[模电专栏]

A 场效应管及其放大电路

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。
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A.a.a 结型场效应管

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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。

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  • 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。
  • 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。

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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=uGSuDS
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)} GSUGS(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=uGSuDS,得到 u D S > u G S − u G S ( o f f ) u_{DS}>u_{GS}-u_{GS(off)} uDS>uGSuGS(off) u D S − u G S ( o f f ) u_{DS}-u_{GS(off)} uDSuGS(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
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I D S S I_{DSS} IDSS 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

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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
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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)

推荐一个增强型MOS管工作原理的视频
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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。

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A.a.c N沟道耗尽型MOS管

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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(1UGS(off)uGS)2

A.c.d 场效应管的分类

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A.b 场效应管静态工作点的的设置方法

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输入电阻为 R g 1 R_{g1} Rg1 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} Rg1Rg2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
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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
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3 基本共漏放大电路的动态分析

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A.d 复合管

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根据电流方向是否矛盾判断。

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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