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2024-7-17，星期三，17:40，天气：晴，心情：晴。今天没有什么事情发生，继续学习啦，加油加油！！！😝
今日继续模电自选教材第四章场效应管（FET）的学习。主要学习内容为：MOSFET偏置(自给/分压/电流源)+IGBT+共源线性放大器。
一、场效应管FET（续）
1. MOSFET偏置
MOSFET的偏置电路与之前介绍的BJT和JFET的偏置电路类似，取决于是否应用1~2个电源以及MOSFET的类型（耗尽型或增强型）。
（1）D-MOSFET偏置：DMOSFET在正或负的VGS下均能工作。当VGS为负时，器件工作在耗尽模式；当VGS为正时，器件工作在增强模式。D-MOSFET也是唯一一种可以在两个模式下工作的晶体管。
零偏置：零偏置最基本的偏置方式，它使VGS = 0V，这样栅极上的交流信号可以使栅极电压在该偏置点附近上下变化，下图为零偏置电路图：
因为该电路非常高效，所以它使最常用的D-MOSFET偏置方式。工作点在增强区与耗尽区之间，由于VGS = 0，所以ID = IDSS，漏源电压可表示为：VDS = VDD - IDSSRD。
其他偏置方式：
下图为分压偏置+自给偏置的组合偏置方式，栅极电压可以通过分压公式算得，且可以忽略负载效应，栅极电压为VG = (R2 / (R1 + R2) )VDD，组成分压电路得电阻通常会非常大，一般在兆欧级：
当采用正负电源供电时，通常会采用下图所示得源极偏置，这与BJT的发射极偏置类似，理想状态下，栅极电路为开路，因此栅极为地电势，此时，栅源电压VGS为正，D-MOSFET工作在增强模式：
电流源偏置是运算放大器普遍采用的偏置方式，下图为以BJT作为电流源的偏置方式，电流源设置源极和漏极的电流，根据欧姆定律可以计算出漏极电阻上的压降：
（2）E-MOSFET偏置：E-MOSFET的VGS必须大于VGS(th)，所以通过找到合适的值，所有BJT偏置电路都能应用于E-MOSFET。下图给出了两种n沟道E-MOSFET常见的偏置方式，无论是漏极反馈还是分压式偏置，目的都是式栅源电压大于VGS(th)。
在图（a）的漏极反馈偏置电路中，栅极电流可以忽略，因此RG上没有压降，于是VGS = VDS；分压式偏置是对分压原理的应用，且由于高输入电阻（绝缘栅），分压电路的负载效应可忽略不计，这样就可以根据分压公式计算栅极电压。
（3）IGBT（绝缘栅双极晶体管）：
IGBT（绝缘栅双极晶体管）是一种具有MOSFET输入特性和BJT输出特性的器件，电路符号如下，IGBT本质上可以看作是一个电压控制的BJT，由于他是绝缘栅而不是基极，因此没有输入电流，并且不会对驱动电路产生负载效应，IGBT主要应用于高压大电流开关电路中。
（4）IGBT和MOSFET的应用环境：
电压小于200V时，通常使用MOSFET
电压大于1000V时，通常使用IGBT
电压大于200V小于1000V时：
a. 频率小于20kHz使用IGBT
b. 频率介于20 ~200kHz之间两者均可采用
频率大于200kHz，电压小于1000V时，使用MOSFET。
2. FET线性放大器
与BJT的CC（共集电极）、CE（共发射极）和CB（共基极）线性放大器相对应，FET也有CD（共漏）、CS（共源）和CG（共栅）线性放大器，其中CS和CD放大器具有高输入阻抗和低噪声的特性，是第一级放大器的最优选，CG放大器应用并不多，仅简要介绍。
（1）FET的跨导：FET的跨导曲线（传输特性）如下所示，因为FET是电压控制器件，输出的漏极电流由输入的栅极电压控制，跨导为交流参数，定义为：gm = Id / Vgs。因为上式是输出电流与输入电压的比值，所以FET的跨导被指上就是FET自身的增益。与βDC不同，gm有单位（S，Simens），一个特定的FET的跨导可以直接测量得到，且从图中可以看到跨导的传输曲线是斜率，并不是一个常数，在VGS一定的情况下，它的大小与漏极电流Id有关。
gm的倒数与BJT的r'e类似，虽然大多数FET的交流模型都将gm作为一个重要参数，但是，定义一个FET交流电阻r's = 1 / gm还是有必要的。下图为g's的示意图，图中，栅极用虚线表示，表明从栅极来看，输入电阻接近无穷大。
（2）共源放大器（CS）：
a. JFET：下图为自给偏置的n沟道JFET的放大器。交流源通过电容耦合到栅极。电路中，电阻RG有两个作用：（a）保证栅极直流电压约为0V（因为IGSS非常小），（b）他的值很大（通常为几兆欧），可以消除对交流源的负载效应。偏置电压通过RS上的压降获得，电容C2式JFET的源极为有效的交流地。信号源式栅源电压在Q点上下波动，并造成漏极电流的波动，漏极电流增大时，RD两端的分压增加，从而使漏极电压减小。漏极电流在Q点上下波动，与栅源电压同向；漏源电压在Q点上下波动，与栅源电压相差180°（反向偏置）。
b. D-MOSFET：下图为一个零偏置n沟道D-MOSFET，交流源通过电容耦合到栅极，栅极电压约为0V，源极接地，故VGS = 0V。信号电压使Vg在0上下波动，并引起Id波动：Vgs向负方向的波动使得器件进入耗尽模式，Id减小；Vgs向正方向波动使得器件进入增强模式，Id增加。
c. E-MOSFET：下图为分压偏置式n沟道E-MOSFET的共源放大器，交流源通过电容耦合到栅极，栅极以正电压偏置（VGS > VGS(th)，使E-MOSFET形成n沟道）,信号电压使得Vgs在Q点值附近上下波动，这一波动同样会引起Id波动，器件完全工作在增强模式。
d. 电压增益：无论何种放大器的电压增益均为Vout / Vin。对于CS放大器而言，因为旁路电容的存在，Vin = Vgs，Vout为交流漏极电阻Rd两端产生的信号电压，对于空载的CS放大器来说，交流和直流漏极电阻相等，即Rd = RD。因此，Vout= IdRd。因此，电压增益为Av = Vout / Vin = (IdRd) / Vgs，带入gm = Id / Vgs，有Av = -gmRd。使用r's = 1 / gm，则Av = -Rd / r's。式中，负号表示输出电压与输入电压反向。
e. 输入电阻：当忽略晶体管内阻时，由信号源看到的输入电路仅由偏置电阻决定。在自给偏置的情况下，输入电阻就是栅极电阻RG：
在分压偏置的情况下，电源为交流地，栅极仍未开路，从信号源看进去，输入电阻使两个分压电阻的并联，即Rin ≈ R1 || R2。
