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场效应管工作原理

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  1.什么叫场效应管?

  FET是Field-Effect-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,因此称为双极型晶体管,而FET仅是由多数载流子参与导电,它与双极型相反,也称为单极型晶体管。FET应用范围很广,但不能说现在普及的双极型晶体管都可以用FET替代。然而,由于FET的特性与双极型晶体管的特性完全不同,能构成技术性能非常好的电路。

  2. 场效应管的工作原理:

  场效应管工作原理

  (a) JFET的概念图

  场效应管工作原理

  (b) JFET的符号

  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 =0.1-10μA 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。

  场效应管工作原理

  场效应管工作原理用一句话说,就是"漏极-源极间流经沟道的ID ,用以门极与沟道间的pn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pn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:

  场效应管分结型、绝缘栅型两大类。结型场效应管(JFET)因有两个PN结而得名,绝缘栅型场效应管(JGFET)则因栅极与其它电极完全绝缘而得名。目前在绝缘栅型场效应管中,应用最为广泛的是MOS场效应管,简称MOS管(即金属-氧化物-半导体场效应管MOSFET);此外还有PMOS、NMOS和VMOS功率场效应管,以及最近刚问世的πMOS场效应管、VMOS功率模块等。 按沟道半导体材料的不同,结型和绝缘栅型各分沟道和P沟道两种。若按导电方式来划分,场效应管又可分成耗尽型与增强型。结型场效应管均为耗尽型,绝缘栅型场效应管既有耗尽型的,也有增强型的。 场效应晶体管可分为结场效应晶体管和MOS场效应晶体管。而MOS场效应晶体管又分为N沟耗尽型和增强型;P沟耗尽型和增强型四大类。见下图。

  场效应管工作原理

  4、场效应三极管的型号命名方法

  现行有两种命名方法。第一种命名方法与双极型三极管相同,第三位字母J代表结型场效应管,O代表绝缘栅场效应管。第二位字母代表 材料,D是P型硅,反型层是N沟道;C是N型硅P沟道。例如,3DJ6D是结型N沟道场效应三极管,3DO6C 是绝缘栅型N沟道场效应三极管。 第二种命名方法是CS××#,CS代表场效应管,××以数字代表型号的序号,#用字母代表同一型号中的不同规格。例如CS14A、CS45G等。

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