MOS管功率放大电路图和互补推挽结构分析-KIA MOS管

MOS管功率放大电路图和互补推挽结构分析

功率放大电路在电子电路设计中通常作为多级放大电路的输出级来使用，通过对其输出信号进行放大，从而提高其带负载的能力，为下一级电路提供更大的推力，比如驱动仪表，使指针偏转；驱动扬声器，使之发声；或驱动自动控制系统中的执行机构等。因此功率放大电路的研究主要问题是如何获得高效率、大功率的输出。

功率放大电路的主要性能指标有最大输出功率、效率、信噪比、非线性失真度等。按照电流导通角的不同，功率放大器可分为甲、乙、甲乙、丙四类工作状态。甲类放大器在一个信号周期内都有电流流过晶体管，管子的导通角为360度，静态电流大于0，适用于小信号低频放大，管耗大，效率低；乙类放大器只在半个信号周期内导通，管子的导通角为180度，静态电流等于0，适于宽带大功率工作，效率高，大多数集成运放的末级输出都采用乙类推挽形式；甲乙类放大器管子的导通时间略大于半个周期，存在较小的静态电流，基本不失真，至今为止是应用最为广泛的放大程式；丙类放大器管子导通时间小于半个信号周期，波形失真度较大，只适用于调谐回路为负载的窄带放大，但效率较甲类和乙类要高。

1、MOS管功率放大电路图分析
1.1 功率放大电路的互补推挽结构

所谓“互补推挽结构”是指用一个信号来激励两只不同极性的三极管，这样可以得到两个大小相等、相位相反的激励信号。电路设计中，一个采用NPN型三极管，另一个使用PNP型三极管，两只三极管的基极相连，在两管的基极加一个输入信号作推动信号。两管基极和发射极并联，由于两只三极管的极性不同，基极上的输入信号电压对两管而言一个是正向偏置，一个是反向偏置。当输入信号为正半周时，两管基极同时电压升高，此时输入信号电压给其中一个三极管加上正向偏置电压，使其进入导通和放大状态。由于基极电压升高，对另一个三极管来讲加上反向偏置电压，使该管处于截止状态。输入信号变化到负半周后，两管基极电压同时下降，一只三极管进入导通和放大状态，而一只三极管又进入截止状态。

若功率放大倍数不作为电路设计的关键点，可以采用互补推挽电路作为输出级。而互补推挽结构是通过互补对管实现的，所以功率放大电路设计的关键点在于根据系统要求选择合适的互补对管。一般而言，互补对管多采用2SD669和2SB649（2SD667和2SB647），其特征频率为150MHz（140MHz），电流1.5A（1A），耐压180V（120V），集电极功率耗散为1.0W（0.9W），适合于低频功率放大使用。

1.2 MOS管功率放大电路

MOS管又叫场效应管，是金属-氧化物-半导体场效应晶体管，或者称是金属-绝缘体-半导体。与二极管和三极管不同，MOS管一般适用于需要小电压控制大电流的情况。MOS管功放具有激励功率小、输出功率大、功耗低、输出漏极电流具有负温度系数、安全可靠等特点，且有工作频率高、电路实现简单、性价比很高等优点。典型的MOS管功率放大器电路如图1所示。

2、基于互补推挽结构的MOS管功率放大电路

功率放大电路设计往往要求其在允许的失真度内驱动负载的能力要强，追求在电源电压确定的情况下，输出尽可能大的功率。由上述分析可知，互补推挽结构适用于低功率、低功耗的功率放大电路，但其功率放大倍数较低。MOS管功率放大电路具有激励功率小、输出功率大等优点。根据互补推挽结构的特点和MOS管功率放大电路的工作原理，提出一种基于互补推挽结构的MOS管功率放大电路的设计方法，该电路采用两个MOS管构成功率放大电路，其电路如图2所示。本功放电路采用一个N沟道和一个P沟道场效应管Q1、Q2对接而成，电路中RP2和RP3为偏置电阻，用于调节静态工作点。电路特征频率fT与放大电路上限频率fH的关系为fT=fHβH；系统阶跃相应的上升时间tr与放大电路上限频率的关系为trfH=0.35；对于OCL放大电路来说，一般有PIM≈0.2POM，其中PIM为单管的最大管耗、POM为最大不失真输出管耗。根据计算，并考虑到实际需求，选用IRF950和IRF50来实现功率放大。

3、结束语

攻率放大电路是一种在大信号状态下工作的电路，由于输出功率大，电路不可避免地会出现非线性失真的问题，如何在提高电路效率的同时降低管耗，是设计功率放大电路必须慎重考虑的一个问题。本文从功放电路的性能指标出发，分析了互补推挽结构电路，研究了MOS管功率放大电路的组成结构和工作原理，并将两者的优点相结合，提出了一种基于互补推挽结构的MOS管功率放大电路设计方法，通过研究不难发现，该电路有直接耦合放大、频率特性好、体积小、易于集成的优点，具有一定的应用价值。但同时此设计方法也存在要求电源电压高、负载不能太大等弱点，这些问题需要在以后的电路设计中展开进一步研究。

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