大学模拟电子线路03场效应管

场效应管，是电子电路中的关键元件，尤其在模拟电子线路中扮演着重要角色。它是一种电压控制型半导体器件，其工作原理和特性是理解电路设计的基础。 场效应管主要分为两大类：结型场效应管（JFET）和绝缘栅场效应管（MOSFET）。MOSFET又分为N沟道和P沟道，以及增强型和耗尽型。增强型MOSFET在没有加偏置电压时没有导电沟道，而耗尽型即使不加偏置也有导电沟道。 N沟道增强型MOSFET的结构包括一个N型硅衬底，上面有两个P+区域作为源极和漏极，中间由栅极隔开，栅极上方覆盖一层二氧化硅绝缘层。当栅极与源极之间的电压（VGS）大于开启电压（VT）时，会在耗尽层和二氧化硅之间形成一个反型的N型导电沟道，从而允许电流通过。 工作原理方面，N沟道增强型MOSFET的电流控制主要由VGS和VDS两个电压决定。VGS决定了是否开启导电沟道，当VGS大于VT时，形成导电通道。VDS则影响沟道的厚度和电流的大小。当VDS增加，沟道会呈现楔形分布，最终在接近漏极处出现预夹断现象，此时VGD（VGS - VDS）等于VT。预夹断后，即便VDS继续增加，电流ID基本保持不变，进入饱和区。 场效应管的输入电阻非常高，因为栅极与源极之间是绝缘的，导致栅极电流几乎为零。这使得MOSFET成为理想的电压控制器件，电流ID受VGS直接控制。与双极型晶体管（BJT）相比，MOSFET的这种特性使其在高输入阻抗的应用中更为优越。 N沟道增强型MOSFET的V-I特性曲线展示了其工作状态的变化，包括截止区（VGS小于VT，iD等于0）、可变电阻区（VGS大于VT，预夹断前，iD与VDS线性关系）、饱和区（VDS大于VGS-VT，iD趋于饱和）。 了解这些基础知识对于设计和分析场效应管放大电路至关重要，包括静态工作点的确定、动态参数的分析以及电路性能特点的理解。在实际应用中，根据电路需求选择合适的场效应管类型和工作模式，可以实现高效、稳定的信号放大和控制。