單場效應(yīng)管功率放大器分析圖解-KIA MOS管

場效應(yīng)管功率放大器

微弱的信號經(jīng)過小信號放大器(或稱前置放大器)逐級放大后，去控制某些執(zhí)行機構(gòu)，如喇叭、繼電器等。而這些執(zhí)行機構(gòu)都需要一定的功率去推動，所以放大器的末級不僅要有大的電壓輸出，同時還要有大的電流輸出(即大的功率輸出)，這樣的放大器叫做功率放大器。與小信號放大器相比，功率放大器由于任務(wù)不同而電路結(jié)構(gòu)及工作狀態(tài)均有所不同,其特點如下:

(1)考慮到經(jīng)濟指標(biāo)，要最大限度地利用場效應(yīng)管,場效應(yīng)管必須處于極限工作狀態(tài)。

(2)為了提高傳輸效率，電路結(jié)構(gòu)大都采用推挽放大形式。下面將分別討論幾種不同形式的場效應(yīng)管放大器。

單場效應(yīng)管功率放大器

常用的單場效應(yīng)管功率放大器見圖3-1。為了使前后級阻抗匹配，以便把功率最大限度地送到負載，功率放大器一般是采用變壓器耦合的。

圖中B1是把前級信號輸人到功率放大級的變壓器，叫做輸入變壓器; B2是把功率放大器的輸出功率耦合到負載的變壓器，叫做輸出變壓器; R1、R2是偏置電阻; Rs是用來穩(wěn)定工作點的電阻; C1、Cs是旁路電容，使輸入、輸出信號在電容上旁路(直接通過)，以免產(chǎn)生損耗。

對于功率放大器，因為它工作在大信號狀態(tài)，如果用計算法來分析，顯得比較困難，又比較抽象，所以一般是用圖解法來分析和討論電路的。

單場效應(yīng)管功率放大器

(一)極限工作范圍

為了充分利用功率管,場效應(yīng)管一般都被設(shè)計在滿額運行,但又不可超過它的極限參數(shù)。所以在討論時，可先根據(jù)場效應(yīng)管的極限參數(shù)，在特性曲線上劃出一個極限工作范圍，如圖3-2中陰影線勾出的部分。

單場效應(yīng)管功率放大器

(二)電源電壓

輸出變壓器B2的初級線圈在交變信號作用下，由于感應(yīng)電勢而在線圈中將出現(xiàn)自感電壓，它的方向是和電源電壓同向的(即上端為負、下端為正)。

(三)直流負載線

直流負載線應(yīng)是

單場效應(yīng)管功率放大器

兩點的連線。在這里漏極電阻RD是輸出變壓器B2的初級線圈，它的直流電阻幾乎為零，這樣UDs=0時，ID趨向無窮大,所以直流負載線是一條過ED而垂直于橫軸的直線，見圖3-3。

單場效應(yīng)管功率放大器

(四)交流負載線

最佳的交流負載線應(yīng)是非常貼近允許工作范圍的邊界而又不超出安全工作區(qū)的一根直線(圖3-3中的MN直線),以得到最大的輸出功率。

(五)工作點

直流負載線和交流負載線的交點(圖3-3中Q點)就是靜態(tài)工作點，它的橫坐標(biāo)值UDs= ED,縱坐標(biāo)值為IDQ。

(六)交流等效阻抗

輸出變壓器B2的初級線圈，既是直流負載電阻，又是交流負載阻抗。在交流負載線作出后,就可確定B2初級線圈的交流等效阻抗。

單場效應(yīng)管功率放大器

(七)輸出功率

當(dāng)柵極加有信號電壓后，柵極電壓就不再停留在靜態(tài)工作點Q那個數(shù)值上(見圖3-6中的UGs2)。如果輸入信號電壓足夠大,且在UGso到UGs4間變動，則漏極電流ID(圖中特性曲線左方)和電壓UDs (圖中特性曲線下方)也將作相應(yīng)的變化。

負載電路獲取的交流輸出功率P就是漏極電壓的交流成分和漏極電流的交流成分的乘積。對于正弦波信號來說，總是取有效值來計算的。如果用ID和UDs分別表示漏極電流和電壓的幅值,則它們的有效值將

單場效應(yīng)管功率放大器

從圖上可以看出:在沒有信號輸入時(即靜態(tài)時),場效應(yīng)管漏極電壓為ED,漏極電流為ID,這時沒有功率輸出。這個電壓、電流的乘積EDID所決定的能量全部消耗在場效應(yīng)管內(nèi)部，使場效應(yīng)管發(fā)熱，它對電源和場效應(yīng)管來說都是一種無用的損耗。

單場效應(yīng)管功率放大器

(八)效率

所謂放大器效率,是指放大器輸出的信號功率Psc與放大器由電源輸入的功率Psr的比值，它用η表示。對于單管變壓器耦合功率放大器

單場效應(yīng)管功率放大器

由此可知，單管功率放大器的最高效率只能達到50%，如果再把變壓器等損耗考慮進去，則效率就更低了。為了使電路輸出功率最大，加在柵極上的信號電壓也應(yīng)有足夠的幅度。

在圖3-6中,要求漏極電壓能由UGso變到UGs4,否則就不能保證漏極電流和電壓有足夠的變化幅度,輸出功率也就不足。為此，在功率放大級前一定要把信號電壓經(jīng)過幾級電壓放大級的放大，以便達到功率放大級輸入端要求的幅值。

為了減少單管功率放大器的失真，其靜態(tài)工作點Q的位置,一般都選在接近負載線的中點。這樣，整個工作期間總有漏極電流存在，這種工作狀態(tài)叫做甲類工作狀態(tài)。放大器在甲類工作時靜態(tài)電流較大，這是由于電路效率低的緣故。所以在要求比較高的設(shè)備中，總是用憶類或甲乙類推挽功率放大器來作為功率輸出級的。

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