当前课程知识点：模拟电子技术基础(基础部分) > 第四部分 > 3.21结型场效应管的工作原理 > 3.21结型场效应管的工作原理
在前面的课程里边
我们学习了
由晶体三极管所构成的
共射 共集电极
共基极电路
在这些电路里边
输入电阻最大的
是共集电极电路
它的数值
可以达到100kΩ以上
但是在真正的使用场合下
有时候
比如传感器所转换的电信号
不能够提供比较大的电流
或者几乎不能提供电流
这样就要求放大电路的
输入电阻
最好趋于无穷大
或者越大越好
那么由晶体管所构成的电路
就不能满足这样的一个需求了
那么场效应管就应运而生了
结型场效应管的工作原理
首先我们对场效应管
做一个简单的介绍
场效应管叫做单极型管
之所以称它为单极型管
是它在工作的过程里边
只有一种载流子运动
我们回想一下
晶体三极管在工作的过程里边
有两种载流子运动
因而从微观世界里边看
它们的运动是多种多样的
所以这样就造成晶体三极管
噪声比较大
而场效应管是单极型管
在工作的过程里
只有一种载流子运动
所以它的特点就是噪声小
而且还有抗辐射能力强
低电压工作
g-s之间
也就是它的输入回路之间的
等效电阻很大
大到10的7次方
到10的12次方欧姆
晶体管也不满足在低电压下工作
比如我们现在用的
在家用电器里边很多
还有随时我们日常用的
比如电子表
那它的工作电压
就是一个纽扣电池
可能是1.3V到1.8V
在这样一个电压下
晶体管是没有办法工作的
场效应管也有三个极
它们分别叫源极s
栅极g 漏极d
可以把它对应于晶体管的
发射极e
基极b和集电极c
我们在学习的时候
有一个窍门
就是用我们熟悉的东西
去认识我们不熟悉的东西
所以我们在学习场效应管的时候
你可以和晶体三极管相类比
它也有三个工作区域
叫截止区 恒流区
和可变电阻区
它对应于晶体三极管的
截止区 放大区
和饱和区
下面我们看一看
一种结型场效应管
叫N沟道结型场效应管
它的结构是这样子的
就是它做一个高掺杂的P区
这边也有一个高掺杂的P区
两个P区连在一起
就是它的栅极
然后这是N区
在N区两端引出两个极
一个就是源极
一个就是它的漏极
我们画出符号来是这样的
这是栅
这是源
这是漏极
这个箭头仍然遵循着
从P指向N
这一类的我们就叫做N沟道管
还有一种就是和这个结构相反
这里头的P区是N区
N区是P区
那叫做P沟道管
我后面都是以N沟道管为例
来讲它的工作原理
以及后边讲
由它所组成的放大电路
我们画出示意图就是这样子的
这是两个P区连在一起了
作为栅极
然后这是漏极
这是源极
从这里看
既然有P区
有N区接在一起了
那么中间一定有耗尽层
所以这是有耗尽层的
我们看中间这是N区
假如我在d和s之间
加上一个电压的话
就会有自由电子定向移动
那时候它就导通了
所以大家可以看到
就是它导通的时候
就是自由电子的定向移动
这样的一个区域
就是一旦导通
这个自由电子定向移动
这个区域
我们叫它导电的沟道
从结构上可以看出来
栅-源之间的电压
uGS等于0的时候
漏-源之间如果外加电压
就可以形成漏极电流
或者漏-源电流
因为在uGS等于0的时候
存在着这样一个导电的沟道
再有我们从这里头可以看到
就是它的漏极和源极
在结构上没有明显的差别
所以它的漏（极）、源（极）
是可以互换着使用的
但是在晶体管里边
发射极和集电极
它们不能够互换使用
只有在特殊的情况下
才会互换
因为从制作上讲
发射区 它是多数载流子的浓度高
而集电区 是它的面积大
下面我们来看一看
结型场效应管的工作原理
首先我们来看
栅-源之间的电压
对导电沟道宽度的控制作用
这是我们使得漏-源之间
电压为零
把它们短路掉
然后看栅-源电压
对沟道的控制作用
当栅-源之间的电压是零的时候
这时候沟道最宽
只要外加漏-源电压
就会产生自由电子的定向移动
然后我们把栅-源之间
加反向电压
加上反向电压之后
随着反向电压的数值增大
耗尽层会加宽
从而使得导电沟道变窄
如果我们继续把栅-源之间的
负电压的数值增大的话
那么就会看到导电沟道
会逐渐的消失
所以这时候
我们就叫做导电沟道消失
称为夹断
而使它刚刚消失的这个电压
我们就称为夹断电压
写称为UGS(off)
这是栅-源电压
对于导电沟道的控制
那么为什么g-s之间
必须加负的电压呢
利用场效应管非常重要的一点
就是因为场效应管栅-源之间的
等效电阻特别大
我们从这里可以看到
如果我们在栅-源之间
加正向的电压
那么这时候
耗尽层就会变窄
这时候就将有扩散运动的进行
那也就是说
在这儿的这个PN结
加了正向电压了
一旦加正向电压
结型场效应管将使得它
g-s等效电阻很大的
这样一个特性消失了
所以对于结型场效应管
一定要记住
它栅-源之间电压
必须使这个PN结
处在反向偏置
也正是由于出现反向偏置
它的反向电阻很大
才体现出来结型场效应管
g-s之间等效电阻大的
这样一个特点
下面我们再来看
漏-源电压对漏极电流的影响
我们给栅-源之间加上一个
比它夹断电压大的电压
然后给漏-源之间加上电压
注意我们用一个可变电源
来改变漏-源之间电压值
首先如果栅-源之间的电压
给一个不变的电压
当这VDD增大的时候
就是使得漏-源之间的电压
uDS增大
那么iD必然增大
而且在这个过程里边
它是线性地增大的
表现出来就是漏-源之间
好像是一个电阻似的
当着这个g-d之间
达到了夹断电压的时候
我们看到这时候
耗尽层相接了
在这种情况下
我们叫它预夹断
这时候如果我们继续增加
d-s之间的电压
就会使得这个夹断的区域
越来越长
使得电子在定向移动的时候
遇到的阻力越来越大
它必须以最快的速度
穿过夹缝
形成电流
那么在这时候
d-s之间电压的增大
本来是可以使得iD增大的
但是由于夹断的这个线
越来越长
会使得导电时候
遇到的阻力越来越大
如果VDD的增大
也就是d-s之间电压的增大
全部用来克服电子导电过程里边
它的阻力
那么我们从外部上看
d-s之间电压增大
外部看到的漏极电流iD
几乎不变了
这时候我们看到的现象就是
有一个g-s之间的电压
就得到一个受控的iD
我们称这时候
进入了恒流区
也就是这时候的iD
几乎仅仅决定于g-s之间的电压
如果我们要想使得结型场效应管
放到放大电路里边
作为一个有源元件
来控制能量的话
那么就应该使它工作在恒流区
那工作在恒流区
应该有什么条件呢
两个条件
一个是栅-源要加合适的电压
一个是漏-源要加合适的电压
就是我打勾的这样两个条件
所以当我们用它
作为一个核心的元件
构成放大电路的时候
外电路必须满足这样两个条件
才能使它构成为放大电路
-1.1模拟信号与模拟电路
-1.2模拟电子技术基础课程特点及如何学习该课程
-2.1本征半导体
--本征半导体
-2.1本征半导体--作业
-2.2杂质半导体
--杂质半导体
-2.2杂质半导体--作业
-2.3 PN结的形成及其单向导电性
-2.3 PN结的形成及其单向导电性--作业
-2.4 PN 结的电容效应
-2.4 PN 结的电容效应--作业
-2.5半导体二极管的结构
-2.5半导体二极管的结构--作业
-2.6半导体二极管的伏安特性和电流方程
--2.6半导体二极管的伏安特性和电流方程
-2.7二极管的直流等效电路（直流模型）
-第一部分--2.7二极管的直流等效电路（直流模型）
-2.8二极管的交流等效电路和主要参数
-第一部分--2.8二极管的交流等效电路和主要参数
-实验1-二极管伏安特性的测试
-2.9晶体三极管的结构和符号
-2.9晶体三极管的结构和符号--作业
-2.10晶体三极管的放大原理
-第一部分--2.10晶体三极管的放大原理
-2.11晶体三极管的输入特性和输出特性
-2.11晶体三极管的输入特性和输出特性--作业
-实验2-三极管输出特性的测试
-第一部分--作业
-2.12晶体三极管的三个工作区域及温度对特性的影响
--2.12晶体三极管的三个工作区域及温度对特性的影响
-2.13晶体三极管的主要参数
-第二部分--2.13晶体三极管的主要参数
-3.1放大的概念
--3.1放大的概念
-第二部分--3.1放大的概念
-EDA应用1-2-半导体二极管和三极管特性的测试
-3.2 放大电路的性能指标
--Video
-第二部分--3.2 放大电路的性能指标
-实验3-放大电路（黑盒子）性能指标的测试
-3.3基本共射放大电路的组成及各元件的作用
-3.3基本共射放大电路的组成及各元件的作用--作业
-EDA应用3-在Multisim环境中电路的搭建
-3.4基本共射放大电路的波形分析
-3.4基本共射放大电路的波形分析--作业
-3.5放大电路的组成原则和两种实用的放大电路
--3.5放大电路的组成原则和两种实用的放大电路
-3.6放大电路的直流通路和交流通路
-第二部分--3.6放大电路的直流通路和交流通路
-3.7放大电路的分析方法—图解法
-第二部分--3.7放大电路的分析方法—图解法
-3.8图解法用于放大电路的失真分析
--3.8图解法用于放大电路的失真分析
-3.9直流负载线和交流负载线
-第二部分--3.9直流负载线和交流负载线
-第二周作业
--第二周作业题
-EDA应用4-基本共射放大电路的电压传输特性
-3.10放大电路的等效模型及其建立方法
-第三部分--3.10放大电路的等效模型及其建立方法
-3.11晶体管的h参数等效模型（交流等效模型）
-第三部分--3.11晶体管的h参数等效模型（交流等效模型）
-3.12基本共射放大电路的动态分析
-第三部分--3.12基本共射放大电路的动态分析
-3.13学会选用合适的方法来分析电路
-第三部分--3.13学会选用合适的方法来分析电路
-3.14放大电路中静态对动态的影响
--3.14放大电路中静态对动态的影响
-3.15静态工作点的稳定
-第三部分--3.15静态工作点的稳定
-3.16典型的静态工作点稳定电路的分析
--3.16典型的静态工作点稳定电路的分析
-3.17稳定静态工作点的方法
--3.17稳定静态工作点的方法
-EDA应用5-共射放大电路中电阻参数对静态工作点的影响
-第三周作业
-EDA应用6-温度对静态工作点的影响
-实验4-静态工作点稳定共射放大电路的测试
-3.18基本共集放大电路
--3.18基本共集放大电路
-3.19基本共基放大电路
-第四部分--3.19基本共基放大电路
-3.20晶体管基本放大电路三种接法的比较
--3.20晶体管基本放大电路三种接法的比较
-3.21结型场效应管的工作原理
-第四部分--3.21结型场效应管的工作原理
-3.22 N沟道结型场效应管的特性
-第四部分--3.22 N沟道结型场效应管的特性
-3.23 N沟道增强型绝缘栅型场效应管（增强型MOS管）
--3.23 N沟道增强型绝缘栅型场效应管（增强型MOS管）
-3.23 N沟道增强型绝缘栅型场效应管（增强型MOS管）--作业
-3.24 N沟道耗尽型MOS管
-第四部分--3.24 N沟道耗尽型MOS管
-3.25场效应管的分类
-第四部分--3.25场效应管的分类
-第四周作业题
-3.26场效应管放大电路静态工作点的设置方法
-第五部分--3.26场效应管放大电路静态工作点的设置方法
-3.27场效应管放大电路的动态分析
-第五部分--3.27场效应管放大电路的动态分析
-EDA应用7-共源放大电路的测试
-实验5-共源放大电路的测试
-3.28复合管
--3.28复合管
-第五部分--3.28复合管
-4.1多级放大电路的耦合方式—直接耦合
-第五部分--4.1多级放大电路的耦合方式—直接耦合
-4.2多级放大电路的耦合方式—阻容耦合、变压器耦合
-第五部分--4.2
-4.3多级放大电路的耦合方式—光电耦合
-第五部分--4.3多级放大电路的耦合方式—光电耦合
-4.4多级放大电路的动态参数分析
--4.4多级放大电路的动态参数分析
-4.5多级放大电路的讨论
--4.5多级放大电路的讨论
-第五周作业
-实验6-两级放大电路的测试
-4.6集成运放概述—结构特点、电路组成及电压传输特性
-4.6集成运放概述—结构特点、电路组成及电压传输特性--作业
-4.7零点漂移现象及差分放大电路的组成
-第六部分--4.7零点漂移现象及差分放大电路的组成
-4.8对差分放大电路的需求分析及长尾式差分放大电路的静态分析
--4.8对差分放大电路的需求分析及长尾式差分放大电路的静态分析
-第六部分--4.8对差分放大电路的需求分析及长尾式差分放大电路的静态分析
-4.9长尾式差分放大电路的动态分析
-第六部分--4.9长尾式差分放大电路的动态分析
-4.10双端输入单端输出差分放大电路
--4.10双端输入单端输出差分放大电路
-4.11单端输入双端输出差分放大电路及四种接法比较
-第六部分--4.11单端输入双端输出差分放大电路及四种接法比较
-4.12具有恒流源的差分放大电路
-第六部分--4.12具有恒流源的差分放大电路
-4.13差分放大电路的改进
-第六部分--4.13差分放大电路的改进
-EDA应用8-直接耦合多级放大电路的辅助设计
-作业
--第六周作业
-4.14电流源电路—镜像电流源、微电流源
--4.14电流源电路—镜像电流源、微电流源
-4.15电流源电路 —多路电流源
-第七部分--4.15电流源电路 —多路电流源
-4.16有源负载放大电路
--4.16有源负载放大电路
-4.17互补输出级的电路组成及工作原理
-4.17互补输出级的电路组成及工作原理--作业
-4.18消除交越失真的互补输出级和准互补输出级
-第七部分--4.18消除交越失真的互补输出级和准互补输出级
-4.19放大电路读图方法及双极型集成运放原理电路分析
-第七部分--4.19
-4.20单极型（CMOS）集成运放原理电路分析
--第七部分 4.20单极型（CMOS）集成运放原理电路分析
-4.21集成运放的主要性能指标
-第七部分--4.21集成运放的主要性能指标
-4.22集成运放的分类
-第七部分--4.22集成运放的分类
-4.23集成运放的保护电路以及低频等效电路
--第七部分 4.23集成运放的保护电路以及低频等效电路
-作业
-5.1频率响应的有关概念
--第八部分 5.1频率响应的有关概念
-5.2晶体管的高频等效电路
-第八部分--5.2晶体管的高频等效电路
-5.3晶体管电流放大倍数的频率响应
-第八部分--5.3晶体管电流放大倍数的频率响应
-5.4单管共射放大电路的中频段
-5.4单管共射放大电路的中频段--作业
-5.5单管共射放大电路低频段的频率响应
-第八部分--5.5单管共射放大电路低频段的频率响应
-5.6单管共射放大电路高频段的频率响应
-第八部分--5.6单管共射放大电路高频段的频率响应
-5.7单管共射放大电路的波特图及带宽增益积
-第八部分--5.7单管共射放大电路的波特图及带宽增益积
-5.8单管共源放大电路的频率响应
--第八部分 5.8单管共源放大电路的频率响应
-5.9多级放大电路的频率响应
-5.9多级放大电路的频率响应--作业
-5.10关于频率响应的讨论
-第八部分--5.10关于频率响应的讨论
-EDA应用9-两级放大电路频率响应的测试
-实验7-两级放大电路频率响应的测试
-第八周习题
-6.1什么是反馈
--6.1什么是反馈
-6.1什么是反馈--作业
-6.2正反馈与负反馈、直流反馈和交流反馈、局部反馈和级间反馈
--6.2正反馈与负反馈、直流反馈和交流反馈、局部反馈和级间反馈
-第九部分--6.2正反馈与负反馈、直流反馈和交流反馈、局部反馈和级间反馈
-6.3交流负反馈的四种组态
-第九部分--6.3交流负反馈的四种组态
-6.4有无反馈、直流与交流反馈的判断
-6.4有无反馈、直流与交流反馈的判断--作业
-6.5正反馈和负反馈的判断
-第九部分--6.5正反馈和负反馈的判断
-6.6交流负反馈四种组态的判断
-第九部分--6.6交流负反馈四种组态的判断
-6.7分立元件放大电路中反馈的分析
-第九部分--6.7分立元件放大电路中反馈的分析
-6.8负反馈放大电路的方框图及一般表达式
-第九部分--6.8负反馈放大电路的方框图及一般表达式
-6.9基于反馈系数的放大倍数的估算方法
-第九部分--6.9基于反馈系数的放大倍数的估算方法
-第九周作业
-6.10基于理想运放的电压放大倍数的计算方法
--第十部分 6.10基于理想运放的电压放大倍数的计算方法
-6.11深度负反馈放大电路电压放大倍数的讨论
--第十部分 6.11深度负反馈放大电路电压放大倍数的讨论
-6.12引入交流负反馈提高放大倍数的稳定性并改变输入、输出电阻
--6.12引入交流负反馈提高放大倍数的稳定性并改变输入、输出电阻
--第十部分 6.12引入交流负反馈提高放大倍数的稳定性并改变输入、输出电阻
-6.13引入交流负反馈展宽频带、减小非线性失真
--第十部分 6.13引入交流负反馈展宽频带、减小非线性失真
-实验8-交流负反馈对放大电路性能的影响
-6.14如何根据需求引入负反馈
--第十部分 6.14如何根据需求引入负反馈
-6.15负反馈放大电路产生自激振荡的原因及条件
--第十部分 6.15负反馈放大电路产生自激振荡的原因及条件
-6.16负反馈放大电路稳定性分析
--第十部分 6.16负反馈放大电路稳定性分析
-6.17简单滞后补偿
--第十部分 6.17简单滞后补偿
-6.18放大电路中的正反馈
--第十部分 6.18放大电路中的正反馈
-第十周作业
-期末考试
--期末作业
