場效應(yīng)管工作原理(2)

1、場效應(yīng)管工作原理(2)1. 什么叫場效應(yīng)管？Fffect Tran sistor的縮寫，即為場效應(yīng)晶體管。一般的晶體管是由兩種極性的載流子，即多數(shù)載流子和反極性的少數(shù)載流子參與導(dǎo)電，因此稱為雙極型晶體管,而FET僅是由多數(shù)載流子參與導(dǎo)電，它與雙極型相反,也稱為單極 型晶體管。FET應(yīng)用范圍很廣,但不能說現(xiàn)在普及的雙極型晶體管都可以用FET替代。然而，由于FET的特性與雙極型晶體管的特性完全 不同，能構(gòu)成技術(shù)性能非常好的電路。2. 場效應(yīng)管的特征：耗盡層I門根口溝道 二二耗盡層(a) JFET的概念圖門極燈溝道sP溝道(b) JFET的符號圖1 JFET的概念圖、符號圖1(b)門極的箭頭指向?yàn)閜

2、指向n方向，分別表示內(nèi)向?yàn)閚溝道JFET夕卜向?yàn)?p溝道JFET圖1 (a)表示n溝道JFET的特性例。以此圖為基礎(chǔ)看看 JFET的電氣特性 的特點(diǎn)。首先，門極-源極間電壓以0V時考慮(VGS =0。在此狀態(tài)下漏極-源極間電壓 VDS從0V增加，漏電流ID幾乎與VDS成比例增加，將此區(qū)域稱為非飽和區(qū)。VDS 達(dá)到某值以上漏電流ID的變化變小，幾乎達(dá)到一定值。此時的ID稱為飽和漏電 流(有時也稱漏電流用IDSS表示。與此IDSS對應(yīng)的VDS稱為夾斷電壓VP,此 區(qū)域稱為飽和區(qū)。其次在漏極-源極間加一定的電壓VDS例如0.8V)，VGS值從0開始向負(fù)方向增加，ID的值從IDSS開始慢慢地減少，對某

3、VGS值ID =0。將此時的VGS稱 為門極-源極間遮斷電壓或者截止電壓，用VGS (off)示。n溝道JFET勺情況則VGS (off)值帶有負(fù)的符號,測量實(shí)際的JFE對應(yīng)ID =0的VGS因?yàn)楹芾щy,在放大器使用的小信號JFET寸,將達(dá)到ID =0.1-10卩A 的VGS定義為VGS (off)的情況多 些。關(guān)于J FE偽什么表示這樣的特性，用圖作以下簡單的說明。o喘極Id館和開始狀態(tài)(Vgs=OjVds=Vp)漏極Id啊和加誄狀態(tài)(VGS-O,VDS»VP)漏極Id的截止?fàn)顟?Vc5=Ve5( off)7Vds>Vp)JFET勺工作原理用一句話說，就是"漏極-源

4、極間流經(jīng)溝道的ID，用以門極與溝 道間的pn結(jié)形成的反偏的門極電壓控制ID "。更正確地說，ID流經(jīng)通路的寬度， 即溝道截面積，它是由pn結(jié)反偏的變化，產(chǎn)生耗盡層擴(kuò)展變化控制的緣故。在VGS=0的非飽和區(qū)域，圖10.4.1(a)表示的過渡層的擴(kuò)展因?yàn)椴缓艽?，?據(jù)漏極-源極間所加VDS勺電場，源極區(qū)域的某些電子被漏極拉去，即從漏極向源 極有電流ID流動。達(dá)到飽和區(qū)域如圖 10.4.2(a)所示，從門極向漏極擴(kuò)展的過 度層將溝道的一部分構(gòu)成堵塞型，ID飽和。將這種狀態(tài)稱為夾斷。這意味著過渡 層將溝道的一部分阻擋，并不是電流被切斷。在過渡層由于沒有電子、空穴的自由移動，在理想狀態(tài)下幾乎具

5、有絕緣特性， 通常電流也難流動。但是此時漏極-源極間的電場，實(shí)際上是兩個過渡層接觸漏 極與門極下部附近，由于漂移電場拉去的高速電子通過過渡層。如圖10.4.1(b)所示的那樣，即便再增加VDS，因漂移電場的強(qiáng)度幾乎不變 產(chǎn)生ID的飽和現(xiàn)象。其次，如圖10.4.2(c)所示，VGS向負(fù)的方向變化，讓VGS =VGS (off)， 此時過渡層大致成為覆蓋全區(qū)域的狀態(tài)。而且VDS的電場大部分加到過渡層上， 將電子拉向漂移方向的電場，只有靠近源極的很短部分，這更使電流不能流通。3. 場效應(yīng)管的分類和結(jié)構(gòu):FET根據(jù)門極結(jié)構(gòu)分為如下兩大類。其結(jié)構(gòu)如圖3所示:門極絕緣型FET簡面結(jié)型 FET（簡化為JFE

6、T化為 MOS FET）nsi氧化物Al 電 扱基片門極J圖3. FET的結(jié)構(gòu)各種結(jié)構(gòu)的FET均有門極、源極、漏極3個端子，將這些與雙極性晶體管的各端 子對應(yīng)如表1所示。FET雙極性晶體管漏極集電極門極基極源極發(fā)射極JFET是由漏極與源極間形成電流通道（channel）的 p型或n型半導(dǎo)體，與門極 形成pn結(jié)的結(jié)構(gòu)。另外，門極絕緣型FET是通道部分（Semicoductor）上形成薄的氧化膜（Oxide）， 并且在其上形成門極用金屬薄膜（Metal）的結(jié)構(gòu)。從制造門極結(jié)構(gòu)材質(zhì)按其字 頭順序稱為MOS FET根據(jù)JFET MOS FET的通道部分的半導(dǎo)體是p型或是n型分別有p溝道元件，n 溝道元

7、件兩種類型。圖3均為n溝道型結(jié)構(gòu)圖。4. 場效應(yīng)管的傳輸特性和輸出特性傳遞特性漏極渝特性4非飽和區(qū)域I飽和區(qū)域漏極電流曰旨>410ks644-Vp y g =ov-o.iv-0.2V-0.3V-0.5-0,4-0 200.2040 50.3漏極源極闔電JE VmV門極源極間電壓Vcsp圖4 JFET的特性例（n溝道）從圖4所示的n溝道JFET的特性例來看，讓VGS有很小的變化就可控制ID很 大變化的情況是可以理解的。采用 JFET設(shè)計放大器電路中，VGS與ID的關(guān)系 即傳輸特性是最重要的，其次將就傳輸特性以怎樣方式表示加以說明。v(55 / V(55(OJT) ynJ on- 6 4 2

8、 bn.o.o.o.I巳二mA圖5傳輸特性這個傳輸特性包括JFET本身的結(jié)構(gòu)參數(shù)，例如溝道部分的雜質(zhì)濃度和載體移動 性，以致形狀、尺寸等，作為很麻煩的解析結(jié)果可導(dǎo)出如下公式(公式的推導(dǎo)略 去)1041作為放大器的通常用法是 VGS、VGS(off) < 0(n溝道)，VGS、VGS (off) >0(p溝道)。式(10.4.1)用起來比較困難，多用近似的公式表示如下f%將此式就VGS改寫則得下式上(1042)下(1043)若說式(1042)是作為JFET的解析結(jié)果推導(dǎo)出來的，不如說與實(shí)際的JFET的特 性或者式(1041)很一致的作為實(shí)驗(yàn)公式來考慮好些。 圖5表示式(1041)、式 (10.4.2)及實(shí)際的JFET的正規(guī)化傳輸特性，即以ID /IDSS為縱坐標(biāo)，VGS /VGS (off)為橫坐標(biāo)的傳輸特性。n溝道的JFET在VGX 0的范圍使用時，因VGS(off)< 0，VGS /VGS(off) >0，但在圖 5上考慮與實(shí)際的傳輸特性比較方便起見，將 原點(diǎn)向左方向作為正方向。但在設(shè)計半導(dǎo)體電路時，需要使用方