什么是結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管JFET

什么是結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管JFET

場(chǎng)效應(yīng)管是通過(guò)改變外加電壓產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度來(lái)控制其導(dǎo)電能力的半導(dǎo)體器件。

它不僅具有雙極型三極管的體積小,重量輕,耗電少,壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),而且還具有輸入電阻高,熱穩(wěn)定性好,抗輻射能力強(qiáng),噪聲低,制造工藝簡(jiǎn)單,便于集成等特點(diǎn).因而,在大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路中得到了廣泛的應(yīng)用.根據(jù)結(jié)構(gòu)和工作原理不同,場(chǎng)效應(yīng)管可分為兩大類: 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管(JFET)和絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管(IGFET)。

在兩個(gè)高摻雜的P區(qū)中間，夾著一層低摻雜的N區(qū)（N區(qū)一般做得很?。?，形成了兩個(gè)PN結(jié)。在N區(qū)的兩端各做一個(gè)歐姆接觸電極，在兩個(gè)P區(qū)上也做上歐姆電極，并把這兩個(gè)P區(qū)連起來(lái)，就構(gòu)成了一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管。從N型區(qū)引出的兩個(gè)電極分別為源極S和漏極D，從兩個(gè)P區(qū)引出的電極叫柵極G，很薄的N區(qū)稱為導(dǎo)電溝道。

結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管分類：N溝道和P溝道兩種。如下圖所示為N溝道管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)。

如右圖所示為N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)示意圖。

N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管正常工作時(shí)，在漏-源之間加正向電壓，形成漏極電流。<0，耗盡層承受反向電壓，既保證柵-源之間內(nèi)阻很高，又實(shí)現(xiàn)對(duì)溝道電流的控制。

★=0時(shí)，對(duì)導(dǎo)電溝道的控制作用，如下圖所示。

◆ =0時(shí)，=0，耗盡層很窄，導(dǎo)電溝道很寬。

◆ │增大時(shí)，耗盡層加寬，溝道變窄，溝道電阻增大。

◆ │增大到某一數(shù)值時(shí)，耗盡層閉合，溝道消失，溝道電阻趨于無(wú)窮大，稱此時(shí)的值為夾斷電壓。

★為~0中某一固定值時(shí)，對(duì)漏極電流的影響

▲ =0，由 所確定的一定寬的導(dǎo)電溝道，但由于d-s間電壓為零，多子不會(huì)產(chǎn)生定向移動(dòng)， =0。

▲ >0，有電流從漏極流向源極，從而使溝道各點(diǎn)與柵極間的電壓不再相等，沿溝道從源極到漏極逐漸增大，造成靠近漏極一邊的耗盡層比靠近源極一邊的寬。如下圖（a）所示。

▲從零逐漸增大時(shí)，= - 逐漸減小，靠近漏極一邊的導(dǎo)電溝道隨之變窄。電流隨線性增大。

▲增大，使=，漏極一邊耗盡層出現(xiàn)夾斷區(qū)，稱=為預(yù)夾斷。

▲繼續(xù)增大，<，夾斷區(qū)加長(zhǎng)。這時(shí)，一方面自由電子從漏極向源極定向移動(dòng)所受阻力加大，從而導(dǎo)致 減??；另一方面，隨著 的增大，使d-s間的縱向電場(chǎng)增強(qiáng)，導(dǎo)致 增大。兩種變化趨勢(shì)相抵消， 表現(xiàn)出恒流特性。

結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的輸出特性表示在柵源電壓一定的情況下，漏極電流與漏源電壓之間的關(guān)系，即

輸出特性可以分為四個(gè)工作區(qū)：

◆可變電阻區(qū)：曲線拐彎點(diǎn)的連線與縱軸所夾區(qū)域。較小，導(dǎo)電溝道暢通，d-s之間相當(dāng)于一個(gè)歐姆電阻，當(dāng)不變，從零增大，線性增大。越大，曲線越陡，溝道電阻隨大小而變，故稱為可變電阻區(qū)，在這個(gè)區(qū)域場(chǎng)效應(yīng)管是導(dǎo)通的，類似于晶體三極管的飽和區(qū)。

◆夾斷區(qū)：靠近橫軸<區(qū)域．此時(shí)電流 =0，場(chǎng)效應(yīng)管呈現(xiàn)一個(gè)很大的電阻，這個(gè)區(qū)域類似晶體三極管的截止區(qū)。

◆恒流區(qū)：恒流區(qū)指中間平坦區(qū)域，它屬于線性放大區(qū)，增大到脫離可變電阻區(qū)， 不隨的增大而變化，趨向恒定值。在這個(gè)區(qū)域，只隨的增大而增大。在該區(qū)域工作的場(chǎng)效應(yīng)管，的大小只受的控制，表現(xiàn)出場(chǎng)效應(yīng)管電壓控制電流的放大作用。

◆擊穿區(qū)：增大,突然加大，反向偏置的PN結(jié)超過(guò)承受極限而發(fā)生溝道擊穿,和失去對(duì)的控制作用，若不加限制，場(chǎng)效應(yīng)管會(huì)損壞。使用時(shí)一定要特別注意，不可過(guò)大。

由于結(jié)型管外加的是反偏電壓，沒(méi)有柵極電流，所以沒(méi)有輸入特性。漏極電流與柵源電壓 的關(guān)系曲線稱為轉(zhuǎn)移特性。即

=_常數(shù)

N溝道結(jié)型管對(duì)的控制規(guī)律如圖所示。

當(dāng)為確定值由零向負(fù)方向變化將減小，=，使 =0，此電壓便是夾斷電壓。當(dāng)=0時(shí)，漏極電流最大，稱為飽和漏電流，用I_DSS表示。實(shí)驗(yàn)證明，在<≤0 的范圍內(nèi)，漏極電流與柵極電壓的關(guān)系近似為：

說(shuō)明場(chǎng)效應(yīng)管為非線性器件。

場(chǎng)效應(yīng)管在手機(jī)射頻電路中作為放大元件使用，在邏輯電路一般作開(kāi)關(guān)元件使用。與三極管一樣，場(chǎng)效應(yīng)管必須加上適當(dāng)?shù)钠珘海拍苷９ぷ?，才能起放大、振蕩很有成效作用。其中P溝通型場(chǎng)效應(yīng)管必須加上負(fù)的柵—源電壓，而N溝道型場(chǎng)效應(yīng)管工作必須加上正的柵—源電壓。

場(chǎng)效應(yīng)管具有放大作用，可以組成放大電路，它與雙極性三極管相比具有以下特點(diǎn)：

（1）場(chǎng)效應(yīng)管是電壓控制器件，它通過(guò)UGS來(lái)控制ID；

（2）場(chǎng)效應(yīng)管的輸入端電流極小，因此它的輸入電阻很高；

（3）它是利用多數(shù)載流子導(dǎo)電，因此它的溫度穩(wěn)定性較好；

（4）它組成的放大電路的電壓放大系數(shù)要小于三極管組成放大電路的電壓放大系數(shù)；

（5）場(chǎng)效應(yīng)管的抗輻射能力強(qiáng)。