在一塊N型(或P型)半導體材料的兩邊各擴散一個高雜質濃度的P型區(或N型區),就形成兩個不對稱的PN結。把兩個P區(或N區)並聯在一起,引出一個電極,稱為柵極(g),在N型(或P型)半導體的兩端各引出一個電極,分別稱為源極(s)和漏極(d)。夾在兩個PN結中間的N區(或P區)是電流的通道,稱為導電溝道(簡稱溝道)。這種結構的管子稱為N溝道(或P溝道)結型場效應管。
分為N溝道結型場效應管和P溝道結型場效應管兩種。
由於結型場效應管的柵極輸入電流iG>>0,因此很少套用輸入特性,常用的特性曲線有輸出特性曲線和轉移特性曲線。
結型場效應管分類
分為N溝道結型場效應管和P溝道結型場效應管兩種。
結型場效應管的特性
(1)轉移特性:柵極電壓對漏極電流的控制作用稱為轉移特性,若用曲線表示,該曲線就稱為轉移特性曲線。它的定義是:漏極電壓UDS恆定時,漏極電流ID同柵極電壓UGS的關係,即結型場效應管的轉移特性曲線如圖所示。圖中的Up為夾斷電壓,此時源極與漏極間的電阻趨於無窮大,管子截止。在UP電壓之後,若繼續增大UGS就可能會出現反向擊穿現象而損壞管子。在測量結型場效應管的轉移特性曲線時,要求UDS要足夠大,一般令UDS=|UP|,這時再令UCS從零開始增大百到Up,測出對應的ID值,便可得到轉移特性曲線。圖中UGS=O時對應的札稱為漏極飽和電流IDSS°隨著UGS變負,IS將下降,一直到UGS=UP,即圖中的一3.4V時,ID才等於零。有了轉移特性曲線,只要給出UDS,便可查出對應的ID。
(2)輸出特性UDS與ID的關係稱為輸出特性,若用曲線表示,該曲線就稱為輸出特性曲線。它的定義是:當柵極電壓UGS恆定時,ID隨UDS的變化關係,即結型場效應管的輸出特性曲線如圖所示。從圖中可以看出,結型場效應管的輸出特性曲線分為三個區,即可變電阻區、飽和區及擊穿區。當UDS較小時,漏極附近不會發生預夾斷,因此隨著UDS的增加,斤也增加。這就是曲線的上升部分,它基本上是通過原點的一條直線,這時可以把管子看成是一個可變電阻。當UDS增加到一定程度後,就會產生預夾斷,因此儘管UDS再增加,但IS基本不變。因此預夾斷點的軌跡就是兩種工作狀態的分界線。把曲線上UDS=UGS-UP的點連線起來,便可得到預夾斷時的軌跡,如圖中左邊虛線所示。軌跡左邊對應不同UGS值的各條直線,通稱為可變電阻區;軌跡右邊的水平直線區稱為飽和區,結型場效應管作放大用時,一般都工作在飽和區。結型場效碰管的輸出特性曲線如果冉繼續增大UDS,將使反向偏置的pn結擊穿,這時IS將會突然增大,管子進入擊穿區。管子進入擊穿區後,如果不加限制,將會導致管子損壞。結型場效應管的輸出特性曲線P1溝道結型場效應管的特性曲線,除了電流、電壓的方向與N溝道結型場效應管相反外,兩者的其他特性完全類似。
(3)結型場效應管的放大作用結型場效應管的放大作用一般指的是電壓放大作用,可以通過圖所示電路來說明這一作用。當把變化的電壓加入輸入迴路時,將引起漏極電流的變化。如果負載電阻RL選得合適,就完全可以使輸出端的電壓變化比輸入端的電壓變化大許多倍,這樣電壓便得到了放大。例如,輸入電壓從OV變化到-1V,變化了1V,此時ID則由5mA降到2.1mA,變化了2.9mA,便可在5.1kΩ的負載電阻的兩端得到2.95X5.1≈14.8V的電壓變化,這樣場效應管便把輸人電壓放大了14.8倍。
結型場效應管的管腳識別
結型場效應管的管腳識別
判定柵極G:將萬用表撥至R×1k檔,用萬用表的負極任意接一電極,另一隻表筆依次去接觸其餘的兩個極,測其電阻.若兩次測得的電阻值近似相等,則負表筆所接觸的為柵極,另外兩電極為漏極和源極.漏極和源極互換,若兩次測出的電阻都很大,則為N溝道;若兩次測得的阻值都很小,則為P溝道。
判定源極S、漏極D:在源-漏之間有一個PN結,因此根據PN結正、反向電阻存在差異,可識別S極與D極.用交換表筆法測兩次電阻,其中電阻值較低(一般為幾千歐至十幾千歐)的一次為正向電阻,此時黑表筆的是S極,紅表筆接D極。
對於結型場效應管的分析
對於結型場效應管的分析總結如下:
1.可變電阻區域(非飽和):當Uds=0或者很小的時候,耗盡層幾乎不受漏源間電壓的影響,只受到柵源間電壓的影響,當|Ugs|曾大時,耗盡曾跟著增寬,體現在電氣特性上就是漏源之間的電阻增大;這就是預夾斷之間的特性;
2.恆流特性(飽和):預夾斷以後到夾斷之間的電氣特性,當Ugs電壓為一個在Ugs(off)~~0v範圍內的一個定值,則電流id並不隨Uds的變化而變化,電壓Uds的增加的同時耗盡層也在增加,即DS之間的電阻也在增加,id=Uds/Rds 從而體現出來的特性就是id是一恆定的值(有小幅度的增加,但是基本恆定),此管若用作放大管用需要工作在此區間,原因是:在此區間Uds對電流的影響是很小的(恆流特性),它可以看成是只受到Ugs控制的電流源,當Uds在此區間一定時,電流隨|Ugs|曾大而增大,所以他是電壓控制電流的放大元件(三極體是電流控制電流的放大元件);
3. 夾斷區域(截止) 當|Ugs|>|Ugs(off)|時候id幾乎等於0;
4.擊穿區域:當Uds達到一定的程度的電壓時候柵—漏間耗盡層破壞,id驟然增大。
刻理解電源控制元件和電流控制元件的區別。