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3–1结型场效应管
3–1–1结型场效应管的结构及工作原理
结型场效应管(JunctionFieldEffectTransistor)简称JFET,有N沟道JFET和P沟道JFET之分。图3–1给出了JFET的结构示意图及其表示符号。
第三章场效应管与其基本
图3–1结型场效应管的结构示意图及其表示符号
(a)N沟道JFET;(b)P沟道JFET
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N沟道JFET,是在一根N型半导体棒两侧通过高浓度扩散制造两个重掺杂P++型区,形成两个PN结,将两个P++区接在一起引出一个电极,称为栅极(Gate),在两个PN结之间的N型半导体构成导电沟道。在N型半导体的两端各制造一个欧姆接触电极,这两个电极间加上一定电压,便在沟道中形成电场,在此电场作用下,形成由多数载流子——自由电子产生的漂移电流。我们将电子发源端称为源极(Source),接收端称为漏极(Drain)。在JFET中,源极和漏极是可以互换的。
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如图3–2所示,如果在栅极和源极之间加上负的电压UGS,而在漏极和源极之间加上正的电压UDS,那么,在UDS作用下,电子将源源不断地由源极向漏极运动,形成漏极电流ID。因为栅源电压UGS为负,PN结反偏,在栅源间仅存在微弱的反向饱和电流,所以栅极电流IG≈0,源极电流IS=ID。这就是结型场效应管输入阻抗很大的原因。
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当栅源负压UGS加大时,PN结变厚,并向N区扩张,使导电沟道变窄,沟道电导率变小,电阻变大,在同样的UGS下,ID变小;反之,|UGS|变小,沟道变宽,沟道电阻变小,ID变大。当|UGS|加大到某一负压值时,两侧PN结扩张使沟道全部消失,此时,ID将变为零。我们称此时的栅源电压UGS为“夹断电压”,记为UGSoff。可见,栅源电压UGS的变化,将有效地控制漏极电流的变化,这就是JFET最重要的工作原理。
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图3–2栅源电压UGS对沟道及ID的控制作用示意图
(a)UGS=0,沟道最宽,ID最大;
(b)UGS负压增大,沟道变窄,ID减小;
(c)UGS负压进一步增大,沟道夹断,ID=0
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栅-源电压对导电沟道宽度的控制作用
沟道最宽
沟道变窄
沟道消失称为夹断
UGS(off)
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3–1–2结型场效应管的特性曲线
一、转移特性曲线
转移特性曲线表达在UDS一定时,栅源电压uGS对漏极电流iD的控制作用,即
(3–1)
理论分析和实测结果表明,iD与uGS符合平方律关系,
即
(3–2)
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式中:IDSS——饱和电流,表示uGS=0时的iD值;
UGSoff——夹断电压,表示uGS=UGSoff时iD为零。
转移特性曲线如图3–3(a)所示。
为了使输入阻抗大(不允许出现栅流iG),也为了使栅源电压对沟道宽度及漏极电流有效地进行控制,PN结一定要反偏,所以在N沟道JFET中,uGS必须为负值。
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