JFET结型场效应管动态图详解

什么是结型场效应管JFET

场效应管是通过改变外加电压产生的电场强度来控制其导电能力的半导体器件。

它不仅具有双极型三极管的体积小,重量轻,耗电少,寿命长等优点,而且还具有输入电阻高,热稳定性好,抗辐射能力强,噪声低,制造工艺简单,便于集成等特点.因而,在大规模及超大规模集成电路中得到了广泛的应用.根据结构和工作原理不同,场效应管可分为两大类: 结型场效应管(JFET)和绝缘栅型场效应管(IGFET)。

在两个高掺杂的P区中间，夹着一层低掺杂的N区（N区一般做得很薄），形成了两个PN结。在N区的两端各做一个欧姆接触电极，在两个P区上也做上欧姆电极，并把这两个P区连起来，就构成了一个场效应管。从N型区引出的两个电极分别为源极S和漏极D，从两个P区引出的电极叫栅极G，很薄的N区称为导电沟道。

结型场效应管分类：N沟道和P沟道两种。如下图所示为N沟道管的结构和符号。

如右图所示为N沟道结型场效应管的结构示意图。

N沟道结型场效应管正常工作时，在漏-源之间加正向电压，形成漏极电流。，耗尽层承受反向电压，既保证栅-源之间内阻很高，又实现对沟道电流的控制。

=0时，对导电沟道的控制作用，如下图所示。

=0时，，耗尽层很窄，导电沟道很宽。

│增大时，耗尽层加宽，沟道变窄，沟道电阻增大。

│增大到某一数值时，耗尽层闭合，沟道消失，沟道电阻趋于无穷大，称此时的值为夹断电压。

为~0中某一固定值时，对漏极电流的影响

=0，由所确定的一定宽的导电沟道，但由于d-s间电压为零，多子不会产生定向移动，=0。

>0，有电流image:bk064937w-3.gif从漏极流向源极，从而使沟道各点与栅极间的电压不再相等，沿沟道从源极到漏极逐渐增大，造成靠近漏极一边的耗尽层比靠近源极一边的宽。如下图（a）所示。

从零逐渐增大时，= - 逐渐减小，靠近漏极一边的导电沟道随之变窄。电流随线性增大。

增大，使=，漏极一边耗尽层出现夹断区，称=为预夹断。

继续增大，<，夹断区加长。这时，一方面自由电子从漏极向源极定向移动所受阻力加大，从而导致 减小；另一方面，随着 的增大，使d-s间的纵向电场增强，导致 增大。两种变化趋势相抵消， 表现出恒流特性。

结型场效应管的输出特性表示在栅源电压一定的情况下，漏极电流与漏源电压之间的关系，即

输出特性可以分为四个工作区：

可变电阻区：曲线拐弯点的连线与纵轴所夹区域。较小，导电沟道畅通，d-s之间相当于一个欧姆电阻，当不变，从零增大，线性增大。越大，曲线越陡，沟道电阻随大小而变，故称为可变电阻区，在这个区域场效应管是导通的，类似于晶体三极管的饱和区。

夹断区：靠近横轴区域．此时电流 =0，场效应管呈现一个很大的电阻，这个区域类似晶体三极管的截止区。

恒流区：恒流区指中间平坦区域，它属于线性放大区，增大到脱离可变电阻区， 不随的增大而变化，趋向恒定值。在这个区域，只随的增大而增大。在该区域工作的场效应管，的大小只受的控制，表现出场效应管电压控制电流的放大作用。

击穿区：增大,突然加大，反向偏置的PN结超过承受极限而发生沟道击穿,和失去对的控制作用，若不加限制，场效应管会损坏。使用时一定要特别注意，不可过大。

由于结型管外加的是反偏电压，没有栅极电流，所以没有输入特性。漏极电流与栅源电压 的关系曲线称为转移特性。即

=常数

N沟道结型管对的控制规律如图所示。

当为确定值由零向负方向变化将减小，=，使 =0，此电压便是夹断电压。当=0时，漏极电流最大，称为饱和漏电流，用IDSS表示。实验证明，在<≤0 的范围内，漏极电流与栅极电压的关系近似为：

说明场效应管为非线性器件。

场效应管在手机射频电路中作为放大元件使用，在逻辑电路一般作开关元件使用。与三极管一样，场效应管必须加上适当的偏压，才能正常工作，才能起放大、振荡很有成效作用。其中P沟通型场效应管必须加上负的栅—源电压，而N沟道型场效应管工作必须加上正的栅—源电压。

场效应管具有放大作用，可以组成放大电路，它与双极性三极管相比具有以下特点：

（1）场效应管是电压控制器件，它通过UGS来控制ID；

（2）场效应管的输入端电流极小，因此它的输入电阻很高；

（3）它是利用多数载流子导电，因此它的温度稳定性较好；

（4）它组成的放大电路的电压放大系数要小于三极管组成放大电路的电压放大系数；

（5）场效应管的抗辐射能力强。

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