【原创】晶体管功放失真原理浅析 [复制链接]

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我们知道放大器在放大一个基本波的时候，希望其放大后所输出的波形除了与输入波形完全一样之外，还希望因放大而产生的谐波失真也尽可能低。
我们也知道前级放大器的放大电路都是A类的设计，而后级放大器里的输入级与驱动级也大多都是工作于A类，而只有在输出级才有A类、B类与AB类等不同的放大模式。
A类放大工作在真空管或晶体特性曲线的线性部分，因此引起的电压或电流变化完全与输入波形吻合，因此不但其波形失真极低，且其输出的谐波成分也较为单纯，主要是较低阶的二次与三次谐波失真。
而B类放大是由两支或以上的晶体交替工作的，在小讯号时，会工作在特性曲线的弯曲部分，因此输出波形会产生不连续的缺口，引起时间提前或落后的现象，也就是交越失真，其输出波形不是连续的，且其谐波失真含有较高阶的奇数谐波失真，也就会产生多次谐波所组成的方波，而这些高阶谐波与音乐没有任何关联，因此声音会特别刺耳难听。
单端设计的放大器都是A类放大的设计，而只有在推挽电路中才有A类、B类与AB类设计。
AB类放大的工作点设在A类与B类之间，虽然失真不高，但终究还是推挽电路，在实际的动态工作中，还是会有时差的问题与抵消二次谐波的问题的。
那么既然A类放大的失真较低，却为什么大多数的放大器都采用B类或AB类的放大模式呢？
原因是A类放大的效率太低，大约只有20%的程度，所以必需损失80%左右的功率。想要有10W的输出功率，其电源供应就需要50W左右的功率消耗，白白浪费了40W的功率。但B类放大的效率却可高达75%左右，平白就比A类多出3至10倍的输出功率(后者系对单端而言)。至于AB类放大的效率是介于A类与B类之间。
输出功率大的目的是为了能驱动效率低的喇叭，因而牺牲了音质，但是如果我们用高效率的喇叭，才有资格使用输出功率虽小，但音质却佳的纯A类放大器。

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咱们还是先由什麽是晶体管說起吧！

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晶体管，是一种具有三个端点的电子组件，分为双载子接面晶体管（Bipolar Junction Transistor，简称BJT）和场效晶体管（Field-EffectTransistor，简称FET）两类。双载子接面晶体管由两层n型半导体中间夹着一层P型半导体所构成者，称做npn晶体管；由两层P型半导体中间夹着n型半导体所构成者，为pnp晶体管。中间的一层及其外接端点称为基极，其它两层及其外接端点，一称射极，一称集极。射极和基极之间的接面叫做射极接面；集极和基极之间的接面叫做集极接面。在npn晶体管内，电之流通以电子流为主流，伴以少量的电洞流；在pnp晶体管内，以电洞为主流，电子为副流。故名双载子接面晶体管。

应用时，要让射极接面受到顺向偏压，集极接面受到逆向偏压；则藉微小的基极电流变动，即可获得很大的集极磁流变动，达到以小电流控制大电流的功效。

双载子接面晶体管为美国人巴丁（Bardeen）、布拉腾（Brattain）和萧克来（Shoekley）三人于公元一九四八年所发明。三人并因此荣获一九五六年诺贝尔物理奖，创下了因工艺方面的成就而获奖之先例。

场效晶体管的三个端点，分别是闸极、源极和汲极。源极与汲极之间为一P型或n型信道，信道之宽窄受闸极电压所控制。因此，藉改变闸极上之电压，即可控制汲极与源极之间电流的大小，故名场效（电场效应之意）。

场效晶体管又分接面场效晶体管（JunctionField-EffectTransistor，简称JFET）和金氧半晶体管（Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor，简称MOSFET）两种。接面场效晶体管之源极、汲极和通道三者为同型半导体，而闸极则不同型，故阐极和通道之间有一pn接面。应用时，要让此接面受逆向偏压，则通道之宽窄即可藉阐极电压予以控制。

金氧半场效晶体管之源极、汲极与通道仍为同型半导体，但闸极与通道之间有一层氧化层绝缘质相隔。闸极之电压，透过氧化层之后在通道内建立电场，以控制通道之宽窄。

接面场效晶体管为萧克来于一九五一年所发明。金氧半场效晶体管则为贝尔实验室的康恩（Kahng）和艾塔拉（Atalla）二人于一九六○年所发明。
一九三九年，美国物理学家萧克莱（WillianSchockley）开始研究固态半导体。在一九四八年六月，萧氏与另两位物理学家巴登（JohnBardeen）、布拉腾（WalterH.Brattrain）在美国贝尔研究室（BellLab.）成功研制成点触式晶体管后，电子工程之发展更加迅速，此后以锗（Ge）与硅（Si）为原材料之各类晶体管不断发展出来而发展出以晶体管为主之电子电路设计与应用之电子工程学。

一九六○年代由于制造技术之进步，将众多晶体管集中于极小面积内，并结合成其特殊功能之集成电路（IC）。至七○年代，更由于材料与技术之更新，制成425-2287金氧半导体.htm&nowpage=1 target=_self>金氧半导体（MOS），进而制成更高密度大规模集成电路（LSI），至八○年代超大规模集成电路（VLSI），即每个（IC）内可容纳数十万个晶体管之集成电路，不断的开发出来，供电子工程上之运用。


金氧半场效晶体管因为构造简单，在制造程序和成本等方面均优于其它种类之晶体管，有逐渐变为主流产品之趋势。尤其在大规模集成电路的制造方面，泰半以金氧半场效晶体管及其族类为骨干。

晶体管在实用上分为讯号放大器和电子开关两大应用。藉基极电流或阐极电压之小幅变动，以产生大幅变动之集极或汲极电流，即为讯号放大器。若基极电流或门极电压的变动幅度够大，则可控制集极或汲极电流于有（通）或无（断）两种截然不同的状态，是为电子开关。

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沙发

希能分析全平衡與非平衡之工作原理,謝

“A类放大工作在真空管或晶体特性曲线的线性部分，因此引起的电压或电流变化完全与输入波形吻合，因此不但其波形失真极低，且其输出的谐波成分也较为单纯，主要是较低阶的二次与三次谐波失真。”  这是一贯的认为没有失真的。但是“真空管或晶体特性曲线的线性部分”，有吗？严格上讲，真空管或晶体特性曲线没有一段线性“直线”！只是某一段接近直线而已，这就是前级失真的根源，而且还没有公开的实用的补偿手段电路。而场效应管在这一点上更是直线段难找

沙发

不论是真空管或晶体管，其失真的基本规律是：谐波的幅度随次数的增加而减少；总失真的大小随工作点而变；偶次谐波和奇次谐波（如2次和3次）的相对比例和工作点有关，所以就有胆机出石机声或石机出胆机声的差别。

晶体管最大的失真是：
1、从闭合到导通之间的陡变，造成声音坚硬。
2、还有be结非线性变化的电阻，造成声音驱动力不足。
3、电路太复杂，信号经过的元件太多，造成声音没有活力。

让我印象深刻的是电流激励电路，现在找到了两份电路，准备试制一下。
电流激励电路听女声真是毒，我打算搞台精品出来，做为御用功放。