这一章在干嘛?
第 6 章认识了 FET 家族,这一章解决「怎么让它停在合适的工作点」。套路和第 4 章像:固定偏置、自偏压、分压偏置……但 FET 用 电压 控制,方程从线性变成了 肖克利方程 (抛物线),所以多了一招「图解法」。学完就能给 JFET/MOSFET 电路口算 Q 点。
7.1 固定偏置与肖克利方程
FET 偏置的核心问题是求 VGS 和 ID。JFET 的转移特性由肖克利方程描述:
(:饱和漏电流;:夹断电压)
原书图 7.1:JFET 固定偏置:V_GS 由电源 V_GG 直接给定
原书图 7.3:肖克利方程的曲线:抛物线,V_GS=0 时 I_D=I_DSS
和 BJT 的区别:
固定偏置下 BJT 的 I B 要算,而这里 V GSQ =V GG 直接读出来,再到特性曲线上「竖着切一刀」找到 I DQ ——纯查表,零计算。
7.2 自偏压:一颗电阻搞定负偏压
JFET 需要反偏(N 沟道 VGS<0),但电路里不想多加一个负电源。妙招:让 ID 流过源极电阻 RS,抬高端电压,栅极保持 0 电位 → VGS = −ID·RS,自动得到负偏压:
原书图 7.8:JFET 自偏压:I_D 流过 R_S 自动产生负的 V_GS
图解法:VGS=−IDRS 是一条过原点的直线,与抛物线的交点就是 Q 点:
原书图 7.11:自偏压线与转移曲线的交点 = Q 点
两个未知数两个方程:
器件方程(抛物线)+ 电路方程(直线),联立求解。手算可代公式,图解更直观——这就是 FET 偏置比 BJT 多的一步。
7.3 分压偏置:工程首选 ⭐
和 BJT 一样,用 R1/R2 分压锁定栅极电位,Q 点更稳:
原书图 7.17:分压偏置:R1/R2 设定 V_G,V_GS = V_G − I_D·R_S
原书图 7.19:分压偏置的电路方程线:起点抬高、斜率不变
(还是一条直线,只是不再过原点)
此外还有共栅组态(VGS=−IDRS+VSS 的变形)和耗尽型 MOSFET 的特殊点(VGS 可以是正的):
原书图 7.23:共栅组态的两种画法:偏置原理不变
7.4 增强型 MOSFET 偏置:另一套方程
E-MOSFET 必须正偏超过阈值 VT 才导通,肖克利方程换成:
I
D
= k·(V
GS
− V
T
)
2
(k 由手册的 I
D(on)
反推)
常用两种接法:漏极反馈偏置(RG 从漏极拉回栅极,VDS=VGS)和 分压偏置:
原书图 7.37:漏极反馈偏置:栅极无电流,R_G 上没有压降
原书图 7.43:E-MOSFET 分压偏置:与 JFET 分压偏置形式相同
记忆要点:
耗尽型(JFET/D-MOSFET)用肖克利方程,V GS 通常为负;增强型用 k(V GS −V T )²,V GS 必须为正(N 沟道)。先认器件,再选方程。
7.5 P 沟道与万能偏置曲线
P 沟道只是把所有电压电流符号反过来,算法完全一样。手册有时不给你完整特性曲线,此时可用通用偏置曲线(归一化的肖克利曲线族)按比例查:
原书图 7.59:通用 JFET 偏置曲线:任意管子的 Q 点都能按归一化比例查出
1. JFET 自偏压是怎么「自动」产生负的 V_GS 的?
I_D 流过源极电阻 R_S,把源极电位抬高到 I_D·R_S,而栅极经 R_G 接 0 电位,于是 V_GS = 0 − I_D·R_S = −I_D·R_S,自动为负。
2. 为什么 FET 偏置常用图解法而 BJT 少用?
BJT 的 I_C≈βI_B 是线性关系,直接代公式即可;FET 的肖克利方程是平方(抛物线),与电路方程(直线)联立要解一元二次方程,图解法更直观且不易出错。
3. 增强型 MOSFET 能用自偏压吗?为什么?
不能。自偏压产生 V_GS=−I_D·R_S,而 E-MOSFET 需要 V_GS>0(N 沟道)才有沟道,负偏只会让它截止。E-MOSFET 用漏极反馈或分压偏置。