基于對(duì)比法的場效應(yīng)管教學(xué)方法的探索

董小瓊

摘 要

場效應(yīng)管知識(shí)點(diǎn)繁雜，是模擬電子技術(shù)教學(xué)的難點(diǎn)。本文從場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)符號(hào)及種類、場效應(yīng)管的特性曲線、場效應(yīng)管放大電路等幾個(gè)方面，采用與三極管對(duì)比的方法闡述教學(xué)過程，能化繁變簡，提高教學(xué)效率，增加學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，達(dá)到事半功倍的效果。

關(guān)鍵詞

場效應(yīng)管;三極管;對(duì)比法

中圖分類號(hào)： TN710-4 ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 18 . 57

Abstract

The knowledge points of FET are complex， which is the difficulty of analog electronic technology teaching. This article uses the method of comparison with transistor to explain the teaching process from the structural symbols and types of FET， the characteristic curve of FET， the amplification circuit of FET， etc.which can simplify the complexity， improve the teaching efficiency， increase students' enthusiasm for learning， and achieve the effect of doing more with less.

Key words

FET; BJT; Comparison method

場效應(yīng)晶體管（Field Effect Transistor）縮寫（FET）簡稱場效應(yīng)管，因其優(yōu)越的性能，被越來越多的電路廣泛使用，現(xiàn)已成為雙極型三極管的強(qiáng)大競爭對(duì)手。由于三極管在導(dǎo)電類型上只有兩種，相比較六種場效應(yīng)管而言，三極管要簡單得多。為提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、在學(xué)習(xí)場效應(yīng)管知識(shí)的過程中保持清晰的邏輯思維，在教學(xué)過程中采取先學(xué)習(xí)三極管及其放大電路，然后采用對(duì)比方法學(xué)習(xí)場效應(yīng)管知識(shí)，可達(dá)到事半功倍的效果。

1 場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)、種類、電路符號(hào)的教學(xué)

單極型的場效應(yīng)管（FET）利用控制輸入回路的電場效應(yīng)來控制輸出回路電流，而雙極型三極管是利用輸入電流來控制輸出電流的器件。雖然控制輸出電流的原理不同，但兩類管在結(jié)構(gòu)、種類、符號(hào)及應(yīng)用方法上極大相似之處。

1.1 結(jié)構(gòu)種類上的對(duì)比教學(xué)

從結(jié)構(gòu)上看，場效應(yīng)管有柵極g、源極s和漏極d三個(gè)電極，在構(gòu)成應(yīng)用電路時(shí)與三極管的三個(gè)電極接入電路具有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，即柵極g與基極b對(duì)應(yīng)，源極s與發(fā)射極e對(duì)應(yīng)，漏極d與集電極c對(duì)應(yīng)。在電路中，場效應(yīng)管的漏極電流id相應(yīng)與三極管集電極電流iC對(duì)應(yīng)，漏源電壓UDS與三極管UCE對(duì)應(yīng)，這種對(duì)應(yīng)不僅包含了接入電路的電極位置的對(duì)應(yīng)，還包含了它們電流與電壓實(shí)際方向的對(duì)應(yīng)。

三極管按導(dǎo)電類型分為NPN和PNP兩種類型，場效應(yīng)管按導(dǎo)電溝道分為N溝道和P溝道。在電路的應(yīng)用上N溝道場效應(yīng)管和NPN型三極管對(duì)應(yīng)，P溝道場效應(yīng)管和PNP型三極管對(duì)應(yīng)。比如：NPN型三極管在構(gòu)成電路時(shí)其集電極接電源正極，發(fā)射極接到電源負(fù)極，那么對(duì)于N溝道的場效應(yīng)管，與集電極對(duì)應(yīng)的漏極接電源的正極，而與發(fā)射極對(duì)應(yīng)的源極接電源的負(fù)極。依此類比，P溝道和PNP三極管接電源的方法相對(duì)應(yīng)。

1.2 電路符號(hào)的對(duì)比教學(xué)

符號(hào)在電路中代表了元器件，對(duì)于有極性的元器件，符號(hào)出錯(cuò)就意味著電路不能正常工作。場效應(yīng)管按結(jié)構(gòu)分為六種類型：耗盡型N溝道和P溝道結(jié)型場效應(yīng)管、耗盡型N溝道和P溝絕緣柵場效應(yīng)管、增強(qiáng)型N溝道和P溝道絕緣柵場效應(yīng)管。在教學(xué)過程中采用與三極管符號(hào)對(duì)比的方法來學(xué)習(xí)它，能快速掌握它們的電路符號(hào)。

三極管的電路符號(hào)中，集電極c和發(fā)射極e在同側(cè)，基極b在符號(hào)的另一側(cè)。同樣在場效應(yīng)管的符號(hào)里，與三極管集電極c和發(fā)射極e對(duì)應(yīng)的漏極d和源極 s在符號(hào)同側(cè)，而與三極管基極b相對(duì)應(yīng)的柵極g在符號(hào)的另一側(cè)。

NPN與PNP的符號(hào)區(qū)別僅是發(fā)射極上的箭頭方向不同而已，箭頭的尾端是N區(qū)，箭頭的首端是P區(qū)。在場效應(yīng)管的符號(hào)中，N溝道和P溝道同樣也僅是箭頭的方向不同而已。場效應(yīng)管中的箭頭要么背離連接漏極與源極的溝道，要么指向溝道，與三極管類似，箭頭指向溝道即箭頭的尾端在溝道的，則為N溝道。箭頭首端在溝道即箭頭背離溝道的，則是P溝道。

2 場效應(yīng)管特性曲線的教學(xué)

2.1 場效應(yīng)管轉(zhuǎn)移特性曲線的對(duì)比教學(xué)

場效應(yīng)管有與三極管輸入特性曲線和輸出特性曲線相對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)移特性曲線和輸出特性曲線。從三極管的輸入特性曲線得到結(jié)論：三極管要導(dǎo)通，其發(fā)射結(jié)電壓|UBE|必須大于其死區(qū)電壓（亦即門坎電壓）|Uth|.在場效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性里，對(duì)應(yīng)體現(xiàn)出柵源電壓|UGS|必須大于其開啟電壓|UT|或夾斷電壓|UP|才能正常導(dǎo)通工作。三極管輸入特性曲線和場效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性曲線都是用來說明它們何時(shí)導(dǎo)通、導(dǎo)通之后輸入電壓變化時(shí)對(duì)應(yīng)的電流隨之變化的關(guān)系，學(xué)習(xí)了三極管輸入特性曲線之后，對(duì)場效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性曲線所體現(xiàn)的內(nèi)涵，學(xué)習(xí)起來便得心應(yīng)手。

2.2 場效應(yīng)管輸出特性曲線的對(duì)比教學(xué)

與三極管輸出特性曲線形狀相似，場效應(yīng)管同樣分為三個(gè)工作區(qū)域，但相互對(duì)應(yīng)的參變量不同，基極電流是三極管的參變量，而柵源電壓則是場效應(yīng)管的參變量[1]。從輸出特性可看出三極管有放大、飽和與截止三個(gè)工作狀態(tài)，飽和與截止?fàn)顟B(tài)為三極管的開關(guān)狀態(tài)。場效應(yīng)管從輸出特性曲線總結(jié)出與三極管對(duì)應(yīng)的三個(gè)狀態(tài)，即恒流（放大）、可變電阻（與三極管飽和對(duì)應(yīng)）和截止?fàn)顟B(tài)，可變電阻與截止?fàn)顟B(tài)為場效應(yīng)管的開關(guān)狀態(tài)。三極管參數(shù)反映基極電流對(duì)集電極電流的控制能力。場效應(yīng)管中與之對(duì)應(yīng)的體現(xiàn)場效應(yīng)管放大能力的參數(shù)為gm，反映柵源電壓UGS對(duì)漏極電流iD的控制能力。

3 場效應(yīng)管放大電路的教學(xué)

場效應(yīng)管有共源極、共漏極、共柵極三種基本放大電路。與三極管構(gòu)成的共發(fā)射極、共集電極、共基極放大電路相對(duì)應(yīng)。在電路構(gòu)成的要求、電路的分析方法、電路的工作特點(diǎn)上有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。

3.1 放大電路的構(gòu)成

三極管放大電路有固定偏置式和分壓式兩種，要求有合理的靜態(tài)工作點(diǎn)，能正常放大信號(hào)。增強(qiáng)型場效應(yīng)管同樣有用來建立合適靜態(tài)工作點(diǎn)Q的固定偏置式和分壓偏置式放大電路，與三極管的放大電路除了放大管不同，其它電路部分是一致的。故在學(xué)習(xí)完三極管再利用對(duì)比法學(xué)習(xí)場效應(yīng)管及其應(yīng)用，簡單快捷有效。

3.2 電路的分析

三極管構(gòu)成的放大電路的分析過程分為兩大步：先靜態(tài)再動(dòng)態(tài)分析。場效應(yīng)管放大電路的分析過程、方法與三極管放大電路完全一樣，靜態(tài)通過畫直流通路利用圖解法或估算法求解靜態(tài)工作點(diǎn)，動(dòng)態(tài)通過畫交流通路利用圖解法或微變等效法求解動(dòng)態(tài)參數(shù)。

3.3 放大電路的工作特點(diǎn)

掌握?qǐng)鲂?yīng)管放大電路圖的結(jié)構(gòu)及功能特點(diǎn)，才可以將它靈活運(yùn)用到實(shí)際電子產(chǎn)品電路中。場效應(yīng)管放大電路通過和三極管放大電路類比，能熟練掌握其功能特點(diǎn)。

共源極放大器與常用的共發(fā)射極放大器對(duì)應(yīng)。在共射電路中，Ui與ic同相，與Uce（輸出信號(hào)Uo）反相。以此類推，共源電路，其輸入U(xiǎn)i與iD同相，與輸出信號(hào)電壓Uds的相位相反。

共漏放大器與共集放大電路相當(dāng)，共集放大電路輸入信號(hào)從基極與集電極輸入，輸出信號(hào)從發(fā)射極與集電極間取出，此電路又稱為射極輸出器或射極跟隨器。共漏放大電路與之對(duì)應(yīng)的是輸入信號(hào)從柵極與漏極間輸入，輸出信號(hào)從源極與漏極之間輸出，這種電路又稱為源極輸出器或源極跟隨器，它所體現(xiàn)的動(dòng)態(tài)參數(shù)特征也與共集電路一致。

共柵極放大器與共基極放大電路相當(dāng)，輸入信號(hào)從柵極與源極之間輸入，輸出信號(hào)從漏極與柵極之間輸出，這種放大器與共基電路一樣，高頻特性比較好。

4 結(jié)論

場效應(yīng)管與晶體三極管在管腳結(jié)構(gòu)、電路符號(hào)、電路構(gòu)成、電路分析等方面有較多的相似之處，在教學(xué)過程中采用由簡到繁，通過先學(xué)習(xí)三極管再采用對(duì)比方法進(jìn)行場效應(yīng)管的教學(xué)，即能溫故知新，又能提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)效果，起到了事半功倍的作用。

參考文獻(xiàn)

[1]袁晨光，丁海峰.類比教學(xué)法在場效應(yīng)管教學(xué)中的應(yīng)用[J].信息通信，2014.10

[2]楊素行.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程（第三版）[M].北京：高等教育出版社，2006.