模拟电子技术题目解答第一部分共17题

    【题目15】：场效应管在预夹断后，为什么VDS在较大的范围内变化时，漏极电流ID保持基本不变？    

【相关知识】：场效应管的结构、场效应管的导电机理、感应电子层，沟道与外加电压的关系，预夹断和夹断的条件。

【解题方法】：画出场效应管的结构图，VGS、VDS电压分段加上时的工作情况说明。

【解答过程】：本题所述的状态，实际上是场效应管处于恒流区的工作情况。为了能解释清楚场效应管的恒流区，本题以增强型N沟道场效应管为例。

        图E4a20141001-01Z所示为增强型N沟道场效应管的内部结构图，图中P型衬底上扩散了两个高浓度的N＋区，在器件表面生成一层SiO2绝缘层，并引出三个电极。

图E4a20141001-01Z 增强型N沟道场效应管的内部结构和电路

        学习场效应管的时候我们知道，当VGS电压大于开启电压VT后，在SiO2层下方两个高浓度N+区之间会感应生成电子层（由于该层载流子为电子，与衬底P的多子—空穴相反，所以也称反型层），即形成导电沟道。如果此时再加上VDD电压并逐渐增大，则靠近漏极端的VGD（=VGS－VDS）电压会逐渐减小，并趋向反向。因此，两个高浓度N+区间感应的电子层会在靠源极端厚，靠近漏极端簿的楔型形状，如图E4a20141001-02Z所示。

图E4a20141001-02Z VGS-VDS=VGD>VT时的沟道（沟道尚未夹断的情况）

        调节VDD，使VDS增加，当VGD=VT时，漏极端的感应电子层正好消失，这时的沟道称为预夹断。由于预夹断处沟道内电子无法停留，所以此时整个沟道的电阻几乎都集中在预夹断点上。此后，当VDS增加时，预夹断点将向源极延伸。在延伸的过程中，可以证明预夹断点延伸的长度Δ将和VDS的增加速率成正比。因此，在VDS≥VT的一个较大范围内，场效应管表现出其漏极电流基本不变的特性。

图E4a20141001-03Z VGS－VDS<VT沟道预夹断后的情况

    【题目16】：在某些场合，为什么场效应管工作在恒流区又称为饱和区，它与晶体三极管的饱和区有何区别？    

【相关知识】：半导体三极管工作在放大区、饱和区的工作条件；场效应管工作在饱和区的工作条件。

【解题方法】：通过说明晶体三极管和场效应管处于不同工作区时的工作机理，解释场效应管饱和区的涵义。

【解答过程】：晶体三极管和场效应管的饱和区是两种完全不同的工作状态，只是共同沿用了“饱和区”的名词，同学们在学习这两种半导体器件时千万不能混淆。

        晶体三极管和场效应管的饱和区是两种完全不同的工作状态，只是共同沿用了“饱和区”的名词，同学们在学习这两种半导体器件时千万不能混淆。

        场效应管工作在饱和区时，其条件除栅源电压要求大于开启电压VGS>VT外（对增强型管讲），还要求VGD<VT，即VDS>VGS－VT。此时，场效应管的沟道已被预夹断，沟道电阻几乎全部集中在预夹断处，沟道电流ID将由外加电源VDD和外加电阻RD以及夹断处电阻所决定。当电源电压增加时，预夹断处的长度与电源电压同步增加，其电阻也成同步增加。在Rd不变的条件下，表现出VDS增加时，漏极电流ID基本不变的恒流特性，这种现象也称饱和。可见，场效应管的饱满和区正是线性放大区，相当于晶体三极管的放大区。

        晶体三极管饱和时，表现为Je和JC二个PN结都为正向偏置，即VBE≈0.7V，VCE<0.7V(指NPN硅管)，此时，晶体三极管失去了放大能力，C—E间压降很小。晶体三极管的这一工作区相当于场效应管的可变电阻区。

        可见场效应管的饱和和晶体三极管的饱和是两个完全不同的物理概念，在学习放大电路时一定要分清楚。

    【题目17】：总结比较双极型晶体管和单极型晶体管不同工作区域的特点。    

【相关知识】：双极型管和场效应管的结构、两者的工作机理、不同工作区的特点等。

【解题方法】：从双极型管和单极型晶体管工作在不同区域的特点来加以理解。

【解答过程】：在放大电路中，只有晶体管工作在放大区，场效应管工作在恒流区时，电路才能正常放大。在数字电路中，晶体管和场效应管多工作在开关状态，即晶体管不是工作在饱和区就是工作在截止区，场效应管不是工作在可变电阻区就是工作在截止区。

        一、晶体管的三个工作区

        对于小功率NPN型管，b-e间电压uBE＞Uon时才导通，若同时uCB≥0（即uCE≥uBE）则放大，因而工作在放大状态时三个极的电位关系为

        uC≥uB＞uE且uBE＞Uon        ......（1.2.4）

        换言之，uBE＜Uon管子截止，uBE＞Uon且uCE＜uBE管子饱和。

        对PNP管，为便于记忆，只要改换电压极性或不等号方向即可。

        二、场效应管的恒流区

        与晶体管相类似，为使场效应管工作在恒流区，不但要在栅源之间加合适的电压，而且还需在漏源之间加合适的电压。概括如下

        （1）N沟道结型（或耗尽型）场效应管在UGS（off）＜uGS＜0且uGD＜UGS（off）（即uDS＞uGS-UGS（off））时工作在恒流区；uGS＜UGS（off）时截止（夹断）；UGS（off）＜uGS＜0且uGD＞UGS（off）时工作在可变电阻区。

        P沟道结型（或耗尽型）场效应管在0＜uGS＜UGS（off）且uGD＞UGS（off）（即uDS＜uGS-UGS（off））时工作在恒流区；uGS＞UGS（off）时截止（夹断）；0＜uGS＜UGS（off）且uGD＜UGS（off）时工作在可变电阻区。

        若N沟道管uGS大于零、P沟道管uGS小于零，则失去gs间等效电阻很大的特点。

        （2）N沟道增强型MOS管在uGS＞UGS（th）且uGD＞UGS（th）即uDS＞uGS-UGS（th））时工作在恒流区；uGS＜UGS（th）时截止；uGS＞UGS（th）且uGD＜UGS（th）时工作在可变电阻区。UGS（th）为开启电压。