场效应晶体管


场效应晶体管 (FET) 是一种三端半导体器件。其操作基于受控输入电压。从外观上看,JFET 和双极晶体管非常相似。然而,BJT 是电流控制器件,而 JFET 由输入电压控制。最常见的是两种类型的 FET。

  • 结型场效应晶体管 (JFET)
  • 金属氧化物半导体 FET (IGFET)

结型场效应晶体管

结型场效应晶体管的功能仅取决于多数载流子(电子或空穴)的流动。基本上,JFET 由侧面含有 PN 结的N型或P型硅棒组成。以下是有关 FET 需要记住的一些要点 -

  • 栅极- 通过使用扩散或合金化技术,N 型条的两侧均进行重掺杂以形成 PN 结。这些掺杂区域称为栅极(G)。

  • - 这是多数载流子进入半导体条的入口点。

  • 漏极- 这是多数载流子离开半导体条的出口点。

  • 沟道- 多数载流子从源极流向漏极的 N 型材料区域。

现场半导体器件中常用的JFET有两种类型:N沟道JFETP沟道JFET

N沟道JFET

它在 P 型基板上形成了一层薄薄的 N 型材料。下图显示了 N 沟道 JFET 的晶体结构和示意图符号。然后用P型材料在N沟道顶部形成栅极。通道和栅极的末端附有引线,与基板没有连接。

当直流电压源连接到 JFET 的源极和漏极引线时,最大电流将流过通道。相同量的电流将从源极和漏极端子流出。通道电流的大小将由V DD的值和通道的内阻决定。

JFET 的源极-漏极电阻的典型值为数百欧姆。很明显,即使栅极打开,通道中也会发生全电流传导。本质上,ID 处施加的偏置电压量控制着流经 JFET 沟道的载流子的流动。通过栅极电压的微小变化,可以将 JFET 控制在完全导通和截止状态之间的任何位置。

N沟道结型场效应晶体管

P 沟道 JFET

它在 N 型基板上形成了一层薄薄的 P 型材料。下图显示了 N 沟道 JFET 的晶体结构和示意图符号。栅极采用N型材料形成在P沟道顶部。在通道和门的末端连接有引线。其余的构造细节与 N 沟道 JFET 类似。

P沟道JFET

通常对于一般操作,栅极端子相对于源极端子为正。PN结耗尽层的大小取决于反向偏置栅极电压值的波动。通过栅极电压的微小变化,可以将 JFET 控制在完全导通和截止状态之间的任何位置。

JFET的输出特性

JFET 的输出特性是在恒定栅源电压 ( V GS ) 下的漏极电流 (I D ) 和漏源电压 ( V DS ) 之间绘制的,如下图所示。

JFET 输出特性

最初,漏极电流 (I D ) 随着漏极源极电压 (V DS ) 快速上升,但突然在称为夹断电压 (V P ) 的电压下变得恒定。高于夹断电压时,沟道宽度变得非常窄,以至于允许非常小的漏极电流通过。因此,漏极电流 (I D ) 在夹断电压以上保持恒定。

JFET参数

JFET 的主要参数是 -

  • 交流漏极电阻 (Rd)
  • 跨导
  • 放大系数

交流漏极电阻 (R d ) - 栅源电压恒定时,漏源电压变化 (ΔV DS ) 与漏电流变化 (ΔI D )之比。可以表示为,

V GS恒定时,R d = (ΔV DS )/(ΔI D )

跨导 (g fs ) - 漏极-源极电压恒定时,漏极电流变化 (ΔI D ) 与栅源电压变化 (ΔV GS )之比。可以表示为,

g fs = (ΔI D )/(ΔV GS ) 在恒定 V DS下

放大系数 (u) - 漏源电压变化 (ΔV DS ) 与栅源电压变化 (ΔV GS ) 恒定漏极电流 (ΔI D )之比。可以表示为,

u = (ΔV DS )/(ΔV GS ) 在 I D恒定时