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JFET晶体管的类型:N沟道JFET和P沟道JFET工作原理

结型场效应晶体管(JFET)是一种FET(高输入阻抗器件),其具有三个端子,即源极(S),栅极(G)和漏极(D)。这些器件也称为电压控制器件,因为施加在栅极端子的电压决定了漏极和源极端子之间流动的电流量。FET可以由pn-或肖特基结构成,因为它们分别被称为pn JFET或金属半导体FET(MESFET)。

结型场效应晶体管(JFET)是一种FET(高输入阻抗器件),其具有三个端子,即源极(S),栅极(G)和漏极(D)。这些器件也称为电压控制器件,因为施加在栅极端子的电压决定了漏极和源极端子之间流动的电流量。FET可以由pn-或肖特基结构成,因为它们分别被称为pn JFET或金属半导体FET(MESFET)。此外,pn JFET可以分为两种类型,即(i)n沟道JFET和(ii)p沟道JFET,这取决于电流是分别是由电子还是空穴引起的。

n沟道JFET

图1示出了n沟道JFET及结型场效应晶体管电路符号的示意图。从图1a所示的分层结构可以清楚地看出,n沟道JFET的主要部分由n型半导体制成。来自源极和漏极端子的该块状材料的相互相对的两个面。此外,还可以看出,在该衬底中嵌入了两个相对较小的p区,它们在内部连接在一起以形成栅极端子。因此,这里,源极和漏极端子是n型的,而栅极是p型的。由此,两个pn结将在器件内形成,其分析揭示了JFET工作的模式。此外,图1b所示的电路符号在其栅极端子处具有指向器件的箭头,该箭头指示电流将流动的方向,条件是pn结正向偏置。

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n沟道JFET工作原理


在n沟道JFET中,多数电荷载流子将是电子,因为在源极和漏极之间形成的沟道是n型的。此外,这些器件的工作取决于在其端子上施加的电压(图2)。

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情况I:考虑没有电压施加到器件的情况,即V DS = 0和V GS = 0.在这种状态下,器件将处于空闲状态,没有电流流过它,即I DS = 0.

案例II:现在考虑到器件的漏极端子连接到电池的正极端子,而其负极连接到源极,即V DS = + ve。然而,让栅极端子保持在无偏置状态,这意味着V GS = 0.此时,器件的n衬底内的电子开始朝着漏极移动,被电池施加的正向力吸引。同时,当电子连接到电源的负端时,电子也将从源被排斥。这导致从漏极到源极的净电流流动(按照传统方向),其值仅受通道提供给它的电阻的限制。

此外,可以看出,V DS的增加增加了在初始状态下流过器件的电流,该初始状态可以被称为JFET的欧姆区域。然而,应注意,V DS的增加还导致pn结周围的耗尽区的宽度增加。这种情况导致通道宽度减小,从而增加其阻力。这种现象持续到两个耗尽区都长到一定程度,在这种程度上它们几乎看起来彼此接触,这种情况称为夹断。V的相应值DS被称为夹断电压,V P。然而,即使在这种情况下,器件内部也存在具有高电流密度的窄沟道,因此IDS将达到I DSS的饱和水平,如图2所示。正是JFET的这种行为使其表现为恒流源。

案例III:接下来,对于案例II中描述的设置,让我们在栅极端子处添加电压源,使得栅极为负极源,即V GS= -ve而V DS是+ ve。在这种情况下,器件的行为方式与案例II中的行为非常相似,但V DS的值较低。这意味着夹断和饱和发生得相当早,并且由栅极施加的负电位决定,即V GS更负,早期的夹断是由于早期的饱和,减少了I DSS(图3)。

随着该现象继续,可以看出出现这样的情况,其中漏极 - 源极电流I-DS的饱和水平恰好发生在0mA的值。这意味着没有电流流过设备,基本上设备将关闭。V DS的值为发生这种情况将是什么,但负夹断电压即V DS = -V P。

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p沟道JFET

p沟道JFET(图4a)显示出工作的模式,其类似于其反一部分,的n沟道JFET除了一些区别。在p沟道JFET的情况下,由器件制成的主要部分由p型制成,其中嵌入有两个小的n型区域。因此,它具有n型栅极端子和p型源极和漏极,使得沟道为p型,其中孔将是多数电荷载流子。接下来,与n沟道JFET的情况不同,其电路符号中的箭头方向向外指向(图4b)。

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p沟道JFET工作原理

与n沟道JFET的情况类似,这些器件的工作也取决于其端子上施加的电压(图5)。

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情况I:如果V DS = 0且V GS = 0,则器件将在没有电流的情况下空闲,即I DS = 0.

情况II:现在考虑V DS为-ve而V GS为0.在此状态下,随着p衬底内的空穴朝向漏极移动同时被从源极排斥,电流从源极流到漏极(按照常规方向)。该电流的值仅受沟道电阻的限制,并且随着V DS(欧姆区域)的减小而增加。然而,一旦发生夹断(V DS = V P),则电流 I DS在DSS的特定水平饱和,在此期间器件像恒流源一样工作(图6)。

情况III:接下来,让V GS = + ve,而V DS是-ve。这里显示的效果类似于情况II中的效果,其中随着V GS变得越来越正,饱和以更快的速率发生。与在n沟道JFET中看到的类似,即使在此,当V DS的值变为等于V P时,电流也停止流动,从而使器件进入截止状态。

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