【圖】J-FET場效應管基礎知識
(2016/12/22 0:36:00)
J-FET場效應管基礎知識
J-FET場效應管基礎知識
介紹場效應晶體管與 BJT 在工作過程中有很大區別： BJT 中的電荷載體是空穴或被擊出的少量的“少子” , FET 中的電荷則是數目相對多幾個數量級的自由電子，“多子”。
J-FET 晶體管部分
這里以 N 溝道J-FET 來說明。如圖1.15所示， J 一 FET 正常工作時，柵極 G 與源極 S 之間的電壓必須為反向，稱為柵極電壓，常用 Ugs
來表示；漏極與源極之間的電壓稱為漏極電壓，常用 Uds 來表示。 UdS 的極性應是：漏極為正，源極為負。對于 P 溝道J-FET ，電壓要求正好相反。這樣就使得兩個 PN 結都加上了反壓，而且因為漏極電位比源極電位高，所以 PN 在靠近漏極一端的反向電壓[Eg+Ed］大于靠近源極一端的反向電壓[Eg]。 PN 結的方向電壓增加時，其耗盡層要加厚，因此，在靠近漏極一端，耗盡層最寬，而靠近源極一端，耗盡層最窄。圖 1 . 14 中的陰影區就是耗盡層示意。
由于強大的反向電場作用，耗盡層中幾乎無載流子，是高阻區；夾在兩個耗盡層中間的是具有豐富自由電子的低阻導電溝道。由歐姆定律可知 ，溝道電流的大小取決于溝道兩端的電壓和溝道的直流電阻的大小。 J-FET 通過改變施加在 PN 結上的反向偏壓（柵極電壓）的大小來改變耗盡層的寬度，進而改變溝道的寬度和直流電阻，從而可以控制溝道電流。據此可以組成 J-FET 放大器，如下圖示：
( 1 ) J-FET 的輸出特性曲線 J-FET 的輸出特性曲線是指一組 UgS 固定為不同值時的Id-Ugs 關系曲線，即： Id = f ( Ugs , Ucts ）函數關系。請看圖 1 . 17 :
N 溝道 J-FET 輸出特性曲線分為四個區域：
J-FET場效應管基礎知識
介紹場效應晶體管與 BJT 在工作過程中有很大區別： BJT 中的電荷載體是空穴或被擊出的少量的“少子” , FET 中的電荷則是數目相對多幾個數量級的自由電子，“多子”。
J-FET 晶體管部分
這里以 N 溝道J-FET 來說明。如圖1.15所示， J 一 FET 正常工作時，柵極 G 與源極 S 之間的電壓必須為反向，稱為柵極電壓，常用 Ugs
來表示；漏極與源極之間的電壓稱為漏極電壓，常用 Uds 來表示。 UdS 的極性應是：漏極為正，源極為負。對于 P 溝道J-FET ，電壓要求正好相反。這樣就使得兩個 PN 結都加上了反壓，而且因為漏極電位比源極電位高，所以 PN 在靠近漏極一端的反向電壓[Eg+Ed］大于靠近源極一端的反向電壓[Eg]。 PN 結的方向電壓增加時，其耗盡層要加厚，因此，在靠近漏極一端，耗盡層最寬，而靠近源極一端，耗盡層最窄。圖 1 . 14 中的陰影區就是耗盡層示意。
由于強大的反向電場作用，耗盡層中幾乎無載流子，是高阻區；夾在兩個耗盡層中間的是具有豐富自由電子的低阻導電溝道。由歐姆定律可知 ，溝道電流的大小取決于溝道兩端的電壓和溝道的直流電阻的大小。 J-FET 通過改變施加在 PN 結上的反向偏壓（柵極電壓）的大小來改變耗盡層的寬度，進而改變溝道的寬度和直流電阻，從而可以控制溝道電流。據此可以組成 J-FET 放大器，如下圖示：
( 1 ) J-FET 的輸出特性曲線 J-FET 的輸出特性曲線是指一組 UgS 固定為不同值時的Id-Ugs 關系曲線，即： Id = f ( Ugs , Ucts ）函數關系。請看圖 1 . 17 :
N 溝道 J-FET 輸出特性曲線分為四個區域：
從圖 1 . 17 可以看出，大區、截止區、擊穿區。可變電阻區、線性放大區
習慣上將 J-FET 剛剛截止時的柵壓稱為夾斷電壓，用 Up 表示。從圖中可以看出耗盡層加寬， N 溝道被夾斷。
[ 2 ］可變電阻區。從圖 1 . 17 中的“可變電阻區”部分曲線可以看出：在此區域內，輸出曲線是直的，而且不同的 Ugs 對應不同的斜率，可見在此區域內， Ugs 可以控制 DS 之間的電阻。從這個方向講來，此時的J-FET 等效為一個壓控可變電阻器。 Ugs 越負，電阻值越大。
[ 3 ］線性放大區， l 見圖 1 . 19 示意］當 UgS 高于截止柵極電壓時，隨著 UdS 的增加，當 Uds 增加到 Uds=-Up 時，場效應管出現“預夾斷”。此時，因預夾斷區的電阻遠遠大于剩余的 N 溝道電阻，增加的電壓基本上都消耗在預夾斷區上， N 溝道上的電壓基本不變，因此Uds 之間出現了恒流特性。圖 1 . 17 中曲線幾乎水平部分的斜率就是預夾斷區電阻。在這個區域內， Id 只受 Ugs 控制， Ugs 越大， Id飽和電流越大，且成比例變化。 J-FET 用做放大器時，必須被偏置到這個區域。
[ 4 ］在線性放大區內，若 Uds 再繼續增加， PN 結上的反向電壓越來越大， U 電若超過 PN 結的反向擊穿電壓， PN 結將發生擊穿。 Ugs越大，發生擊穿時的 Uds 越大，從圖 1 . 17 中可以看出。
( 2 ) J-FET 的轉移特性曲線這里的轉移特性曲線，特指 J-FET 在線性放大區時，在固定 UdS 電壓條件下， Id 與 UgS 的函數關系：
Id=f2(Uds,Ugs)|UdS 固定。請圖 1 . 20 :
[ l ］飽和漏極電流 IdsS 。是指在 Ugs=OV, UdS>=|Up|時的漏極電流 Id 值。
[ 2 ］夾斷電壓 Up 。是指當 UdS 固定時，使得 Id=O 時的柵源電壓值；
[ 3 ］直流輸入電阻 RgS ，它等效于柵極直流電壓 UgS 與柵極直流電流1g之比，J-FET 的 Rgs 往往在 10e8-10el2 Ohm之間。
[ 4 ］柵源擊穿電壓 BVgS ，指 PN 結反向電流突增時的 Ugs 值；
[ 5 ］漏源擊穿電壓 BVdS ，是指使 PN 結發生雪崩擊穿時的 UdS 電壓值；
[ 6 ］最大直流功耗 Pdm=Id X UdS ;
[ 7 ］跨導 Gm ，是指 UdS 為常數時，漏極電流的交流變化量與柵源電壓的交流變化量之比：gm=△I/△Ugs
[ 8 ］輸出電阻 RdS ，是指在線性放大區， UgS 為常數時， UdS 的交流微變量與 Id 的交流微變量之比： Rds=△Uds/△Id ;
[ 9 ］動態導通電阻 Ron ：特指在可變電阻區，當 UgS 為常數時， Uds 微變量與 Id 微變量之比： Ron=△Uds/△Ict ;
[10 ］極間電容：J-FET 的三個電極之間的電容： CgS 、 CdS 、 Cdg
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