大電路,2.8 放大電路中的頻率特性,2.9 差分放大電路,2,2.8 放大電路的頻率特性,3,2.8 放大電路的頻率特性,由于放大電路中一般都有電容元件，如耦合電容、發(fā)射極旁路電容及晶體管級間電容等，它們的容抗隨頻率變化，故當信號頻率不同時，放大電路的輸出電壓相對于輸入電壓的幅值和相位都將發(fā)生變化，會產生幅度和相位失真，通稱為頻率失真，因此我們要研究放大電路的頻率特性。,頻率特性,,幅頻特性：電壓放大倍數的模|Au|與頻率 f的關系,相頻特性：輸出電壓相對于輸入電壓的 相位移 與頻率 f 的關系,在實際應用中，放大電路的輸
2、入信號一般不是單一頻率的，比如電視圖像、伴音信號等都含有各種頻率的諧波分量。,4,一、簡單 RC 電路的頻率特性,RC 低通電路,RC 高通電路,5,,通頻帶,,,f,|Au |,fL,fH,,| Auo |,幅頻特性,下限截止頻率,上限截止頻率,耦合、旁路電容造成。,三極管結電容、 造成,O,通頻帶的寬度稱為帶寬，它也是放大電路的重要性能指標，為了減小頻率失真，希望通頻帶寬些好。,共發(fā)射極單級放大電路的頻率特性,6,在工業(yè)電子技術中，最常用的就是低頻電路，其頻率范圍約為2010000Hz，為了定性的分析放大電路的頻率特性，將低頻段范圍又分為低、中、高三個頻段。 下面分別分析高、中、低三個
3、頻段的頻率特性：,7,在中頻段,所以，在中頻段可認為電容不影響交流信號的傳送，放大電路的放大倍數與信號頻率無關。,考慮PN結的電容效應，把輸入端的等效為Ci，把輸出端等效CO，可認為它們的等效電容與負載并聯(lián)。由于Ci、CO的電容量很小，它對中頻段信號的容抗很大，可視作開路。,由于耦合電容C1、C2和發(fā)射極旁路電容CE的容量較大，故對中頻段信號的容抗很小，可視作短路。,(前面所討論的放大電路，都工作在中頻段),Ci,Co,8,由于信號的頻率較低，耦合電容和發(fā)射極旁路電容的容抗較大，其分壓作用不能忽略。以至實際送到三極管輸入端的電壓 比輸入信號 要小，故放大倍數降低，并使 產生相位移在中頻段
4、的基礎上超前。,在低頻段：,所以，在低頻段放大倍數降低和相位移越前的主要原因是耦合電容和發(fā)射極旁路電容的影響。,Ci、CO的容抗比中頻段還大，仍可視作開路。,9,,通頻帶,,,f,|Au |,fL,fH,,| Auo |,幅頻特性,下限截止頻率,上限截止頻率,耦合、旁路電容造成。,三極管結電容、 造成,O,共發(fā)射極放大電路的頻率特性,10,由于信號的頻率較高，耦合電容和發(fā)射極旁路電容的容抗比中頻段還小，仍可視作短路。,在高頻段：,Ci、CO的容抗將減小，它與負載并聯(lián)，其分流作用不可忽略。在輸入端Ci會使Ib減小，從而使Ic和輸出電壓Uo減?。辉谳敵龆?，Co使輸出端等效負載阻抗減小，也會使輸出電
5、壓Uo減?。煌瑯釉诟哳l時三極管的電流放大系數 也隨頻率的升高而下降；所以電壓放大倍數降低，并使 產生滯后于中頻段的相位移。,11,,通頻帶,,,f,|Au |,fL,fH,,| Auo |,幅頻特性,下限截止頻率,上限截止頻率,耦合、旁路電容造成。,三極管結電容、 造成,O,所以，在高頻段放大倍數降低和相位移滯后的主要原因是三極管電流放大系數 、極間電容的影響。,12,多級放大電路的頻率響應：,由于多級電路的放大倍數是單級放大電路放大倍數的乘積，即總幅頻特性也是單級的乘積。 與單級幅頻特性相比，在總的幅頻特性上，對應的上限頻率fH降低了，下限頻率fL升高了，所以總的通頻帶變窄了。 所以，多級
6、放大電路的放大倍數雖然提高了，但是以犧牲通頻帶作為代價。,13,2.9 差分放大電路,2. 9. 1 差分放大電路的工作原理 2. 9. 2 典型差分放大電路 2. 9. 3 差放對差模信號的放大 2. 9. 4 共模抑制比,,14,2.9 差分放大電路,在直接耦合的多級放大電路中，存在著零點漂移的問題，以第一極的漂移最嚴重，而差分放大電路是抑制零點漂移最有效的電路結構，質量較高的多級直接耦合的第一極多采用這種電路。,15,2.9 差分放大電路,2. 9. 1 差分放大電路的工作原理,差分放大電路是抑制零點漂移最有效的電路結構。,差動放大原理電路,信號從兩個基極輸入，從兩個集電極輸出。,兩管靜
7、態(tài)工作點Q相同,特點： a.兩個輸入端， 兩個輸出端； b.兩只完全相同的管子； c.元件參數對稱；,16,1. 零點漂移的抑制（靜態(tài)）,uo= VC1 VC2 = 0,uo= (VC1 + VC1 ) (VC2 + VC2 ) = 0,靜態(tài)時，ui1 = ui2 = 0,當溫度升高時ICVC （兩管變化量相等）,,優(yōu)點：零點漂移被完全抑制。對稱差分放大電路對兩管所產生的同向漂移都有抑制作用。,17,2. 有信號輸入時的工作情況（動態(tài)）,兩管集電極電位呈等量同向變化，所以輸出電壓為零，即對共模信號沒有放大能力。,(1) 共模輸入 ui1 = ui2大小相等、相位相同,差分電路抑制共模信號能力
8、的大小，反映了它對零點漂移的抑制水平。,共模信號 需要抑制,18,2. 有信號輸入時的工作情況,,兩管集電極電位一減一增，呈等量異向變化，,(2) 差模輸入 ui1 = ui2大小相等、極性相反,uo= VC1 VC2 =2 VC1,即對差模信號有放大能力，由于差模信號又稱差分信號，所以這種電路稱為差分（差動）放大電路。,差模信號 是有用信號,19,(3) 比較輸入,,既不是共模，也不是差模。ui1 、ui2 大小和極性任意的信號，稱為比較信號。,例1: ui1 = 10 mV, ui2 = 6 mV,ui2 = 8 mV 2 mV,例2: ui1 =20 mV, ui2 = 16 mV,可
9、分解成: ui1 = 18 mV + 2 mV,ui2 = 18 mV 2 mV,,,,,可分解成: ui1 = 8 mV + 2 mV,共模信號,差模信號,放大器只放大 差模信號， 抑制共模信號,這種輸入常作為比較放大來應用，在自動控制系統(tǒng)中是常見的。,把比較信號分解為差模信號和共模信號。,20,若電路完全對稱，理想情況下共模放大倍數 Ac = 0 輸出電壓 uo = Ad （ui1 ui2 ） = Ad uid,由于電路不可能完全對稱，則 Ac 0， 實際輸出電壓 uo = Ac uic + Ad uid 即共模信號對輸出有影響 。,實際上，上面的差分放大電路能抑制零點漂移，是由于電路的對
10、稱性。,21,實際上兩部分電路不會完全對稱，就不可能完全抑制零漂。另外，如果從一管輸出，則與單管放大電路一樣，對零漂毫無抑制能力，而這種“單端輸出”方式的形式又是經常采用的。,所以，不能單靠提高電路的對稱性來抑制零點漂移，還需通過減少兩個單管放大電路本身的零漂來抑制整個差放的零漂。 而抑制零點漂移就是減小ICQ的變化，穩(wěn)定靜態(tài)工作點，也是減小ICQ的變化，即抑制零點漂移和穩(wěn)定靜態(tài)工作點是一回事。 因此可以借鑒工作點穩(wěn)定電路中采用過的方法，在管子的射極上接一電阻。這樣，基本的差動放大電路就改進為另外一種電路。,22,2. 9. 2 典型差分放大電路,RE的作用：RE稱為共模抑制電阻，它基本上
11、不影響差模的放大。穩(wěn)定靜態(tài)工作點，限制每個管子的漂移。它越大，抑制共模的作用越顯著，但會使Ic過小，影響Q和電壓放大倍數。,UEE：用于補償RE上 的直流壓降，以獲得合適的工作點。,Rp稱為調零電位器，保證輸入電壓為零時，輸出電壓也為零，較小。,雙電源長尾式差放,特點： 加入射極電阻RE ； 采用正負雙電源供電，加入負電源- UEE ，,23,射極電阻RE的作用：,T C,（1）直流負反饋，穩(wěn)定單管的靜態(tài)工作點,無輸入信號時（靜態(tài)）,,,24,射極電阻RE的作用：,（2）RE對共模信號有抑制作用（原因：輸入共模信號時，抑制過程與上述類似） （3）RE對差模信號不影響，相當于開路,ui1 =-
12、ui2 ，設ui1 ,ui2 ib1 ,ib2 ie1 ,ie2 ie1 = - ie2 IE不變,RE能區(qū)別對待共模信號和差模信號，,25,圖 320無調零電位器的差放電路,2. 9. 3 差放對差模信號的放大,ui1 = ui2,1. 靜態(tài)分析 當輸入信號為零時，畫出放大電路的直流通路，由基極回路可得直流電壓方程式為,,因為RP很小，可以忽略掉。,26,27,差模輸入時的交流通路,2、動態(tài)分析,RE對差模信號不起作用，可以去掉。,28,,單管差模交流通路,RE對差模信號不起作用，省略去。,單管放大倍數：,同理可得：,雙端輸出電壓為：,雙端輸入雙端輸出差分電路的差模電壓放大倍數為：,
13、差放的與單管的電壓放大倍數相同，所以，接成差放電路是為了抑制零點漂移。,29,兩輸入端之間的差模輸入電阻為：,兩集電極之間的差模輸出電阻為：,當在兩管的集電極之間接入負載RL時： 因為當輸入差模信號時，一個管子的集電極電位降低，另一管增高，這樣在RL的中點就相當于交流接“地”，所以每管各帶一半負載電阻。這時，差放電壓放大倍數變?yōu)椋?30,3、差分放大電路的輸入輸出方式,差動放大電路有兩個輸入端和兩個輸出端, 所以在信號源與兩個輸入端的連接方式及負載從輸出端取出電壓的方式上可以根據需要靈活選擇。 1 雙端輸入、 單端輸出 輸出信號只從一管的集電極對地輸出, 這種輸出方式叫單端輸出
14、。此時由于只取出一管的集電極電壓變化量, 只有雙端輸出電壓的一半, 因而差模電壓放大倍數也只有雙端輸出時的一半。,31,雙端輸入、 單端輸出差放電路,32,信號也可以從V2的集電極輸出, 此時式中無負號, 表示同相輸出。,如果信號從V1的集電極輸出, 此時式中有負號, 表示反相輸出。,單端輸出差放的電壓放大倍數只有雙端輸出差放的一半。,33,單端輸入、 雙端輸出 差動放大電路,2 單端輸入、 雙端輸出 將差放電路的另一個輸入端接地, 信號只從一個輸入端輸入, 這種連接方式稱為單端輸入 。,3單端輸入、 單端輸出 由于單端輸入與雙端輸入情況相同, 因而單端輸入、單端輸出電路計算與雙端輸入、
15、 單端輸出電路計算相同。,34,對差放來說，差模信號是需要放大的有用信號，希望它有較大的放大倍數；而共模信號是需要抑制的無用信號，放大倍數越小越好，它越小，零點漂移就越小，即抗共模干擾能力越強，當用作比較放大時，就越能準確、靈敏的反映出信號的偏差值。 為了全面衡量差放放大差模信號和抑制共模信號的能力，引入了共模抑制比作為評價指標。定義為：,2. 9. 4 共模抑制比（Common Mode Rejection Ratio),35,差模放大倍數,共模放大倍數,KCMRR越大，說明差放分辨 差模信號的能力越強，受共模 信號的影響越小。,共模抑制比,理想情況：對于雙端輸出差分放大電路，如果電路完
16、全 對稱，則AC=0，則KCMRR就趨向于無窮大。 實際情況：電路完全對稱并不存在，所以則KCMRR也不可能 趨向于無窮大。,36,總結,提高雙端輸出差放的共模抑制比的方法： 1、使電路參數盡可能對稱； 2、盡可能加大共模抑制電阻RE。 對于單端輸出的差放： 主要是盡可能加大共模抑制電阻RE。,37,2.10 功率放大電路,2.10.1 功率放大電路的功能和特點,2.10.2 互補對稱放大電路,2.10.3 實際功放電路,2.10.4 集成功率放大器,38,例： 擴音系統(tǒng),2.10.1 功率放大電路的功能和特點,功率放大電路的作用：作為放大電路的末級（末前級）。 輸出足夠大的
17、功率，去推動負載（換能器）工作。例如使揚聲器發(fā)聲、繼電器動作、儀表指針偏轉、電動機旋轉等。,,,,前置放大電路,功率放大電路,信號源,39,,,,前置放大電路：工作于小信號狀態(tài)，主要用于增強信號 的幅度，即輸出足夠大的電壓或電流；,1 、由于信號大，工作點的動態(tài)范圍大，引起非線性失真大 2、輸出功率足夠大，常在極限狀態(tài)下工作；,3 、效率要高； 4、小信號模型不適用，需采用圖解法分析,功放的特點：,功率放大電路：工作在大信號狀態(tài)，作用是輸出足夠大 的功率，驅動負載工作。,兩種放大電路的比較：,40,對功率放大電路的基本要求：,(1) 在不失真的情況下能輸出盡可能大的
18、功率。,(2) 由于功率較大，就要求提高效率。,,,,效率、失真和輸出功率相互影響，首先討論高效率的問題。,根據Q在特性曲線上的位置把放大電路分為三種工作狀態(tài)：,41,1、甲類工作狀態(tài),優(yōu)點：是在輸入信號的整個周期內，三極管都處于導通狀態(tài), 輸出信號失真較小。 缺點：三極管有較大的靜態(tài)電流ICQ , 管耗PT大。無信號輸入時，電源提供的功率全部被管子和電阻消耗；有信號輸入時，一部分能量轉換輸出功率，但轉換效率低，最高只能達50%。 在甲類狀態(tài)，電源提供的功率總是PE=UCCICQ,（前面討論的電壓放大器都工作在這種狀態(tài)）,,要想提高效率，一是增加PO；二是減小損耗PT，必須在保證P0的同時，即
19、減小ICQ，使Q點下移。,工作點Q設置在交流負載線的中點。,42,2、乙類工作狀態(tài),優(yōu)點：這時,由于三極管的靜態(tài)電流ICQ 0，靜態(tài)管耗最小， 所以能量轉換效率高。 缺點：只能對半個周期的輸入信號進行放大, 非線性 失真大。,乙類放大器的工作點Q設置在截止區(qū)。,43,,3、甲乙類工作狀態(tài),即三極管處于微導通狀態(tài)，導通的時間大于半個周期，此時，ICQ較小，功耗較小。 優(yōu)點：失真比乙類放大電路的要小, 且能量轉換效率也 較高, 目前使用較多。,在乙類和甲乙類下工作時，雖提高了效率，但產生失真。 為了保證效率，同時減小波形失真，改變電路結構，采用互補對稱功率放大電路，可以解決效率和
20、失真的矛盾。,在乙類和甲乙類下工作時，電源提供的功率為PE=UCCIC(AV)，IC(AV)為ic的平均值。,工作點設在放大區(qū)但接近截止區(qū)。,44,2.10.2 互補對稱放大電路,互補對稱電路是集成功率放大電路輸出級的基本形式。主要有兩種形式的電路： 1、OTL電路：由于與負載連接時，省去了變壓器，通過容量較大的電容與負載耦合，稱為無輸出變壓器(Output Transformerless)電路，簡稱OTL電路。 2、OCL電路：互補對稱電路直接與負載相連，輸出電容也省去，就成為無輸出電容(Output Capacitorless)電路，簡稱OCL電路。 OTL電路采用單電源供電， OCL
21、電路采用雙電源供電。,45,增加對稱的負電源-USC ，使靜態(tài)時的A點電位為0,OTL電路,OCL電路,46,1. OTL電路,(1) 特點,T1、T2的特性一致； 一個NPN型、一個PNP型 兩管均接成射極輸出器； 輸出端有大電容； 單電源供電。,(2) 靜態(tài)時(ui= 0),, IC1 0， IC2 0,OTL原理電路,Q1、Q2處在截止區(qū)，電路工作在乙類狀態(tài)。,47,(3) 動態(tài)時,T1導通、T2截止； T1以射極輸出器的形式將正半周信號輸出給負載，同時對電容C充電；,,T2導通、T1截止； 電容C通過T2、RL放電，T2以射極輸出器的形式將負半周信號輸出給負載，電容C在這時起到負電源的
22、作用。,為了使輸出波形對稱，必須保持電容C上的電壓基本維持不變，因此C的容量必須足夠大。,ic,輸入交流信號ui的正半周,輸入交流信號ui的負半周,48,(4) 交越失真,,當輸入信號ui為正弦波時， 輸出信號在過零前后出現(xiàn)的 失真稱為交越失真。,交越失真產生的原因 由于晶體管輸入特性存在死區(qū)， ui < 死區(qū)電壓時，電流接近于0。,必須外加偏置電壓，以產生不大的偏流，使靜態(tài)工作點稍高于截止點，避開輸入特性的死區(qū)，使其工作于甲乙類狀態(tài)。,克服交越失真的措施,49,R1,,,,RL,,,,,uI,,,,,,,,,,T1,T2,+UCC,,,,,,,C,A,uo,+,,,+,-,,,+,-,,,,
23、,,R2,D1,D2,靜態(tài)時T1、T2 兩管發(fā)射結電壓分別為二極管D1、D2的正向導通壓降，致使兩管均處于微弱導通狀態(tài)，消除交越失真。,(5) 克服交越失真的電路,,50,2. OCL電路,靜態(tài)時：,由于電路對稱，兩管的電流相等，負載中沒電流通過，VA=0。,動態(tài)時：,ui 0V，V1導通，V2截止，有正向電流流過負載； ui < 0，V2導通，V1截止，有反向電流流過負載。,雙電源供電、輸出無電容器。 優(yōu)點：不影響低頻信號傳輸，便于集成化。,,(1) 每管導通時間為半個周期 ； (2) 克服了交越失真。,因為靜態(tài)時，有偏置路提供偏流，Q點不在截止區(qū)，所以電路工作于甲乙類狀態(tài)。,51,電路中增
24、加復合管,復合管是由兩個或兩個以上三極管按一定的方式連接而成的，復合管又稱為達林頓管。,互補對稱放大電路要求有一對特性相同的功率管，當輸出功率較小時，可以選配，但在輸出功率較大時，功率管就難以選配。所以需要選用復合管。,增加復合管的目的：擴大電流。,52, 1 2,晶體管的類型由復合管中的第一支管子決定。,復合NPN型,復合PNP型,53,2.10.3 實際功放電路,這里介紹一個實用的OCL準互補功放電路。其中主要環(huán)節(jié)有 ：,(1) 恒流源式差動放大輸入級（T1、T2、T3）； (2) 偏置電路，克服就交越失真（R1、D1、D2）； (3) OCL準互補功放輸出級（T7、T8、T9、 T10）
25、； (4) 負反饋電路（Rf、C1、Rb2構成交流電壓串聯(lián)負反饋）； (5) 共射放大級（T4）； (6) UBE倍增電路（T6、R2、R3）； (7) 調整輸出級工作點元件(Re7、Rc8、Re9、Re10).,54,,,,,,,差動放大級,反饋級,偏置電路,共射放大級,UBE 倍增 電路,準互補功放級,保險管,負載,實用的OCL準互補功放電路：,55,2.10.4 集成功率放大器,特點：工作可靠、使用方便。只需在器件外部適當連線，即可向負載提供一定的功率。,,輸入級是差分放大電路，來抑制電路的零點漂移； 中間級是共射級放大電路，用來放大電壓； 輸出級是OTL互補對稱功率放大電路，單電源供電
26、，用 來放大功率，驅動負載。,集成功放LM386的結構和應用：,56,調節(jié)音量,電源濾波電容,外接旁路電容,消除自激振蕩,輸入信號,輸出耦合大電容,4,57,2.11 場效應管及其放大電路,2.11.1 絕緣柵場效應管,2.11.2 場效應管放大電路,58,2.11 場效應管及其放大電路,場效應晶體管是利用電場效應來控制電流的一種新型半導體器件，即是電壓控制元件。它的輸入電壓決定輸出電流的大小，基本上不需要信號源提供電流，它的輸入電阻高，可達1091014。,雙極性晶體管是電流控制元件，通過控制基極電流達到控制集電極電流或射極電流的目的，即信號源必須提供一定的電流才能工作，它的輸入電阻較低，有
27、102104。,FET與BJT相比，具有輸入電阻大、耗電少、噪聲低、熱穩(wěn)定性好、抗輻射能力強等優(yōu)點；而且制造工藝簡單，體積小，適用于大規(guī)模集成電路；不僅用于放大，也可作為開關元件。,59,結型場效應管,按結構不同場效應管有兩種:,絕緣柵型場效應,本節(jié)僅介紹絕緣柵型場效應管,按工作狀態(tài)可分為：增強型和耗盡型兩類 每類又有N溝道和P溝道之分,,絕緣柵型場效應管,60,2.11.1 絕緣柵場效應管,漏極D,柵極和其它電極及硅片之間是絕緣的，稱絕緣柵型場效應管。,(1) N溝道增強型管的結構,柵極G,源極S,1. 增強型絕緣柵場效應管,濃度較低,,61,符號：,由于柵極與其他電極及硅片之間是絕緣的，柵
28、極電流IG幾乎為零，柵源電阻（輸入電阻）RGS很高，最高可達1014 。,由于金屬柵極和半導體之間的絕緣層目前常用二氧化硅，故又稱金屬-氧化物-半導體場效應管，簡稱MOS場效應管。,62,(2) N溝道增強型管的工作原理,由結構圖可見，N+型漏區(qū)和N+型源區(qū)之間被P型襯底隔開，漏極和源極之間是兩個背靠背的PN結。,當柵源電壓UGS = 0 時，不管漏極D和源極S之間所加電壓的極性如何，其中總有一個PN結是反向偏置的，反向電阻很高，漏極電流ID近似為零。,,在制造時,D、S之間沒有形成原始導電溝道，而是利用外加柵源電壓形成電場產生的，稱為增強型場效應管。,63,當UGS 0 時，因為SiO2很薄
29、，產生了垂直于襯低表面的強電場，P型襯底中的電子受到電場力的吸引到達表層，填補P型襯低中，因為擴散而失去空穴形成負離子的耗盡層；當UGS大于一定值時，還在表面形成了一個N型薄層，稱為反型層。 這就是溝通源區(qū)和漏區(qū)的N型導電溝道。,,N型導電溝道,(2) N溝道增強型管的工作原理,當UGS UGS（th）時，將出現(xiàn)N型導電溝道，將D-S連接起來。在漏極電源UDS的作用下將產生漏極電流ID，管子導通。UGS愈高，導電溝道愈寬,ID越大。,而0
30、,N型導電溝道,即當UGS UGS(th）后，導電溝道才形成，開始導通。 若此時，漏源之間加上一定的電壓UDS，則有漏極電流ID產生。此時，漏極電流ID的大小與柵源電壓UGS有關。 UGS愈高，導電溝道愈寬,ID越大。,,(2) N溝道增強型管的工作原理,所以，場效應管是利用電場效應改變導電溝道寬度來控制ID的，或者說是利用UGS來控制ID的，即它是一種電壓 控制電流的器件。,,65,(3) 特性曲線,有導電溝道,,轉移特性曲線,無導電 溝道,,開啟電壓UGS(th）,UDS,UGS/,輸出特性曲線,線性放大區(qū)（恒流區(qū)）,可變電阻區(qū),截止區(qū),柵源電壓UGS對漏極電流ID的控制特性,,UDS
31、(BR),擊穿區(qū),轉移特性曲線,輸出特性曲線,66,,符號：,結構,(4) P溝道增強型,SiO2絕緣層,加電壓才形成 P型導電溝道,P溝道增強型場效應管漏極和源極間、柵極和源極間應加反向電壓時，形成導電溝道。,67,2. 耗盡型絕緣柵場效應管,符號：,如果MOS管在制造時已經有一個原始導電溝道，稱為耗盡型場效應管。,(1 ) N溝道耗盡型管結構,,SiO2絕緣層中 摻有正離子,原始N型 導電溝道,雖然結構變化不大，但控制特性卻有明顯改善。,68,（2.）耗盡型絕緣柵場效應管工作原理,由于耗盡型場效應管預埋了導電溝道，所以在UGS= 0時，若漏源之間加上一定的電壓UDS，也會有漏極電流 ID
32、產生。,當UGS 0時，使導電溝道變寬， ID 增大； 當UGS < 0時，使導電溝道變窄， ID 減??； UGS負值愈高，溝道愈窄， ID就愈小。,當UGS達到一定負值時，N型導電溝道消失， ID= 0，稱為場效應管處于夾斷狀態(tài)（即截止）。這時的UGS稱為夾斷電壓，用UGS(off）表示。,這時的漏極電流用 IDSS表示，稱為飽和漏極電流。,69,(3) 耗盡型N溝道MOS管的特性曲線,夾斷電壓,耗盡型的MOS管UGS= 0時就有導電溝道，加反向電壓到一定值時才能夾斷。,UGS(off),IDSS,70,可見，耗盡型MOSFET不論UGS是正是負還是零，都能控制漏極電流ID，這個特點使其應用
33、具有更大的靈活性。 增強型和耗盡型MOSFET的主要區(qū)別是是否有原始導電溝道。所以要判別一個沒有型號的MOSFET的類型，就是要檢查它在UGS0時，在漏、源極間加電壓時，是否導通，來做出判別。,實驗表明，在UGS(OFF) UGS0范圍內，耗盡型場效應晶體管的轉移特性可近似用下式表示：,71,2. 耗盡型絕緣柵場效應管,(4) P 溝道耗盡型管,預埋了P型 導電溝道,SiO2絕緣層中 摻有負離子,72,耗盡型,,G、S之間加一定 電壓才形成導電溝道,在制造時就具有 原始導電溝道,總結：,73,3. 場效應管的主要參數,(1) 開啟電壓 UGS(th)：是增強型MOS管的參數，柵源電壓小于開啟電
34、壓, 場效應管不能導通。 (2) 夾斷電壓 UGS(off)： 當UGS=UGS(off) 時,漏極電流為零。 (3) 飽和漏電流 IDSS： 當UGS=0時所對應的漏極電流。,(4) 低頻跨導 gm：表示柵源電壓對漏極電流的控制 作用的大小，是衡量放大能力的參數。,(5)輸入電阻RGS ：很大。,74,(6)漏極最大允許耗散功耗PDM 最大漏極功耗是PD= UDS ID的最大值，與雙極 型三極管的PCM相當。 (7)柵源擊穿電壓UGS(BR) 是在增大UGS的過程中，絕緣層擊穿使IG迅速增 大的UGS值。,極限參數：耗散功率、擊穿電壓,使用場效應晶體管時，要注意： 1、因
35、為RGS很大，為了避免可能出現(xiàn)柵極感應電壓過高而造成絕緣層的擊穿問題，在保存時，應該將三個電極短接 2、焊接時，電烙鐵應斷電或具有良好的接地線。,75,場效應管與晶體管的比較,,類 型 NPN和PNP N溝道和P溝道,放大參數,,76,2.11.2 場效應管放大電路,,場效應晶體管具有輸入電阻高、噪聲低等優(yōu)點，常用于多級放大電路的輸入級以及要求噪聲低的放大電路，特別是對于高內阻信號源，采用場效應晶體管才能有效放大。,場效應管的源極S、漏極D、柵極G相當于雙極型晶體管的發(fā)射極E、集電極C、基極B。,場效應管的共源極放大電路和源極輸出器與雙極型晶體管的共發(fā)射極放大電路和射極輸出器在結構
36、上也相類似。,BJT是電流控制元件，依靠調整IB來獲得合適的靜態(tài)工作點；而FET是電壓控制元件，Q由UGS決定。,77,電路的組成原則及分析方法,(1).靜態(tài)：要求有合適的靜態(tài)工作點Q，使 場效應管工作在恒流區(qū)。,(2).動態(tài): 能為交流信號提供通路進行放大。,組成原則,分析方法,靜態(tài)分析即設置合適的Q,由于它是電壓控制元件，當UDD和RD選定后，Q是由UGS(偏壓)確定的。常用的偏置電路有以下兩種：,78,1.自給偏壓式偏置電路,2.11.2 場效應管放大電路,柵源電壓UGS是由場效應管自身的電流提供的，故稱自給偏壓。,UGS = RSIS = RSID,T為N溝道耗盡型場效應管
37、,由于N溝道增強型MOS管工作時，UGS為正，故不能采用自給偏壓式電路。,靜態(tài)時，柵極電流IG0，故IS=ID ;柵極電位VG=0.,結構：各個元器件的作用,79,靜態(tài)分析可以用估算法或圖解法( 略 ),估算法：,UGS = RSID,,將已知的UGS(off)、IDSS代入上兩式，解出UGS、ID;,由 UDS= UDD ID(RD+ RS) 解出UDS,列出靜態(tài)時的關系式,80,例：已知UDD =20V、RD=3k、 RS=1k、 RG=500k、UGS(off)= 4V、IDSS=8mA， 確定靜態(tài)工作點。,解：用估算法,UGS = 1 ID,,UDS= 20 2（ 3 + 1 ）= 1
38、2 V,列出關系式,解出 UGS1 = 2V、UGS2 = 8V、ID1=2mA、ID2=8mA,因UGS2
39、電阻,RG是為了提高 輸入電阻ri而設置 的，不影響放大 倍數；也不影響Q.,如果沒有RG ，則輸入電阻減小，為,84,場效應管微變等效電路,電壓放大倍數,負號表示輸出輸入反相,85,分壓式偏置電路,,G,如果上面的電路中去除旁路電容CS，這時，放大倍數是多少？,86,3.源極輸出器,交流通路,電壓放大倍數,特點與晶體管的射極輸出器一樣,87,場效應管放大電路小結,(1) 場效應管放大器輸入電阻很大。 (2)場效應管共源極放大器(漏極輸出)輸入輸出反相，電壓放大倍數大于1；輸出電阻=RD。 (3)場效應管源極跟隨器輸入輸出同相，電壓放大倍數小于1且約等于1；輸入電阻高；輸出電阻低。,由于具有很高的輸入電阻，MOSFET放大電路適合作為多級放大電路的輸入級，特別對于具有高內阻的信號源，只有采用FET才能有效地放大信號。,
電工技術下冊(第七版)第二章B.ppt
