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西門子麗水(中國)總代理

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場效應(yīng)管(Fjeld Effect Transistor簡稱FET )是利用電場效應(yīng)來控制半導(dǎo)體中電流的一種半導(dǎo)體器件,故因此而得名。場效應(yīng)管是一種電壓控制器件,只依靠一種載流子參與導(dǎo)電,故又稱為單極型晶體管。與雙極型晶體三極管相比,它具有輸入阻抗高、結(jié)型場效應(yīng)管噪聲低、熱穩(wěn)定性好、抗輻射能力強、功耗小、制造工藝簡單和便于集成化等優(yōu)點。
    場效應(yīng)管有兩大類,結(jié)型場效應(yīng)管JFET和絕緣柵型場效應(yīng)管IGFET,后者性能更為*,發(fā)展迅速,應(yīng)用廣泛。圖Z0121 為場效應(yīng)管的類型及圖形、符號。
    一、結(jié)構(gòu)與分類
    圖 Z0122結(jié)型場效應(yīng)管原理圖及符合為N溝道結(jié)型場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)示意圖和它的圖形、符號。它是在同一塊N型硅片的兩側(cè)分別制作摻雜濃度較高的P型區(qū)(用P+表示),形成兩個對稱的PN結(jié),將兩個P區(qū)的引出線連在一起作為一個電極,稱為柵極(g),在N型硅片兩端各引出一個電極,分別稱為源極(s)和漏極(d)。在形成PN結(jié)過程中,由于P+區(qū)是重摻雜區(qū),所以N一區(qū)側(cè)的空間電荷層寬度遠大
    二、工作原理
    N溝道和P溝道結(jié)型場效應(yīng)管的工作原理相同,只是偏置電壓的極性和載流子的類型不同而已。下面以N溝道結(jié)型場效應(yīng)管為例來分析其工作原理。電路如圖Z0123所示。由于柵源間加反向電壓,所以兩側(cè)PN結(jié)均處于反向偏置,柵源電流幾乎為零。漏源之間加正向電壓使N型半導(dǎo)體中的多數(shù)載流子-電子由源極出發(fā),經(jīng)過溝道到達漏極形成漏極電流ID
    1.柵源電壓UGS對導(dǎo)電溝道的影響(設(shè)UDS=0)
在圖Z0123所示電路中,UGS <0,兩個PN結(jié)處于反向偏置,耗盡層有一定寬度,ID=0。若|UGS| 增大,耗盡層變寬,溝道被壓縮,截面積減小,溝道電阻增大;若|UGS| 減小,耗盡層變窄,溝道變寬,電阻減小。這表明UGS控制著漏源之間的導(dǎo)電溝道。當(dāng)UGS負值增加到某一數(shù)值VP時,兩邊耗盡層合攏,整個溝道被耗盡層夾斷。(VP稱為夾斷電壓)此時,漏源之間的電阻趨于無窮大。管子處于截止?fàn)顟B(tài),ID=0。
    2.漏源電壓UGS對漏極電流ID的影響(設(shè)UGS=0)
當(dāng)UGS=0時,顯然ID=0;當(dāng)UDS>0且尚小對,P+N結(jié)因加反向電壓,使耗盡層具有一定寬度,但寬度上下不均勻,這是由于漏源之間的導(dǎo)電溝道具有一定電阻,因而漏源電壓UDS沿溝道遞降,造成漏端電位高于源端電位,使近漏端PN結(jié)上的反向偏壓大于近源端,因而近漏端耗盡層寬度大于近源端。顯然,在UDS較小時,溝道呈現(xiàn)一定電阻,IDUDS成線性規(guī)律變化(如圖Z0124曲線OA段);若UGS再繼續(xù)增大,耗盡層也隨之增寬,導(dǎo)電溝道相應(yīng)變窄,尤其是近漏端更加明顯。由于溝道電阻的增大,ID增長變慢了(如圖曲線AB段),當(dāng)UDS增大到等于|VP|時,溝道在近漏端首先發(fā)生耗盡層相碰的現(xiàn)象。這種狀態(tài)稱為預(yù)夾斷。這時管子并不截止,因為漏源兩極間的場強已足夠大,可以把向漏極漂移的全部電子吸引過去形成漏極飽和電流IDSS (這種情況如曲線B點):當(dāng)UDS>|VP|再增加時,耗盡層從近漏端開始沿溝道加長它的接觸部分,形成夾斷區(qū) 。由于耗盡層的電阻比溝道電阻大得多,所以比|VP|大的那部分電壓基本上降在夾斷區(qū)上,使夾斷區(qū)形成很強的電場,它可以把溝道中向漏極漂移的電子拉向漏極,形成漏極電流。因為未被夾斷的溝道上的電壓基本保持不變,于是向漏極方向漂移的電子也基本保持不變,管子呈恒流特性(如曲線BC段)。但是,如果再增加UDS達到BUDS時(BUDS稱為擊穿電壓)進入夾斷區(qū)的電子將被強電場加速而獲得很大的動能,這些電子和夾斷區(qū)內(nèi)的原子碰撞發(fā)生鏈鎖反應(yīng),產(chǎn)生大量的新生載流予,使ID急劇增加而出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象(如曲線CD段)。
    由此可見,結(jié)型場效應(yīng)管的漏極電流IDUGSUDS的雙重控制。這種電壓的控制作用,是場效應(yīng)管具有放大作用的基礎(chǔ)。


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