结型场效应管(JFET)的结构和工作原理
mosfet 与 jfet 的工作原理及应用场合
MOSFET 与 JFET 的工作原理及应用场合一、引言在现代电子领域中，场效应晶体管（F ET）是一种重要的半导体器件，具有优越的性能和广泛的应用。
其中，金属氧化物半导体场效应管（M OS FE T）和结型场效应管（J FE T）是两种常见的FE T。
本文将介绍M O SF ET和J FE T的工作原理及其在不同应用场合的应用。
二、M O S F E T（金属氧化物半导体场效应管）M O SF ET是由一层金属氧化物绝缘层隔离门极和半导体基片的晶体管。
其工作原理如下：1.栅极电压变化：当栅极电压变化时，M O SF ET内部的电场分布发生变化，进而改变了通道中的载流子浓度。
2.载流子控制：当正向偏置栅极，使得栅极与源极之间形成正向偏压时，可以控制通道中的正负载流子的浓度。
M O SF ET在数字电路、模拟电路和功率放大器等方面有着广泛的应用：-逻辑门电路：M OS FE T可用于构建与门、或门、非门等逻辑门电路。
-放大器电路：M OS FE T可以实现低噪声、高增益的放大器电路，常用于音频放大器等领域。
-电源开关：由于MOS F ET具有低导通电阻和高关断电阻的特点，适用于电源开关电路，如开关稳压器。
三、J F E T（结型场效应管）J F ET是由P型或N型半导体材料形成的通道，两侧有控制端和漏源端的晶体管。
其工作原理如下：1.控制电压：当控制端电压变化时，通过改变通道中的空间电荷区宽度，从而改变了导电性能。
2.漏源电压：调整漏源间的电压，使其达到最大或最小值，以控制导电。
J F ET在放大器、开关和稳流源等方面具有广泛的应用：-放大器电路：J FE T具有高输入阻抗和低输出阻抗的特点，适用于低频放大器、微弱信号放大器等。
-开关电路：JF ET由于其控制电压变化范围大，可用于开关电路中的信号开关。
-稳流源：通过合理选择JF ET工作状态和参数，可以将其应用于稳流源电路，如电流源。
四、M O S F E T与J F E T的优缺点对比-M OS FE T的优点：1.噪声低：MO SF ET具有较低的输入噪声。
结型场效应管
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。
jfet的工作原理
jfet的工作原理JFET的工作原理JFET（结型场效应晶体管）是一种常用的半导体器件，它具有独特的工作原理和特性。
本文将详细介绍JFET的工作原理，以及它在电子领域中的应用。
一、JFET的结构和基本原理JFET由三个区域组成：源极（Source）、漏极（Drain）和栅极（Gate）。
其中，源极和漏极之间的区域被称为通道（Channel），栅极与通道之间通过绝缘层隔离。
JFET的工作原理基于PN结的导电特性。
当栅极与源极之间的电压为零时，JFET处于截止状态。
此时，PN 结的耗尽区宽度最大，通道中没有电子或空穴的流动。
当外加电压施加在栅极和源极之间时，PN结的耗尽区宽度减小，形成一个导电通道。
这种情况下，JFET处于放大状态，电流可以从源极流向漏极。
二、JFET的工作特性1. 零偏电压下的特性：在零偏电压下，JFET的输出电流非常小，可以忽略不计。
这是因为栅极与源极之间的电压没有足够的大小来形成导电通道。
2. 饱和电流：当栅极与源极之间的电压增加到一定程度时，JFET进入饱和区。
在饱和区，JFET的输出电流达到最大值，继续增加栅极电压不会再增加输出电流。
3. 截止电压：当栅极与源极之间的电压达到一定程度时，JFET进入截止区。
在截止区，JFET的输出电流非常小，可以忽略不计。
三、JFET的应用JFET具有许多优点，如高输入阻抗、低噪声、高增益和稳定性等，因此在电子领域中有广泛的应用。
1. 放大器：JFET可以用作放大器的关键部件。
通过调节栅极电压，可以控制输出电流的变化，从而实现信号的放大。
2. 开关：由于JFET具有快速的开关特性，可以用于开关电路中。
通过控制栅极电压，可以控制电路的导通和截止。
3. 压控电阻：JFET还可以用作压控电阻（VCR）的元件。
通过改变栅极电压，可以调节电阻的大小，实现对电路的控制。
4. 温度传感器：由于JFET的电阻与温度呈负相关关系，可以将其用作温度传感器。
通过测量JFET的电阻变化，可以得到温度的信息。
结型场效应管工作模式
结型场效应管工作模式结型场效应管（JFET）是一种重要的场效应管，广泛应用于电子电路中。
它具有高输入阻抗、低输入电流、低噪声等特点，适用于放大器、开关、混频器等应用。
JFET是一种三端装置，它由P型或者N型半导体材料制成，其中有一个PN结。
一、结构与工作原理JFET的基本结构由源极、漏极和栅极三个端子组成。
栅极与源极之间是P型或N型的半导体材料，形成了PN结。
栅极与源极之间的电压作用下，形成栅极源极结的反型驱动电压Ugs。
当Ugs=0时，也就是栅极与源极之间没有基准电压时，P型半导体与空间中的掺杂物形成耗尽区，半导体截面没有导电子。
当Ugs≠0时，耗尽区中的电荷云移位，形成空间中多数载流子，构成导电通道。
这时候，当漏极与源极之间加上一个电压ULds时，漏极与源极之间出现的电场作用下，电子从源极输送至漏极，即形成JFET的电流传输过程。
二、正负型JFETJFET可分为P型JFET和N型JFET两种。
P型JFET是以P型半导体为基质，并在该基质上连接源和漏，而栅极则连接上N型半导体形成一个PN结。
N型JFET则相反。
不同的结型JFET特性略有不同。
P型JFET的栅极结反向电压下，栅源间介电容Cgs变大，由电容耦合引起的失真也更大；而N型的JFET在同样条件下，介电容Cgs较小，失真相对较小。
当两者内部结电容均很小时，采用直接耦合是不易引起相位失真的。
三、JFET的工作模式1. 常开型JFET当栅极与源极之间的电压很小时，JFET处于常开型，也称为沟道类型。
在这种模式下，源极 - 栅极间电压将由Ugs值来决定。
如果Ugs值的大小在称为截止区时，电流非常小，接近于零。
2. 常闭型JFET当栅极与源极之间的电压很大时，JFET处于常闭型，也称为堵塞型。
在这种模式下，源极 - 栅极间电压将由Ugs值来决定。
此时的电流最大。
3. 过载区当电流很大到超过最大漏极电流时，其工作状态为过载区。
在过载区，JFET的工作状态将不稳定，会导致器件性能的变化。
用结型场效应管作恒流源
用结型场效应管作恒流源结型场效应管（JFET）作为一种广泛应用于电子电路中的三极管，可用于创建恒流源电路。
恒流源是一种电路元件，它能够稳定地提供一个稳定的恒定电流，无论负载变化还是电源波动。
在使用JFET作为恒流源之前，我们首先需要了解JFET的工作原理。
JFET由P型或N型半导体材料构成，有两个PN结，即源极（S）和漏极（D），夹在两个PN结之间的区域称为栅极（G）。
JFET中的电流流动主要受到栅源电压（Vgs）控制。
JFET的恒流源电路是由JFET和其他电路元件组成的。
在这个电路中，JFET的漏极通过一个负载电阻连接到电源，而源极被接地。
栅极则通过一个电阻与负载电阻连接，形成一个电压分压器，以提供恒定的栅源电压。
这个电阻可以调节以改变电流源的电流值。
当正向偏置电压施加到栅极和源极之间时，使栅源结反向偏置。
在这种情况下，JFET处于截止区，几乎没有漏极电流。
根据JFET的特性曲线，这个偏置电压被称为截止电压（Vp）。
当栅源电压逐渐逼近截止电压时，JFET逐渐进入饱和区，此时漏极电流会随着栅源电压的增加而增加。
在饱和区，漏极电流几乎不受负载电阻或电源电压的影响。
这就是为什么JFET能够作为恒流源的原因，因为它能够在漏极提供一个稳定的电流，无论负载的变化或电源的波动。
通过调节栅源电压，我们可以控制JFET的工作点，从而改变恒流源的电流值。
当栅源电压等于截止电压时，JFET进入截止区，提供的电流接近于零。
当栅源电压增加到截止电压以上时，JFET进入饱和区，从而提供一个稳定的电流。
在设计恒流源电路时，我们需要选择适当的JFET型号和合适的负载电阻。
JFET的类型、最大漏极电流和最大功率决定了能够提供的最大恒定电流。
负载电阻应选择一个适当的值，以确保在任何负载条件下都能提供稳定的电流输出。
使用恒流源电路的一个常见应用是作为电压参考源。
由于JFET作为恒流源能够提供一个稳定的电流输出，因此它经常用于基准电源、电压比较器和其他需要恒定电流的应用中。
有关1、JFET基本工作原理1)JFET基本结构
夹 断
时的VGS称为JFET的夹断电压，记为 Vp。
电 压
Vp0
Vbi
Vp
qNDa2 2 s
Vp0=Vbi-Vp表示整个沟道由栅源电压夹断 时，栅p-n结上的电压降，为区别起见，
Vp
Vbi
qNDa2 2 s
称为本征夹断电压。
最大饱和漏极电流IDSS
VGS=Vbi时的漏极电流，又称 最大漏源饱和电流。
跨导gm
跨导定义为漏源电压VDS一定时，漏极电流 的微分增量与栅极电压的微分增量之比.
gm
I DS VGS
VDS C
非饱和区跨导： I D
G0 VDS
2 3a
2 0
qN D
VDS
Vbi
3
VGS 2
VD
VGS
3 2
其中，G0
2aWqn N D
L
gmቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
G0
(1 Vp0
1
)2 [(VDS
Vbi
§4-8结型场效应晶体管（JFET)
1、 JFET的基本工作原理 1）JFET的基本结构
栅极
G
源极S
G P+
结构示意图
D
漏极
P
N
沟 道 耗增 尽强 型型 沟 道 耗增 尽强 型型
基本结构图
2）JFET的基本工作原理
平衡态沟道电阻： R L
L
A qn ND 2(a x0 )Z
S
G
P+
n
L
1
VGS )2
(Vbi
1
VGS )2 ]
饱和区跨导：
IDS
V VDDsaSt VVDp0satVVbi p0 VGVSb代 i 入V， GS 得饱和区跨导
场效应管工作原理
1、结型场效应管的管脚识别：
场效应管的栅极相当于晶体管的基极，源极和漏极分别对应于晶体管的发射极和集电极。将万用表置于R×1k档，用两表笔分别测量每两个管脚间的正、反向电阻。当某两个管脚间的正、反向电阻相等，均为数KΩ时，则这两个管脚为漏极D和源极S(可互换)，余下的一个管脚即为栅极G。对于有4个管脚的结型
注意不能用此法判定绝缘栅型场效应管的栅极。因为这种管子的输入电阻极高，栅源间的极间电容又很小，测量时只要有少量的电荷，就可在极间电容上形成很高的电压，容易将管子损坏。3、估测场效应管的放大能力
将万用表拨到R×100档，红表笔接源极S，黑表笔接漏极D，相当于给场效应管加之1.5V的电源电压。这时表针指示出的是D-S极间电阻值。然后用手指捏栅极G，将人体的感应电压作为输入信号加到栅极上。由于管子的放大作用，UDS和ID都将发生变化，也相当于D-S极间电阻发生变化，可观察到表针有较大幅度的摆动。如果手捏栅极时表针摆动很小，说明管子的放大能力较弱；若表针不动，说明管子已经损坏。
三、场效应管的参数
场效应管的参数不少，包括直流参数、交流参数和极限参数，但普通使用时关注以下主要参数：
1、I—饱和漏源电流。是指结型或者耗尽型绝缘栅场效应管中，栅极电压U=0时的漏源电流。DSSGS
2、U—夹断电压。是指结型或者耗尽型绝缘栅场效应管中，使漏源间刚截止时的栅极电压。P
3、U—开启电压。是指增强型绝缘栅场效管中，使漏源间刚导通时的栅极电压。T
众所周知，传统的MOS场效应管的栅极、源极和漏极大大致处于同一水平面的芯片上，其工作电流基本上是沿水平方向流动。VMOS管则不同，从左下图上可以看出其两大结构特点:第一，金属栅极采用V型槽结构；第二，具有垂直导电性。由于漏极是从芯片的背面引出，所以ID不是沿芯片水平流动，而是自重掺杂N+区(源极S)出发，经过P沟道流入轻掺杂N-漂移区，最后垂直向下到达漏极D。电流方向如图中箭头所示，因为流通截面积增大，所以能通过大电流。由于在栅极与芯片之间有二氧化硅绝缘层，因此它仍属于绝缘栅型MOS场效应管。
结型场效应管(JFET)的结构和工作原理
结型场效应管（JFET的结构和工作原理1. JFET的结构和符号D Os AN沟道JFET P沟道JFET2.工作原理（以N沟道JFET为例）N沟道JFET工作时，必须在栅极和源极之间加一个负电压——V GS< 0 ,在D-S间加一个正电压——V DS>0.栅极一沟道间的PN结反偏，栅极电流i G 0，栅极输入电阻很高（高达107以上）。
N沟道中的多子（电子）由S向D运动，形成漏极电流i D。
i D的大小取决于V DS的大小和沟道电阻。
改变V GS可改变沟道电阻，从而改变i D。
主要讨论V S对i D的控制作用以及V DS对i D的影响。
①栅源电压V GS对i D的控制作用当V GS V 0时，PN结反偏，耗尽层变宽，沟道变窄，沟道电阻变大，I D减小；V GS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，I D ~ 0。
这时所对应的栅源电压V GS称为夹断电压V P。
②漏源电压V DS对i D的影响在栅源间加电压V GS v 0 ,漏源间加正电压V DS > 0。
则因漏端耗尽层所受的反偏电压为V GD= V GS-V DS,比源端耗尽层所受的反偏电压V GS大,（如：V Gs=-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）,使靠近漏端的耗尽层比源端宽，沟道比源端窄，故V DS对沟道的影响是不均匀的，使沟道呈楔形。
当V DS增加到使V GD=V GS-V DS = 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V DS主要降落在该区，产生强电场力把未夹断区的载流子都拉至漏极，形成漏极电流I D。
预夹断后I D基本不随V DS增大而变化。
①V GS对沟道的控制作用当V GS< 0时，PN结反偏耗尽层加厚沟道变窄。
jfet原理
jfet原理JFET原理引言JFET（结型场效应晶体管）是一种常用的半导体器件，由负性温度系数的电阻特性和高输入阻抗特点而被广泛应用于电子电路中。
本文将从JFET的结构、工作原理以及应用等方面进行详细介绍。
一、结构JFET由P型或N型半导体材料组成，其结构一般分为三个区域：源极（S）、漏极（D）和栅极（G）。
N型JFET的源极和漏极为N 区，栅极为P区；P型JFET则相反，源极和漏极为P区，栅极为N区。
源极和漏极之间的区域称为通道，栅极和通道之间的区域则称为控制区。
二、工作原理JFET的工作原理基于PN结反向偏置。
当PN结反向偏置时，形成一个反向偏压，在通道和控制区之间形成一个耗尽区。
在这种情况下，当栅极电压为零时，耗尽区宽度最大，通道中没有电子或空穴流动，此时JFET处于截止状态。
而当栅极电压增大时，耗尽区变窄，通道中的电子或空穴开始流动，JFET进入导通状态。
因此，JFET的导电能力由栅极电压的大小来控制。
三、N型JFET和P型JFET的特点1. N型JFET：N型JFET的特点是栅极电压增大时，通道中的电子流增大，导通能力增强；而栅极电压减小时，通道中的电子流减小，导通能力减弱。
因此，N型JFET常用于当栅极电压为正时的放大电路中。
2. P型JFET：P型JFET的特点与N型JFET相反，栅极电压增大时，通道中的空穴流增大，导通能力增强；而栅极电压减小时，通道中的空穴流减小，导通能力减弱。
因此，P型JFET常用于当栅极电压为负时的放大电路中。
四、JFET的应用JFET具有高输入阻抗、低噪声、宽频带等优点，因此被广泛应用于各种电子电路中。
以下是JFET的几个常见应用场景：1. 放大电路：JFET可作为放大器的关键元件，用于信号放大和弱信号恢复。
2. 开关电路：JFET具有较高的开关速度和低失真特性，可用于高频开关电路中。
3. 压控振荡器：JFET可用作压控振荡器的控制元件，用于产生高稳定性的频率信号。
场效应管分析实验报告
一、实验目的1. 了解场效应管的基本结构、工作原理和特性。
2. 掌握场效应管放大电路的设计、调试和测试方法。
3. 培养实验操作技能和数据分析能力。
二、实验原理1. 场效应管的基本结构和工作原理场效应管是一种电压控制型器件，具有高输入阻抗、低功耗、热稳定性好等优点。
根据导电沟道的不同，场效应管可分为结型场效应管（JFET）和绝缘栅场效应管（MOSFET）。
本实验主要研究JFET的特性。
JFET由一个P型或N型半导体做衬底，在衬底上制作两个N型或P型区作为源极和漏极，在源极和漏极之间夹一个金属氧化物半导体作为栅极。
当栅极与源极之间施加反向电压时，在源极和漏极之间形成导电沟道，电流由源极流向漏极。
2. 场效应管放大电路的设计、调试和测试方法场效应管放大电路主要包括共源极放大电路、共栅极放大电路和共漏极放大电路。
本实验主要研究共源极放大电路。
共源极放大电路由场效应管、电阻、电容等元件组成。
其中，场效应管作为放大元件，电阻用于提供偏置电压和稳定静态工作点，电容用于滤波和耦合。
实验中，首先搭建共源极放大电路，然后调整电阻和电容等元件，使放大电路达到最佳工作状态。
最后，通过测试放大电路的增益、输入电阻、输出电阻等参数，评估放大电路的性能。
三、实验仪器与设备1. 场效应管：2SK1632. 信号发生器：DG41023. 示波器：MSO2000A4. 数字万用表：DM30585. 直流稳压电源：DP83216. 电阻器、电容器若干四、实验内容与步骤1. 搭建共源极放大电路（1）根据电路图，连接场效应管、电阻、电容等元件。
（2）设置直流稳压电源，为放大电路提供合适的偏置电压。
2. 调试静态工作点（1）使用数字万用表测量场效应管的漏源电压、栅源电压和漏极电流。
（2）根据实验要求，调整电阻和电容等元件，使放大电路达到最佳静态工作点。
3. 测试放大电路性能（1）使用信号发生器产生输入信号，接入放大电路。
（2）使用示波器观察输出波形，记录放大电路的增益、输入电阻、输出电阻等参数。
场效应管的工作原理
场效应管的工作原理场效应管（Field Effect Transistor，简称FET）是一种半导体器件，它具有高输入阻抗、低噪声、低功耗等特点，在电子电路中有着广泛的应用。
它的工作原理主要是通过控制栅极电场来调节源极和漏极之间的电流，从而实现信号放大、开关控制等功能。
本文将从场效应管的结构、工作原理和特点等方面进行介绍。
1. 结构。
场效应管由栅极、源极和漏极组成。
栅极与源极之间的电场可以控制源极和漏极之间的电流，因此栅极相当于晶体管的控制极，而源极和漏极则相当于晶体管的发射极和集电极。
根据不同的结构和工作原理，场效应管可以分为MOSFET（金属-氧化物-半导体场效应管）和JFET（结型场效应管）两种类型。
2. 工作原理。
MOSFET的工作原理是基于金属-氧化物-半导体结构。
当栅极施加正电压时，在栅极和氧化物之间形成一个电场，这个电场会影响半导体中的载流子密度，从而控制源极和漏极之间的电流。
而JFET的工作原理是基于PN结的结型场效应。
当栅极施加正电压时，栅极与源极之间形成一个反型电场，这个电场会影响沟道中的载流子密度，从而控制源极和漏极之间的电流。
3. 特点。
场效应管具有许多优点，如高输入阻抗、低噪声、低功耗、频率响应好等。
由于栅极与源极之间的电场可以控制电流，因此场效应管的输入阻抗非常高，可以减小输入信号源对电路的影响。
同时，场效应管的噪声水平较低，适合用于放大弱信号。
此外，由于场效应管的控制电压较低，因此功耗也较小。
另外，场效应管的频率响应也很好，适合用于高频电路。
4. 应用。
场效应管在电子电路中有着广泛的应用，如放大器、开关、振荡器等。
在放大器中，场效应管可以用作信号放大器、运算放大器等；在开关电路中，场效应管可以用作数字开关、模拟开关等；在振荡器中，场效应管可以用作正弦波振荡器、方波振荡器等。
此外，场效应管还可以用于集成电路、功率放大器、射频电路等领域。
总结。
场效应管是一种重要的半导体器件，它具有高输入阻抗、低噪声、低功耗等特点，在电子电路中有着广泛的应用。
第五章 JFET和MESFET的基本结构与工作原理
异质结MESFET的主要优点是工 作速度快。
2、HEMT(electron mobility)
称为高电子迁移率晶体管，是另一种类型的异质结MESFET。典型的器件：在不掺 杂的GaAs衬底(i-GaAs)上，用外延技术生长一层薄的宽禁带的 AlxGa1-xAs薄层(iAlxGa1-xAs)，在i-AlxGa1-xAs层上再生长一层N+-AlxGa1-xAs。AlxGa1-xAs通常称为控制层， 和金属栅极形成肖特基势垒，和GaAs层形成异质结。通过对栅极加正偏压，可以 将电子引入异质结界面的GaAs层中。
1、基本结构
（肖特基势垒场效应晶体管）
半导体材料多选用GaAs。在半绝缘GaAs衬底上外延一层N-GaAs，以减小寄生电阻。 肖特基势垒是和源、漏两极的欧姆接触一起用蒸发的方法在N型外延层顶面上形成 的。金属-半导体接触工艺允许MESFET的沟道做得更短，从而有利于提高器件的开 关速度和工作频率。
MESFET结构示意图
双扩散工艺JFET
2、工作过程
（忽略接触电阻和体电阻）
在x=0处，栅PN结两边的电压为零，在x=L处，整个电压VD都加在PN结上。当电流 从漏极沿沟道流向源极时，由于沟道电阻的存在，会在整个沟道产生电位降。使
得在漏端空间电荷区向沟道内扩展得更深些。
PN结反偏
当电压VD增加时，沟道得狭口变得更窄，沟道电阻进一步增大。随着漏端电压得 增加，将会在x=L处的空间电荷区连通，且在连通区域内的自由载流子全部耗尽， 即发生沟道夹断。
正向偏压 控制层 2DEG
5.1
Physics of Semiconductor Devices
结型场效应晶体管 金属-半导体效应晶体管
Outline
第五章 JFET和MESFET的基本结构与工作原理
正向偏压 控制层
2DEG
Physics of Semiconductor Devices
2DEG：指电子（或空穴）被限制在平行于界面的平面内自由运动， 而在垂直于界面的方向上受到限制。
.
Physics of Semiconductor Devices
AlGaAs层的厚度和掺杂浓度决定器件的阈值电压，正常情况 下使之完全耗尽。 1、如果AlGaAs层较厚或掺杂浓度较高，则在栅压VG=0时，异 质结界面处的GaAs表面的电子势阱内已有电子存在，MESFET 是耗尽型。 2、如果AlGaAs层较薄或掺杂浓度较低，栅压VG=0时耗尽层伸 展到GaAs内部，势阱内没有电子，器件是增强型的。
分析假设：
② 沟道内杂质分布均匀。
③ 沟道内载流子迁移率为常数。
④ 忽略有源区以外源、漏区以及接触上的电压降，于是沟
道长度为L。
⑤ ⑤ 缓变沟道近似，即空间电荷区内电场沿y方向，而中
性沟道内的电场只有x分量。
⑥ ⑥ 长沟道近似：L>2(2a)，于是W沿着L改变很小，可看
作矩形沟道。
.
良好的欧姆接触
PN结反偏
.
Physics of Semiconductor Devices
当电压VD增加时，沟道得狭口变得更窄，沟道电阻进一步增 大。随着漏端电压得增加，将会在x=L处的空间电荷区连通， 且在连通区域内的自由载流子全部耗尽，即发生沟道夹断。
沟道夹断
.
Physics of Semiconductor Devices
5.1
Physics of Semiconductor Devices
结型场效应晶体管 金属-半导体效应晶体管
.
Outline
结型场效应管工作原理
结型场效应管工作原理结型场效应管（JFET）是一种三端器件，可以用作放大器、开关或电阻。
它结构简单，工作原理清晰，适合用于低频放大器、高频放大器、功率放大器和开关电路等应用中。
JFET的工作原理基于控制源极到漏极电流的栅极电势，以下将详细介绍JFET的结构和工作原理。
一、结构JFET由三个区域组成：源极、栅极和漏极。
这些区域以不同方式连接形成PN结。
N型JFET和P型JFET是两种常见的类型。
N型JFET中，源极为N型材料，栅极为P型材料，漏极为N型材料。
PN结的极性分别为正向偏置和反向偏置。
栅结逆向偏置时，形成反向电场，阻止源极到漏极之间的电流流动。
当栅结导通时，源极到漏极之间形成一个电流通道，电流可以流动。
P型JFET和N型JFET的结构相反。
源极和漏极之间的导电性由栅极控制。
二、工作原理JFET工作的关键是栅极电势对源极到漏极电流的控制。
JFET中没有PN结的电流注入效应，是一个控制源极-漏极电流的电压控制器件。
以下为N型JFET的工作原理。
1.截止区（Cutoff Region）：当栅极电势为负值时，栅极结反向偏置，没有电流流过。
这时JFET处于截止区，源极到漏极没有电流流动。
2.线性区（Linear Region）：当栅极电势为零或接近零时，栅极结不再反向偏置。
这时JFET处于线性区，源极到漏极的电流受栅极与源极之间的电压控制。
栅极电势变化可以改变通道的电阻，从而改变源极到漏极的电流。
在这个区域内，JFET可以被用于放大信号。
3.饱和区（Saturation Region）：当栅极电势正向偏置时，栅极结导通，源极到漏极的电流仅受N型材料的电阻限制。
这时JFET处于饱和区，电流达到最大值，不再随栅极电势的变化而改变。
JFET的工作原理可以用以下数学公式描述：ID=IDSS*(1-VGS/VP)²其中ID是源极到漏极的电流，IDSS是最大漏极电流，VGS是栅极到源极的电压，VP是芯片参数，控制整个曲线的位置和形状。
jfet的工作原理
jfet的工作原理
JFET（结型场效应管）是一种半导体器件，其工作原理基于
控制门极电压而调节源极到漏极之间的电流。
以下是JFET的
工作原理：
1. 构造：JFET通常由n型或p型半导体材料制成。
它具有一
个中心的PN结，其中的正负载流区域分别被称为源极和漏极。
门极位于PN结之间。
2. 您可以将JFET想像成由导电沟道连接源极和漏极的变阻器。
此通道中的电荷被控制门极的电压调节，从而更改导电属性。
3. N沟道JFET的工作原理：如果N沟道JFET具有负极性门
极电压（相对于源极），则形成一个反型型通道，其中负载电子从源极移动到漏极。
此时它处于饱和区，导通电流最大。
4. P沟道JFET的工作原理：如果P沟道JFET具有正极性门极电压，则形成一个正型通道，其中正载空穴从源极移动到漏极。
此时它处于饱和区，导通电流最大。
5. 控制：当门极电压变化时，电荷密度在导电沟道中发生变化。
负极性增加会减小反型型通道，导致电流减小；正极性增加会增加正型通道，导致电流增加。
门极电压的变化通过控制电流来调节JFET的工作。
总而言之，JFET的工作原理基于控制门极电压来调节导电沟
道的电荷密度，从而调节源极到漏极之间的电流。
这使它成为一种理想的电流控制器。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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ＪFET
２、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,Ｖ
Ｐ〈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。
当V DS增加到使V GD=VＰ时，在紧靠漏极处出现预夹断。
此时ＶDＳ→夹断区延长→沟道电阻。
→IＤ基本不变.
③V GS与V DS同时作用时
当V P 〈VＧS〈0 时，导电沟道更容易夹断，对于同样得V DＳ，IＤ得值比V GS=0时得值要小。
在预夹断处，V GD=V GＳ—V DS＝ＶP（或V DS=VＧS－V P)、
综上分析可知
●沟道中只有一种类型得多数载流子参与导电,所以场效应管也称为单极型三极管。
●JFＥT栅极与沟道间得PＮ结就是反向偏置得，因此i G≈０，输入电阻很高。
●JＦＥT就是电压控制电流器件,iＤ受v GＳ控制.
ｌ预夹断前i D与v DS呈近似线性关系；预夹断后，i D趋于饱与。