15.7-9

null15.7.1 静态15.7.1 静态分析15.7 差分放大电路 抑制零点漂移最有效的电路结构是直接耦合差分放大电路。许多直接耦合放大电路的第一级都采用差分放大电路。 由于电路的对称结构，两只晶体管具有相同的静态工作点，而由温度变化所引起的参数的变化也具有对称性。null 零点漂移的抑制在静态时，ui1=ui2=0，相当于输入端短接，考虑对称性，有当温度升高时，集电极的电流都要升高；电位都要下降，在完全对称时，它们的变化量也都相同，即IC1=IC2uo= VC1-VC2 =0、VC1=VC2IC1=  IC2uo= VC1- VC2 =0可见对称差分放大电路完全抑制了零点漂移，并且对所有同向漂移都具有抑制作用。VC1= VC2及及、null15.7.2 动态分析非静态时，差分放大电路的信号输入有不同方式1. 共模输入两个输入信号的大小相等，极性相同。若电路完全对称，对共模信号的输出电压等于零，即共模放大倍数为零。差分放大电路抑制共模信号的能力大小是零点漂移抑制能力的标志。ui1 = ui2　null2. 差模输入两个输入信号的大小相等，极性相反。设ui1>0，ui2<0，则IC1>0，IC2<0；因而VC1<0， VC2>0。进而输出电压uo= VC1- VC2 为两管各自输出电压变化量的2倍。ui1 = -ui2　null两个信号的比较输入是最常见的信号，即 ui1 ui2 。3. 比较输入两个输入信号电压既非共模，又非差模。为此，设两个信号的分别由共模信号和差模信号构成，即 ui1 = uic + uid 及ui2 = uic – uid，则共模信号 uic = (ui1 + ui2 )/2 及差模信号uid =(ui1 –ui2 )/2所以，对比较输入信号的放大作用可分解为对共模信号分量和差模信号分量的处理。例如， ui1=10mV, ui2 =6mV。可分解成共模信号为uic = 8mV，及差模信号uid =2mV。null典型差分放大电路 前面指出差分放大电路是靠对称性来抑制零点漂移的，但实际上的对称性是不存在的。因而零点漂移并不能完全被抑制，为此采用下面的典型电路： RE（共模反馈电阻，不影响差模信号的放大效果）的主要作用是稳定静态工作点，当温度升高时TIC1IC2IEUBE1UBE2IC1IB1IC2IB2null双端输入——双端输出(1) 静态分析 null(2) 动态分析 null(2) 动态分析 null(2) 动态分析 输出端空载时：输出端接负载时：两输入端之间的差模输入电阻：两集电极之间的差模输出电阻：null 对差分放大电路来说，希望有较大的差模放大倍数及很小的共模放大倍数。这明零点漂移将被抑制得更好，抗干扰能力强。为衡量放大差模信号和抑制共模信号的能力，引入共模抑制比 KCMRR来表示这种能力。或用对数形式表示：理想情况下，Ac=0 则 KCMRR→，而实际电路不可能完全对称，其共模抑制比也不能趋于无穷大。15.7.3 共模抑制比15.8 互补对称功率放大电路15.8 互补对称功率放大电路15.8.1 对功率放大电路的基本要求 功率放大电路的作用：是放大电路的输出级，去推动负载工作。例如使扬声器发声、继电器动作、仪表指针偏转、电动机旋转等。(1) 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。null放大电路有三种工作状态：甲类工作状态、乙类工作状态、甲乙类工作状态。Q甲类工作状态的效率很低，最高为50%。提高效率的途径有两条： 一是增大放大电路的动态工作范围来增加输出功率； 二是减小电源供给的功率。甲类工作状态：静态工作点Q大致设在交流负载线的中点。在甲类工作状态，不论有无输入信号，电源供给的功率PE=UCCIC总是不变的。iCuCE0 为减小电源供给的功率，在 UCC 不变的条件下使 IC 减小，即将静态工作点Q沿负载线下移。若静态工作点下移到 IC=0 处，则称为乙类工作状态；QQ 静态工作点介于甲类工作状态与乙类工作状态之间称为甲乙类工作状态。 iCuCEuCEiC0015.8.2 互补对称放大电路15.8.2 互补对称放大电路 互补对称电路是集成功率放大电路输出级的基本形式。当它通过容量较大的电容与负载耦合时，由于省去了变压器而被称为无输出变压器(Output Transformerless)电路，简称OTL电路。若互补对称电路直接与负载相连，输出电容也省去，就成为无输出电容(Output Capacitorless)电路，简称OCL电路。 OTL电路采用单电源供电， OCL电路采用双电源供电。null交流通路互补对称放大电路电路特点：在输出信号的一个周期内，两只特性相同的管子交替导通，它们互相补足，故称为互补对称放大电路。 由图可见，互补对称放大电路实际上是由两组射极输出器组成的。所以，它还具有输入电阻高、输出电阻低的特点。1. OTL互补对称放大电路缺点：①产生交越失真 ②T1 NPN，T2 PNP很难对称null 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基极电位进一步降低，进入良好的导通状态。 静态时T1、T2 两管发射结电压分别为二极管D1、D2的正向导通压降，致使两管均处于微弱导通状态。克服交越失真的电路解决T1、T2不对称的方法是采用复合管(达林顿管)解决T1、T2不对称的方法是采用复合管(达林顿管)复合管 ic=ic1+ic2= 1ib1+ 2ib2= 1ib1+ 2ie1 = 1ib1+ 2(1+ 1) ib1= (1+ 2 + 12 ) ib1 12 ib1  12null2. 无输出电容（OCL）的互补对称放大电路OTL功放的CL影响低频特性且无法集成，因而将其去掉，并改用双电源，即为OCL电路。在理想情况下，OCL功放电路的效率也是78.5%。为避免交越失真，使电路工作在甲乙类状态。并且选择对称结构使两管的发射极电位VA=0。静态时负载RL中无电流通过。null15.9 场效晶体管及其放大电路普通晶体管是电流控制元件，通过控制基极电流而改变集电极电流。由于信号源必须提供一定的电流才能工作，因此它的输入电阻较低，仅有102-104。 场效晶体管 （按结构分）结型场效晶体管绝缘栅场效晶体管优点：温度稳定性好，噪音小，制造简单，便 于集成等。按工作状态可分为：增强型和耗尽型, 每类又有N沟道和P沟道之分。场效晶体管则是电压控制元件，它的输出电流取决于输入端电压的大小，基本上不需要信号源提供电流，所以它的输入电阻很高，可高达109 - 1014。缺点：易损坏。15.9.1 绝缘栅场效晶体管15.9.1 绝缘栅场效晶体管漏极D 栅极和其它电极及硅片之间是绝缘的，称绝缘栅型场效晶体管。(1) N沟道增强型管的结构栅极G源极S1. 增强型绝缘栅场效晶体管 由于栅极是绝缘的，栅极电流几乎为零，输入电阻很高，最高可达1014 。符号： 由于栅极是绝缘的，栅极电流几乎为零，输入电阻很高，最高可达1014 。 由于金属栅极和半导体之间的绝缘层目前常用二氧化硅，故又称金属-氧化物-半导体场效晶体管，简称MOS场效晶体管。null(2) N沟道增强型管的工作原理 由结构图可见，N+型漏区和N+型源区之间被P型衬底隔开，漏极和源极之间是两个背靠背的PN结。 当栅源电压UGS = 0 时，不管漏极和源极之间所加电压的极性如何，其中总有一个PN结是反向偏置的，反向电阻很高，漏极电流近似为零。nullEGP型硅衬底N+N+GSD+–UGSED+– 当UGS > 0 时，P型衬底中的电子受到电场力的吸引到达表层，填补空穴形成负离子的耗尽层。N型导电沟道 在漏极电源的作用下将产生漏极电流ID，管子导通。当UGS >UGS(th)时，将出现N型导电沟道(反型层)，将D-S连接起来。UGS愈高，导电沟道愈宽。nullN型导电沟道 在一定的UDS下漏极电流ID的大小与栅源电压UGS有关。所以，场效晶体管是一种电压控制电流的器件。 在一定的漏–源电压UDS下，使管子由不导通变为导通的临界栅源电压称为开启电压UGS(th）。null(3) 特性曲线有导电沟道转移特性曲线无导电 沟道开启电压UGS(th）UDSUGS/ 漏极特性曲线恒流区可变电阻区截止区null符号：结构(4) P沟道增强型绝缘栅场效晶体管 SiO2绝缘层加电压才形成 P型导电沟道 增强型场效晶体管只有当UGS  UGS(th）时才形成导电沟道。2. 耗尽型绝缘栅场效晶体管2. 耗尽型绝缘栅场效晶体管符号： 如果MOS管在制造时导电沟道就已形成，称为耗尽型场效晶体管。(1 ) N沟道耗尽型管SiO2绝缘层中 掺有正离子预埋了N型 导电沟道null 由于耗尽型场效晶体管预埋了导电沟道，所以在UGS= 0时，若漏–源之间加上一定的电压UDS，也会有漏极电流 ID 产生。 当UGS > 0时，使导电沟道变宽， ID 增大； 当UGS < 0时，使导电沟道变窄， ID 减小； UGS负值愈高，沟道愈窄， ID就愈小。 当UGS达到一定负值时，N型导电沟道消失，ID= 0，称为场效晶体管处于夹断状态（即截止）。这时的UGS称为夹断电压，用UGS(off）表示。 这时的漏极电流用 IDSS表示，称为短路漏源电流。null(2) 耗尽型N沟道MOS管的特性曲线夹断电压 UGS(off)IDSS转移特性方程：null(3) P 沟道耗尽型管预埋了P型 导电沟道SiO2绝缘层中 掺有负离子耗尽型耗尽型G、S之间加一定电 压才形成导电沟道在制造时就具有 原始导电沟道3. 场效晶体管的主要参数3. 场效晶体管的主要参数(1) 开启电压 UGS(th)：是增强型MOS管的参数 (2) 夹断电压 UGS(off)： (3) 短路漏源电流 IDSS：(4)共源小信号低频跨导 gm：表示栅源电压对漏极电流的控制能力。极限参数：漏极最大耗散功率PDM漏源击穿电压UDS(BR)栅源击穿电压UGS(BR)null场效晶体管使用注意事项使用绝缘栅场效晶体管时，要注意选择适当的参数，不要超极限使用。 特别要注意：在保存及安装时，应使三个电极保持短路；焊接烙铁须接地良好。否则，感应电荷所产生的静电场能使绝缘栅击穿。null场效晶体管和双极型晶体管的比较15.9.2 场效晶体管放大电路15.9.2 场效晶体管放大电路 场效晶体管具有输入电阻高、噪声低等优点，常用于多级放大电路的输入级以及要求噪声低的放大电路。 场效晶体管的共源极放大电路和源极输出器与双极型晶体管的共发射极放大电路和射极输出器在结构上也相类似。 场效晶体管放大电路的分析与双极型晶体管放大电路一样，包括静态分析和动态分析。 null1. 自给偏压偏置电路静态值： 栅源电压UGS是由场效晶体管自身的电流提供的，故称自给偏压。 增强型MOS管因UGS=0时， ID 0，故不能采用自给偏压式电路。（N沟道耗尽型场效晶体管）（1）静态值：UGS、ID、UDS（1）静态值：UGS、ID、UDS 画直流通路直流通路null已知IDSS、UGS(off) 解得UGS、ID，从而求出UDS 直流通路如果UGS给定，则很容易求出ID，从而求出UDS。（2）Au、ri、ro（2）Au、ri、ro画交流通路及微变等效电路交流通路null微变等效电路交流通路2. 分压式偏置电路2. 分压式偏置电路（共源极放大电路）（1）静态计算（1）静态计算（2）交流指标Au、ri、ro（2）交流指标Au、ri、ro（2）交流指标Au、ri、ro（2）交流指标Au、ri、ro RG是为了提 高输入电阻ri 而设置的。无旁路电容的放大电路无旁路电容的放大电路null无旁路电容的放大电路3. 源极输出器3. 源极输出器（1）静态值UGS、ID、UDS（2）Au、ri、ro（2）Au、ri、ro源极输出器和晶体管放大电路的射极输出器具有相似的特点： 即放大倍数小于但近于1、 输入电阻高和输出电阻低。null求：静态值、电压放大倍数载电阻RL=10k。所用场效晶体管为N沟道耗尽型，IDSS = 0.9mA，UGS(off)= – 4V，gm= 1.5mA/V。例已知UDD =20V，RD=10k，RS=10k，RG1= 200k，RG2=51k，RG=1M ，输出端接有负解由直流通路得，及null载电阻RL=10k。所用场效晶体管为N沟道耗尽型，IDSS=0.9mA，UGS(off)= – 4V，gm=1.5mA/V。例已知UDD =20V，RD=10k，RS=10k，RG1= 200k，RG2=51k，RG=1M ，输出端接有负解之得输入电阻：输入电阻：输出电阻：输出电压：电压放大倍数：式中