下载文档原格式
结型场效应管（ＪＦET)得结构与工作原理1、JＦET得结构与符号Ｎ沟道JFEＴP沟道ＪFET２、工作原理（以N沟道JFEＴ为例)N沟道JFET工作时,必须在栅极与源极之间加一个负电压-—VＧS＜0,在D－S间加一个正电压——V DS＞0、栅极—沟道间得PN结反偏，栅极电流ｉG≈０,栅极输入电阻很高(高达10７Ω以上).Ｎ沟道中得多子(电子)由S向D运动,形成漏极电流iＤ。
i D得大小取决于ＶDS得大小与沟道电阻。
改变ＶGS可改变沟道电阻，从而改变i D。
主要讨论V GS对i D得控制作用以及VＤS对iＤ得影响。
①栅源电压ＶGS对i D得控制作用当VＧS〈0时，PN结反偏,耗尽层变宽，沟道变窄，沟道电阻变大，IＤ减小；ＶＧS更负时，沟道更窄，I D更小；直至沟道被耗尽层全部覆盖，沟道被夹断，IＤ≈０。
这时所对应得栅源电压V GS称为夹断电压VＰ。
②漏源电压ＶDS对i D得影响在栅源间加电压V GS<０，漏源间加正电压ＶDS > 0。
则因漏端耗尽层所受得反偏电压为V GD＝V GＳ-V DS，比源端耗尽层所受得反偏电压V GS大，(如:VＧS=-2V, V DS =3V，V P=－９Ｖ,则漏端耗尽层受反偏电压为V GD＝—5V,源端耗尽层受反偏电压为－2V）,使靠近漏端得耗尽层比源端宽,沟道比源端窄,故V DS对沟道得影响就是不均匀得,使沟道呈楔形。
当V DS增加到使VＧD=ＶGS－VＤS＝V P时,耗尽层在漏端靠拢,称为预夹断。
当V DＳ继续增加时，预夹断点下移，夹断区向源极方向延伸。
由于夹断处电阻很大,使ＶDＳ主要降落在该区，产生强电场力把未夹断区得载流子都拉至漏极,形成漏极电流IＤ.预夹断后I D基本不随VＤＳ增大而变化。
①V GＳ对沟道得控制作用当V GS<0时,PＮ结反偏→耗尽层加厚→沟道变窄。
VＧＳ继续减小，沟道继续变窄.当沟道夹断时，对应得栅源电压V GS称为夹断电压V P(或VＧS(ｏff) ）.对于N沟道得ＪFＥＴ,ＶＰ〈0.②V DS对沟道得控制作用当ＶGS=0时,V DＳ→ＩD., G、D间PN结得反向电压增加，使靠近漏极处得耗尽层加宽，沟道变窄，从上至下呈楔形分布。
什么是结型场效应管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。
<0，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，=0，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。
结型场效应管结型场效应管（JFET）是一种常用的场效应管。
它是由一对PN结构组成的，可以分为N型JFET和P型JFET两种类型。
JFET通常用作信号放大器或开关，具有高输入阻抗和低输出电阻等优点，在电子设备中得到广泛应用。
结构和工作原理JFET的结构包括了沟道和栅极，通常由半导体材料构成。
当增加栅极电压时，栅极和沟道之间的势垒宽度会发生变化，从而调节沟道中的载流子数量。
当栅极电压增加时，势垒减小，使得沟道中的载流子数量增加，从而增大导通电流；相反，当栅极电压减小时，势垒增加，导致导通电流减小。
因此，通过调节栅极电压，可以实现对JFET的控制。
N型JFETN型JFET的沟道是由N型半导体材料构成，栅极电压使沟道中的电荷密度发生变化。
当栅极与源极之间的电压为负值时，JFET处于截止状态，沟道截断，导通电流几乎为零；当栅极与源极之间的电压为正值时，JFET处于放大状态，沟道导通，导通电流增加。
P型JFETP型JFET的沟道是由P型半导体材料构成，与N型JFET相反，当栅极与源极之间的电压为负值时，P型JFET处于放大状态，沟道导通；当栅极与源极之间的电压为正值时，P型JFET处于截止状态，导通电流几乎为零。
应用领域JFET广泛应用于各种电子设备中，例如放大器、滤波器、振荡器和电压控制器等。
由于JFET具有高输入电阻和低输出电阻的特性，适合用作信号放大器。
此外，JFET还可以作为电子开关，用于控制电路的通断或信号的调节。
结型场效应管是一种重要的场效应管，在电子技术领域具有重要的应用价值。
通过对JFET的结构和工作原理进行深入了解，可以更好地应用它在电子设备中，实现各种功能的设计和控制。
(a)(b)(c)图XX_01如图XX_01(a)所示，在一块N型半导体材料的两边各扩散一个高杂质浓度的P型区（用P+表示），就形成两个不对称的P+N结。
把两个P+区并联在一起，引出一个电极，称为栅极（g），在N型半导体的两端各引出一个电极，分别称为源极（s）和漏极（d）。
它们分别与三极管的基极（b）、发射极（e）和集电极（c）相对应。
夹在两个P+N结中间的N区是电流的通道，称为导电沟道（简称沟道）。
这种结构的管子称为N沟道结型场效应管，它在电路中用图XX_01(b)所示的符号表示，栅极上的箭头表示栅、源极间P+N结正向偏置时，栅极电流的方向（由P区指向N区）。
实际的JFET结构和制造工艺比上述复杂。
N沟道JFET的剖面图如图XX_01(c)所示。
图中衬底和中间顶部都是P+型半导体，它们连接在一起（图中未画出）作为栅极g。
分别与源极s和漏极d相连的N+区，是通过光刻和扩散等工艺来完成的隐埋层，其作用是为源极s、漏极d提供低阻通路。
三个电极s、g、d分别由不同的铝接触层引出。
图XX_02(a)(b)如果在一块P型半导体的两边各扩散一个高杂质浓度的N+区，就可以制成一个P沟道的结型场效应管。
图XX_02给出了这种管子的结构示意图和它在电路中的代表符号。
由结型场效应管代表符号中栅极上的箭头方向，可以确认沟道的类型。
N沟道和P沟道结型场效应管的工作原理完全相同，现以N沟道结型场效应管为例，分析其工作原理。
图XX_01N沟道结型场效应管工作时，也需要外加如图XX_01所示的偏置电压，即在栅极与源极间加一负电压(v GS＜0)，使栅、源极间的P+N结反偏，栅极电流i G≈0，场效应管呈现很高的输入电阻(高达108 左右)。
在漏极与源极间加一正电压(v DS＞0)，使N沟道中的多数载流子电子在电场作用下由源极向漏极作漂移运动，形成漏极电流i D。
i D的大小主要受栅源电压v GS控制，同时也受漏源电压v DS的影响。
结型场效应管p沟道的工作原理结型场效应管（p沟道）是一种常见的电子器件，具有重要的工作原理和应用。
在本文中，我们将详细讨论结型场效应管（p沟道）的工作原理，并探索其在电子领域的广泛应用。
1. 介绍和背景知识结型场效应管（p沟道）是一种半导体器件，由掺杂有正电荷的p型材料和负电荷的n型材料组成。
它属于一类双极性器件，既可以用作放大器，也可以用作开关。
2. 结型场效应管（p沟道）的结构结型场效应管（p沟道）的结构包括栅极、漏极和源极。
栅极与漏极之间通过氧化层隔开，形成一个电容。
当施加在栅极和源极之间的电压改变时，场效应管的导电性也会发生变化。
3. 工作原理在结型场效应管（p沟道）正常工作时，当施加一个正电压到栅极上时，栅极与源极之间的电势差增大。
这将产生一个电场，使得p型材料中的电子被吸引到栅极接近的地方，从而形成一个导电通道。
这个导电通道使得电流能够流经源极和漏极之间。
4. 控制电流结型场效应管（p沟道）的工作原理是通过改变栅极与源极之间的电压来控制漏极和源极之间的电流。
当栅极和源极之间的电压较低时，导电通道的电阻较高，电流几乎不会流过。
然而，当栅极和源极之间的电压增加时，电阻减小，电流开始流过。
5. 优点和应用结型场效应管（p沟道）具有许多优点。
它具有高输入阻抗和低输出阻抗，能够在低功率条件下工作，从而减少能量消耗。
它还具有较小的尺寸和重量，适合集成电路的应用。
结型场效应管（p沟道）在电子领域有广泛的应用。
它可以用作放大器，将小信号放大到较大的信号，用于音频放大器和无线电传输。
它还可以用作数字开关，将输入信号转换为高电平和低电平，用于计算机和通信系统。
总结与回顾：结型场效应管（p沟道）是一种常见的电子器件，其工作原理基于通过改变栅极与源极之间的电压来控制电流。
它具有高输入阻抗、低输出阻抗和能耗低的特点，适用于放大器和开关应用。
这种器件在音频放大器、无线电传输、计算机和通信系统等领域得到广泛应用。
结型场效应管阻抗变换
结型场效应管（JFET）是一种常用的场效应管，它具有高输入
阻抗和低噪声特性，因此在许多电子电路中被广泛应用。
阻抗变换
是指通过JFET来改变电路的输入或输出阻抗，以便更好地适配其他
电路或器件。
下面我将从不同角度来解释结型场效应管的阻抗变换。
首先，JFET可以用作电路的高阻抗输入器件。
由于JFET的门
极具有非常高的输入阻抗，因此可以用来将输入信号的阻抗变换为
更高的数值，以适配后续电路的要求。
这在许多放大器和传感器接
口电路中非常有用，可以有效地减少信号源和接收电路之间的阻抗
不匹配问题。
其次，JFET还可以用作电路的低阻抗输出器件。
通过合适的偏
置和负载电路设计，JFET可以将其输出阻抗变换为较低的数值，以
便驱动后续的电路或负载。
这种阻抗变换在信号处理电路和功率放
大器中非常常见，可以有效地提高系统的整体性能。
另外，JFET还可以作为阻抗匹配器件来使用。
通过适当选择JFET的工作点和连接方式，可以实现输入和输出阻抗之间的匹配，
从而最大限度地传递信号能量并减少信号反射。
这对于高频电路和
射频电路来说尤为重要，可以帮助提高系统的稳定性和性能。
总的来说，结型场效应管可以通过适当的电路设计和连接方式来实现阻抗的变换，从而更好地适配不同的电路和器件。
它在电子电路中扮演着非常重要的角色，为我们提供了灵活和有效的阻抗匹配和转换解决方案。
结型场效应管如图XX_01(a)所示，在一块N型半导体材料的两边各扩散一个高杂质浓度的P型区（用P+表示），就形成两个不对称的P+N结。
把两个P+区并联在一起，引出一个电极，称为栅极（g），在N型半导体的两端各引出一个电极，分别称为源极（s）和漏极（d）。
它们分别与三极管的基极（b）、发射极（e）和集电极（c）相对应。
夹在两个P+N结中间的N区是电流的通道，称为导电沟道（简称沟道）。
这种结构的管子称为N沟道结型场效应管，它在电路中用图XX_01(b)所示的符号表示，栅极上的箭头表示栅、源极间P+N结正向偏置时，栅极电流的方向（由P区指向N区）。
实际的JFET结构和制造工艺比上述复杂。
N沟道JFET的剖面图如图XX_01(c)所示。
图中衬底和中间顶部都是P+型半导体，它们连接在一起（图中未画出）作为栅极g。
分别与源极s和漏极d相连的N+区，是通过光刻和扩散等工艺来完成的隐埋层，其作用是为源极s、漏极d提供低阻通路。
三个电极s、g、d分别由不同的铝接触层引出。
如果在一块P 型半导体的两边各扩散一个高杂质浓度的N +区，就可以制成一个P 沟道的结型场效应管。
图XX_02给出了这种管子的结构示意图和它在电路中的代表符号。
由结型场效应管代表符号中栅极上的箭头方向，可以确认沟道的类型。
N 沟道和P 沟道结型场效应管的工作原理完全相同，现以N 沟道结型场效应管为例，分析其工作原理。
N 沟道结型场效应管工作时，也需要外加如图XX_01所示的偏置电压，即在栅极与源极间加一负电压(v GS ＜0)，使栅、源极间的P +N 结反偏，栅极电流i G ≈0，场效应管呈现很高的输入电阻(高达108 左右)。
在漏极与源极间加一正电压(v DS ＞0)，使N 沟道中的多数载流子电子在电场作用下由源极向漏极作漂移运动，形成漏极电流i D 。
i D 的大小主要受栅源电压v GS 控制，同时也受漏源电压v DS 的影响。
因此，讨论场效应管的工作原理就是讨论栅源电压v GS 对漏极电流i D （或沟道电阻）的控制作用，以及漏源电压v DS 对漏极电流i D 的影响1．v GS 对i D 的控制作用图XX_02所示电路说明了v GS 对沟道电阻的控制作用。
为便于讨论，先假设漏源极间所加电压v DS =0。
当栅源电压v GS =0时，沟道较宽，其电阻较小。
当v GS <0，且其大小增加时，在这个反偏电压的作用下，两个P +N 结耗尽层将加宽。
由于N 区掺杂浓度小于P +区，因此，随着的增加，耗尽层将主要向N 沟道中扩展，使沟道变窄，沟道电阻增大，如图XX_02(b)所示。
当进一步增大到一定值时，两侧的耗尽层将在中间合拢，沟道全部被夹断，如图XX_02(c)所示。
由于耗尽层中没有载流子，因此这时漏源极间的电阻将趋于无穷大，即使加上一定的v DS ，漏极电流i D 也将为零。
这时的栅源电压称为夹断电压，用V P 表示。
2．v DS 对i D 的影响图XX_01设vGS 值固定，且VP<vGS<0。
当漏源电压vDS从零开始增大时，沟道中有电流iD流过。
由于沟道存在一定的电阻，因此，iD沿沟道产生的电压降使沟道内各点的电位不再相等，漏极端电位最高，源极端最低。
这就使栅极与沟道内各点间的电位差不再相等，其绝对值沿沟道从漏极到源极逐渐减小，在漏极端最大(为)，即加到该处P+N结上的反偏电压最大，这使得沟道两侧的耗尽层从源极到漏极逐渐加宽，沟道宽度不再均匀，而呈楔形，如图XX_03(a)所示。
在vDS 较小时，它对iD的影响应从两个角度来分析：一方面vDS增加时，沟道的电场强度增大，iD随着增加；另一方面，随着vDS的增加，沟道的不均匀性增大，即沟道电阻增加，iD 应该下降，但是由于vDS较小时，沟道的不均匀性不明显，在漏极端的沟道仍然较宽，即vDS对沟道电阻影响不大，故iD 随vDS增加而增加。
随着vDS的增加，靠近漏极一端的P+N结上承受的反向电压增大，这里的耗尽层相应变宽，沟道电阻相应增加，iD 随vDS上升的速度趋缓。
当vDS 增加到vDS=vGS-VP，即vGD=vGS-vDS=VP(夹断电压)时，漏极附近的耗尽层即在A点处合拢，如图XX_03(b)所示，这种状态称为预夹断。
与前面讲过的整个沟道全被夹断不同，预夹断后，漏极电流iD¹0。
因为这时沟道仍然存在，沟道内的电场仍能使多数载流子电子作漂移运动，并被强电场拉向漏极。
若vDS 继续增加，使vDS＞vGS－vP即vGD＜VP时，耗尽层合拢部分会有增加，即自A点向源极方向延伸，如图XX_03(c)，夹断区的电阻越来越大，但漏极电流iD 却基本上趋于饱和，即iD不随vDS的增加而增加。
因为这时夹断区电阻很大，vDS的增加量主要降落在夹断区电阻上，沟道电场强度增加不多，因而iD 基本不变。
但当vDS增加到大于某一极限值(用V(BR)DS表示)后，漏极一端P+N结上反向电压将使P+N结发生雪崩击穿，iD 会急剧增加，正常工作时vDS不能超过V(BR)DS。
从结型场效应管正常工作时的原理可知：①结型场效应管栅极与沟道之间的P+N结是反向偏置的，因此，栅极电流iG≈0，输入阻抗很高。
②漏极电流受栅源电压vGS 控制，所以场效应管是电压控制电流器件。
③预夹断前，即vDS较小时，iD与vDS间基本呈线性关系；预夹断后，iD趋于饱和。
P沟道结型场效应管工作时，电源的极性与N沟道结型场效应管的电源极性相反。
上述分析表明，改变栅源电压vGS 的大小，可以有效地控制沟道电阻的大小。
若同时在漏源极间加上固定的正向电压vDS，则漏极电流iD将受vGS 的控制，增大时，沟道电阻增大，iD减小。
上述效应也可以看作是栅、源极间的偏置电压在沟道两边建立了电场，电场强度的大小控制了沟道的宽度，从而控制了沟道电阻的大小，也就是控制了漏极电流iD的大小。
由于结型场效应管的栅极输入电流iG>>0，因此很少应用输入特性，常用的特性曲线有输出特性曲线和转移特性曲线。
1．输出特性曲线输出特性曲线用来描述vGS 取一定值时，电流iD和电压vDS间的关系，即。
它反映了漏极电压vDS对iD的影响。
图XX_01是一个N沟道结型场效应管的输出特性曲线。
由此图可见，结型场效应管的工作状态可划分为四个区域。
(1) 可变电阻区可变电阻区位于输出特性曲线的起始部分，它表示vDS 较小、管子预夹断前，电压vDS与漏极电流iD间的关系。
在此区域内有VP ＜vGS≤0，vDS＜vGS－VP。
当vGS一定，vDS较小时，vDS对沟道影响不大，沟道电阻基本不变，iD 与vDS之间基本呈线性关系。
若增加，则沟道电阻增大，输出特性曲线斜率减小。
所以，在vDS 较小时，源、漏极间可以看作是一个受vGS控制的可变电阻，故称这一区域为可变电阻区。
这一特点常使结型场效应管被作为压控电阻而广泛应用。
图XX_01(2) 饱和区(也称恒流区)当VP ＜vGS≤0且vDS≥vGS－VP时，N沟道结型场效应管进入饱和区，即图中特性曲线近似水平的部分。
它表示管子预夹断后，电压vDS与漏极电流iD 间的关系。
饱和区的特点是iD几乎不随vDS的变化而变化，iD已趋于饱和，但它受vGS的控制。
增加，沟道电阻增加，iD减小。
场效应管作线性放大器件用时，就工作在饱和区。
应当指出，图XX_01中左边的虚线是可变电阻区与饱和区的分界线，是结型场效应管的预夹断点（vDS =vGS-VP）的轨迹。
显然，预夹断点随vGS 改变而变化，vGS愈负，预夹断时的vDS越小。
(3) 击穿区管子预夹断后，若vDS 继续增大，当栅漏极间P+N结上的反偏电压vGD增大到使P+N结发生击穿时，iD将急剧上升，特性曲线进入击穿区。
管子被击穿后再不能正常工作。
(4) 截止区(又称夹断区)当栅源电压≥ 时，沟道全部被夹断，iD≈0，这时场效应管处于截止状态。
截止区处于输出特性曲线图的横座标轴附近(图XX_01中未标注)。
2. 转移特性曲线转移特性曲线用来描述vDS 取一定值时，iD与vGS间的关系的曲线，即它反映了栅源电压vGS 对iD的控制作用。
由于转移特性和输出特性都是用来描述vGS 、vDS及iD间的关系的，所以转移特性曲线可以根据输出特性曲线绘出。
作法如下：在图XX_01所示的输出特性中作一条vDS =10V的垂线，将此垂线与各条输出特性曲线的交点A、B和C所对应的iD、vGS的值转移到iD-vGS直角坐标系中，即可得到转移特性曲线，如图XX_02(a)所示。
(a)vDS =10V时的转移特性曲线 (b)vDS取不同值时的转移特性曲线图XX_02改变vDS 的大小，可得到一族转移特性曲线，如图XX_02(b)所示。
由此图可以看出，当vDS≥ （图中为vDS≥5V）后，不同vDS下的转移特性曲线几乎重合，这是因为在饱和区内iD 几乎不随vDS而变。
因此可用一条转移特性曲线来表示饱和区中iD与vGS的关系。
在饱和区内iD可近似地表示为(VP ＜vGS≤0) (5.1.1)式中IDSS 为vGS=0，vDS≥ 时的漏极电流，称为饱和漏极电流。
1. 夹断电压VP 。
当vDS为某一固定值(例如10V)，使iD等于某一微小电流(例如50mA)时，栅源极间所加的电压即夹断电压。
2. 饱和漏极电流IDSS 。
在vGS=0的条件下，场效应管发生预夹断时的漏极电流。
对结型场效管来说，IDSS也是管子所能输出的最大电流。
3. 直流输入电阻RGS。
它是在漏源极间短路的条件下，栅源极间加一定电压时的栅源直流电阻。
4. 低频跨导gm 。
当vDS为常数时，漏极电流的微小变化量与栅源电压vGS的微小变化量之比为低频跨导，即(5.1.2)g m反映了栅源电压对漏极电流的控制能力，是表征场效应管放大能力的一个重要参数。
单位为西门子(s)，有时也用ms或m s表示。
需要指出的是，gm 与管子的工作电流有关，iD越大，gm就越大。
在放大电路中，场效应管工作在饱和区(恒流区)，gm可由式和计算求得，即5. 输出电阻rd 。
当vGS为常数时，漏源电压的微小变化量与漏极电流iD的微小变化量之比为输出电阻rd，即r d反映了漏源电压v DS对i D的影响。
在饱和区内，i D几乎不随v DS而变化，因此，r d数值很大，一般为几十千欧~几百千欧。
6. 极间电容Cgs 、Cgd、Cgs。
Cgs是栅源极间存在的电容，Cgd是栅漏极间存在的电容。
它们的大小一般为1~3pF，而漏源极间的电容Cds约为0.1~1pF。
在低频情况下，极间电容的影响可以忽略，但在高频应用时，极间电容的影响必须考虑。
7. 最大漏源电压V(BR)DS 。
指管子沟道发生雪崩击穿引起iD急剧上升时的vDS值。
