《模拟电子技术基础(第五版):CH05 场效应管放大电路》涵盖了场效应管作为放大元件的基础知识,主要包括金属-氧化物-半导体(MOS)场效应管、结型场效应管(JFET)以及砷化镓金属-半导体场效应管等类型。以下是对这些内容的详细解释:
1. **金属-氧化物-半导体场效应管(MOSFET)**:
- **N沟道增强型MOSFET**:其结构包括N型沟道、绝缘层(如二氧化硅)和源漏极。在没有栅源电压(vGS)时,没有导电沟道;当vGS超过阈值电压(VT),电场会在沟道中形成,允许电流流动。沟道长度(L)和宽度(W)是其关键参数,通常W远大于L。
- **N沟道耗尽型MOSFET**:与增强型不同,它在没有栅源电压时就有一个预存在的导电沟道,由二氧化硅绝缘层中的掺杂正离子形成,能工作在正或负的栅源电压下。
- **P沟道MOSFET**:其沟道材料为P型半导体,工作原理与N沟道MOSFET类似,只是载流子相反。
- **沟道长度调制效应**:在饱和区,增加vDS会导致沟道变薄,从而增加沟道电阻,但电流ID基本保持不变。
2. **MOSFET的工作原理**:
- **vGS的作用**:控制沟道的存在与否。当vGS低于阈值电压,没有导电沟道;当vGS超过阈值,电场形成导电沟道。
- **vDS的作用**:在vGS固定且高于阈值的情况下,增加vDS会改变沟道的形状,导致沟道电阻变化,影响电流ID。
3. **V-I特性曲线及大信号特性方程**:
- **截止区**:vGS低于阈值,iD=0。
- **可变电阻区**:vDS小于(vGS-VT),iD与vDS的关系近似为线性,形成一个可变电阻。
- **饱和区(放大区)**:vDS大于(vGS-VT),iD几乎不随vDS的增加而改变,此时MOSFET具有放大功能。
4. **N沟道耗尽型MOSFET的V-I特性**:
其V-I特性类似于N沟道增强型MOSFET,但其工作范围更广,可以在正或负的栅源电压下工作。
5. **比较**:
各种场效应管在放大性能、频率响应和工作条件上有所不同,选择使用时需根据具体应用的需求来决定。
场效应管放大电路是模拟电子技术中的核心概念之一,了解其工作原理、参数和特性对于理解和设计电子电路至关重要。MOSFET的增强型与耗尽型的区别在于是否需要栅源电压来形成导电沟道,而P沟道MOSFET则使用P型半导体材料,这些知识对于理解和设计各种放大电路极其重要。