三极管是电流放大器件，有三个极，分别叫做集电极C，基极B，发射极E。分成NPN和PNP两种。我们仅以NPN三极管的共发射极放大电路为例来说明一下三极管放大电路的基本原理。
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下载附件 (14.09 KB)下面的分析仅对于NPN型硅三极管。如上图所示，我们把从基极B流至发射极E的电流叫做基极电流Ib；把从集电极C流至发射极E的电流叫做集电极电流Ic。这两个电流的方向都是流出发射极的，所以发射极E上就用了一个箭头来表示电流的方向。三极管的放大作用就是：集电极电流受基极电流的控制（假设电源能够提供给集电极足够大的电流的话），并且基极电流很小的变化，会引起集电极电流很大的变化，且变化满足一定的比例关系：集电极电流的变化量是基极电流变化量的β倍，即电流变化被放大了β倍，所以我们把β叫做三极管的放大倍数（β一般远大于1，例如几十，几百）。如果我们将一个变化的小信号加到基极跟发射极之间，这就会引起基极电流Ib的变化，Ib的变化被放大后，导致了Ic很大的变化。如果集电极电流Ic是流过一个电阻R的，那么根据电压计算公式U=R*I可以算得，这电阻上电压就会发生很大的变化。我们将这个电阻上的电压取出来，就得到了放大后的电压信号了。
三极管在实际的放大电路中使用时，还需要加合适的偏置电路。这有几个原因。首先是由于三极管BE结的非线性（相当于一个二极管），基极电流必须在输入电压大到一定程度后才能产生（对于硅管，常取0.7V）。当基极与发射极之间的电压小于0.7V时，基极电流就可以认为是0。但实际中要放大的信号往往远比0.7V要小，如果不加偏置的话，这么小的信号就不足以引起基极电流的改变（因为小于0.7V时，基极电流都是0）。如果我们事先在三极管的基极上加上一个合适的电流（叫做偏置电流，上图中那个电阻Rb就是用来提供这个电流的，所以它被叫做基极偏置电阻），那么当一个小信号跟这个偏置电流叠加在一起时，小信号就会导致基极电流的变化，而基极电流的变化，就会被放大并在集电极上输出。另一个原因就是输出信号范围的要求，如果没有加偏置，那么只有对那些增加的信号放大，而对减小的信号无效（因为没有偏置时集电极电流为0，不能再减小了）。而加上偏置，事先让集电极有一定的电流，当输入的基极电流变小时，集电极电流就可以减小；当输入的基极电流增大时，集电极电流就增大。这样减小的信号和增大的信号都可以被放大了。
下面说说三极管的饱和情况。像上面那样的图，因为受到电阻Rc的限制（Rc是固定值，那么最大电流为U/Rc，其中U为电源电压），集电极电流是不能无限增加下去的。当基极电流的增大，不能使集电极电流继续增大时，三极管就进入了饱和状态。一般判断三极管是否饱和的准则是：Ib*β〉Ic。进入饱和状态之后，三极管的集电极跟发射极之间的电压将很小，可以理解为一个开关闭合了。这样我们就可以拿三极管来当作开关使用：当基极电流为0时，三极管集电极电流为0（这叫做三极管截止），相当于开关断开；当基极电流很大，以至于三极管饱和时，相当于开关闭合。如果三极管主要工作在截止和饱和状态，那么这样的三极管我们一般把它叫做开关管。
如果我们在上面这个图中，将电阻Rc换成一个灯泡，那么当基极电流为0时，集电极电流为0，灯泡灭。如果基极电流比较大时（大于流过灯泡的电流除以三极管的放大倍数β），三极管就饱和，相当于开关闭合，灯泡就亮了。由于控制电流只需要比灯泡电流的β分之一大一点就行了，所以就可以用一个小电流来控制一个大电流的通断。如果基极电流从0慢慢增加，那么灯泡的亮度也会随着增加（在三极管未饱和之前）。
对于PNP型三极管，分析方法类似，不同的地方就是电流方向跟NPN的刚好相反，因此发射极上面那个箭头方向也反了过来——变成朝里的了。
场效应管及基本放大电路
1 场效应管的性能与双极型三极管比较具有哪些特点？
答：
场效应管是另一种半导体放大器件。在场效应管中只是多子参与导电，故称为单极型三极管；而普通三极管参与导电的，既有多数载流子，又有少数载流子，故称为双极型三极管。由于少数载流子的浓度易受温度的影响，因此，在温度稳定性、低噪声等方面前者优于后者。
2．双极型三极管是电流控制器件，通过控制基极电流到达控制输出电流的目的。因此，基极总有一定的电流，故三极管的输人电阻较低；场效应管是电压控制器件，其输出电流决定于栅源极之间的电压，栅极基本上不取电流，因此，它的输入电阻很高，可达10^9～10^14Ω。高输入电阻是场效应管的突出优点。
3．场效应管的漏极和源极可以互换，耗尽型绝缘栅管的栅极电压可正可负，灵活性比双极型三极管强。
4 场效应管和三极管都可以用于放大或作可控开关。但场效应管还可以作为压控电阻使用，可以在微电流、低电压条件下工作。且便于集成。在大规模和超大规模集成电路中应用极为广泛。
2 场效应管的伏安特性如何表示？试以N沟道结型场效应管为例，说明场效应管的输出特性曲线与双极型三极管的输出特性有和区别？
答：
场效应管的伏安特性用输出特性（又称漏极特性）Id=f(Vds)|Vgs=常数和转移特性Id=f(Vgs)|Vds=常数表示。它们都反映了场效应管工作的同一物理过程，转移特性可以直接从输出特性上用作图法�一对应地求出。
N沟道结型场效应管的输出特性曲线与双极型三极管的输出特性相比有类似之处，但有区别，详见表 1．3．2。
3 何为场效应管的开启电压Vt和夹断电压Vp? 在图1.3.3(a)和(b)所示场效应管的输出特性曲线上如何确定其值？
答：
对于增强型绝缘栅型场效应管(MOSFET)，在Vgs0时不存在导电沟道，只有当Vgs达到开启电压V，时才有漏极电流Id。因此，在输出特性中， Id大于或等于零（即开始出现Id）时所对应的Vgs值即为开启电压计。一般，N沟道增强型MOSFET的Vt值为正值，P沟道的Vt值为负值。
图1．3．3（a）所示为P沟道增强型MOSFET的输出特性曲线，由图可知该管的开启电压Vt=-2V。
对于结型场效应管（JFET）和耗尽型绝缘栅型场效应管（MOSFET），当Vgs=0时已存在导电沟道，栅源电压Vgs等于夹断电压Vp时，沟道夹断，漏极电流Id=0。一般N沟道FET的Vp值为负值，而P沟道FET的Vp值为正值。
图1．3．3（ b）所示为N沟道JFET的输出特性曲线。根据以上分析，Id=0所对应的Vgs值为夹断电压，故Vp＝-5V。
由于可变电阻区和饱和区的分界线是预夹断点的轨迹，预夹断时，Vgd=Vp。因此，在输出特性上，用Vds的值来表示预夹断点时，可求得：
Vds=Vdg+Vgs=Vgs-Vgd=Vgs-Vp
故由预夹断轨迹，也可求得Vp。例如，在图1·3．3（b）中，Vgs=OV那条曲线与预夹断分界线交点所对应的Vds值就是-Vp，即-Vp=5V；而Vgs=-2V那条曲线与预夹断分界线交点所对应的Vds值减去Vgs也是一Vp，可得出-Vp=Vds-Vgs=3V-(-2)V=5V。余此类推。
登录/注册后可查看大图 2008-11-7 19:13:21 上传
下载附件 (27.13 KB)4 场效应管有许多类型，它们的输出特性及转移特性各不相同，不同类型的场效应管各极间所加电压极性也不相同，试总结它们的规律。
答：
场效应管的种类很多，有结型FET、耗尽型MOSFET、增强型MOSFET，每一类型又有P沟道和N沟道之分。各种类型场效应管的符号和特性曲线见表1·3·4（a）。
为了保证它们工作在饱和区（即放大区）起放大作用，Vgs和Vds的极性有如下规律。
1．Vds值的极性取决于导电沟道的类型
凡是N沟道，载流子是电子，欲使电子向漏极漂移运动，Vds必为正值；凡是P沟道，载流子是空穴，欲使空穴向漏极漂移运动，Vds必为负值。
2．Vgs值的极性取决于工作方式和导电沟道的类型
对于结型场效应管，要求栅源极间加反向偏置电压。如果是N沟道，栅极为P型半导体，为使PN结反偏，要求Vgs≤0；如果是P沟道，要求Vgs≥0。
对于绝缘栅型MOSFET，如果是增强型N沟道，为了吸引电子形成N沟道，栅极必须加正电压，即Vgs≥O。如果是耗尽型N沟道，为了排斥沟道中的电子，使沟道变窄，栅极必须加负电压，即Vgs≤0；为了加宽沟道，吸引更多电子到衬底表面来，栅极必须加正电压，即Vgs＞O；P沟道则相反。
综上所述，结型场效应管中。Vgs和Vds反极性；增强型MOFETS中Vgs与Vds同极性；耗尽型MOFETS中有两种情况，视加宽还是缩减沟道而定，可以是正偏、零偏或反偏。见表l·3·4（b）。
3 Vp和Vt的正负极性取决于导电沟道类型
结型场效应管和耗尽型MOSFET存在夹断电压Vp，N沟道Vp为负值，P沟道为正值；增强型MOSFET存在开启电压Vt，N沟道Vt为正值，P沟道为负值。
5 场效应管的工作原理与普通三极管不同，那么场效应管放大电路的偏置电路有何特点？它有几种偏置方式？
答：
场效应管偏置电路的特点是：
1．场效应管是电压控制器件，因此，放大电路只要求建立合适的偏置电压V(GS)，不要求偏置电流；
2．不同类型的场效应管，对偏置电压的极性有不同要求如JFET必须是反极性偏置，即V(GS)与V(DS)极性相反，增强MOSFET的V(GS)和V(DS)必须是同极性偏置，耗尽型MOSFET的V(GS)可正偏、零偏或反偏；
3．场效应管的跨导gm都较低，对放大性能不利，因此，必须设置较高的静态工作点。为了减小静态工作点受温度变化的影响，常采用稳定工作点的电路。
基于上述特点，必须根据不同的场效应管选用不同的偏置电路。在分立元件的场效应管放大电路中，偏置电路有零偏压、固定偏压、自偏压、混合偏置等形式；在集成电路平常采用不同的电流源作为偏置电路。
零偏压电路只适于耗尽型MOSFET放大电路；固定偏压适于所有的场效应管放大电路；自偏压适于JFET和耗尽型MOSFET放大电路；混合偏置既包含了固定偏压又包含了自偏压，适于所有的场效应管放大电路。
表2．6．l列出了场效应管放大电路的各种偏置电路及Q点计算式。
6. 场效应管放大电路的组成原则与普通三极管电路价的组成原则基本相同。试判断图2．6．2所示的场效应管放大电路能否进行正常放大，并说明理由。
答：
判断一个场效应管放大电路对输入信号能否进行正常放大的原则，与判断三极管放大电路对输入信号能否进行正常放大的原则基本一样，也就是要有适当的直流偏置和有畅通的信号输入、输出回路。根据此原则对图2．6．2判断如下。
图2·6．2（a）所示电路对信号不能正常放大，因为管子T为N沟边结型场效应管，要求偏置电压V(GS)＜0才能正常放大，而在本电路中V(GS)＞O。
图2。6。2（b）所示电路对信号不能正常放大，因为管子T为增独型PMOS管，要大V(GS)<=V(T)才能正常放大，而在本电路中采用自偏置电路结构，不能建立正常的偏置电压V(GS)。
图2．6．2(c)所示电路只要选择合适的静态工作点和有适当大小的输入信号，就能保证对信号讲行不失真的放大，因为管子T为耗尽型NMOS管，电路采用电阻分压式固定偏置电路，偏置电压V(GS)>0，V(DS)>0，而且有正确的信号输入、输出回路，满足了正常放大的基本条件。
图2.6.2(d)所示电路只要选择适当的静态工作点和有适当大小的输入信号，就能保证该放大电路不失真地放大。因为，管子T为耗尽型NMOS管，电路采用自偏置结构，其偏置电压V(GS)<0，V(DS)>0，而且有正确的信号输入、输出回路，可满足正常放大的基本条件。
图2.6.2(e)所示电路只要选择适当的静态工作点和有适当大小的输入信号就能保证不失真的放大。因为，管子T为增强型PMOS管，电路采用电阻分压式固定偏置方式，可通过选用合适的Rg1,Rg2,Rs获得V(GS)<=V(T)，而且V(DS)<0，又有正确的信号输入、输出回路，可满足正常放大的基本条件。
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