JFET介绍.doc
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1、JFET百科名片 JFET最早具有实际结构的场效应晶体管是在N型或者P型半导体基片上制作一对PN结及相应的金属电极,两个PN结之间有导电沟道,通过改变外加PN界的反向偏置电压,以改变PN结耗尽层的厚度,从而达到改变沟道区载流子密度以控制沟道输出电流的目的,因此,这种场效应管也被称为PN结型场效应晶体管,即PN JFET(PN Junction FET),通常也称JFET。目录什么是 JFET 结型场效应晶体管 FET的特点 工作原理 流iD的作用 输出特性曲线 几个图区 转移特性曲线编辑本段什么是 JFET一种单极的三层晶体管,它是一种控制极是由pn组成的场效应晶体管,工作依赖于惟一种载流子
2、- 电子或空穴的运动。对于一个正常接通”器件,每当N沟道JFET的漏极电压相对于源极为正时,或是当P沟道JFET的漏极电压相对于源极为负时,都有电流在沟道中流过。在JFET沟道中的电流受栅极电压的控制,为了“夹断”电流的流动,在N沟道JFET中栅极相对源极的电压必须是负的;或者在P沟道JFET中栅极相对源极的电压必须是正的。栅极电压被加在横跨PN结的沟道上,与此相反,在MOSFET中则是加在绝缘体上。 编辑本段结型场效应晶体管利用场效应原理工作的晶体管,简称FET。场效应就是改变外加垂直于半导体表面上电场的方向或大小,以控制半导体导电层(沟道)中的多数载流子的密度或类型。这种晶体管的工作原理与
3、双极型晶体管不同,它是由电压调制沟道中的电流,其工作电流是由半导体中的多数载流子输运,少数载流子实际上没有作用。这类只有一种极性载流子参加导电的晶体管又称单极晶体管。19251926年美国的J.E.里林菲德提出静电场对导电固体中电流影响的基本概念。1933年O.海尔提出薄膜FET 器件的结构模型,在实验中观察到“场效应”现象,但当时由于工艺水平所限,没有做成实用器件。1952年以后,W.B.肖克莱提出结型场效应管(JFET)的基本理论。一年以后制成JFET。60年代初发展了金属-氧化物-半导体场效应管(MOSFET)。1966年美国的C.米德提出了肖特基势垒栅场效应管(MESFET)。 编辑本
4、段FET的特点与双极型晶体管相比,FET的特点是输入阻抗高,噪声小,极限频率高,功耗小,温度性能好,抗辐照能力强,多功能,制造工艺简单等。由于电荷存储效应小、反向恢复时间短,故开关速度快,工作频率高。器件特性基本呈线性或平方律,故互调和交调乘积远比双极型晶体管为小。FET已广泛用于各种放大电路、数字电路和微波电路等。FET是MOS大规模集成电路和MESFET超高速集成电路的基础器件。 结型场效应晶体管工作原理: 编辑本段工作原理N沟道和P沟道结型场效应管的工作原理完全相同,现以N沟道结型场效应管为例,分析其工作原理。 左右)。在漏-源极间加一正电压(vDS0),使N沟道中的多数载流子电子在电场
5、作用下由源极向漏极作漂移运动,形成漏极电流iD。iD的大小主要受栅-源电压vGS控制,同时也受漏-源电压vDS的影响。因此,讨论场效应管的工作原理就是讨论栅-源电压vGS对漏极电WN沟道结型场效应管工作时,也需要外加如图1所示的偏置电压,即在栅-源极间加一负电压(vGS0),使栅-源极间的P+N结反偏,栅极电流iG0,场效应管呈现很高的输入电阻(高达108 编辑本段流iD的作用流iD(或沟道电阻)的控制作用,以及漏-源电压vDS对漏极电流iD的影响。 1vGS对iD的控制作用 图2所示电路说明了vGS对沟道电阻的控制作用。为便于讨论,先假设漏-源极间所加的电压vDS=0。当栅-源电压vGS=0
6、时,沟道较宽,其电阻较小,如图2(a)所示。当vGS0,且其大小增加时,在这个反偏电压的作用下,两个P+N结耗尽层将加宽。由于N区掺杂浓度小于P+区,因此,随着|vGS| 的增加,耗尽层将主要向N沟道中扩展,使沟道变窄,沟道电阻增大,如图2(b)所示。当|vGS| 进一步增大到一定值|VP| 时,两侧的耗尽层将在沟道中央合拢,沟道全部被夹断,如图2(c)所示。由于耗尽层中没有载流子,因此这时漏-源极间的电阻将趋于无穷大,即使加上一定的电压vDS,漏极电流iD也将为零。这时的栅-源电压称为夹断电压,用VP表示。 (c) vGSVP (a) vGS=0的情况 (b) VPvGS0,因此很少应用输入
7、特性,常用的特性曲线有输出特性曲线和转移特性曲线。 编辑本段输出特性曲线输出特性曲线用来描述vGS取一定值时,电流iD和电压vDS间的关系,即。它反映了漏极电压vDS对iD的影响。图XX_01是一个N沟道结型场效应管的输出特性曲线。由此图可见,结型场效应管的工作状态可划分为四个区域。 编辑本段几个图区XX_01 (1) 可变电阻区图 可变电阻区位于输出特性曲线的起始部分,它表示vDS较小、管子预夹断前,电压vDS与漏极电流iD间的关系。在此区域内有VPvGS0,vDSvGSVP。当vGS一定,vDS较小时,vDS对沟道影响不大,沟道电阻基本不变,iD与vDS之间基本呈线性关系。若vGS增加,则
8、沟道电阻增大,输出特性曲线斜率减小。所以,在vDS较小时,源、漏极间可以看作是一个受vGS控制的可变电阻,故称这一区域为可变电阻区。这一特点常使结型场效应管被作为压控电阻而广泛应用。 (2) 饱和区(也称恒流区) 当VPvGS0且vDSvGSVP时,N沟道结型场效应管进入饱和区,即图中特性曲线近似水平的部分。它表示管子预夹断后,电压vDS与漏极电流iD间的关系。饱和区的特点是iD几乎不随vDS的变化而变化,iD已趋于饱和,但它受vGS的控制。|vGS|增加,沟道电阻增加,iD减小。场效应管作线性放大器件用时,就工作在饱和区。 应当指出,图XX_01中左边的虚线是可变电阻区与饱和区的分界线,是结
9、型场效应管的预夹断点(vDS=vGS-VP)的轨迹。显然,预夹断点随vGS改变而变化,vGS愈负,预夹断时的vDS越小。 (3) 击穿区 管子预夹断后,若vDS继续增大,当栅漏极间P+N结上的反偏电压vGD增大到使P+N结发生击穿时,iD将急剧上升,特性曲线进入击穿区。管子被击穿后再不能正常工作。 (4) 截止区(又称夹断区) 当栅源电压|vGS| 时,沟道全部被夹断,iD0,这时场效应管处于截止状态。截止区处于输出特性曲线图的横座标轴附近(图XX_01中未标注)。 编辑本段转移特性曲线转移特性曲线用来描述vDS取一定值时,iD与vGS间的关系的曲线,即 它反映了栅源电压vGS对iD的控制作用
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