结场效应晶体管(JFET)简介

在本教程中,我们将学习一种名为结场效应晶体管(简称JFET)的场效应晶体管。我们将看到电路符号,基本偏置条件,V-I特性,一个简单的放大器电路和很少的应用。

介绍

FET晶体管是电压控制器件,而BJT晶体管是电流控制器件。FET晶体管基本上有三个端子,如漏极(D)、源极(S)和门极(G),它们相当于对应的BJT晶体管的集电极、发射极和基极。

在BJT晶体管中,输出电流由施加到基座的输入电流控制,但在FET晶体管中,输出电流由施加到栅极端子的输入电压控制。

在FET晶体管中,输出电流在漏极和源极端子之间通过,并且该路径称为通道,该通道可以由P型或N型半导体材料制成。在BJT晶体管中,小型输入电流运行大负载,但在FET中,小输入电压在输出处运行大负载。

BJT晶体管是“双极”器件,因为它们与电子和空穴等两种类型的载流子一起工作,但FET晶体管是“单极”器件,因为它们与电子(n通道)或空穴(p通道)的载流子一起工作。

与BJT晶体管相比,FET晶体管的尺寸更小,功耗更小。由于这种高效率,FET晶体管取代了相应的BJT晶体管,被应用于许多电子电路应用中。这些FET晶体管由于其低功耗特性在芯片设计中非常有用。像BJT一样,FET晶体管也可以在p通道和n通道中使用。

FET晶体管具有高输入阻抗,其中BJT具有相对较低。由于该高阻抗值,FET晶体管对小输入电压非常敏感。FET晶体管主要分为两种类型;它们是结场效果晶体管(JFET)和绝缘栅FET(IG-FET)或金属氧化物半导体FET(MOSFET)。

FET晶体管的符号
场效应晶体管晶体管符号

回到顶部

结场效应晶体管(JFET)

结场效应晶体管(JFET)是FET晶体管的一种。JFET是FET晶体管的最简单形式,它有三个终端。JFET晶体管被用作电子控制开关,电压控制电阻和放大器。

BJT晶体管由pn结构成,而JFET晶体管有一个通道代替pn结。这种通道是由p型或n型半导体材料形成的。

JFET符号和渠道建设
JFET标志及通道建设

JFET晶体管分为两类;它们是n通道JFET和p通道JFET。在n沟道JFET通道与捐赠者掺杂杂质由于当前穿过英吉利海峡是负的(即由于电子)但在p沟道JFET通道与受主掺杂杂质由于电流通过这个通道是积极的(即由于洞)。

由于电子的迁移率大于空穴的迁移率,n通道的JFET比p通道的JFET具有更多的电流传导。因此n沟道jfet比p沟道jfet得到了更广泛的应用。栅极(G)端的小电压控制JFET通道(漏极和源极之间)的电流。

发射极和集电极端子在BJT中使用pn结连接,而在JFET中,漏极和源极端子与通道相连。在栅极端施加的小电压控制JFET漏极和源极之间通道中的电流。这个栅极电压在n通道JFET中是负的,在p通道JFET中是正的。

BJT和JFET晶体管的主要区别之一是,当JFET具有反向偏置结时,栅极电流可能为零,但在BJT中,基电流总是大于零。BJT和JFET的符号比较如下图所示。

JFET和BJT的符号比较
JFET和BJT的符号比较
BJT和JFET不同通道的比较
BJT和JFET不同通道的比较

回到顶部

n沟道JFET偏压

n沟道JFET晶体管的内部图如下所示。这是具有n型通道的晶体管和该区域的p型材料。如果栅极被扩散到N型通道中,则形成反向偏置的PN结,这使得当没有外部电源被施加到晶体管时导致栅极端子周围的耗尽区域。通常,JFET称为耗尽模式设备。

N沟道JFET偏置电路
N沟道JFET的偏置电路

随着pn结周围厚度的变化,这个耗尽区域产生一个势梯度。这种pn结通过减小通道宽度和增加通道电阻来反对通过通道的电流。

现在JFET的通道以零偏置电压作为输入。由于在栅极-漏极之间形成了大量的耗尽区,而在栅极-源之间形成了少量的耗尽区。

如果小电压(vDS)施加于零栅电压(VG)然后电流(iDS)将通过这条通道。现在如果我们施加少量的负电压(-VGS)(即反向偏置条件),则耗尽区宽度增加,导致通道长度部分减少,从而降低了通道的导通。

这个过程被称为“压缩效应”。如果我们在栅极端增加更多的负电压,那么它就会减小通道宽度,直到没有电流流过通道。在这种情况下,JFET被“掐掉”了。FET通道关闭时施加的电压称为“夹断电压(VP)”。

回到顶部

封口效果

箝位条件下的n通道JFET偏置电路
箝位条件下的n通道JFET偏置电路

具有N沟道结构的JFET如上所示。在主要是如果栅极电压为零,则沟道电阻也为零并且通道的导通高。如果栅极电压(即负电压)增加到高于零,则通道的电阻也增加并且少量电流将流过通道。

如果我们在栅极端施加大量的负电压,那么通道就完全阻断了通过它的电流。在这种情况下,没有电流流过通道,现在JFET作为一个完美的电阻。

其中通道关闭的JFET状态被称为“挤压”,并且在该情况下施加的电压被称为“夹紧电压(V.VP)”。在箝位状态下,栅极电压(VGS)控制通道电流。P沟道JFET操作与具有一些变化的N沟道JFET相同,例如由于孔导致的导通并且需要反极性来施加栅极电压,诸如沟道电流为正。

回到顶部

JFET vi特点

n通道JFET的V-I特性如下所示。在这种n通道JFET结构中,栅极电压(VGS)控制源漏之间的电流流。JFET是一个电压控制装置,因此没有电流流过栅极,然后源电流(I年代)等于漏极电流(ID也就是我D=我年代

在这个V- i特性中,电压VGS表示栅极和源间施加的电压和电压VDS表示漏极和源极之间施加的电压。

7. JFET晶体管的特征
JFET晶体管的V-I特性

JFET在不同的操作阶段具有不同的特性,这取决于输入电压,下面解释不同区域的JFET的特性。主要是JFET在欧姆,饱和,切断和断裂区域中运行。

欧姆地区:如果VGS= 0则通道耗尽区域很小,在这个区域JFET充当压控电阻。

掐掉地区:这也称为截止区域。当栅极电压为大负时,JFET进入该区域,通道关闭,即没有电流流过通道。

饱和或活动区域:在这个区域内,通道作为好导体,由栅极电压(VGS)。

破坏地区:如果漏极到源极电压(VDS)足够高,则JFET的通道崩溃,在这个区域内,不受控制的最大电流通过设备。

p通道JFET晶体管的V- i特性曲线也与n通道JFET相同,但有一些例外,如栅源电压(VGS)正增大,然后漏极电流减小。

漏极电流ID当施加电压V时,流过通道的电流为零GS等于钳断电压VP。在JFET的正常操作中施加的栅极电压VGS在0和V之间P,在这种情况下,漏极电流iD通过该通道的流动可以计算如下。

D=我DSS.(1 - (VGS/ VP))2

在哪里

D=漏极电流

DSS.=最大饱和电流

VGS=门到源电压

VP=掐掉电压

漏源极电阻等于漏源极电压变化率和漏极电流变化率的比值。

RDS=ΔVDS/δiD= 1 / g

在哪里

RDS=漏源电阻

VDS=漏源电压

D=漏极电流

G=跨导增益

回到顶部

JFET公共源放大器

与BJT晶体管一样,FET晶体管也用于单级A类放大器的设计。JFET的共源放大器类似于BJT晶体管的共发射极放大器。jfet相对于bjs的优点是高输入阻抗。

一种由电阻R构成偏置网络的普通源放大电路1和R.2下面给出。

8.JFET的共源放大电路
JFET的共源放大电路

这是一个公共源放大器电路,其在A类模式中偏置。使用r计算所需的栅极电压年代价值。通常,源电阻的电压设置为V的四分之一DD例如V年代= VDD/ 4。我们需要通过选择合适的电阻R来设置直流静态电压1和R.2.

这里,漏极电流由负栅极电压控制。在n通道JFET晶体管中,栅极从不包含正电压,因为漏极电流流过栅极而不是通过源极,从而导致JFET的损坏。

如果电压极性相反,p通道JFET放大器电路的工作原理也类似于n通道JFET。计算共源放大电路不同参数的公式如下所示。

V年代=我DR年代= VDD/ 4.

V年代= VG- V.GS

VG=(r.2/ (R1+ R.2V)) *DD

D= V年代/ R年代=(V.G- V.GS)/ R.年代

在哪里

V年代=电压源

D=漏极电流

R年代=源阻力

VDD=漏极电源电压

VG=栅电压

VGS=门到源电压

R1& R2=偏置电阻

回到顶部

JFET应用程序

  • JFET被用作开关。
  • JFET被用作直升机。
  • 用作放大器
  • 用作缓冲器
  • 由于低频漂移,用于振荡电路中。
  • 在数字电路中使用,例如计算机,LCD和存储器电路,因为它们的尺寸很小。
  • 用于通信设备,例如FM和TV接收器,因为它们的调制失真低。
  • 在运算放大器中用作电压控制电阻。
  • jfet用于级联放大器和射频放大器。

回到顶部

上一篇 - 晶体管配置

下- MOSFET

2回复

发表评论

您的电子邮件地址将不会被公布。必填字段被标记*