幾種常見電子放大器件原理的一致性

高俊杰

摘 要本文意在將幾種主要的電子放大器件做一個(gè)規(guī)律性的概括與總結(jié)，找出它們的共性，希望本文對(duì)新材料、新器件的發(fā)現(xiàn)與發(fā)明有一定的參考意義。

【關(guān)鍵詞】晶體管 電子管 場(chǎng)效應(yīng)管 共同點(diǎn)

1 前言

提起電子放大器件，諸如電子管、晶體三極管、場(chǎng)效應(yīng)管等都是我們常用的電子器件，我們并不陌生。如果要指出它們有哪些不同點(diǎn)我們能說出很多，但要指出它們?nèi)咦畲蟮墓餐c(diǎn)，我們就有些茫然了，其實(shí)它們最大的共同點(diǎn)就是它們的放大原理具有極其相似的一致性。下面就對(duì)每種器件僅舉一例予以說明，余可類推。

2 幾種電子放大器件的原理

如圖1所示的是我們大家比較熟悉的NPN型晶體管共射放大電路，它由發(fā)射結(jié)和集電結(jié)兩個(gè)PN結(jié)組成。為了使電路工作在放大狀態(tài)，我們通常將晶體管的工作點(diǎn)設(shè)置在發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏的工作狀態(tài)。正偏的發(fā)射結(jié)導(dǎo)通電阻小，反偏的集電結(jié)導(dǎo)通電阻大，當(dāng)輸入信號(hào)Vi加在b、e結(jié)上產(chǎn)生一個(gè)微小的電流變化時(shí)，就能引起c、e之間較大的電流變化，從而實(shí)現(xiàn)了電流放大作用。

我們?cè)倏匆幌氯鐖D2所示的簡(jiǎn)單電子管原理圖，在這個(gè)電路中，我們通常通過高頻厄流圈和高頻旁路電容給電子管各極加上適當(dāng)?shù)闹绷髌秒妷?，?jīng)電容耦合過來的交流輸入信號(hào)Ui加到柵極，再經(jīng)電子管放大后得到輸出信號(hào)U0。由圖可見不論對(duì)于基波（Ra通常為選頻網(wǎng)絡(luò)）還是直流分量，電子管共陰放大電路與晶體管共射放大電路在發(fā)射結(jié)正偏和集電結(jié)反偏上有許多相似之處：g、k之間間距短，導(dǎo)通阻抗小，可以看做是一個(gè)正向?qū)ǖ腜N結(jié)；g、a之間間距遠(yuǎn)，導(dǎo)通需要的電壓高，導(dǎo)通電阻大，可以看做是一個(gè)加反向電壓的PN結(jié)。這個(gè)電子管電路也是利用其輸出特性曲線的直線放大區(qū)，通過輸入交變信號(hào)來改變柵、陰之間的輸入電流，再通過柵、陰之間較小的電流變化引起板極較大的板流變化，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)信號(hào)的放大作用。由于晶體管和電子管的輸出信號(hào)隨輸入電流的變化而變化，所以它們可以看作是電流控制器件。

在圖3、4所示的N溝道耗盡結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管放大電路中，正常工作時(shí)柵源之間加負(fù)壓，漏源之間加正壓，以保證柵源、柵漏兩個(gè)PN結(jié)反偏，使電路工作在高輸入阻抗?fàn)顟B(tài)。當(dāng)負(fù)柵壓低于夾斷電壓時(shí)，N型導(dǎo)電溝道處于夾斷狀態(tài)，場(chǎng)效應(yīng)管不能夠?qū)ǎ划?dāng)負(fù)柵壓增大時(shí)，由于漏極電位高于源極電位，所以漏極PN結(jié)反向電壓最高、導(dǎo)電溝道最窄，而源極導(dǎo)電溝道最寬，隨著負(fù)柵壓的增大夾斷點(diǎn)向源極移動(dòng)，此時(shí)導(dǎo)電溝道處于預(yù)夾斷狀態(tài)；當(dāng)負(fù)柵壓增大到一定程度后，導(dǎo)電溝道開啟，場(chǎng)效應(yīng)管開始導(dǎo)通，形成漏極電流iD。盡管柵源、柵漏之間均為反向偏置，但柵源阻抗遠(yuǎn)小于柵漏之間的阻抗，因而也與晶體管發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏的工作原理一致，它也是利用其輸出特性曲線的可變電阻區(qū)，用控制較小的輸入電壓變化得到較大的漏極電流變化實(shí)現(xiàn)電流放大作用。由于場(chǎng)效應(yīng)管輸入端為反向偏置、阻抗很大，幾乎沒有柵流，漏極電流隨輸入電壓變化，所以場(chǎng)效應(yīng)管可以看作是電壓控制器件。

最后我們?cè)倏匆幌氯鐖D5、6所示的N溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管（MOS管）放大電路。在這個(gè)電路中，通常將襯底與源極S連在一起，使得源、漏兩極相對(duì)于襯底的兩個(gè)PN結(jié)均為反向電壓偏置，以提高輸入阻抗。當(dāng)場(chǎng)效應(yīng)管柵壓為正時(shí)吸引P型襯底中的電子等負(fù)電荷向柵極移動(dòng)，形成反型層而得到自由電子，從而將源極與漏極的N型半導(dǎo)體（電子型）連通，隨著柵壓的升高iD不斷增大。絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管放大電路可看作由兩部分構(gòu)成，柵極與襯底構(gòu)成輸入部分，再經(jīng)輸入部分的控制后，漏極和源極組成輸出回路。柵極決定獲得自由電子的多少，電路放大時(shí)通常工作在柵壓較小的可變電阻區(qū)，遠(yuǎn)小于漏源之間的偏置電壓，襯底與源極相連可以看作場(chǎng)效應(yīng)管工作在柵源阻抗遠(yuǎn)小于漏源阻抗的狀態(tài)，因而與晶體管發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏的工作原理一致，實(shí)現(xiàn)了放大作用。

由以上的分析我們可以看到，盡管以上四種放大器件的工作原理不盡相同，但它們都有如圖7所示的工作特點(diǎn)：當(dāng)不加輸入信號(hào)時(shí)，A、B兩端的高壓不足以使它導(dǎo)通；只有加入輸入信號(hào)，在A、B的中點(diǎn)處產(chǎn)生一個(gè)電位的躍升（MOS管是改變電阻），從而起到像電子管加速電壓似的作用，使自由電子更容易到達(dá)輸出端而實(shí)現(xiàn)放大的。

3 結(jié)語

由此可見，以上幾種電子放大器件的工作原理都極為相似，都是利用其各自輸出特性曲線的線性部分，以較小的輸入電壓或電流變化引起A、B兩端較大的輸出電壓或電流變化，用“四兩撥千斤”的方法來實(shí)現(xiàn)信號(hào)放大的，盡管它們的在具體電路上不盡相同，但它們?cè)诠ぷ髟砩媳憩F(xiàn)出極為相似的一致性。

參考文獻(xiàn)

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