晶体管电路设计(上)
第2节 晶体管和FET的工作原理
更新于2008-08-27 14:38:51

掌握晶体管和FET的工作原理,在理解电路上是非常重要的。在设计晶体管和FET电路时,只要能够形象地掌握放大器的工作,其后就只是单纯地计算了。
但是在不能设计晶体管电路或FET电路的技术人员当中,大部分都对放大器件的工作没有形象的概念。
如果抓住建立晶体管或FET工作的形象概念这一关键问题,就容易理解电子电路的工作原理。
因此,在进入实际的设计之前,有必要形象地掌握晶体管和FET是如何工作的。

1.2.1  何谓放大工作

晶体管和FET是只具有“放大”的单功能器件,且这个“放大”功能是非常有用的。晶体管不仅用到放大电路,它还可用到振荡电路和开关电路(包括数字电路)等所有的电路中。
然而,初学者往往认为晶体管或FET放大作用的形象概念是如图1.2所示的那样,即认为在晶体管或FET中,输入信号直接地被放大。实际上不是这样的。如图1.3所示,大小与输入信号成正比的输出信号可以认为是从电源来的。由电源来的输出信号形状与输入信号相同,而且比输入信号的电平高。所以由外部看上去,可以看成输入信号被“放大”。这就是晶体管或FET的放大原理。
那么,在晶体管或FET内部,如何进行放大的呢?


图1.2放大示意图
(掌握晶体管或FET对信号进行放大的事实是非常重要的。但是,输入信号在晶体管或FET中不像图1.2所示那样直接放大)

 


图1.3放大原理
(晶体管或FET的输入信号通过器件而出来,晶体管或FET吸收此时输入信号的振幅信息,由电源重新产生输出信号。由于该输出信号比输入信号大,可以看成将输入信号放大而成为输出信号。这就是放大的原理)



1.2.2  晶体管的工作原理

晶体管内部的工作原理很简单,如图1.4所示,对基极与发射极之间流过的电流进行不断地监视,并控制集电极发射极间电流源使基极发射极间电流的数十至数百倍(依晶体管的种类而异)的电流流在集电极与发射极之间。就是说,晶体管是用基极电流来控制集电极发射极电流的器件。


图1.4晶体管的内部工作
(用电流计可检测出晶体管基极上流动的电流,通过控制集电极发射极间的电流源,使基极电流的数十到数百倍的电流流动。这是非常简单的工作)


从外部来看,因为在基极输入的电流被变大而出现在集电极、发射极端上,所以可看成将输入信号进行了放大。
在实际的晶体管虽然有数千个品种,然而只是在最大规格、电特性和外形等方面有所不同。无论哪种晶体管都只进行图1.4那样的单纯工作。
那么,在电路内接入晶体管使它进行放大工作(即使晶体管工作),如何做才好呢?
由图1.4可知,因为晶体管是将基极与发射极间流动的电流检测出来,进而控制集电极发射极间电流的器件,所以只要使电流在基极与发射极之间流动,它就工作。也就是说,设计一种外部电路使基极发射极间电流流动就可以了。
晶体管可以这样理解,如图1.5所示,在晶体管基极发射间加入了二极管。当晶体管进行工作(基极发射极间电流流动)时,基极发射极间的压降与二极管的正向压降相同,为0.6~0.7V。


图1.5基极——发射极间的二极管
(在晶体管的基极发射极间加上二极管,检测出该二极管上流动的电流,控制集电极发射极间的电流源的是晶体管)


也就是说,可以在设计电路时,将晶体管的基极发射极间电压设为VBE≈0.6V,然后再对电路的其他部分进行计算。
关于这方面的实际工作情况和具体的设计方法在下一章将详细叙述。晶体管电路的电路常数仅由该VBE≈0.6V和欧姆定律就能够全部求得。

1.2.3  FET的工作原理

FET是取英文“Field Effect Transistor”的首字母构成的,显然是晶体管的一种。然而,其工作原理与双极晶体管(所谓一般的晶体管是指双极晶体管)有很大不同,但不同点只有一个,这就是双极晶体管是由输入端(基极)流动的电流来控制输出端(集电极)的电流。与此相反,FET是由加在输入端(栅极)的电压来控制输出端(漏极)的电流。
图1.6是表示FET内部工作的原理图。如图所示,FET对加在栅极与源极之间电压不断地监视,控制漏极与源极之间的电流源,使流动的电流与其电压成正比。


图1.6FET的内部工作
(FET是用电压计检测出加在栅极上的电压,并控制与该电压成正比的电流流动的漏极源极间的电流源。晶体管检测出电流,而FET检测出电压,这是其特点)


这就是说,FET是由加在栅极上的电压来控制漏极源极之间电流的器件。
为了使FET工作,设计外部电路使栅极源极间加上电压即可。
FET有各种类型。有将图1.6中FET内部的电压表的极性相反,增大输入电压时,则输出电流就变大的FET;或者反之,当输入电压增大时,输出电流就变小的FET等。
在实际电路中,根据FET的种类,有必要改变加输入电压的方法。但是无论哪种类型的FET,用输入电压来控制输出电流的基本工作原理都是相同的。
关于各种类型FET的具体工作情况和使用方法请参考其他相关书籍。

 

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