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A.a 场效应管(以N沟道为例)
是单极型管:工作中只有一种载流子运动;前面介绍的晶体三极管工作时有两种载流子运送,从微观上看,运动是多种多样的,因此噪声比较大。
A.a.a 结型场效应管
与晶体管不同,场效应管中,漏极和源极没有区别,因此可以倒过来用。
- 当栅源之间电压为0时,沟道最宽。只要在
漏源
之间加电压,就会产生自由电子的定向移动。 - 在
栅源
之间加反向电压
,随之反向电压的数值增大,耗尽层加宽,沟道变窄。 - 如果继续增大电压,沟道将消失。
U G S ( o f f ) U_{GS(off)} UGS(off):夹断电压,为负值。
u
G
S
u_{GS}
uGS可以控制导电沟道宽度。为什么g-s必须加负电压?
利用场效应管,非常重要的是场效应管栅源之间的电阻非常大
。场效应管中PN结加反向电压,呈现一个很大的电阻,几乎没有电流。如果加正向电压,将会有正向电流,失去其产效应的意义。
u G D u_{GD} uGD也是负值。
u
G
D
=
u
G
S
−
u
D
S
u_{GD}=u_{GS}-u_{DS}
uGD=uGS−uDS
漏极d电压越大,N底的电子往d移动越多,
i
D
i_D
iD越大。
场效应管工作在恒流区的条件是什么?
1、
G
S
之
间
电
压
要
大
到
U
G
S
(
o
f
f
)
GS之间电压要大到 U_{GS(off)}
GS之间电压要大到UGS(off) 。
U
G
S
(
o
f
f
)
<
u
G
S
<
0
U_{GS(off)}<u_{GS}<0
UGS(off)<uGS<0(保证GS不使得管子夹断)
2、
V
D
D
V_{DD}
VDD 增大到使得
u
G
D
<
U
G
S
(
o
f
f
)
u_{GD}<U_{GS(off)}
uGD<UGS(off)。
u
G
D
=
u
G
S
−
u
D
S
u_{GD}=u_{GS}-u_{DS}
uGD=uGS−uDS,得到
u
D
S
>
u
G
S
−
u
G
S
(
o
f
f
)
u_{DS}>u_{GS}-u_{GS(off)}
uDS>uGS−uGS(off)(
u
D
S
−
u
G
S
(
o
f
f
)
u_{DS}-u_{GS(off)}
uDS−uGS(off)为达到夹断d-s还需要增加的电压,
V
D
D
V_{DD}
VDD使得管子夹断,保证电流有GS之间电压控制)
转移特性
I D S S I_{DSS} IDSS是 u G S = 0 u_{GS}=0 uGS=0情况下产生预夹断时的 I D I_D ID,称为饱和漏极电流。
输出特性
可变电阻区:
U
G
S
U_{GS}
UGS变化,斜率也变化,故称为可变电阻区
场效应管是耗尽型。
A.a.b N沟道增强型绝缘栅型场效应管(增强型MOS管)
预夹断区的电阻要远远大于沟道电阻,
u
D
S
u_{DS}
uDS的增大几乎全部用来克服夹断区的电阻。
当栅源电压减小时,沟道变窄,夹断区变大,即漏源之间的电阻变大,但是漏源电压并没有增大,所以
i
D
i_D
iD变小。
可变电阻区也因栅源电压可以改变沟道的电阻而得名。
A.a.c N沟道耗尽型MOS管
耗尽型:
i
D
=
I
D
S
S
(
1
−
u
G
S
U
G
S
(
o
f
f
)
)
2
i_D=I_{DSS}(1-\frac{u_{GS}}{U_{GS(off)}})^2
iD=IDSS(1−UGS(off)uGS)2
A.c.d 场效应管的分类
A.b 场效应管静态工作点的的设置方法
输入电阻为
R
g
1
R_{g1}
Rg1和
R
g
2
R_{g2}
Rg2并联再串联上
R
g
3
R_{g3}
Rg3,
R
g
3
R_{g3}
Rg3是为了使得输入电阻大一些,所以数值也应该大一些。
由于电阻阻值大,噪声越大,为了提高输入电阻阻值不能提高
R
g
1
和
R
g
2
R_{g1}和R_{g2}
Rg1和Rg2的阻值。上图电路中,
R
g
3
R_{g3}
Rg3没有电流通过(g-s之间电阻非常大),所以可以在保证不产生噪音情况下,增大输入电阻。
A.c 场效应管放大电路的动态分析
1 场效应管的交流等效模型
g-s之间电阻非常大,可视为断路
2 基本共源放大电路的动态分析
3 基本共漏放大电路的动态分析
A.d 复合管
根据电流方向是否矛盾判断。
图片来源:模拟电子技术基础(华成英/清华大学);
视频链接:模拟电子技术基础 华中科技大学 张林