【题目编号】MC1-1143
【题目】若将器件上起控制作用的电极按输入阻抗由低到高排列,则可以是:
【答案】A
[A]双极型晶体管的基极、结型场效应管的栅极、绝缘栅场效应管的栅极
[B]双极型晶体管的基极、绝缘栅场效应管的栅极、结型场效应管的栅极
[C]绝缘栅场效应管的栅极、双极型晶体管的基极、结型场效应管的栅极
[D]结型场效应管的栅极、双极型晶体管的基极、绝缘栅场效应管的栅极
考点速览
本题考三种器件控制电极的输入阻抗高低排序。器件按结构不同,控制端(基极或栅极)对输入信号呈现的阻抗天差地别,从几百欧到近于无穷大。理解这个排序,是选择放大器输入级、判断信号源负载是否匹配的基础。这道题把“双极型管基极、结型场效应管栅极、绝缘栅场效应管栅极”三者的输入阻抗由低到高排列,考的是器件结构决定输入特性的原理。
原理与依据
输入阻抗的本质,是控制电极从信号源看进去的等效交流电阻。双极型三极管的控制极是基极,基极与发射极之间是一个正向偏置的 PN 结(发射结)。正向偏置的 PN 结导通时电流大、动态电阻小,所以基极输入阻抗低,典型值在几百欧到几千欧量级。它工作时要从信号源索取一定的基极电流,属于电流驱动。
结型场效应管(JFET)的栅极与沟道之间是一个反向偏置的 PN 结。反向偏置的 PN 结几乎不导通,只流过极小的反向漏电流,动态电阻极高,所以 JFET 栅极输入阻抗高达兆欧(10^6 Ω)级,典型值 10^8~10^9 Ω 左右。它几乎不从信号源取电流,是电压驱动。
绝缘栅场效应管(IGFET,最常见是 MOSFET)的栅极与沟道之间隔着一层极薄的二氧化硅(SiO2)绝缘层,栅极根本不与半导体直接接触。绝缘层的电阻近乎无穷大,栅极漏电流只有皮安级甚至飞安级,输入阻抗可达 10^9~10^15 Ω。它是三者里输入阻抗最高的。
于是按输入阻抗由低到高,顺序为:双极型晶体管基极 < 结型场效应管栅极 < 绝缘栅场效应管栅极。
逐项辨析
选项 A 正确:双极型管基极(正偏 PN 结、低阻)、结型场效应管栅极(反偏 PN 结、高阻)、绝缘栅场效应管栅极(氧化层隔离、阻值最高),正好由低到高。
选项 B 错误:把结型场效应管与绝缘栅场效应管的顺序颠倒了。绝缘栅场效应管栅极有氧化层绝缘,输入阻抗高于靠反偏 PN 结的结型场效应管,应当排在最后,而不是排在结型管之前。
选项 C 错误:把绝缘栅场效应管排在了最前面。绝缘栅管的输入阻抗是三者最高的,由低到高排列时应在末位,放首位直接违背物理事实。
选项 D 错误:把结型场效应管排在了最前面。结型管栅极是反偏 PN 结,输入阻抗远高于正偏 PN 结的双极型管基极,不可能比基极还低,排在首位错误。
易混淆点
容易混淆的是结型与绝缘栅两类场效应管谁的输入阻抗更高。判据看栅极与沟道之间是什么:结型管是 PN 结(反偏),靠耗尽层隔离,仍有纳安级反向漏流;绝缘栅管是二氧化硅绝缘层,物理上完全隔断,漏流小到皮安级,所以绝缘栅更高。另一个易混点是“输入阻抗”与“跨导”的关系——输入阻抗讲的是控制端取不取电流、阻值多大,跨导讲的是控制电压调动多少输出电流,两者一个看输入端、一个看输出端,不能互相替代。高输入阻抗是场效应管(尤其绝缘栅管)相较双极型管的最大优势,用它做输入级可以不加重前级负担。
应试要点
记一个递增链条:基极(正偏结)< 结型栅(反偏结)< 绝缘栅(氧化层)。双极型管输入阻抗低、是电流控制;场效应管输入阻抗高、是电压控制,绝缘栅最高。看到“由低到高”,把绝缘栅场效应管放在最后。