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1、场效应管技术文档:1.什么叫场效应管？Fffect Transistor的缩写,即为场效应晶体管。一般的晶体管是由两种极性的载流子，即多数载流子和反 极性的少数载流子参与导电，因此称为双极型品体管，而FET仅是由多数载流子参与导电，它与双极型 相反，也称为单极型品体管。FET应用范围很广，但不能说现在普及的双极型品体管都可以用FET替代。 然而，由于FET的特性与双极型品体管的特性完全不同，能构成技术性能非常好的电路。2.场效应管的特征:根Inti.II极道 沟nS TD层/ 尽f层(a) JFET的概念图漏极D门极0矩)G阻VGS 口OS源极 il沟道时勾道(b) JFET的符号图1 JFE
2、T的概念图、符号图1(b)门极的箭头指向为p指向n方向，分别表示内向为n沟道JFET，外向为p沟道JFET。图1 (a)表示n沟道JFET的特性例。以此图为基础看看JFET的电气特性的特点。首先，门极-源极间电压以0V时考虑(VGS =0)。在此状态下漏极-源极间电压VDS从0V增加，漏 电流ID几乎与VDS成比例增加，将此区域称为非饱和区。VDS达到某值以上漏电流ID的变化变小， 几乎达到一定值。此时的ID称为饱和漏电流(有时也称漏电流用IDSS表示。与此IDSS对应的VDS 称为夹断电压VP，此区域称为饱和区。其次在漏极-源极间加一定的电压VDS (例如0.8V)，VGS值从0开始向负方向
3、增加，ID的值从IDSS开始慢慢地 减少，对某VGS值ID =0。将此时的VGS称为门极-源极间遮断电压或者截止电压，用VGS (off)示。n沟道JFET的 情况则VGS (off)值带有负的符号，测量实际的JFET对应ID =0的VGS因为很困难，在放大器使用的小信号JFET时, 将达到ID =0.1-10 A的VGS定义为VGS (off)的情况多些。关于JFET为什么表示这样的特性，用图作以下简单 的说明。C漏根ID饱和开始状态(:vGS=o?yDS=Vp)漏极比饱和加深状态IVgs=o ,VdVp源极皿0比的截止状态(Vgs=V|3S(0FF N我gJFET的工作原理用一句话说，就是
4、”漏极-源极间流经沟道的ID，用以门极与沟道间的？口结形成 的反偏的门极电压控制ID 。更正确地说，ID流经通路的宽度，即沟道截面积，它是由？口结反偏的 变化，产生耗尽层扩展变化控制的缘故。在VGS = 0的非饱和区域，图10.4.1(a)表示的过渡层的扩展因为不很大，根据漏极-源极间所加VDS的电场，源极区域的某些电子被漏极拉去，即从漏极向源极有电流ID流动。达到饱和区域如图10.4.2(a)所示，从门极向漏极 扩展的过度层将沟道的一部分构成堵塞型，ID饱和。将这种状态称为夹断。这意味着过渡层将沟道的一部分阻挡， 并不是电流被切断。在过渡层由于没有电子、空穴的自由移动，在理想状态下几乎具有绝
5、缘特性，通常电流也难流动。但是此时漏 极-源极间的电场，实际上是两个过渡层接触漏极与门极下部附近，由于漂移电场拉去的高速电子通过过渡层。如图10.4.1(b)所示的那样，即便再增加VDS，因漂移电场的强度几乎不变产生ID的饱和现象。其次，如图10.4.2(c)所示，VGS向负的方向变化，让VGS =VGS (off)，此时过渡层大致成为覆盖全区域的状 态。而且VDS的电场大部分加到过渡层上，将电子拉向漂移方向的电场，只有靠近源极的很短部分，这更使电流 不能流通。3.场效应管的分类和结构：FET根据门极结构分为如下两大类。其结构如图3所示:面结型FET (简化为JFET)门极绝缘型FET(简化为
6、MOS FET)pS1氧化物基片门极AAl电极基片门极&图3. FET的结构各种结构的FET均有门极、源极、漏极3个端子，将这些与双极性晶体管的各端子对应如表1所示。FET双极性晶体管漏极集电极门极基极源极发射极JFET是由漏极与源极间形成电流通道(channel)的p型或n型半导体，与门极形成pn结的结构。另外，门极绝缘型FET是通道部分(Semicoductor)上形成薄的氧化膜(Oxide)，并且在其上形成门极用金属薄膜(Metal)的结构。从制造门极结构材质按其字头顺序称为MOS FET。根据JFET、MOS FET的通道部分的半导体是p型或是n型分别有p沟道元件，n沟道元件两种类型。
7、图3均为n沟道型结构图。4.场效应管的传输特性和输出特性:传递特性漏极流特性4非饱和区域:饱和区域 -10-0.6-0.4-0.200.2 0.4 0.6 0.1S漏极-源极间电压V ds V门极-源极间电压v GS V图4 JFET的特性例（n沟道）从图4所示的n沟道JFET的特性例来看，让VGS有很小的变化就可控制ID很大变化的情况是可以理解 的。采用JFET设计放大器电路中，VGS与心的关系即传输特性是最重要的，其次将就传输特性以怎样 方式表示加以说明。式（10.6）o 8 -.n- 4 2 1 _u _lI_lIoIN -idee LinA1.00.30.60.40.2 0/ Vq5（
8、off）V图5传输特性这个传输特性包括JFET本身的结构参数，例如沟道部分的杂质浓度和载体移动性，以致形状、尺寸等， 作为很麻烦的解析结果可导出如下公式(公式的推导略去)10.4.1作为放大器的通常用法是VGS、VGS (off) 0(p沟道)。式(10.4.1)用 起来比较困难，多用近似的公式表示如下将此式就VGS改写则得下式上(10.4.2)下(10.4.3)若说式(10.4.2)是作为JFET的解析结果推导出来的，不如说与实际的JFET的特性或者式(10.4.1) 很一致的作为实验公式来考虑好些。图5表示式(10.4.1)、式(10.4.2)及实际的JFET的正规化传输特性，即 以ID /IDSS为纵坐标，VGS /VGS (off)为横坐标的传输特性。n沟道的JFET在VGS 0的范围使用时， 因VGS(off) 0，但在图5上考虑与实际的传输特性比较方便起见，将原点向左方向 作为正方向。但在设计半导体电路时，需要使用方便且尽可能简单的近似式或实验式。传输特性相当于双极性晶体管的VBE -IE特性，但VBE -IE特性是与高频用、低频用、功率放大用等用途及品种 无关几乎是同一的。与此相反，JFET时，例如即使同一品种IDSS、VGS(off)的数值有很大差异，传输特性按各产品也 不同。
