單場效應管功率放大器分析圖解-KIA MOS管

場效應管功率放大器

微弱的信號經過小信號放大器(或稱前置放大器)逐級放大后，去控制某些執行機構，如喇叭、繼電器等。而這些執行機構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不同而電路結構及工作狀態均有所不同,其特點如下:

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

(2)為了提高傳輸效率，電路結構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管放大器。

單場效應管功率放大器

常用的單場效應管功率放大器見圖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)，以免產生損耗。

對于功率放大器，因為它工作在大信號狀態，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。

(一)極限工作范圍

為了充分利用功率管,場效應管一般都被設計在滿額運行,但又不可超過它的極限參數。所以在討論時，可先根據場效應管的極限參數，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。

(二)電源電壓

輸出變壓器B2的初級線圈在交變信號作用下，由于感應電勢而在線圈中將出現自感電壓，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

直流負載線應是

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。

(四)交流負載線

最佳的交流負載線應是非常貼近允許工作范圍的邊界而又不超出安全工作區的一根直線(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)就是靜態工作點，它的橫坐標值UDs= ED,縱坐標值為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。

(七)輸出功率

當柵極加有信號電壓后，柵極電壓就不再停留在靜態工作點Q那個數值上(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

從圖上可以看出:在沒有信號輸入時(即靜態時),場效應管漏極電壓為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管內部，使場效應管發熱，它對電源和場效應管來說都是一種無用的損耗。

(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

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，這種工作狀態叫做甲類工作狀態。放大器在甲類工作時靜態電流較大，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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