聊聊模電中的場(chǎng)管和運(yùn)放

凡是學(xué)電的，總是避不開(kāi)模電。

上學(xué)時(shí)老師教的知識(shí)，畢業(yè)時(shí)統(tǒng)統(tǒng)還給老師。畢業(yè)后又要從事產(chǎn)品設(shè)計(jì)，《模電》拿起又放下了 n 次，躲不開(kāi)啊。畢業(yè)多年后，回頭望，聊聊模電的學(xué)習(xí)，但愿對(duì)學(xué)弟學(xué)妹有點(diǎn)幫助。

通觀整本書(shū)，不外是，晶體管放大電路、場(chǎng)管放大電路、負(fù)反饋放大電路、集成運(yùn)算放大器、波形及變換、功放電路、直流電源等。然而其中的重點(diǎn)，應(yīng)該是場(chǎng)管和運(yùn)放。何也?

按理說(shuō)，場(chǎng)管不是教材的重點(diǎn)，但目前實(shí)際中應(yīng)用最廣，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)雙極型晶體管(BJT)。場(chǎng)效應(yīng)管，包括最常見(jiàn)的MOSFET，在電源、照明、開(kāi)關(guān)、充電等等領(lǐng)域隨處可見(jiàn)。

運(yùn)放在今天的應(yīng)用，也是如火如荼。比較器、ADC、DAC、電源、儀表、等等離不開(kāi)運(yùn)放。

1、場(chǎng)效應(yīng)管是只有一種載流子參與導(dǎo)電的半導(dǎo)體器件，是一種用輸入電壓控制輸出電流的半導(dǎo)體器件。有 N 溝道和 P 溝道兩種器件。有結(jié)型場(chǎng)管和絕緣柵型場(chǎng)管 IGFET 之分。IGFET 又稱(chēng)金屬-氧化物-半導(dǎo)體管 MOSFET。MOS 場(chǎng)效應(yīng)管有增強(qiáng)型 EMOS 和耗盡型 DMOS 兩大類(lèi)，每一類(lèi)有 N 溝道和 P 溝道兩種導(dǎo)電類(lèi)型。

學(xué)習(xí)時(shí)，可將 MOSFET 和 BJT 比較，就很容易掌握，功率 MOSFET 是一種高輸入阻抗、電壓控制型器件，BJT 則是一種低阻抗、電流控制型器件。再比較二者的驅(qū)動(dòng)電路，功率 MOSFET 的驅(qū)動(dòng)電路相對(duì)簡(jiǎn)單。BJT 可能需要多達(dá) 20% 的額定集電極電流以保證飽和度，而 MOSFET 需要的驅(qū)動(dòng)電流則小得多，而且通?？梢灾苯佑?CMOS 或者集電極開(kāi)路 TTL 驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)。其次，MOSFET 的開(kāi)關(guān)速度比較迅速，MOSFET 是一種多數(shù)載流子器件，能夠以較高的速度工作，因?yàn)闆](méi)有電荷存儲(chǔ)效應(yīng)。其三，MOSFET 沒(méi)有二次擊穿失效機(jī)理，它在溫度越高時(shí)往往耐力越強(qiáng)，而且發(fā)生熱擊穿的可能性越低。它們還可以在較寬的溫度范圍內(nèi)提供較好的性能。此外，MOSFET 具有并行工作能力，具有正的電阻溫度系數(shù)。溫度較高的器件往往把電流導(dǎo)向其它MOSFET，允許并行電路配置。而且，MOSFET 的漏極和源極之間形成的寄生二極管可以充當(dāng)箝位二極管，在電感性負(fù)載開(kāi)關(guān)中特別有用。

場(chǎng)管有兩種工作模式，即開(kāi)關(guān)模式或線性模式。所謂開(kāi)關(guān)模式，就是器件充當(dāng)一個(gè)簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)，在開(kāi)與關(guān)兩個(gè)狀態(tài)之間切換。線性工作模式是指器件工作在某個(gè)特性曲線中的線性部分，但也未必如此。此處的“線性”是指 MOSFET 保持連續(xù)性的工作狀態(tài)，此時(shí)漏電流是所施加在柵極和源極之間電壓的函數(shù)。它的線性工作模式與開(kāi)關(guān)工作模式之間的區(qū)別是，在開(kāi)關(guān)電路中，MOSFET 的漏電流是由外部元件確定的，而在線性電路設(shè)計(jì)中卻并非如此。

2、運(yùn)放所傳遞和處理的信號(hào)，包括直流信號(hào)、交流信號(hào)，以及交、直流疊加在一起的合成信號(hào)。而且該信號(hào)是按“比例(有符號(hào)+或-，如：同相比例或反相比例)”進(jìn)行的。不一定全是“放大”，某些場(chǎng)合也可能是衰減(如：比例系數(shù)或傳遞函數(shù) K=Vo/Vi=-1/10)。

運(yùn)放直流指標(biāo)有輸入失調(diào)電壓、輸入失調(diào)電壓的溫度漂移(簡(jiǎn)稱(chēng)輸入失調(diào)電壓溫漂)、輸入偏置電流、輸入失調(diào)電流、輸入失調(diào)電流溫漂、差模開(kāi)環(huán)直流電壓增益、共模抑制比、電源電壓抑制比、輸出峰-峰值電壓、最大共模輸入電壓、最大差模輸入電壓。

交流指標(biāo)有開(kāi)環(huán)帶寬、單位增益帶寬、轉(zhuǎn)換速率SR、全功率帶寬、建立時(shí)間、等效輸入噪聲電壓、差模輸入阻抗、共模輸入阻抗、輸出阻抗。

個(gè)人認(rèn)為，選擇運(yùn)放，可以只側(cè)重考慮三個(gè)參數(shù)：輸入偏置電流、供電電源和單位增益帶寬。