什么是MOSFET功率放大器？

MOSFET功率放大器是一種使用MOSFET（金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管）技術(shù)的電子設(shè)備，用于增強(qiáng)輸入信號的幅度。MOSFET放大器是音頻源如唱片播放器或CD播放器以及均衡器、前置放大器和揚聲器等其他設(shè)備的重要組成部分。

MOSFET放大器在1959年由Dawon Kahng和Mohamed Atalla發(fā)明和制造，并在1960年初的固態(tài)器件會議上推出。這種放大器使用MOSFET技術(shù)以更少的功率處理數(shù)字信號，因此，MOSFET放大器已成為全球99%的微芯片的設(shè)計選擇。MOSFET放大器的主要優(yōu)點是具有較小的輸出/輸入（o/p）阻抗和最大的輸入/輸出（i/p）阻抗。

在設(shè)計功率放大器時，基于集成電路（IC）的設(shè)計在10至20瓦的范圍內(nèi)通常是首選，因為它們的尺寸小且元件數(shù)量少。然而，對于更高的功率輸出范圍，分立配置被認(rèn)為是更好的選擇，因為它們?yōu)樵O(shè)計人員提供了更高的效率和靈活性。隨著復(fù)雜的MOSFET的出現(xiàn)，雙極晶體管（BJT）在功率放大器中的應(yīng)用逐漸被MOSFET取代，因為MOSFET可以實現(xiàn)極高的功率輸出，同時占用空間較小。

總的來說，MOSFET功率放大器是電子設(shè)備中的重要組成部分，通過使用MOSFET技術(shù)，可以實現(xiàn)高效的信號增強(qiáng)和功率輸出。

MOSFET放大器的工作原理

MOSFET放大器電路如下所示。 MOSFET放大器簡單電路圖如下所示。在該電路中，漏極電壓（VD）、漏極電流（ID）、柵源電壓（VGS）以及柵極、源極和漏極的位置通過字母“G”、“S”和“ D”。

一般來說，MOSFET 工作在三個區(qū)域，例如線性/歐姆或截止和飽和。在這三個區(qū)域中，當(dāng) MOSFET 用作放大器時，它們應(yīng)該工作在歐姆區(qū)域，當(dāng)施加的電壓增加時，流經(jīng)器件的電流會增加。

MOSFET 可在許多應(yīng)用中用作小信號線性放大器。通常，在放大器電路中，場效應(yīng)晶體管工作在飽和區(qū)。因此，在該區(qū)域中，電流的流動并不取決于漏極電壓（VD），而電流只是柵極電壓（VG）的主要函數(shù)。在這些放大器中，工作點通常位于飽和區(qū)域內(nèi)。

在 MOSFET 放大器中，柵極電壓內(nèi)的微小變化將產(chǎn)生漏極電流內(nèi)的較大變化，就像JFET中一樣。因此，MOSFET會增加微弱信號的強(qiáng)度；因此，它充當(dāng)放大器。

接下來小編給大家分享一些MOSFET功率放大器電路圖，以及簡單分析它們的工作原理。

MOSFET功率放大器電路圖分享

1、使用IC741和MOSFET的功率放大器電路圖

在這篇文章中，我們研究使用普通 IC 741 和幾個 MOSFET 配置的功率放大器設(shè)計。

當(dāng)互補(bǔ)射極跟隨器晶體管耦合在其輸出端時，運算放大器（例如來自 IC 741 的運算放大器）的輸出功率通常可得到增強(qiáng)。通常使用 MOSFET 也可以實現(xiàn)同樣的效果。

MOSFET提供的（開關(guān)）輸出電流受到電源電壓的大小以及晶體管T3和T4輸出的飽和電壓的限制。電阻器 R8 與 R9 一起為運算放大器和 MOSFET 提供反饋。因此，741 運算放大器的開環(huán)放大性能提高了 (1 +R8/R9)。

該放大器設(shè)計的閉環(huán)放大由表達(dá)式(1 +R3/R2) 的值定義。T1 和 T2 建立的電流源對于產(chǎn)生 T3 和 T4 的 50 mA 靜態(tài)電流是必需的。 R4 和 R5 應(yīng)確保在沒有電流源的情況下，由通過運算放大器的 DC 引起的電阻器兩端的壓降不足以開啟 T3 和 T4。

在存在電流源的情況下，根據(jù)預(yù)設(shè) P1 的調(diào)整方式，R4 和 R5 兩端的電壓會增加，進(jìn)而導(dǎo)致流過 T3 和 T4 的靜態(tài)電流增加。考慮到靜態(tài)電流的溫度依賴性，T2 應(yīng)安裝在 MOSFET 旁邊的公共散熱器上。

2、100W MOSFET功率放大器電路圖（1）

采用 MOSFET 技術(shù)的功率放大器電路已創(chuàng)建，可提供 100W 輸出來驅(qū)動 8 歐姆負(fù)載。這種設(shè)計的功率放大器電路提高了效率，最大限度地減少了交叉失真和總諧波失真等問題。

該電路基于多級功率放大工作，包括前置放大器、驅(qū)動級和利用 MOSFET 的功率放大。預(yù)放大級采用差分放大器，驅(qū)動級采用帶電流鏡負(fù)載的差分放大器，功率放大依靠工作在AB類模式的MOSFET。與 BJT 相比，MOSFET 具有簡單的驅(qū)動電路、降低對熱不穩(wěn)定性的敏感性以及更高的輸入阻抗等優(yōu)點。

差分放大電路采用PNP晶體管，其中一只接收交流輸入信號，另一只接收反饋信號。交流信號通過耦合電容器引入到Q1的基極，而反饋信號通過R5和R6引導(dǎo)到Q2的基極。電位器用于調(diào)節(jié)放大器的輸出。第一級差分放大器的輸出被饋送到第二級差分放大器的輸入。當(dāng)輸入電壓超過反饋電壓時，如在第一差分放大器中，輸入到第二差分放大器中的晶體管Q3和Q4的電壓同時變化。

電流鏡電路由晶體管Q5和Q6組成，保持流經(jīng)Q3和Q4發(fā)射極端子公共點的恒定電流。這是通過響應(yīng) Q3 集電極電流的變化來調(diào)整 Q4 集電極電流來實現(xiàn)的。

此外，電流鏡電路產(chǎn)生與Q3集電極電流相等的輸出電流。電位器 R12 確保每個 MOSFET 接收適當(dāng)?shù)闹绷髌谩．?dāng)正電壓施加到 Q7 的柵極時，由于兩個 MOSFET 的互補(bǔ)特性，Q7 會導(dǎo)通。當(dāng)出現(xiàn)負(fù)閾值電壓時，Q8 導(dǎo)通。柵極電阻用于防止 MOSFET 輸出振蕩。

該電路使用 4Vp-p 1kHz 交流輸入電壓，示波器的通道 A 連接到輸入，通道 B 連接到輸出。為了測量負(fù)載的功率，將瓦特表連接到負(fù)載上。

3、100W MOSFET功率放大器電路圖（2）

這里顯示了基于 IRFP240 和 IRFP9240 MOSFET 的 100W MOSFET 功率放大器電路。該放大器采用 +45/-45 V DC 雙電源供電，可為 8 歐姆揚聲器提供 100 瓦 rms 功率，為 4 歐姆揚聲器提供 160 瓦 rms 功率。該 Hi-Fi 放大器電路適用于通用放大器、吉他放大器、鍵盤放大器等多種應(yīng)用。該放大器也可以用作低音炮放大器，但必須在輸入級之前添加低音炮濾波器級。該放大器具有0.1%的低失真度、大于200的阻尼因子、1.2V的輸入靈敏度、4Hz至4KHz的帶寬。

電容器 C8 是輸入直流去耦電容器，用于阻止來自輸入源的直流電壓（如果有）。如果解鎖，該直流電壓將改變后續(xù)級的偏置設(shè)置。電阻器 R20 限制 Q1 C7 的輸入電流，繞過輸入中的任何高頻噪聲。晶體管Q1和Q2形成輸入差分對，圍繞Q9和Q10構(gòu)建的恒流源電路提供1mA電流。預(yù)設(shè)R1用于調(diào)節(jié)放大器輸出端的電壓。電阻器 R3 和 R2 設(shè)置放大器的增益。第二差分級由晶體管Q3和Q6形成，而晶體管Q4和Q5形成電流鏡，使得第二差分對排出相同的電流。這樣做是為了提高線性度和增益。基于Q7和Q8的功率放大級，工作在AB類模式。預(yù)設(shè)R8可用于調(diào)節(jié)放大器的靜態(tài)電流。由電容器C3和電阻器R19組成的網(wǎng)絡(luò)提高了高頻穩(wěn)定性并防止振蕩的機(jī)會。 F1和F2是安全熔斷器。

上電前將 R1 設(shè)置在中點，然后慢慢調(diào)節(jié)，以獲得最小電壓（輸出端小于 50mV0）。下一步是設(shè)置靜態(tài)電流，并將預(yù)設(shè)的 R8 保持在最小電阻，并將萬用表連接到標(biāo)記的點上電路圖中的X和Y，現(xiàn)在調(diào)節(jié)R8，使萬用表讀數(shù)為16.5mV，對應(yīng)于50mA靜態(tài)電流。