几种常见电子放大器件原理的一致性

高俊杰

摘 要本文意在将几种主要的电子放大器件做一个规律性的概括与总结，找出它们的共性，希望本文对新材料、新器件的发现与发明有一定的参考意义。

【关键词】晶体管 电子管 场效应管 共同点

1 前言

提起电子放大器件，诸如电子管、晶体三极管、场效应管等都是我们常用的电子器件，我们并不陌生。如果要指出它们有哪些不同点我们能说出很多，但要指出它们三者最大的共同点，我们就有些茫然了，其实它们最大的共同点就是它们的放大原理具有极其相似的一致性。下面就对每种器件仅举一例予以说明，余可类推。

2 几种电子放大器件的原理

如图1所示的是我们大家比较熟悉的NPN型晶体管共射放大电路，它由发射结和集电结两个PN结组成。为了使电路工作在放大状态，我们通常将晶体管的工作点设置在发射结正偏、集电结反偏的工作状态。正偏的发射结导通电阻小，反偏的集电结导通电阻大，当输入信号Vi加在b、e结上产生一个微小的电流变化时，就能引起c、e之间较大的电流变化，从而实现了电流放大作用。

我们再看一下如图2所示的简单电子管原理图，在这个电路中，我们通常通过高频厄流圈和高频旁路电容给电子管各极加上适当的直流偏置电压，经电容耦合过来的交流输入信号Ui加到栅极，再经电子管放大后得到输出信号U0。由图可见不论对于基波（Ra通常为选频网络）还是直流分量，电子管共阴放大电路与晶体管共射放大电路在发射结正偏和集电结反偏上有许多相似之处：g、k之间间距短，导通阻抗小，可以看做是一个正向导通的PN结；g、a之间间距远，导通需要的电压高，导通电阻大，可以看做是一个加反向电压的PN结。这个电子管电路也是利用其输出特性曲线的直线放大区，通过输入交变信号来改变栅、阴之间的输入电流，再通过栅、阴之间较小的电流变化引起板极较大的板流变化，从而实现了对信号的放大作用。由于晶体管和电子管的输出信号随输入电流的变化而变化，所以它们可以看作是电流控制器件。

在图3、4所示的N沟道耗尽结型场效应管放大电路中，正常工作时栅源之间加负压，漏源之间加正压，以保证栅源、栅漏两个PN结反偏，使电路工作在高输入阻抗状态。当负栅压低于夹断电压时，N型导电沟道处于夹断状态，场效应管不能够导通；当负栅压增大时，由于漏极电位高于源极电位，所以漏极PN结反向电压最高、导电沟道最窄，而源极导电沟道最宽，随着负栅压的增大夹断点向源极移动，此时导电沟道处于预夹断状态；当负栅压增大到一定程度后，导电沟道开启，场效应管开始导通，形成漏极电流iD。尽管栅源、栅漏之间均为反向偏置，但栅源阻抗远小于栅漏之间的阻抗，因而也与晶体管发射结正偏、集电结反偏的工作原理一致，它也是利用其输出特性曲线的可变电阻区，用控制较小的输入电压变化得到较大的漏极电流变化实现电流放大作用。由于场效应管输入端为反向偏置、阻抗很大，几乎没有栅流，漏极电流随输入电压变化，所以场效应管可以看作是电压控制器件。

最后我们再看一下如图5、6所示的N沟道增强型绝缘栅场效应管（MOS管）放大电路。在这个电路中，通常将衬底与源极S连在一起，使得源、漏两极相对于衬底的两个PN结均为反向电压偏置，以提高输入阻抗。当场效应管栅压为正时吸引P型衬底中的电子等负电荷向栅极移动，形成反型层而得到自由电子，从而将源极与漏极的N型半导体（电子型）连通，随着栅压的升高iD不断增大。绝缘栅场效应管放大电路可看作由两部分构成，栅极与衬底构成输入部分，再经输入部分的控制后，漏极和源极组成输出回路。栅极决定获得自由电子的多少，电路放大时通常工作在栅压较小的可变电阻区，远小于漏源之间的偏置电压，衬底与源极相连可以看作场效应管工作在栅源阻抗远小于漏源阻抗的状态，因而与晶体管发射结正偏、集电结反偏的工作原理一致，实现了放大作用。

由以上的分析我们可以看到，尽管以上四种放大器件的工作原理不尽相同，但它们都有如图7所示的工作特点：当不加输入信号时，A、B两端的高压不足以使它导通；只有加入输入信号，在A、B的中点处产生一个电位的跃升（MOS管是改变电阻），从而起到像电子管加速电压似的作用，使自由电子更容易到达输出端而实现放大的。

3 结语

由此可见，以上几种电子放大器件的工作原理都极为相似，都是利用其各自输出特性曲线的线性部分，以較小的输入电压或电流变化引起A、B两端较大的输出电压或电流变化，用“四两拨千斤”的方法来实现信号放大的，尽管它们的在具体电路上不尽相同，但它们在工作原理上表现出极为相似的一致性。

参考文献

[1]张肃文主编.低频电子线路[M].高等教育出版社，2003.

[2]清华大学电子工程、工业自动化系编.晶体管电路[M]. 科学出版社，2016.

[3]谢嘉奎，宣月清，谢洪臐编.电子线路-线性部分[M].高等教育出版社，2014.

[4]原郑州广播电视学校《广播电视发送设备》上册.

作者单位

国家新闻出版广电总局五六四台 北京市 100044