結型場效應管的結構、特性、參數
- 本文介紹的定義
- 一、N溝道結型場效應管結構
- 二、N溝道結型場效應管特性曲線
場效應管、結型場效應管、N溝道結型場效應管的結構、耗盡層、柵極、源極、漏極、N溝道結型場效應管、夾斷電壓、預夾斷、輸出特性、可變電阻區、恆流區、截止區、預夾斷軌跡、轉移特性、飽和漏極電流。
場效應管：雙極型三極管中參與導電的有兩種類型的載流子，有多子，有少子。場效應三極管，只有一種極性的載流子，多子參與導電，因此稱為單極型三極管。管子通過電場效應控制電流，因此稱為場效應管。場效應管分為結型場效應管；絕緣柵場效應管。
結型場效應管：分為N溝道結型場效應管；P溝道結型場效應管。
N溝道結型場效應管的結構圖如下：N型半導體兩側，利用和金法、擴散法等做成P型區，P型區摻雜濃度較高。P型區和N型區交界處形成PN結，稱為耗盡層。
柵極g、源極s、漏極d：將兩側P型區連接，引出一個電極，稱為柵極g。再在N型半導體一端引出源極s，另一端引出漏極d。電路符號中，柵極箭頭方向指向內部，由P區指向N區。
N溝道結型場效應管：N型半導體多子是電子，在漏極d與源極s加上一個電壓就有可能導電，導電溝道是電子型的，所以，稱為N溝道結型場效應管。
導電溝道和漏極電流Id的變化：當場效應管的柵極g與源極s之間的電壓Ugs，漏極與源極之間的電壓Uds變化時，觀察導電溝道和漏極電流Id的變化。
首先，研究Uds=0時，Ugs對耗盡層和導電溝道的影響，如下圖所示：(Ugs是柵源之間加上的電壓)
1.Ugs=0，耗盡層比較窄，導電溝道寬，如圖a。
2.Ugs<0，說明柵源加上反向偏置電壓，耗盡層寬度增大，導電溝道變窄。
3.Ugs=Ugsoff，兩側耗盡層合攏一起，導電溝道被夾斷，Ugsoff稱為夾斷電壓。
以上，說明Ugs變化，導電溝道寬度變化，因Uds=0所以漏極電流Id=0 。
其次，研究Ugs固定不變，Ugs值滿足Ugsoff<Ugs<=0時，觀察漏源之間電壓Uds變化對導電溝道和漏極電流Id的影響。
1.Uds=0，Id=0，相當於上圖b。
2.Uds>0，產生漏極電流Id，如下圖。Id流過導電溝道，沿着溝道方向從d到s有一個電壓降落，d的電位高，s的電位低。因此，溝道不同位置，加在PN結上的反向偏置電壓也不同。漏極處反向偏置電壓最大，耗盡層最寬；源極反偏電壓最小，耗盡層最窄。
Uds增加，Id增大，Uds=Ugsoff時，漏極處耗盡層開始合攏，這種情況稱為預夾斷，如下圖b。
Uds繼續增大，耗盡層合攏部分延長，如下圖c。導電溝道電阻增大，限制Id增大，最后Id幾乎不再隨着Uds增大而增大。
Uds值過高，PN結由於反向偏置電壓過高被擊穿。
最后，研究Uds固定不變(Uds>0)，在柵源之間加上負電壓，Ugs<=0，觀察Ugs變化對導電溝道和漏極電流Id的影響。這種情況與首先研究的情況，區別就是Uds>0，將產生漏極電流Id。
1.Ugs=0時，耗盡層窄，導電溝道寬，Id比較大。Id流過溝道產生壓降，溝道不同位置耗盡層不等寬。
2.Ugs<0時，耗盡層變寬，導電溝道變窄，Id變小，相當於上圖a。
3.Ugs更負，耗盡層更寬，導電溝道更窄，Id減小，Ugs<Ugsoff時，導電溝道夾斷，Id為零。
綜上所述，改變柵極源極電壓Ugs，可以控制漏極電流Id。
利用柵源之間電壓改變PN結電場，控制漏極電流，故稱為結型場效應管。
描述場效應管的電流和電之間的關系。
輸出特性：表示柵源電壓Ugs不變時，漏極電流Id與漏源電壓Uds之間的關系。輸出特性曲線如下圖所示，與雙極型三極管的共射輸出特性曲線相似，但是這里以柵源之間的電壓Ugs作為參變量，雙極型三極管參變量是基電流。
輸出特性划分三個區，可變電阻區、恆流區、截止區。
可變電阻區：Uds較小時，Id隨Uds增加而上升，基本上是線性關系，場效應管似乎是一個線性電阻。Ugs不同，直線斜率不同，阻值不同。場效應管在該區特性是：由Ugs控制的可變電阻。
恆流區：漏極電流Id基本不隨Uds變化，Id主要取決於Ugs，也稱為飽和區。組成場效應管放大電路，應使場效應管工作在此區域。
輸出特性最右側，Uds升高，導致PN結因反向偏置電壓過高被擊穿。
輸出特性曲線中的虛線，表示預夾斷軌跡，虛線與曲線的交點，Ugd=Ugs-Uds=Ugsoff。此時場效應管出現預夾斷現象。
截止區：Ugs<Ugsoff，導電溝道被完全夾斷，場效應管不能導電。
轉移特性：場效應管漏源電壓Uds不變時，漏極電流與柵源電壓Ugs之間的關系。描述柵源之間的電壓Ugs對漏極電流Id的控制作用。
如下圖所示，Ugs=0時，Id最大；Ugs越負，Id越小；Uds等於Udsoff，Id=0 。
圖中有兩個參數，夾斷電壓Ugsoff、飽和漏極電流Idss。
兩個特性曲線的聯系：
在輸出特性上，Uds等於某一固定電壓處做一條垂直直線，直線與Ugs不同值的輸出特性曲線有一些交點，可以得到不同Ugs使得Id值，從而得到轉移特性曲線。
也就是說，因為轉移特性曲線是漏源電壓Uds不變時，漏極電流與柵源電壓Ugs之間的關系，那就從輸出特性看漏源電壓Uds不變時，漏極電流與柵源電壓Ugs之間的關系就好啦。
本文圖片參考楊素行老師的模電書。