基础电子器件 - JFET


JFET 缩写为结型场效应晶体管。JFET 就像普通 FET 一样。JFET的类型有n沟道FET和P沟道FET。在n沟道FET中,p型材料被添加到n型衬底,而在p沟道FET中,n型材料被添加到p型衬底。因此,讨论一种类型的 FET 就足以理解这两种类型。

N 沟道 FET

N沟道FET是最常用的场效应晶体管。对于 N 沟道 FET 的制造,采用 N 型半导体窄条,在其相对侧通过扩散形成 P 型材料。将这两侧连接起来以形成栅极端子的单一连接。这可以从下图来理解。

场效应管

这两个栅极沉积物(p 型材料)形成两个 PN 二极管。门之间的区域称为通道。大多数载流子通过该通道。因此,FET 的横截面形式如下图所示。

N 沟道 FET

n型半导体条的两端形成欧姆接触,形成源极和漏极。源极端子和漏极端子可以互换。

N 沟道 FET 的操作

在开始 FET 的操作之前,我们应该了解耗尽层是如何形成的。为此,我们假设栅极端子处的电压(例如V GG )被反向偏置,而漏极端子处的电压(例如V DD )未被施加。假设情况是这样1。

  • 情况1中,当V GG反向偏置且未施加V DD时,P层和N层之间的耗尽区趋于扩大。当施加负电压时,会发生这种情况,将空穴从 p 型层吸引到栅极端子。

  • 情况2中,当施加V DD (正极端子到漏极,负极端子到源极)并且不施加V GG时,电子从源极流到漏极,这构成漏极电流I D

现在让我们考虑下图,以了解提供两种供给时会发生什么。

N 沟道 FET 操作

栅极端子处的电源使耗尽层生长,漏极端子处的电压允许漏极电流从源极流向漏极端子。假设源极端子的点是B,漏极端子的点是A,那么沟道的电阻将使得A端子处的压降大于B端子处的压降。这意味着,

V A > V B

因此,电压降在通道的长度上是渐进的。因此,漏极端子的反向偏置效应比源极端子的反向偏置效应更强。这就是当同时施加V GGV DD时,耗尽层在 A 点比在 B 点更容易渗透到沟道中的原因。下图解释了这一点。

FET 的Behave

现在我们已经了解了 FET 的Behave,让我们来看看 FET 的实际操作。

耗尽操作模式

由于耗尽层的宽度在 FET 的操作中起着重要作用,因此耗尽操作模式的名称就暗示了这一点。我们还有另一种模式,称为增强操作模式,我们将在 MOSFET 的操作中讨论该模式。但JFET 仅具有耗尽操作模式。

让我们考虑在栅极和源极端子之间没有施加电势,并且在漏极和源极之间施加电势V DD 。现在,电流I D从漏极流向源极端子,随着沟道宽度变大,电流I D 达到最大值。令施加在栅极和源极端子之间的电压V GG反向偏置。如上所述,这增加了耗尽宽度。随着层的生长,沟道的横截面减小,因此漏极电流I D也减小。

当该漏极电流进一步增加时,会出现两个耗尽层相互接触的阶段,并阻止电流I D流动。下图清楚地显示了这一点。

耗尽模式

这两个耗尽层字面上“接触”的电压称为“夹断电压”。它被表示为VP。此时漏极电流实际上为零。因此,漏极电流是栅极反向偏置电压的函数。

由于栅极电压控制漏极电流,因此 FET 被称为压控器件。从漏极特性曲线可以更清楚地理解这一点。

JFET 的漏极特性

我们尝试总结一下场效应管的功能,通过它我们可以得到场效应管漏极的特性曲线。下面给出了获得这些特性的 FET 电路。

JFET 漏极特性

当栅极和源极之间的电压V GS为零,或者它们短路时,从源极到漏极的电流ID也为零,因为没有施加V DS 。随着漏极和源极之间的电压V DS增加,从源极到漏极的电流I D增加。电流的增加在一定点A之前是线性的,称为拐点电压

栅极端子将处于反向偏置条件下,并且随着I D增加,耗尽区趋于收缩。这种收缩的长度不相等,使得这些区域在漏极处更近,而在漏极处更远,从而导致夹断电压。夹断电压定义为漏极电流接近恒定值(饱和值)时的最小漏源电压。发生该夹断电压的点称为夹断点,表示为B

随着V DS进一步增加,沟道电阻也增加,使得I D实际上保持恒定。BC区被称为饱和区或放大器区。所有这些以及 A、B 和 C 点都绘制在下图中。

N 沟道 FET 结构

对于不同的栅源电压VGS 值,针对漏极电流I D与漏源电压V DS绘制了漏极特性。各种输入电压的总体漏极特性如下所示。

绘制漏极特性

由于负栅极电压控制漏极电流,因此 FET 被称为电压控制器件。漏极特性表明 FET 的性能。上面绘制的漏极特性用于获取漏极电阻、跨导和放大系数的值。