结型场效应管简介与特点

1.结型场效应管的结构与符号

1） N 沟道结型场效应管

N 沟道结型场效应管是在同一块N 型半导体上制作两个高掺杂的P 区，将它们连接在一起引出电极栅极G。 N 型半导体分别引出漏极D、源极S，P 区和N 区的交界面形成耗尽层。 源极和漏极之间的非耗尽层称为导电沟。 导电沟道是N 型的，称N 沟道结型场效应管，如图1.53 所示。

图1.52　场效应管分类

图1.53　N 沟道结型场效应管结构及符号

（a） N 沟道结型场效应管结构； （b） N 沟道结型场效应管符号

2） P 沟道结型场效应管

P 沟道结型场效应管是在同一块P 型半导体上制作两个高掺杂的N 区，将它们连接在一起引出电极栅极G。 P 型半导体分别引出漏极D、源极S，P 区和N 区的交界面形成耗尽层。源极和漏极之间的非耗尽层称为导电沟。 导电沟道是P 型的，称为P 沟道结型场效应管，如图1.54 所示。

图1.54　P 沟道结型场效应管结构及符号

（a） P 沟道结型场效应管结构； （b） P 沟道结型场效应管符号

2.工作原理——电压控制作用（以N 沟道为例）

正常工作时，在栅源之间加负向电压（保证耗尽层承受反向电压），漏源之间加正向电压（以形成漏极电流），这样既保证栅源之间的电阻很高，又实现了uGS对沟道电流iD的控制，如图1.55 所示。

图1.55　N 沟道结型场效应管在电路中的连接

1） uGS对沟道的控制作用

当uGS ＜0 时，PN 结反偏→耗尽层加厚→沟道变窄。 uGS继续减小，沟道继续变窄。 当沟道夹断时，对应的栅源电压uGS称为夹断电压UP （或UGS（off））。对于N 沟道的JFET，UP ＜0。

2） uDS对沟道的控制作用

当uGS ＝0 时，uDS↑→iD↑，G、D 间PN 结的反向电压增加，使靠近漏极处的耗尽层加宽，沟道变窄，从上至下呈楔形分布。 当uDS增加到使uGD ＝UP时，在紧靠漏极处出现预夹断。 此时uDS↑→夹断区延长→沟道电阻↑→iD基本不变。

3） uGS和uDS同时作用

当UP ＜uGS ＜0 时，导电沟道更容易夹断，对于同样的uDS，iD的值比uGS ＝0 时的值要小。 在预夹断处，uGD ＝uGS －uDS ＝UP。

综上分析可知以下几点。

（1） 沟道中只有一种类型的多数载流子参与导电，所以场效应管也称为单极型三极管。

（2） JFET 栅极与沟道间的PN 结是反向偏置的，因此iG≈0，输入电阻很高。

（3） JFET 是电压控制电流器件，iD 受uGS控制。

（4） 预夹断前iD 与uDS 成近似线性关系； 预夹断后，iD 趋于饱和。

结型场效应管工作原理： 利用半导体内的电场效应，通过栅源电压uGS的变化，改变阻挡层的宽窄，从而改变导电沟道的宽窄，控制漏极电流iD，如图1.56所示。

图1.56　N 沟道结型场效应管所加的外部电压

3.JFET 的伏安特性曲线(www.xing528.com)

在正常工作情况下，场效应管栅极电流几乎为零（iG≈0），管子无输入特性。

1） 输出特性（漏极特性）

输出特性各区的特点如下（图1.57）：

（1） 可变电阻区。

①uDS较小。

②沟道尚未夹断。

③uDS ＜｜UGS（off）｜+uGS。

④管子相当于受uGS控制的压控电阻。

（2） 放大区。

①沟道预夹断。

②uDS≥｜UGS（off）｜+uGS。

③iD几乎与uDS无关。

④iD只受uGS的控制。

放大区也称为饱和区、恒流区。

（3） 截止区。

①uGS ＜UGS（off）。

②沟道完全夹断。

③iD≈0。

（4） 击穿区。

uDS增加到一定程度，电流急剧增大。

图1.57　JFET 的输出伏安特性曲线

2） 转移特性

转移特性曲线（图1.58） 与输出特性曲线有严格的对应关系，其曲线特点如下。

（1） 对于不同的uDS，对应的转移特性曲线不同。

（2） 当管子工作于恒流区时，转移特性曲线基本重合。

图1.58　JFET 的转移伏安特性曲线

N 沟道结型场效应管，栅源之间加反向电压； P 沟道结型场效应管，栅源之间加正向电压。 管子工作在可变电阻区时，不同的uDS其转移特性曲线有很大差别。