结型场效应管

结型场效应管

场效应管

场效应管（Fjeld

Effect Transistor简

称FET ）是利用电

场效应来控制半导

体中电流的一种半

导体器件，故因此

而得名。场效应管

是一种电压控制器

件，只依靠一种载

流子参与导电，故

又称为单极型晶体

管。与双极型晶体三极管相比，它具有输入阻抗高、噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强、功耗小、制造工艺简单和便于集成化等优点。

场效应管有两大类，结型场效应管JFET和绝缘栅型场效应管IGFET，后者性能更为优越，发展迅速，应用广泛。图Z0121 为场效应管的类型及图形、符号。

一、结构与分类

图Z0122为N沟道结型场效应管结构示意图和它的图形、符号。它是在同一块N型硅片的两侧分别制作掺杂浓度较高的P型区（用P+表示），形成两个对称的PN结，将两个P区的引出线连在一起作为一个电极，称为栅极（g），在N型硅片两端各引出一个电极，分别称为源极（s）和漏极（d）。在形成PN结过程中，由于P+区是重掺杂区，所以N一区侧的空间电荷层宽度远大二、工作原理

N沟道和P沟道结型场效应管的工作原理完全相同，只是偏置电压的极性和载流子的类型不同而已。下面以N沟道结型场效应管为例来分析其工作原理。电路如图Z0123所示。由于栅源间加反向电压，所以两侧PN结均处于反向偏置，栅源电流几乎为零。

漏源之间加正向电压使N型半导体中的多数载流子-电子由源极出发，经过沟道到达漏极形成漏极电流I D。

1．栅源电压U GS对导电沟道的影响（设U DS＝0）

在图Z0123所示电路中，U GS＜0，两个PN结处于反向偏置，耗尽层有一定宽度，I D=0。若|U GS| 增大，耗尽层变宽，沟道被压缩，截面积减小，沟道电阻增大；若|U GS| 减小，耗尽层变窄，沟道变宽，电阻减小。这表明U GS控制着漏源之间的导电沟道。当U GS负值增加到某一数值V P时，两边耗尽层合拢，整个沟道被耗尽层完全夹断。（V P称为夹断电压）此时，漏源之间的电阻趋于无穷大。管子处于截止状态，I D＝0。

2．漏源电压U GS对漏极电流ID的影响（设U GS＝0）

当U GS＝0时，显然I D＝0；当U DS＞0且尚小对，P+N结因加反向电压，使耗尽层具有一定宽度，但宽度上下不均匀，这是由于漏源之间的导电沟道具有一定电阻，因而漏源电压U DS沿沟道递降，造成漏端电位高于源端电位，使近漏端PN结上的反向偏压大于近源端，因而近漏端耗尽层宽度大于近源端。显然，在U DS较小时，沟道呈现一定电阻，I D随U DS成线性规律变化（如图Z0124曲线OA段）；若U GS再继续增大，耗尽层也随之增宽，导电沟道相应变窄，尤其是近漏端更加明显。由于沟道电阻的增大，I D增长变慢了（如图曲线AB段），当U DS增大到等于|V P|时，沟道在近漏端首先发生耗尽层相碰的现象。这种状态称为预夹断。这时管子并不截止，因为漏源两极间的场强已足够大，完全可以把向漏极漂移的全部电子吸引过去形成漏极饱和电流I DSS （这种情况如曲线B点）：当U DS＞|V P|再增加时，耗尽层从近漏端开始沿沟道加长它的接触部分，形成夹断区。由于耗尽层的电阻比沟道电阻大得多，所以比|V P|大的那部分电压基本上降在夹断区上，使夹断区形成很强的电场，它完全可以把沟道中向漏极漂移的电子拉向漏极，形成漏极电流。因为未被夹断的沟道上的电压基本保持不变，于是向漏极方向漂移的电子也基本保持不

变，管子呈恒流特性（如曲线

BC段）。但是，如果再增加U DS达到B U DS时（B U DS称为击穿电压）进入夹断区的电子将被

强电场加速而获得很大的动能，这些电子和夹断区内的原子碰撞发生链锁反应，产生大量的新生载流予，使I D急剧增加而出现击穿现象（如曲线CD段）。

由此可见，结型场效应管的漏极电流I D受U GS和U DS的双重控制。这种电压的控制作用，是场效应管具有放大作用的基础。

三、特性曲线

1．输出特性曲线

输出特性曲线是栅源电压U GS取不同定值时，漏极电流I D随漏源电压U DS变化的一簇关系曲线，如图Z0124所示。由图可知，各条曲线有共同的变化规律。U GS越负，曲线越向下移动）这是因为对于相同的U DS，U GS越负，耗尽层越宽，导电沟道越窄，I D越小。

由图还可看出，输出特性可分为三个区域即可变电阻区、恒流区和击穿区。"

◆可变电阻区：预夹断以前的区域。其特点是，当0＜U DS＜|V P|时，I D几乎与U DS呈线性关系增长，U GS愈负，曲线上升斜率愈小。在此区域内，场效应管等效为一个受U GS控制的可变电阻。

◆恒流区：图中两条虚线之间的部分。其特点是，当U DS＞|V P|时，I D几乎不随U DS变化，保持某一恒定值。I D的大小只受

U GS的控制，两者变量之间近乎成线性关系，所以该区域又称线性放大区。

◆击穿区：右侧虚线以右之区域。此区域内U DS＞B U DS，管子被击穿，I D随U DS的增加而急剧增加。

2．转移特性曲线

当U DS一定时，I D与U GS之间的关系曲线称为转移特性曲线。实验表明，当U DS＞|V P|后，即恒流区内，I D受U DS影响甚小，所以转移特性通常只画一条。在工程计算中，与恒流区相对应的转移特性可以近似地用下式表示：

式GS0127中V P≤U GS≤0，I DSS是U GS＝0时的漏极饱和电流。