J-FET场效应管基础知识
J-FET场效应管基础知识

介绍场效应晶体管与 BJT 在工作过程中有很大区别： BJT 中的电荷载体是空穴或被击出的少量的“少子” , FET 中的电荷则是数目相对多几个数量级的自由电子，“多子”。

J-FET 晶体管部分






这里以 N 沟道J-FET 来说明。如图1.15所示， J 一 FET 正常工作时，栅极 G 与源极 S 之间的电压必须为反向，称为栅极电压，常用 Ugs

来表示；漏极与源极之间的电压称为漏极电压，常用 Uds 来表示。 UdS 的极性应是：漏极为正，源极为负。对于 P 沟道J-FET ，电压要求正好相反。这样就使得两个 PN 结都加上了反压，而且因为漏极电位比源极电位高，所以 PN 在靠近漏极一端的反向电压[Eg+Ed］大于靠近源极一端的反向电压[Eg]。 PN 结的方向电压增加时，其耗尽层要加厚，因此，在靠近漏极一端，耗尽层最宽，而靠近源极一端，耗尽层最窄。图 1 . 14 中的阴影区就是耗尽层示意。

由于强大的反向电场作用，耗尽层中几乎无载流子，是高阻区；夹在两个耗尽层中间的是具有丰富自由电子的低阻导电沟道。由欧姆定律可知 ，沟道电流的大小取决于沟道两端的电压和沟道的直流电阻的大小。 J-FET 通过改变施加在 PN 结上的反向偏压（栅极电压）的大小来改变耗尽层的宽度，进而改变沟道的宽度和直流电阻，从而可以控制沟道电流。据此可以组成 J-FET 放大器，如下图示：






( 1 ) J-FET 的输出特性曲线 J-FET 的输出特性曲线是指一组 UgS 固定为不同值时的Id-Ugs 关系曲线，即： Id = f ( Ugs , Ucts ）函数关系。请看图 1 . 17 :



N 沟道 J-FET 输出特性曲线分为四个区域：

从图 1 . 17 可以看出，大区、截止区、击穿区。可变电阻区、线性放大区



习惯上将 J-FET 刚刚截止时的栅压称为夹断电压，用 Up 表示。从图中可以看出耗尽层加宽， N 沟道被夹断。

[ 2 ］可变电阻区。从图 1 . 17 中的“可变电阻区”部分曲线可以看出：在此区域内，输出曲线是直的，而且不同的 Ugs 对应不同的斜率，可见在此区域内， Ugs 可以控制 DS 之间的电阻。从这个方向讲来，此时的J-FET 等效为一个压控可变电阻器。 Ugs 越负，电阻值越大。

[ 3 ］线性放大区， l 见图 1 . 19 示意］当 UgS 高于截止栅极电压时，随着 UdS 的增加，当 Uds 增加到 Uds=-Up 时，场效应管出现“预夹断”。此时，因预夹断区的电阻远远大于剩余的 N 沟道电阻，增加的电压基本上都消耗在预夹断区上， N 沟道上的电压基本不变，因此Uds 之间出现了恒流特性。图 1 . 17 中曲线几乎水平部分的斜率就是预夹断区电阻。在这个区域内， Id 只受 Ugs 控制， Ugs 越大， Id饱和电流越大，且成比例变化。 J-FET 用做放大器时，必须被偏置到这个区域。

[ 4 ］在线性放大区内，若 Uds 再继续增加， PN 结上的反向电压越来越大， U 电若超过 PN 结的反向击穿电压， PN 结将发生击穿。 Ugs越大，发生击穿时的 Uds 越大，从图 1 . 17 中可以看出。



( 2 ) J-FET 的转移特性曲线这里的转移特性曲线，特指 J-FET 在线性放大区时，在固定 UdS 电压条件下， Id 与 UgS 的函数关系：

Id=f2(Uds,Ugs)|UdS 固定。请图 1 . 20 :








[ l ］饱和漏极电流 IdsS 。是指在 Ugs=OV, UdS>=|Up|时的漏极电流 Id 值。

[ 2 ］夹断电压 Up 。是指当 UdS 固定时，使得 Id=O 时的栅源电压值；

[ 3 ］直流输入电阻 RgS ，它等效于栅极直流电压 UgS 与栅极直流电流1g之比，J-FET 的 Rgs 往往在 10e8-10el2 Ohm之间。

[ 4 ］栅源击穿电压 BVgS ，指 PN 结反向电流突增时的 Ugs 值；

[ 5 ］漏源击穿电压 BVdS ，是指使 PN 结发生雪崩击穿时的 UdS 电压值；

[ 6 ］最大直流功耗 Pdm=Id X UdS ;

[ 7 ］跨导 Gm ，是指 UdS 为常数时，漏极电流的交流变化量与栅源电压的交流变化量之比：gm=△I/△Ugs

[ 8 ］输出电阻 RdS ，是指在线性放大区， UgS 为常数时， UdS 的交流微变量与 Id 的交流微变量之比： Rds=△Uds/△Id ;

[ 9 ］动态导通电阻 Ron ：特指在可变电阻区，当 UgS 为常数时， Uds 微变量与 Id 微变量之比： Ron=△Uds/△Ict ;

[10 ］极间电容：J-FET 的三个电极之间的电容： CgS 、 CdS 、 Cdg