結(jié)型場效應(yīng)管(JFET,從英語junction-fet或者NIGFET,從英語non-insulated-gate-fet縮寫而成)是單極場效應(yīng)管中最簡單的一種。它可以分n溝道或者p溝道兩種。在下面的論述中主要以n溝道結(jié)型場效應(yīng)管為例,在p溝道結(jié)型場效應(yīng)管中n區(qū)和p區(qū)以及所有電壓正負(fù)和電流方向正好顛倒過來。
GS導(dǎo)致的阻礙層大小的變化' alt='通過柵電壓UGS導(dǎo)致的阻礙層大小的變化' src='https://pic.baike.soso.com/ugc/baikepic2/0/20180913211234-995080655_png_220_356_10802.jpg/300' width='136' height='220' class='ed_imgfloat_right' mark='' style=''>
n通道結(jié)型場效應(yīng)管由一個被一個p型摻雜(阻礙層)環(huán)繞的n型摻雜組成。在n型摻雜上連有汲極(也稱漏極,來自英語Drain,因此也稱D極)和源極(來自英語Source,因此也稱S極)。從源極到汲極的這段半導(dǎo)體被稱為n通道。p區(qū)連有閘極(也稱柵極,來自英語Gate,因此也成為G極)。這個極被用來控制結(jié)型場效應(yīng)管,它與n通道組成一個pn二極管,因此結(jié)型場效應(yīng)管與金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管類似,只不過在金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管中不是使用pn結(jié),而是使用肖特基結(jié)(金屬與半導(dǎo)體之間的結(jié)),在原理上結(jié)型場效應(yīng)管與金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管是完全一樣的。
n溝道輸出特性曲線場
假如柵極沒有被連上的話n溝道就像一個電阻一樣。也就是說在柵極沒有電壓的情況下結(jié)型場效應(yīng)管是導(dǎo)電的。假如柵極與源極連在一起,而源極和汲極之間加上了UDS的電壓的話那么流過n溝道的電流隨電壓不斷提高,直到溝道被最大夾斷位置。這個電壓被稱為夾斷電壓Up。即使UDS繼續(xù)升高,漏電流ID幾乎不變。夾斷不再提高,而只是橫向擴大,也就是說電壓的繼續(xù)提高被溝道吸收了。一般來說這是結(jié)型場效應(yīng)管的工作區(qū)域,這個時候的漏電流被標(biāo)志為IDSS。整個三極管在這個狀態(tài)下可以被當(dāng)作一個恒電流源使用,其電流為IDSS。不過與真正的電流源相比結(jié)型場效應(yīng)管的溫度靈敏度比較高。夾斷電壓由溝道的寬度和摻雜密度ND決定:
結(jié)型場效應(yīng)管夾斷和控制的原理
要夾止通道需要逆向偏壓。甚至同一型號的元件的夾止電壓也可能差異很大,一般在0.3至10伏之間。
假如在柵極和源極之間施一負(fù)電壓的話則閘源二極管之間的耗盡區(qū)更加擴大。溝道的寬度和長度均可以被改變。這樣一來可以達到控制效應(yīng),這個效應(yīng)與 像真空管一樣工作點的選擇可以很容易地通過使用源電阻或者施加負(fù)閘源電壓達到。和真空管一樣結(jié)型場效應(yīng)管的斜率很小,要達到大的電壓放大需要相當(dāng)大的工作電阻。優(yōu)點和真空管一樣是幾乎不需要任何功率的放大控制。原因是因為控制漏電流用的閘源電路始終是在逆向偏壓的情況下運行,因此通過柵極的電流始終不超過逆向電流的皮安培。在高頻的情況下會出現(xiàn)電容電流。 在夾斷電壓之下在線性區(qū)結(jié)型場效應(yīng)管可以用來作為分壓器的自動增益控制。 控制特性曲線(ID對UGS)是一個很復(fù)雜的函數(shù),二次函數(shù)可以近似地表達它。下面的公式描寫三極管在夾斷區(qū)域的簡單模型。IDSS和Up根據(jù)型號不同,需要從生產(chǎn)數(shù)據(jù)表中找出來:
有時結(jié)型場效應(yīng)管的柵極被畫在溝道的中部,這個對稱表示汲極和源極是可以相互對換的,因此這個符號僅應(yīng)該被用在兩極的確可以互相對換的結(jié)型場效應(yīng)管上(不是所有結(jié)型場效應(yīng)管都可以)。
傳統(tǒng)地元件的周圍還有一個圈。
箭頭示明溝道和柵極之間pn結(jié)的極性。如同一般的二極管箭頭從p區(qū)指向n區(qū),這也是正向偏壓下的電流方向。
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