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从零学运放—06 运放中器件介绍&音频功放电路 一、二极管 *理解P、N型材料 *PN结原理与婚姻模型 二极管主要是理解PN结，P材料里主要是空穴型的（含有少量电子），N是多电子型的（含有少量空穴）。 二、肖特基基础与欧姆接触 学生时代我们都讲了PN结产生的压降0.7伏，那我们很奇怪的是用万用表去测量二极管两端我们测不到0.7伏，有小部分人比较疑惑，为什么测不到呢。实际上第一个图P材料和N材料构成了一个PN结，PN结内部产生了0.7伏，但是P材料和正极（金属材料铝）也产生了一个压差还有N材料和金属铝也产生了一个压差，这两部分的压差合起来跟PN结产生的电压抵消掉了。金属和N材料或P材料的结合就会组成肖特基二极管上图左边图二。那么这么说二极管里边其实有三个二极管，那PN结正向的时候为什么其它两个二极管不处于反相呢，看上边右图有个Au_Sb材料这两个材料混合形成了一个欧姆接触，N型材料与金属接触他们之间要形成欧姆接触，欧姆接触就不存在反PN结了，金属和P结或者N结的反相电动势就不会产生，就消除了肖特基基础（用欧姆接触消除了金属与材料之间的二极管特性）。这个是具体怎么实现的呢，就是N材料中参杂着高浓度电子型N材料 ，让电子跟衬底充分的接触形成了欧姆接触，所以说欧姆接触的一个方式就是跟金属接触的位置参杂高浓度的电子或者空穴形成在金属与材料之间。 三、三极管 四、结型场效应管 实际上在运放里面，尤其是高阻抗的运放它的输入端都是用结型场效应管的（N型或者P型）。什么叫结型呢，看上图右上部分，中间部分的材料就是N型材料那上下就是完全导通的，两端P材料中做了二极管，当S端加个负偏压，也就是（P加-）+（中间加+）那么PN结反偏之后呢PN结会越来越粗最后把N就给堵死了于是上下电流就流不通了。那么P型的恰好相反。 五、珊型场效应管 D-漏极 G-珊级 S-源极 珊级和下边有个绝缘层，珊级和源极是靠电场把电子吸上去的。 上图是N沟道的场效应管，珊级（G）加电那么跟源极（S）之间形成一个电场，让电子在P型材料中向上集中，顶端P材料电子集多之后就成了N型，于是N型之间有电子流过，管子导通。如果没加电场，P型材料里的电子不会聚集，空穴多余电子，不导通了。 珊型场效应管我们看到左边图，它自身有一个二极管，所以判断一个场效应管我们可以用万用表的欧姆档测出这个二极管阻值，大概在500-600欧姆。N型珊型场效应管当珊级（G）电压高于源极的时候，漏极（D）和源极（S）导通；则 P型珊型场效应管相反，但是实际应用中用的很少，因为在同样的电流和内压下P型的价格贵于N型的，并且性能指标略差一点。 我们建议多用N型珊型场效应管，少用P型，这个主要由工艺决定的，因为电子型的导电力要强于空穴型的。所以我们看到大功率开关管往往都是N型的很少有P型的。 平时我们说的电脑的工艺，250纳米cpu什么的，这个纳米就是沟道的宽度，那这个沟道越窄越好，因为越窄电子移动速度越高，那频率越高，那半导体工艺越先进速度也就上去了，同时体积也可以缩小。但是有个缺点，抗静电能力差，因为你沟道太窄了，稍微静电一打就坏了；沟道窄珊级电压也可以降下来。其实抗静电能力我们完全可以通过接口处理掉的。 六、CMOS管 我们当把一个P型的和一个N型的珊级场效应管合起来使用的时候它就是一个推挽式电路，比如说我当输入信号为高的时候，下边的N沟道的MOS管导通，上边P沟道MOS管不通，那当Vi输入高电平的时候，Vo就是低电平，那Vi输入低电平的时候相反，Vo就是高电平，恰好就是个反相器，这就是最简单的反相器，就是个CMOS电路。 开关损耗，上下两个管子导通的损耗叫皎月损耗，驱动下一级的时候产生的电容充放电损耗。这就是我们CPU频率高了发烫的原因，CPU现在工艺都是用CMOS做的。 七、双极型晶体管放大电路 普通三级管就是双极型，三极管可以说由两个二极管组成，BE之间的工作曲线如下图 拿右边的线来说，二极管的输入曲线是这样的，真正线性区只有在0.6伏开始往后那段，那么我们一定是让它工作在线性区域内，为了达到这一段的效果，我们必须给它做些处理，要加一个偏置Rb，用Ci隔直流，输出呢我要取出一个电压就用到了Rc集电极负载把电压取出来，那又出来一个分量我们用Co电容把直流隔离掉，之后再输出Uo也就是Uo对应电阻两端的电压，这样我们看到这个过程中我们导致了很多能量的浪费在Rc、Rb上，这是一个很不理想的运放。下图是理想放大器的图 我们希望我们的理想放大器是如上图的，随着Vin的增加Vout呈线性增长。那么上边的电路只能做到方向的一个效果，不能做到正向放大的效果。 7.1、单晶体管（三极管）放大电路的局限性 1、需要偏置 2、输入阻抗低 3、输出阻抗高 4、输入输出需要隔直 5、放大倍数不可控，同一批三极管特性是不一样的，离散分布。 6、放大象限有限制 八、音频放大电路 音频放大器可以说是三极管的第一个应用。上图就是一个音频放大电路，上图就是朝这个理想化放大器构置的。这是一个双电源的音频放大电路，上边是36—50V，下边是-36—-50V， 输入是一个差分电路（前置放大，小信号放大），然后是中间放大一级（信号放大或叫电压放大），然后再到一个推挽放大（或叫功率放大也叫电流放大），分三部分组成的三级放大电路。 我们来分析一下，输入端接了一个22K电阻接地这是个偏置电阻，给PNP三极管一个小电流，让三极管工作在一定偏置状态下，对端的三极管呢也是通过100K电阻偏置在输出端，Vin输入高信号，47k下的节点就是高，从47K到4.7K电阻回路电流会降低，二级放大处的三极管上部电压会升高，那里是否反相器导致TIP42基极电压升高，TIP42和2SB688形成一个达林顿管（PNP）,TIP42基极电压升高导致2SB688上边电压升高，导致输出点电压升高，也就是输入信号高的时候，输出也是高，那上半部分，二级放大除上半部电压升高导致2.2k下边点电压升高导致TIP41-》2SD718下边的电压点升高，所以输出端还是电压升高。所以这个电路是同相的。 它的放大倍数就是100K/4.7K，100K其实就是运放里的负反馈，4.7看出电容隔直通交流，也就是虚短，短路的。音频一般是20~20KHz，因为是负反馈所以放大倍数是100K/4.7K，输入端的基极是正相端，相对的三极管的基极是反相端，就是20倍多一点的放大倍数。那电容是干嘛用的呢，意味喇叭不能有直流分量，有直流分量会导致喇叭的音圈会偏很容易烧掉，所以输出必须为0的，喇叭的电阻是很小的8欧姆或者几欧姆，如果你有个电压是1伏，那么喇叭会长期工作在0.125的电流下，那喇叭很容易烧掉。那有了10uF电容呢，相当于有了一个深度滤波，电容和100k电阻形成一个RC滤波器，深度滤波得到的电压直流分量全部加载了反相三极管的基极，逼迫输出端输出电压中心点为0，这样就消除了直流分量。 0.47/5W的电阻是起到热稳定性作用的。 8.1、技术点 1、正负双电源供电，喇叭一个脚可以直接跟地接 2、差分输入 3、交流放大倍数：100K/7.4K 4、直流放大倍数：1，因为都反馈回来了 5、0.47欧姆电阻的意义，属于负反馈电阻。 6、1N4148的作用，抵消达林顿管的0.7V PN结电压，其实一路应该串2个，那就是4个。 九、理想恒流源 1、交流阻抗无穷大 2、晶体管有源负载 3、降低信号损失，增强输入幅度 恒流源对交流来说是虚断，就是电阻无穷大的感觉，那么我们音频电路里的47K、4.7K如果用恒流源的话，电压上升快，并且减少信号在电路上能量的衰减。 到此本章内容结束！ | 
发表于 2017-4-27 09:42:01
