第3章 场效晶体管及场效晶体管放大电路
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场效应管放大电路场效应管放大电路与双极型晶体管放大电路类似,也有与之对应的三种基本组态:共源(共射)、共漏(共集)和共栅极(共基极)。
1.直流偏置及静态分析场效应管放大电路有两种常用的直流偏置方式:自给偏压和分压式偏置。
由于耗尽型(包括结型)管子在时就有漏极电流,利用这一电流在源极电阻上产生的电压给管子供应直流偏置,因此自给偏压仅适合于耗尽型管子。
分压式偏置方式,利用分压电阻供应的栅极直流电位和源极电阻上产生的直流压降共同建立栅源间极的直流偏置。
调整分压比可以使偏置电压为正或为负,使用敏捷,适合于各种场效应管。
场效应管放大电路的静态分析有图解法和解析法两种。
图解法与双极型晶体管放大电路的图解法类似,读者可对比学习。
解析法是依据直流偏置电路分别列出输入、输出回路电压电流关系式,并与场效应管工作在恒流区(放大区)漏极电流和的关系联立求解获得静态工作点。
2.动态分析场效应管放大电路的动态分析也有图解法和微变等效电路法两种。
它与双极型晶体管放大电路的分析法类似,读者可对比学习。
在双极型晶体管放大电路动态分析中,通常给出了管子的β值,而在场效应管放大电路分析中则需要利用解析法计算跨导gm。
例如耗尽型管子的由下式求得:上式表明gm与IDQ有关,IDQ越大,gm也就越大。
3.三种基本放大电路的特点场效应管放大电路的组态判别与双极型晶体管放大电路类似此处不再赘述。
三种基本放大电路的性能特点如表1所示。
表1 场效应管三种基本放大电路的性能特点共源极共漏极共栅极输入电阻大大小输出电阻较大小较大电压放大倍数大小于等于1大uo与ui的相位关系反相同相同相。
场效应管结合晶体管前置放大电路概述及解释说明1. 引言1.1 概述场效应管和晶体管是电子学中常用的两种器件,它们在现代电路设计中起着重要的作用。
场效应管通过调控栅极电压来控制源极与漏极之间的导通状态,而晶体管则利用控制基极-发射极电压来控制集电极-发射极之间的导通状态。
这两种器件有着不同的工作原理和特性,但都可以被用来实现放大功能。
1.2 文章结构本文将围绕场效应管结合晶体管前置放大电路展开讨论。
首先,我们会介绍场效应管和晶体管的基本原理,包括它们的工作原理、特点和应用领域。
接下来,我们会概述前置放大电路的定义、用途以及常见分类及特点。
最后,我们会详细解析场效应管结合晶体管前置放大电路,包括其结合原理与优势、电路示意图及元件选型说明以及工作过程和信号增益分析。
1.3 目的本文旨在介绍场效应管结合晶体管前置放大电路,并对其原理和特点进行详细说明。
通过阅读本文,读者将能够了解场效应管和晶体管的基本原理、前置放大电路的概述,以及如何设计和分析场效应管结合晶体管前置放大电路。
同时,我们也希望能够展望该技术在未来的发展方向,为读者提供对电子学领域中这一重要电路的深入理解和应用的启示。
2. 场效应管和晶体管的基本原理:2.1 场效应管的工作原理:场效应管,也称为晶体管场效应管(FET),是一种三极电子器件。
它由沟道、栅极和漏源组成。
在工作时,栅极施加的电压可以控制沟道中电子的浓度,从而改变漏源之间的电流流动情况。
场效应管有两种主要类型:增强型(n通道与p通道)和耗尽型(n通道与p通道)。
增强型FET的工作原理如下:当栅极电压低于临界值时,沟道中存在很少数量的载流子;而当栅极电压高于临界值时,会形成一个导电通路并产生大量的载流子。
因此,在增强型FET中,栅极电压对沟道中载流子浓度和导电性能起到关键影响。
2.2 晶体管的工作原理:晶体管是一种用于放大信号和控制电流流动的半导体器件。
它由三个区域组成:发射区(Emitter)、基区(Base)和集电区(Collector)。
场效应管及其基本放大电路3.2.3.1 场效应管( FET )1.场效应管的特色场效应管出生于 20 世纪 60 年月,它主要拥有以下特色:①它几乎仅靠半导体中的多半载流子导电,故又称为单级型晶体管。
②场效应管是利用输入回路的电场效应来控制输出回路的电流,并以此命名。
③输入回路的内阻高达 107 -1012Ω;此外还拥有噪声低、热稳固性好、抗辐射能力强、耗电小,体积小、重量轻、寿命长等特色,因此宽泛地应用于各样电子电路中。
场效应管分为结型和绝缘栅型两种不一样的构造,下边分别加以介绍。
2.结型场效应管⑴结型场效应管的符号和N 沟道结型场效应管的构造结型场效应管(JFET)有 N 沟道和 P 沟道两种种类,图3-62(a) 所示为它们的符号。
N沟道结型场效应管的构造如图 3-62(b) 所示。
它在同一块 N型半导体上制作两个高混杂的P 区,并将它们连结在一同,引出电极,称为栅极 G; N 型半导体的两头分别引出两个电极,一个称为漏极 D,一个称为源极 S。
P 区与 N 区交界面形成耗尽层,漏极与源极间的非耗尽层地区称为导电沟道。
(a) 符号(b)N 沟道管的构造表示图图 3-62 结型场效应管的符号和构造表示图⑵结型场效应管的工作原理为使 N沟道结型场效应管正常工作,应在其栅 - 源之间加负向电压(即U GS0),以保证耗尽层蒙受反向电压;在漏- 源之间加正向电压u DS , 以形成漏极电流i D。
下边经过栅-源电压 u GS和漏-源电压 u DS对导电沟道的影响,来说明管子的工作原理。
①当 u DS=0V(即D、S短路)时, u GS对导电沟道的控制作用ⅰ当 u GS=0V时,耗尽层很窄,导电沟道很宽,如图3-63(a)所示。
ⅱ当 u GS增大时,耗尽层加宽,沟道变窄(图(b) 所示),沟道电阻增大。
ⅲ当u GS增大到某一数值时,耗尽层闭合,沟道消逝(图(c) 所示) , 沟道电阻趋于无穷大,称此时u GS的值为夹断电压U GS( off )。
第3章场效应管及其放大电路习题解3.1教学内容与要求本章介绍了场效应管的结构、类型、主要参数、工作原理及其基本放大电路。
教学内容与教学要求如表1.1所示。
表3.1第3章教学内容与要求3.2内容提要3.1.1场效应晶体管1.场效应管的结构及分类场效应管是利用输入电压产生的电场效应来控制输出电流的,是电压控制型器件。
工作过程中起主要导电作用的只有一种载流子(多数载流子),故又称单极型晶体管。
场效应管有两个PN结,向外引出三个电极:漏极D、栅极G和源极S。
(1)栅源控制电压的极性对JFET,为保证栅极电流小,输入电阻大的特点,栅源电压应使PN结反偏。
N沟道JFET:UGS<0;P沟道JFET:UGS>0。
对增强性MOS管,N沟道增强型MOS管,参加导电的是电子,栅源电压应吸引电子形成反型层构成导电沟道,所以UGS>0;同理,P沟道增强型MOS管,UGS<0。
对耗尽型MOS管,因二氧化硅绝缘层里已经掺入大量的正离子(或负离子:N沟道掺入正离子;P沟道掺入负离子),吸引衬底的电子(或空穴)形成反型层,即UGS=0时,已经存在导电沟道,所以,栅源电压UGS 可正可负。
(2)夹断电压UGS(off)和开启电压UGS(th)对JFET和耗尽型MOS管,当|UGS|增大到一定值时,导电沟道就消失(称为夹断),此时的栅源电压称为夹断电压UGS(off)。
N沟道场效应管UGS(off)<0;P沟道场效应管UGS(off)>0。
对增强型MOS管,当UGS增加到一定值时,才会形成导电沟道,把开始形成反型层的栅源电压称为开启电压UGS(th)。
N沟道增强型MOS管UGS(th)>0;P沟道增强型MOS管UGS(th)<0。
(3)栅源电压uGS对漏极电流iD的控制作用场效应管的导电沟道是一个可变电阻,栅源电压uGS可以改变导电沟道的尺寸和电阻的大小。
当uDS=0时,uGS变化,导电沟道也变化但处处等宽,此时漏极电流iD=0;当uDS≠0时,产生漏极电流,iD≠0,沿沟道产生了电位梯度使导电沟道变得不等宽。