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規律性的概括與總結，找出它們的共性，希望本文對新材料、新器件的發現與發明有一定的參考意義。

【關鍵詞】晶體管 電子管 場效應管 共同點

1 前言

提起電子放大器件，諸如電子管、晶體三極管、場效應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我們能說出很多，但要指出它們三者最大的共同點，我們就有些茫然了，其實它們最大的共同點就是它們的放大原理具有極其相似的一致性。下面就對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，它由發射結和集電結兩個PN結組成。為了使電路工作在放大狀態，我們通常將晶體管的工作點設置在發射結正偏、集電結反偏的工作狀態。正偏的發射結導通電阻小，反偏的集電結導通電阻大，當輸入信號Vi加在b、e結上產生一個微小的電流變化時，就能引起c、e之間較大的電流變化，從而實現了電流放大作用。

我們再看一下如圖2所示的簡單電子管原理圖，在這個電路中，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的直流偏置電壓，經電容耦合過來的交流輸入信號Ui加到柵極，再經電子管放大后得到輸出信號U0。由圖可見不論對于基波（Ra通常為選頻網絡）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射結正偏和集電結反偏上有許多相似之處：g、k之間間距短，導通阻抗小，可以看做是一個正向導通的PN結；g、a之間間距遠，導通需要的電壓高，導通電阻大，可以看做是一個加反向電壓的PN結。這個電子管電路也是利用其輸出特性曲線的直線放大區，通過輸入交變信號來改變柵、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，從而實現了對信號的放大作用。由于晶體管和電子管的輸出信號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溝道耗盡結型場效應管放大電路中，正常工作時柵源之間加負壓，漏源之間加正壓，以保證柵源、柵漏兩個PN結反偏，使電路工作在高輸入阻抗狀態。當負柵壓低于夾斷電壓時，N型導電溝道處于夾斷狀態，場效應管不能夠導通；當負柵壓增大時，由于漏極電位高于源極電位，所以漏極PN結反向電壓最高、導電溝道最窄，而源極導電溝道最寬，隨著負柵壓的增大夾斷點向源極移動，此時導電溝道處于預夾斷狀態；當負柵壓增大到一定程度后，導電溝道開啟，場效應管開始導通，形成漏極電流iD。盡管柵源、柵漏之間均為反向偏置，但柵源阻抗遠小于柵漏之間的阻抗，因而也與晶體管發射結正偏、集電結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，用控制較小的輸入電壓變化得到較大的漏極電流變化實現電流放大作用。由于場效應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，所以場效應管可以看作是電壓控制器件。

最后我們再看一下如圖5、6所示的N溝道增強型絕緣柵場效應管（MOS管）放大電路。在這個電路中，通常將襯底與源極S連在一起，使得源、漏兩極相對于襯底的兩個PN結均為反向電壓偏置，以提高輸入阻抗。當場效應管柵壓為正時吸引P型襯底中的電子等負電荷向柵極移動，形成反型層而得到自由電子，從而將源極與漏極的N型半導體（電子型）連通，隨著柵壓的升高iD不斷增大。絕緣柵場效應管放大電路可看作由兩部分構成，柵極與襯底構成輸入部分，再經輸入部分的控制后，漏極和源極組成輸出回路。柵極決定獲得自由電子的多少，電路放大時通常工作在柵壓較小的可變電阻區，遠小于漏源之間的偏置電壓，襯底與源極相連可以看作場效應管工作在柵源阻抗遠小于漏源阻抗的狀態，因而與晶體管發射結正偏、集電結反偏的工作原理一致，實現了放大作用。

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：當不加輸入信號時，A、B兩端的高壓不足以使它導通；只有加入輸入信號，在A、B的中點處產生一個電位的躍升（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輸出端而實現放大的。

3 結語

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”的方法來實現信號放大的，盡管它們的在具體電路上不盡相同，但它們在工作原理上表現出極為相似的一致性。

參考文獻

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