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場(chǎng)效應(yīng)管功放電路-場(chǎng)效應(yīng)管功放自制電路圖工作原理詳解-KIA MOS管

信息來(lái)源:本站 日期:2018-08-06 

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場(chǎng)效應(yīng)功放電路

場(chǎng)效應(yīng)管具有輸入阻抗高、頻率特性好、穩(wěn)定性好(無(wú)二次擊穿現(xiàn)象)

場(chǎng)效應(yīng)管功放電路 自制的場(chǎng)效應(yīng)功放電路圖



低噪聲、低失真等特點(diǎn),已被廣泛地應(yīng)用在音響電路中,用VMOS功率場(chǎng)效應(yīng)管制成的功放,音色優(yōu)美,音色比雙極型晶體管功放暖,與電子管功放相似,失真小且制作容易,因此很受音響愛(ài)好者的喜愛(ài)。[]能擁有自制的高品質(zhì)功放更是很多發(fā)燒友的夢(mèng)想,因?yàn)樽约簞?dòng)手制作功放。


下面介紹一款簡(jiǎn)潔易制的場(chǎng)效應(yīng)管功放電路

如圖所示(圖中只畫(huà)出一個(gè)聲道)。為減小失真,輸入級(jí)采用差動(dòng)放大電路。V1用對(duì)管2SC1583,穩(wěn)定性和對(duì)稱性好;V2接成恒流源,為本級(jí)提供穩(wěn)定的靜態(tài)工作電流,采用恒流源作差動(dòng)放大器的射極電阻,可提高差動(dòng)放大器的共模抑制比和動(dòng)態(tài)范圍,從而進(jìn)一步改善失真。c1為輸入耦合電容,R1、c2構(gòu)成低通濾波器,阻止前級(jí)的超音頻干擾信號(hào)竄入功放;R2決定了功放的輸入阻抗。合形式,是從成本上考慮的。若全用場(chǎng)效應(yīng)管,效果更好。

各管的射(陰)極都加有本級(jí)電流負(fù)反饋電阻,起穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的作用。有利于改善失真。整機(jī)負(fù)反饋則由R18、R19、C6、C7組成,總增益約為26.8dB。C7是隔直電容,使前后級(jí)形成直流全負(fù)反饋,保證輸出中點(diǎn)靜態(tài)零電位。

c3、c6是為了抑制高頻自激振蕩而設(shè)置。放大器的電壓增益大部分由V3獲得,而c3可產(chǎn)生高頻負(fù)反饋,降低放大器的高頻增益,破壞高頻自激的幅度條件。但c3又使高頻相位 更加滯后,所以在反饋回路中加入C6,進(jìn)行相位超前補(bǔ)償,破壞高頻自激的相位條件。

C5、R17組成相移校正電路,使負(fù)載近于純電阻。防止高頻自激。由于揚(yáng)聲器阻抗中的電感分量在高頻時(shí)明顯增加,使放大器的負(fù)載呈電感性,引起輸電流滯后于輸m電 壓。若放大器的高頻增益較高,還容易產(chǎn)生高頻自激振蕩。

R13、R14串接在柵極是防止VMOS管產(chǎn)生高頻自激。(]由于柵極的高阻抗,加上接線及分布電容、電感和柵極分布電容的影響,VMOS管在工作中可會(huì)出現(xiàn)高頻自激振蕩。解決V3為第二級(jí)電壓放大管,V5接成恒流源,為本級(jí)提供穩(wěn)的靜態(tài)工作電流和高的負(fù)載阻抗,由于V5的存在,v3的壓增益大為提高,這樣,就不必用自舉電路。

V4、VR和R9接在V3、V5集電極之間構(gòu)成Vbe擴(kuò)大電,調(diào)節(jié)VR可改變末級(jí)大功率管的靜態(tài)工作電流。V4還起度補(bǔ)償作用,當(dāng)功率管的溫度升高時(shí),V4的發(fā)射結(jié)壓降小,于是V4的集電極一發(fā)射極電壓也降低,從而降低了功管的靜態(tài)電流,作用與二極管相似,但比二極管更靈,安裝時(shí)應(yīng)與功率管一起裝在散熱器上,電氣上要絕。

V6一V9等組成輸出級(jí),采用雙極型晶體管與場(chǎng)效應(yīng)管混的辦法是加入阻尼電阻,即在柵極串接一只電阻(一般不超過(guò)1kQ)。


二、用場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成的功放電路

本文介紹了一款采用場(chǎng)效應(yīng)管做前級(jí)放大制作的功率放大器,音響效果很理想。()由于該功放的后級(jí)電路是一個(gè)直流耦合的電路,各級(jí)工作點(diǎn)的選擇,尤其第一級(jí)場(chǎng)效應(yīng)管的工作點(diǎn)的選擇,將對(duì)電路的性能有較大的影響,因此本文著重?cái)⑹鲭娐穮?shù)的計(jì)算及調(diào)試。

1.電路原理

場(chǎng)效應(yīng)管功放電路 用場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成的功放電路圖


電路主要由兩級(jí)差動(dòng)放大及三級(jí)射極跟隨電路組成,如圖1所示。N溝道場(chǎng)效應(yīng)管VT1、VT2構(gòu)成第一級(jí)共源差動(dòng)放大器,而VT3、VT4分別又與VT1、VT2構(gòu)成共柵共源電路。眾所周知差動(dòng)放大器具有共模抑制比高、失調(diào)和漂移小的優(yōu)良性能。而在共柵共源電路中,后級(jí)的輸入電阻就是前級(jí)的負(fù)載電阻,由于共柵電路的輸入電阻較小,使前級(jí)共源極的電壓增益變小,但組合電路的電壓增益主要由共柵極決定,輸出電阻則主要由共柵極決定。因?yàn)榍凹?jí)共源極的電壓增益變小,所以特別適宜于高頻工作。R3、VT5、R4構(gòu)成1mA的恒流源,此電流在VD3、R7上產(chǎn)生22V的電壓,從而使VT3、VT4的柵極電壓穩(wěn)定在22V。由于柵源極間電壓很小,VT3、VT4.的源極電壓即VT1、VT2的漏源電壓就穩(wěn)定在22V。VT3、VT4的漏源電壓也穩(wěn)定在約22V。對(duì)直流而言VT3、VT4的柵極電位為22V,對(duì)交流而言VT3、VT4的柵極電位為0V,因此為共柵電路。R11、VT6構(gòu)成第一級(jí)差動(dòng)電路的恒流源,其作用是提高交流阻抗,提高共模抑制比。R5、C2是相位補(bǔ)償元件,用于防止高頻振蕩。 VT8、VT9構(gòu)成第二級(jí)差動(dòng)電路,VT7為其恒流源。VT0、VT11為比例式鏡像恒流源電路,VT11的集電極電流與VT10電流之比等于R22/R23,由于R22=R23,因此差動(dòng)電流兩臂的電流是相等的。

VT12、VT13為末三級(jí)射極跟隨電路提供合適的工作電流點(diǎn)。

在輸入信號(hào)為正時(shí),R29、R30的中點(diǎn)以及輸出O點(diǎn)電位為正,因此均可作為VT1、VT2差動(dòng)級(jí)的負(fù)反饋電壓。R38、C9構(gòu)成低通濾波器,角頻率為1Hz時(shí)增益即下降到1/根號(hào)2。集成電路TL072構(gòu)成輸出點(diǎn)直流穩(wěn)零跟隨器,其輸出Uo與其輸入U(xiǎn)i的關(guān)系為Uo=Ui+1/T∫Uidt,即Uo為Ui的比例積分,Uo作用于VT1、VT2差動(dòng)級(jí)負(fù)反饋,能使O點(diǎn)直流電位為士10mV以下。在開(kāi)環(huán)增益足夠大的情況下,整個(gè)后級(jí)電路的閉環(huán)電壓增益等于R14/R12。

場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的靜態(tài)分析

根據(jù)偏置電路形式,場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的直流通路分為自給偏壓電路和分壓式偏置電路。

一、自給偏壓電路

用N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管組成的自給偏壓電路如圖Z0217所示。

自給偏壓原理:在正常工作范圍內(nèi),場(chǎng)效應(yīng)管的柵極幾乎不取電流,IG= 0,所以,UG = 0,當(dāng)有IS = ID流過(guò)RS時(shí),

必然會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電壓Us=IsRs=IdRs,從而有

UGS = UG- US= - IDRS

依靠場(chǎng)效應(yīng)管自身的電流ID 產(chǎn)生了柵極所需的負(fù)偏壓,故稱為自給偏壓。

為了減小RS對(duì)放大倍數(shù)的影響,在RS 兩端并聯(lián)了一個(gè)旁路電容 Cs。

估算靜態(tài)工作點(diǎn),由圖Z0217所示電路的直流通路可得:

UGS = UG- US= - IDRSGS0223

UDS = ED - ID(RS + Rd) GS0224

結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性可近似表示為:


式中IDSS為飽和漏電流,VP為夾斷電壓。

聯(lián)立求解GS0223~GS0225各式,便可求得靜態(tài)工作點(diǎn)Q(ID,UGS,UDS)。

二、分壓式偏置電路

由于參數(shù)IDSS ,VP 等與溫度有關(guān),因此,場(chǎng)效應(yīng)管放大電路也要設(shè)法穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)。

實(shí)際上,自給偏壓電路就具有一定的穩(wěn)定Q點(diǎn)的能力。例如:溫度升高使ID增加時(shí),US也隨之增加,從而使UGS 更負(fù),反過(guò)來(lái)又抑制了ID的增大。但如果對(duì)溫度穩(wěn)定性要求更高時(shí),單純靠增大RS來(lái)穩(wěn)定Q點(diǎn),勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致Au下降,甚至產(chǎn)生嚴(yán)重的非線性失真。圖Z0218所示的分壓式偏置電路,通過(guò)R1與R2分壓,給柵極一個(gè)固定的IE電壓,這樣就可以把RS選的比較大,而Q點(diǎn)又不致于過(guò)低。圖中Rg的主要作用是增大輸入電阻,進(jìn)一步減小柵極電流。

對(duì)分壓式偏置電路,在確定靜悉工作點(diǎn)時(shí),同樣可用圖解法和計(jì)算法。與自給偏壓電路不同之處是UG≠0。只需將柵源回路直流負(fù)載線方程改為:


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