登陆注册
36460000000023

第23章 基本放大电路(4)

由于互补对称功率放大电路,频率响应好、体积小、结构简单易于集成,因而被广泛应用于集成电路中。例如国产D2002型集成功率放大电路,其输出级为复合管互以对称电路,并具有推动级。这种集成功放电路只要很少的外接元件,电源电压可在8~18V的范围内选用,静态工作点无需调整,并具有电流容量大、失真小、噪声低等特点。图7-37所示是D2002型集成功放的外形,它只有5个引脚。使用时应紧固在散热片上。图7-38所示为用D2002型集成功放组成的低频功率放大电路,图中C1和C3分别为输入和输出耦合电容;电阻R1、R2和C3组成负反馈电路以提高放大电路工作的稳定性,并可改善其性能;R3、C4组成高通电路,用来改善高频时放大电路的特性,防止可能出现的高频自激。负载为4的扬声器,这种功率放大电路的不失真输出功率可达5W。

7-10场效应管及其放大电路

场效应管是一种新型半导体器件,它具有输入电阻大(可高达106~1012)、噪声低、热稳定性好和耗电少等优点,因此场效应管被广泛应用于各种电子线路中。场效应管按其结构不同,可分为结型和绝缘栅型两大类。由于后者制造工艺简单,目前又已大量集成化,应用于集成电路中。这里只以绝缘栅型场效应管为例,介绍其结构、性能和应用。

7-10-1绝缘栅场效应管

绝缘栅场效应管按其制造工艺可分为增强型和耗尽型两类,每类又有N型沟道和P型沟道之分。下面以N沟道为例,简述场效应管的工作原理。

1-增强型绝缘栅场效应管

1)N沟道增强型场效应管

图7-39是N沟道增强型绝缘栅场效应管的结构示意图和图形符号。它用一块杂质浓度很低的P型薄硅片做衬底,在硅片上扩散两个掺杂浓度很高的N型区。在两个N型区上,分别引出电极作为源极(S)和漏极(D)。又在两个N型区的间隙表面上用热氧化的方法,在硅表面生成一层二氧化硅的绝缘层,其上再覆盖一层金属铝,并引出电极作为栅极(G)。由于这种场效应管的栅极和其他两个电极是彼此绝缘的,故称为绝缘栅型场效应管。又由于它是由金属铝层,二氧化硅和半导体硅组成,所以又称为MOS场效应管。在制造场效应管时如果在二氧化硅中,掺入的正离子的数量较少,在UGS=0时,漏-源极间无沟道,即UGS0时才存在导电沟道的场效应管,称为增强型场效应管。

2)工作原理

当UGS=0时,漏-源极之间,并不存在导电沟道。因此,当UGS=0时,如果在漏-源极间加上一个正向电压UDS,如图7-39所示。由于漏极和衬底之间的PN结处于反向偏置,所以漏-源极之间不能导通,即ID=0。当UGS0时,栅极正电压所产生的电场,与二氧化硅绝缘层中正离子所产生的电场方向相同,从而加强了总的电场。因此,在二氧化硅绝缘层和P型衬底的界面层,感应出大量的负电荷。如果UGS较低,则感应出的少量负电荷将被P型衬底中的多数载流子——空穴复合。最后,源-漏极间仍无电流。当UGS继续增加到某一定数值时,由于电场的加强,将开始积累负电荷,如图7-40所示。且UGS越大积累的负电荷也越多。当积累足够多的负电荷时,将两个分离的高掺杂N+区沟通,就是在漏-源极间开始形成导电沟道,由于该导电沟道是由电子形成的,故称为N型导电沟道,此时有ID流过,如图7-41所示。这个使漏-源极间开始有电流ID的栅极电压,称栅-源开启电压,用UGS(th)表示。

3)转移特性和输出特性

图7-42和图7-43分别是增强型场效应管的转移特性和输出特性。从转移特性曲线可见,当UGSUGS(th)时,ID=0;当UGSUGS(th)时,随UGS的增加ID将迅速增加。从以上分析可知,在0UGSUGS(th)的范围内,漏-源极间导电沟道尚未沟通,ID=0,只有当UGSUGS(th)时,随栅极电压的变化,ID也随之变化。这就是说,增强型场效应管只有当UGSUGS(th)时,才起控制漏极电流ID的作用。不难看出,所谓转移特性,就是栅源电压UGS对漏极电流ID的控制特性,输出特性的恒流区是场效应管的放大工作区。

绝缘栅管的转移特性曲线

2-耗尽型绝缘栅场效应管

1)N沟道耗尽型场效应管

在制造场效应管时,可在二氧化硅的绝缘层中掺入大量的正离子。如果掺入的正离子浓度足够高,当它产生的正电场足够大时,就会在P型衬底的硅表面层排斥多数载流子——空穴,而感应出大量负电荷,此负电荷沟通了漏-源极,在漏-源极间形成了导电沟道,同样,由于该导电沟道是由电子形成的,故称为N型导电沟道,简称N沟道。这种当UGS=0时,漏-源极之间就存在固有导电沟道的,称为耗尽型场效应管,如图7-44为它的结构及图形符号。工作时,漏极和源极之间接有正向电压UDS,源极又常与衬底相连接并接地。

图7-44N沟道耗尽型绝缘栅场效应管2)工作原理当UGS=0时,漏极和源极之间已存在导电沟道,此时有很大的漏极电流ID,由电源正极流向漏极,称为原始导电沟道的饱和电流IDSS。

当UGS0时,由于绝缘层的存在,并不产生栅极电流IG,而在N型沟道内感应的负电荷增加,使ID随UGS的增加而增大。

当UGS0时,在N型沟道内,感应的负电荷减小,导电沟道缩小,ID减小。UGS越负,导电沟道越小,ID也就越小。当UGS达到某一定值时,N型沟道内载流子耗尽,即ID0。

此时栅-源极间电压,称为夹断电压UGS(off)。

可见,漏极电流ID的大小,是随栅源间的电压UGS大小而变化,也就是受控于UGS。实际上,UGS的微小变化,便会引起ID明显的变化,也就是说,场效应管是一种电压控制元件。

同时,耗尽型场效应管不论栅极电压UGS是正、负或是零,都能控制ID。这个特点使得它的应用具有更大的灵活性,通常,这类管子工作在UGS0的状态。

3)转移特性和输出特性

(1)转移特性。N沟道耗尽型管的转移特性如图7-45所示。它是指漏源电压UDS为常数时,栅压UGS和漏极电流之间的关系曲线。

由图可见,当UGS=0时,由于具有原始导电沟道,故漏源极已导通,流过漏极的电流为饱和漏极电流IDSS。

当UGS0时,由于UGS的增加,N型沟道内感应出的负电荷增加,ID随着UGS的增加而增大。当UGS0时,导电沟道缩小,UGS越负,沟道越小,ID也随之越小。当UGS等于夹断电压UGS(off)时,沟道被夹断,ID0。可见耗尽型场效应管,在正、负偏置或零栅压时,都能控制ID。

(2)输出特性。N沟道耗尽型管的输出特性如图7-46所示。从曲线上看,场效应管的工作可分为三个区域:可变电阻区、线性放大区和击穿区。在放大区中,漏极电流ID几乎不随漏-源电压UDS变化,输出电阻很高。但漏极电流ID随栅-源电压UGS线性增长,即受控于UGS。场效应管作为放大用时,都工作在放大区。实际应用中,为了避免管子损坏,应注意不要进入击穿区。

综上所述,可得如下结论。

(1)场效应管和普通三极管在外形上是相似的,也有三个极,其栅极相当于普通三极管的基极,源极相当于发射极,漏极相当于集电极。

(2)场效应管和普通三极管在性能上的主要区别是①普通三极管,是以基极电流控制集电极电流,是电流控制元件,其输入电阻较低;场效应管是以栅极电压UGS控制漏极电流,是电压控制元件,栅极回路基本上不取用电流,即IG=0。因此,输入电阻很高。②普通三极管中,运动的载流子有电子和空穴两种载流子,称为双极型晶体管;而场效应管中,只有一种载流子运动,称为单极型晶体管。

(3)N沟道增强型场效应管和耗尽型场效应管主要区别在于:是否有原始导电沟道,如果判别一个没有型号的绝缘栅型场效应管是增强型还是耗尽型,只要检查它在零栅偏压下,在漏、源极加正向电压时是否导通,就可做出正确判别。

7-10-2场效应管的主要参数

1-跨导

漏、源极间的电压为定值时,漏极电流的变化量ΔID对引起这一变化的栅-源电压的增量ΔUGS的比值称为跨导,用gm表示。它是衡量场效应管放大能力的重要参数。跨导的一般表示式为它的大小是转移特性曲线在工作点的斜率。因此,也可从转移特性曲线上求得。显然,跨导的大小与工作点位置有关,gm的单位为西门子(s)。

2-击穿电压

UDS(BR)和UGS(BR)分别表示当管子工作时,漏-源极间和栅-源极间允许加的最高电压值。显然,为了避免管子损坏,正常工作时,不允许超过该值。

3-输入电阻

在栅-源极间的电压为定值时,栅-源极间的直流电阻值,称为输入电阻,用RGS表示。

一般场效应管的RGS都很大。绝缘栅型场效应管高达108以上。

7-10-3单管交流电压放大电路

1-电路

图7-47是常用的共源极分压式场效应管交流电压放大电路。和普通三极管一样,为了保证放大电路正常工作,场效应管放大电路也必须设置合适的静态工作点。在图7-47中,RG1,RG2和Rs是用来设置静态工作点的。RG为栅极电阻,其值较大,以便提高放大电路的输入电阻。

普通三极管是以基极电流为参变量。因此,合适的静态工作点,主要靠适当调节基极电流IB来得到。场效应管栅极电流IG0,它是以栅-源电压为参变量。因此,主要靠给栅极提供合适的偏置电压来获得合适的静态工作点。

2-估算电压放大倍数

同类推荐
  • 生活与生态(和谐中华知识文库)

    生活与生态(和谐中华知识文库)

    生态文明是人类文明发展的一个新的阶段。即工业文明之后的世界伦理社会化的文明形态:生态文明是人类遵循人、自然、社会和谐发展这一客观规律而取得的物质与精神成果的总和:生态文明是以人与自然、人与人、人与社会和谐共生、良性循环、全面发展、持续繁荣为基本宗旨的文化伦理形态。
  • 如何维修小型拖拉机

    如何维修小型拖拉机

    本书以问答的方式为小型拖拉机驾驶员和修理工在使用与维修中遇到的实际问题提供解决方案,包括保养、修复等方面的内容。
  • 大国水情:中国水问题报告

    大国水情:中国水问题报告

    《大国水情:中国水问题报告》,披露了中国水资源紧缺的现状,解读中国水问题存在的内在根源,剖析了世界上水资源管理的先进经验,为中国解决水问题、水危机提供了切实可行的方案。
  • 图说高科技与现代交通

    图说高科技与现代交通

    21世纪交通运输发展必将是高新技术广泛应用,高速安全交通全面发展的时代。科学家们正在研究使汽车实现电子化、智能化,无需驾驶员干预;怎样使飞机的运载量更大、速度更快,更安全等等。各种现代交通工具的不断变化将深刻地影响和改变我们的生活方式和生活习惯。我们期待着“以人为本”,更安全、环保、智能和一体化的现代交通的出现,期待着交通堵塞问题能得到彻底解决。
  • 印度高科技发展战略研究

    印度高科技发展战略研究

    《印度高科技发展战略研究》是南亚前沿问题研究丛书之一,共分五部分十五章,内容包括:印度高科技发展战略形成的背景,印度高科技发展战略的基本内容,印度高科技发展战略的实施,印度高科技发展战略的成效,印度发展高科技的经验、教训和启示。
热门推荐
  • 快穿宿主求抱大腿

    快穿宿主求抱大腿

    顾回也不知道自己是谁,在虚空中过了多久。她在虚空里养了一株草,打发她无聊的时光。直到实在无聊绑定了555号系统,到各个世界完成任务。但反派你为什么闻起来有点熟悉。
  • 困囚

    困囚

    我以为我们会一起很久,平平淡淡,简简单单。梦一样的单纯生活,醒来却只剩下自己。
  • 梦樱之恋

    梦樱之恋

    四大家族三代人的恩怨的恩怨,到了这里竟然联姻了!!!
  • 血狱江湖

    血狱江湖

    一个在飞雪天被送到武王府的婴儿,他是谁?一个巨大的阴谋背后,隐藏着多少无耻的面孔。婴儿终于长大,十年断魂磨一剑。少年狂歌,胭脂香味。雪我之恨,爱我所爱。当江湖变成血狱,佛亦握屠刀。经历最黑暗的岁月,涅槃重生。快意恩仇血染刀兵一腔热血酬天地。铁骨峥嵘英雄无悔善恶轮回终有报。-------------------点燃武侠死灰,再现热血江湖!重拾英雄梦想,再写恩怨情仇!---------寒氏武侠,品质保证。武侠盛宴,不容错过!-------VIP群:46264678---普通群:46264395
  • 血嫁的新娘

    血嫁的新娘

    她爱他,他不爱她,只因她妹妹救了她。她和他说了真相,他不信,跑去问她的表妹。这场爱情的赌注到底谁输谁嬴?
  • 炼狱风暴

    炼狱风暴

    江城内,军统,地下党,黑帮,日谍,伪政府,梅机关,纷纷登场。他们究竟目标何在.江州城外,日军,八路军,新四军,游击队,guo军,伪军战成一团,到底谁胜谁败?我中有敌,敌中有我,敌我不分。是地下党?军统?中统?梅机关?还是日谍,赵静轩能否借一双慧眼,辨别是非
  • 在奇怪的世界里废材逆袭

    在奇怪的世界里废材逆袭

    主角叫林一写着玩我试试看写林傲天自己开心不开心,嘿嘿嘿~
  • 神医邪妃

    神医邪妃

    凌飞雨,一名现代女医生,稀里糊涂穿越到大宇王朝,拜个残疾师父,古今结合一下,居然成神医了!只是,为什么一走出药王山庄就好像全天下的男人都是自己的情人一样?难道自己现在用的身体曾经是一个妓女的?狂傲不羁的某王爷对她不屑,哼!她要好好整治一下社会形象了!情节虚构,请勿模仿!
  • 重点班球王

    重点班球王

    万千男孩都想成为王者般的职业球员,可是当天生没有一副好身板,又在学业繁忙疏于体育的重点班读书时,想实现这个篮球梦,似乎不可能。
  • 繁华盛世容你独欢

    繁华盛世容你独欢

    相爱多年,却逃不开7年之痒,再相遇,才知晓造就了3年之痛。**荮小雅挂了电话,转头看向闫繁华,微微一笑:“闫少,哦不,前夫,你好啊!”没想到有一天,他们会以这种方式见面,又会以这种方式打招呼。听见她开口就是闫少,还有那句前夫,他心里特别不舒服,整个脸更黑了。“你去那种地方做什么?”她晚上不在家好好的呆着,来这里干什么?还穿的这样性感,是想勾|引谁呢?“和你有关系吗?”荮小雅双手抱胸,一脸的笑意,完全不像以前那般的害怕他了。