结型场效应晶体管(JunctionField-EffectTransistor,JFET),利用场效应原理工作的晶体管。JFET是由p-n结栅极(G)与源极(S)和漏极(D)构成的一种具有放大功能的三端有源器件。其工作原理就是通过电压改变沟道的导电性来实现对输出电流的控制。目录结型场效应晶体管概述结型场效应晶体管的工作特性结型场效应晶体管的工作原理结型场效应晶体管的特点结型场效应晶体管概述结型场效应晶体管(JFET)是通过外加栅极电压来改变栅极空间电荷区的宽度,从而控制沟道导电能力的一种场效应器件。源极和漏极之间的导电沟道是导电率相当低的半导体材料。栅极与下面的导电半导体之间存在整流结。JFET的栅极一般都加反向偏压,且栅结的耗尽层主要向沟道区扩展。改变栅结电压可以控制栅结耗尽区宽度,以改变导电沟道宽度,从而控制输出漏电流,在某一高反偏压下,沟道最终可被夹断。这类晶体管平常处于导通状态,在高反偏压下又可夹断。JFET已广泛使用于小信号放大器、电流限制器、电压控制电阻器、开关电路和集成电路中。如果栅结为肖特基势垒结,这就制成肖特基势垒场效应管(MESFET)。这种场效应管的跨导高、工作频率高,是微波领域里的热门器件。由于GaAs中电子迁移率比硅中大5倍,峰值漂移速度大1倍,所以GaAsMESFET发展迅速。结型场效应晶体管的工作特性对于耗尽型的JFET,在平衡时(不加电压)时,沟道电阻最小;电压Vds和Vgs都可改变栅p-n结势垒的宽度,并因此改变沟道的长度和厚度(栅极电压使沟道厚度均匀变化,源漏电压使沟道厚度不均匀变化),使沟道电阻变化,从而导致Ids变化,以实现对输入信号的放大。当Vds较低时,JFET的沟道呈现为电阻特性,是所谓电阻工作区,这时漏极电流基本上随着电压Vds的增大而线性上升,但漏极电流随着栅极电压Vgs的增大而平方式增大;进一步增大Vds时,沟道即首先在漏极一端被夹断,则漏极电流达到最大而饱和(饱和电流搜大小决定于没有被夹断的沟道的电阻),这就是JFET的饱和放大区,这时JFET呈现为一个恒流源。 JFET的放大作用可用所谓跨导gm=δIds/δVgsS](Vds=常数)来表示,要求跨导越大越好。结型场效应晶体管的工作原理 N沟道和P沟道结型场效应管的工作原理完全相同,现以N沟道结型场效应管为例,分析其工作原理。 N沟道结型场效应管工作时,也需要外加如图1所示的偏置电压,即在栅-源极间加一负电压(vGS0),使栅-源极间的P+N结反偏,栅极电流iG≈0,场效应管呈现很高的输入电阻(高达108W左右)。在漏-源极间加一正电压(vDS0),使N沟道中的多数载流子电子在电场作用下由源极向漏极作漂移运动,形成漏极电流iD。iD的大小主要受栅-源电压vGS控制,同时也受漏-源电压vDS的影响。因此,讨论场效应管的工作原理就是讨论栅-源电压vGS对漏极电流iD(或沟道电阻)的控制作用,以及漏-源电压vDS对漏极电流iD的影响。 vGS对iD的控制作用图2所示电路说明了vGS对沟道电阻的控制作用。为便于讨论,先假设漏-源极间所加的电压vDS=0。当栅-源电压vGS=0时,沟道较宽,其电阻较小,如图2(a)