结型场效应管(JFET)的结构和工作原理
mosfet 与 jfet 的工作原理及应用场合
MOSFET 与 JFET 的工作原理及应用场合一、引言在现代电子领域中，场效应晶体管（F ET）是一种重要的半导体器件，具有优越的性能和广泛的应用。
其中，金属氧化物半导体场效应管（M OS FE T）和结型场效应管（J FE T）是两种常见的FE T。
本文将介绍M O SF ET和J FE T的工作原理及其在不同应用场合的应用。
二、M O S F E T（金属氧化物半导体场效应管）M O SF ET是由一层金属氧化物绝缘层隔离门极和半导体基片的晶体管。
其工作原理如下：1.栅极电压变化：当栅极电压变化时，M O SF ET内部的电场分布发生变化，进而改变了通道中的载流子浓度。
2.载流子控制：当正向偏置栅极，使得栅极与源极之间形成正向偏压时，可以控制通道中的正负载流子的浓度。
M O SF ET在数字电路、模拟电路和功率放大器等方面有着广泛的应用：-逻辑门电路：M OS FE T可用于构建与门、或门、非门等逻辑门电路。
-放大器电路：M OS FE T可以实现低噪声、高增益的放大器电路，常用于音频放大器等领域。
-电源开关：由于MOS F ET具有低导通电阻和高关断电阻的特点，适用于电源开关电路，如开关稳压器。
三、J F E T（结型场效应管）J F ET是由P型或N型半导体材料形成的通道，两侧有控制端和漏源端的晶体管。
其工作原理如下：1.控制电压：当控制端电压变化时，通过改变通道中的空间电荷区宽度，从而改变了导电性能。
2.漏源电压：调整漏源间的电压，使其达到最大或最小值，以控制导电。
J F ET在放大器、开关和稳流源等方面具有广泛的应用：-放大器电路：J FE T具有高输入阻抗和低输出阻抗的特点，适用于低频放大器、微弱信号放大器等。
-开关电路：JF ET由于其控制电压变化范围大，可用于开关电路中的信号开关。
-稳流源：通过合理选择JF ET工作状态和参数，可以将其应用于稳流源电路，如电流源。
四、M O S F E T与J F E T的优缺点对比-M OS FE T的优点：1.噪声低：MO SF ET具有较低的输入噪声。
结型场效应管
结型场效应管结型场效应管（JFET）是一种常用的场效应管。
它是由一对PN结构组成的，可以分为N型JFET和P型JFET两种类型。
JFET通常用作信号放大器或开关，具有高输入阻抗和低输出电阻等优点，在电子设备中得到广泛应用。
结构和工作原理JFET的结构包括了沟道和栅极，通常由半导体材料构成。
当增加栅极电压时，栅极和沟道之间的势垒宽度会发生变化，从而调节沟道中的载流子数量。
当栅极电压增加时，势垒减小，使得沟道中的载流子数量增加，从而增大导通电流；相反，当栅极电压减小时，势垒增加，导致导通电流减小。
因此，通过调节栅极电压，可以实现对JFET的控制。
N型JFETN型JFET的沟道是由N型半导体材料构成，栅极电压使沟道中的电荷密度发生变化。
当栅极与源极之间的电压为负值时，JFET处于截止状态，沟道截断，导通电流几乎为零；当栅极与源极之间的电压为正值时，JFET处于放大状态，沟道导通，导通电流增加。
P型JFETP型JFET的沟道是由P型半导体材料构成，与N型JFET相反，当栅极与源极之间的电压为负值时，P型JFET处于放大状态，沟道导通；当栅极与源极之间的电压为正值时，P型JFET处于截止状态，导通电流几乎为零。
应用领域JFET广泛应用于各种电子设备中，例如放大器、滤波器、振荡器和电压控制器等。
由于JFET具有高输入电阻和低输出电阻的特性，适合用作信号放大器。
此外，JFET还可以作为电子开关，用于控制电路的通断或信号的调节。
结型场效应管是一种重要的场效应管，在电子技术领域具有重要的应用价值。
通过对JFET的结构和工作原理进行深入了解，可以更好地应用它在电子设备中，实现各种功能的设计和控制。
jfet的工作原理
jfet的工作原理JFET的工作原理JFET（结型场效应晶体管）是一种常用的半导体器件，它具有独特的工作原理和特性。
本文将详细介绍JFET的工作原理，以及它在电子领域中的应用。
一、JFET的结构和基本原理JFET由三个区域组成：源极（Source）、漏极（Drain）和栅极（Gate）。
其中，源极和漏极之间的区域被称为通道（Channel），栅极与通道之间通过绝缘层隔离。
JFET的工作原理基于PN结的导电特性。
当栅极与源极之间的电压为零时，JFET处于截止状态。
此时，PN 结的耗尽区宽度最大，通道中没有电子或空穴的流动。
当外加电压施加在栅极和源极之间时，PN结的耗尽区宽度减小，形成一个导电通道。
这种情况下，JFET处于放大状态，电流可以从源极流向漏极。
二、JFET的工作特性1. 零偏电压下的特性：在零偏电压下，JFET的输出电流非常小，可以忽略不计。
这是因为栅极与源极之间的电压没有足够的大小来形成导电通道。
2. 饱和电流：当栅极与源极之间的电压增加到一定程度时，JFET进入饱和区。
在饱和区，JFET的输出电流达到最大值，继续增加栅极电压不会再增加输出电流。
3. 截止电压：当栅极与源极之间的电压达到一定程度时，JFET进入截止区。
在截止区，JFET的输出电流非常小，可以忽略不计。
三、JFET的应用JFET具有许多优点，如高输入阻抗、低噪声、高增益和稳定性等，因此在电子领域中有广泛的应用。
1. 放大器：JFET可以用作放大器的关键部件。
通过调节栅极电压，可以控制输出电流的变化，从而实现信号的放大。
2. 开关：由于JFET具有快速的开关特性，可以用于开关电路中。
通过控制栅极电压，可以控制电路的导通和截止。
3. 压控电阻：JFET还可以用作压控电阻（VCR）的元件。
通过改变栅极电压，可以调节电阻的大小，实现对电路的控制。
4. 温度传感器：由于JFET的电阻与温度呈负相关关系，可以将其用作温度传感器。
通过测量JFET的电阻变化，可以得到温度的信息。
结型场效应管工作模式
结型场效应管工作模式结型场效应管（JFET）是一种重要的场效应管，广泛应用于电子电路中。
它具有高输入阻抗、低输入电流、低噪声等特点，适用于放大器、开关、混频器等应用。
JFET是一种三端装置，它由P型或者N型半导体材料制成，其中有一个PN结。
一、结构与工作原理JFET的基本结构由源极、漏极和栅极三个端子组成。
栅极与源极之间是P型或N型的半导体材料，形成了PN结。
栅极与源极之间的电压作用下，形成栅极源极结的反型驱动电压Ugs。
当Ugs=0时，也就是栅极与源极之间没有基准电压时，P型半导体与空间中的掺杂物形成耗尽区，半导体截面没有导电子。
当Ugs≠0时，耗尽区中的电荷云移位，形成空间中多数载流子，构成导电通道。
这时候，当漏极与源极之间加上一个电压ULds时，漏极与源极之间出现的电场作用下，电子从源极输送至漏极，即形成JFET的电流传输过程。
二、正负型JFETJFET可分为P型JFET和N型JFET两种。
P型JFET是以P型半导体为基质，并在该基质上连接源和漏，而栅极则连接上N型半导体形成一个PN结。
N型JFET则相反。
不同的结型JFET特性略有不同。
P型JFET的栅极结反向电压下，栅源间介电容Cgs变大，由电容耦合引起的失真也更大；而N型的JFET在同样条件下，介电容Cgs较小，失真相对较小。
当两者内部结电容均很小时，采用直接耦合是不易引起相位失真的。
三、JFET的工作模式1. 常开型JFET当栅极与源极之间的电压很小时，JFET处于常开型，也称为沟道类型。
在这种模式下，源极 - 栅极间电压将由Ugs值来决定。
如果Ugs值的大小在称为截止区时，电流非常小，接近于零。
2. 常闭型JFET当栅极与源极之间的电压很大时，JFET处于常闭型，也称为堵塞型。
在这种模式下，源极 - 栅极间电压将由Ugs值来决定。
此时的电流最大。
3. 过载区当电流很大到超过最大漏极电流时，其工作状态为过载区。
在过载区，JFET的工作状态将不稳定，会导致器件性能的变化。
用结型场效应管作恒流源
用结型场效应管作恒流源结型场效应管（JFET）作为一种广泛应用于电子电路中的三极管，可用于创建恒流源电路。
恒流源是一种电路元件，它能够稳定地提供一个稳定的恒定电流，无论负载变化还是电源波动。
在使用JFET作为恒流源之前，我们首先需要了解JFET的工作原理。
JFET由P型或N型半导体材料构成，有两个PN结，即源极（S）和漏极（D），夹在两个PN结之间的区域称为栅极（G）。
JFET中的电流流动主要受到栅源电压（Vgs）控制。
JFET的恒流源电路是由JFET和其他电路元件组成的。
在这个电路中，JFET的漏极通过一个负载电阻连接到电源，而源极被接地。
栅极则通过一个电阻与负载电阻连接，形成一个电压分压器，以提供恒定的栅源电压。
这个电阻可以调节以改变电流源的电流值。
当正向偏置电压施加到栅极和源极之间时，使栅源结反向偏置。
在这种情况下，JFET处于截止区，几乎没有漏极电流。
根据JFET的特性曲线，这个偏置电压被称为截止电压（Vp）。
当栅源电压逐渐逼近截止电压时，JFET逐渐进入饱和区，此时漏极电流会随着栅源电压的增加而增加。
在饱和区，漏极电流几乎不受负载电阻或电源电压的影响。
这就是为什么JFET能够作为恒流源的原因，因为它能够在漏极提供一个稳定的电流，无论负载的变化或电源的波动。
通过调节栅源电压，我们可以控制JFET的工作点，从而改变恒流源的电流值。
当栅源电压等于截止电压时，JFET进入截止区，提供的电流接近于零。
当栅源电压增加到截止电压以上时，JFET进入饱和区，从而提供一个稳定的电流。
在设计恒流源电路时，我们需要选择适当的JFET型号和合适的负载电阻。
JFET的类型、最大漏极电流和最大功率决定了能够提供的最大恒定电流。
负载电阻应选择一个适当的值，以确保在任何负载条件下都能提供稳定的电流输出。
使用恒流源电路的一个常见应用是作为电压参考源。
由于JFET作为恒流源能够提供一个稳定的电流输出，因此它经常用于基准电源、电压比较器和其他需要恒定电流的应用中。
有关1、JFET基本工作原理1)JFET基本结构
夹 断
时的VGS称为JFET的夹断电压，记为 Vp。
电 压
Vp0
Vbi
Vp
qNDa2 2 s
Vp0=Vbi-Vp表示整个沟道由栅源电压夹断 时，栅p-n结上的电压降，为区别起见，
Vp
Vbi
qNDa2 2 s
称为本征夹断电压。
最大饱和漏极电流IDSS
VGS=Vbi时的漏极电流，又称 最大漏源饱和电流。
跨导gm
跨导定义为漏源电压VDS一定时，漏极电流 的微分增量与栅极电压的微分增量之比.
gm
I DS VGS
VDS C
非饱和区跨导： I D
G0 VDS
2 3a
2 0
qN D
VDS
Vbi
3
VGS 2
VD
VGS
3 2
其中，G0
2aWqn N D
L
gmቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
G0
(1 Vp0
1
)2 [(VDS
Vbi
§4-8结型场效应晶体管（JFET)
1、 JFET的基本工作原理 1）JFET的基本结构
栅极
G
源极S
G P+
结构示意图
D
漏极
P
N
沟 道 耗增 尽强 型型 沟 道 耗增 尽强 型型
基本结构图
2）JFET的基本工作原理
平衡态沟道电阻： R L
L
A qn ND 2(a x0 )Z
S
G
P+
n
L
1
VGS )2
(Vbi
1
VGS )2 ]
饱和区跨导：
IDS
V VDDsaSt VVDp0satVVbi p0 VGVSb代 i 入V， GS 得饱和区跨导
场效应管工作原理
1、结型场效应管的管脚识别：
场效应管的栅极相当于晶体管的基极，源极和漏极分别对应于晶体管的发射极和集电极。将万用表置于R×1k档，用两表笔分别测量每两个管脚间的正、反向电阻。当某两个管脚间的正、反向电阻相等，均为数KΩ时，则这两个管脚为漏极D和源极S(可互换)，余下的一个管脚即为栅极G。对于有4个管脚的结型
注意不能用此法判定绝缘栅型场效应管的栅极。因为这种管子的输入电阻极高，栅源间的极间电容又很小，测量时只要有少量的电荷，就可在极间电容上形成很高的电压，容易将管子损坏。3、估测场效应管的放大能力
将万用表拨到R×100档，红表笔接源极S，黑表笔接漏极D，相当于给场效应管加之1.5V的电源电压。这时表针指示出的是D-S极间电阻值。然后用手指捏栅极G，将人体的感应电压作为输入信号加到栅极上。由于管子的放大作用，UDS和ID都将发生变化，也相当于D-S极间电阻发生变化，可观察到表针有较大幅度的摆动。如果手捏栅极时表针摆动很小，说明管子的放大能力较弱；若表针不动，说明管子已经损坏。
三、场效应管的参数
场效应管的参数不少，包括直流参数、交流参数和极限参数，但普通使用时关注以下主要参数：
1、I—饱和漏源电流。是指结型或者耗尽型绝缘栅场效应管中，栅极电压U=0时的漏源电流。DSSGS
2、U—夹断电压。是指结型或者耗尽型绝缘栅场效应管中，使漏源间刚截止时的栅极电压。P
3、U—开启电压。是指增强型绝缘栅场效管中，使漏源间刚导通时的栅极电压。T
众所周知，传统的MOS场效应管的栅极、源极和漏极大大致处于同一水平面的芯片上，其工作电流基本上是沿水平方向流动。VMOS管则不同，从左下图上可以看出其两大结构特点:第一，金属栅极采用V型槽结构；第二，具有垂直导电性。由于漏极是从芯片的背面引出，所以ID不是沿芯片水平流动，而是自重掺杂N+区(源极S)出发，经过P沟道流入轻掺杂N-漂移区，最后垂直向下到达漏极D。电流方向如图中箭头所示，因为流通截面积增大，所以能通过大电流。由于在栅极与芯片之间有二氧化硅绝缘层，因此它仍属于绝缘栅型MOS场效应管。
结型场效应管(JFET)的结构和工作原理
结型场效应管（JFET的结构和工作原理1. JFET的结构和符号D Os AN沟道JFET P沟道JFET2.工作原理（以N沟道JFET为例）N沟道JFET工作时，必须在栅极和源极之间加一个负电压——V GS< 0 ,在D-S间加一个正电压——V DS>0.栅极一沟道间的PN结反偏，栅极电流i G 0，栅极输入电阻很高（高达107以上）。
N沟道中的多子（电子）由S向D运动，形成漏极电流i D。
i D的大小取决于V DS的大小和沟道电阻。
改变V GS可改变沟道电阻，从而改变i D。
主要讨论V S对i D的控制作用以及V DS对i D的影响。
①栅源电压V GS对i D的控制作用当V GS V 0时，PN结反偏，耗尽层变宽，沟道变窄，沟道电阻变大，I D减小；V GS更负时，沟道更窄，I D更小；直至沟道被耗尽层全部覆盖，沟道被夹断，I D ~ 0。
这时所对应的栅源电压V GS称为夹断电压V P。
②漏源电压V DS对i D的影响在栅源间加电压V GS v 0 ,漏源间加正电压V DS > 0。
则因漏端耗尽层所受的反偏电压为V GD= V GS-V DS,比源端耗尽层所受的反偏电压V GS大,（如：V Gs=-2V, V DS =3V, V P=-9V,则漏端耗尽层受反偏电压为V GD=-5V，源端耗尽层受反偏电压为-2V）,使靠近漏端的耗尽层比源端宽，沟道比源端窄，故V DS对沟道的影响是不均匀的，使沟道呈楔形。
当V DS增加到使V GD=V GS-V DS = V P时，耗尽层在漏端靠拢，称为预夹断。
当V DS继续增加时，预夹断点下移，夹断区向源极方向延伸。
由于夹断处电阻很大，使V DS主要降落在该区，产生强电场力把未夹断区的载流子都拉至漏极，形成漏极电流I D。
预夹断后I D基本不随V DS增大而变化。
①V GS对沟道的控制作用当V GS< 0时，PN结反偏耗尽层加厚沟道变窄。
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结型场效应管（ＪＦET)得结构与工作原理1、JＦET得结构与符号
Ｎ沟道JFEＴP沟道ＪFET
２、工作原理（以N沟道JFEＴ为例)
N沟道JFET工作时,必须在栅极与源极之间加一个负电压-—VＧS＜0,在D－S间加一个正电压——V DS＞0、
栅极—沟道间得PN结反偏，栅极电流ｉG≈０,栅极输入电阻很高(高达10７Ω以上).
Ｎ沟道中得多子(电子)由S向D运动,形成漏极电流iＤ。
i D得大小取决于ＶDS得大小与沟道电阻。
改变ＶGS可改变沟道电阻，从而改变i D。
主要讨论V GS对i D得控制作用以及VＤS对iＤ得影响。
①栅源电压ＶGS对i D得控制作用
当VＧS〈0时，PN结反偏,耗尽层变宽，沟道变窄，沟道电阻变大，IＤ减小；ＶＧS更负时，沟道更窄，I D更小；直至沟道被耗尽层全部覆盖，沟道被夹断，IＤ≈０。
这时所对应得栅源电压V GS称为夹断电压VＰ。
②漏源电压ＶDS对i D得影响
在栅源间加电压V GS<０，漏源间加正电压ＶDS > 0。
则因漏端耗尽层所受得反偏电压为V GD＝V GＳ-V DS，比源端耗尽层所受得反偏电压V GS大，(如:VＧS=-2V, V DS =3V，V P=－９Ｖ,则漏端耗尽层受反偏电压为V GD＝—5V,源端耗尽层受反偏电压为－2V）,使靠近漏端得耗尽层比源端宽,沟道比源端窄,故V DS对沟道得影响就是不均匀得,使沟道呈楔形。
当V DS增加到使VＧD=ＶGS－VＤS＝V P时,耗尽层在漏端靠拢,称为预夹断。
当V DＳ继续增加时，预夹断点下移，夹断区向源极方向延伸。
由于夹断处电阻很大,使ＶDＳ主要降落在该区，产生强电场力把未夹断区得载流子都拉至漏极,形成漏极电流IＤ.预夹断后I D基本不随VＤＳ增大而变化。
①V GＳ对沟道得控制作用
当V GS<0时,PＮ结反偏→耗尽层加厚→沟道变窄。
VＧＳ继续减小，沟道继续变窄.当沟道夹断时，对应得栅源电压V GS称为夹断电压V P(或VＧS(ｏff) ）.对于N沟道得ＪFＥＴ,Ｖ
Ｐ〈0.
②V DS对沟道得控制作用
当ＶGS=0时,V DＳ→ＩD., G、D间PN结得反向电压增加，使靠近漏极处得耗尽层加宽，沟道变窄，从上至下呈楔形分布。
当V DS增加到使V GD=VＰ时，在紧靠漏极处出现预夹断。
此时ＶDＳ→夹断区延长→沟道电阻。
→IＤ基本不变.
③V GS与V DS同时作用时
当V P 〈VＧS〈0 时，导电沟道更容易夹断，对于同样得V DＳ，IＤ得值比V GS=0时得值要小。
在预夹断处，V GD=V GＳ—V DS＝ＶP（或V DS=VＧS－V P)、
综上分析可知
●沟道中只有一种类型得多数载流子参与导电,所以场效应管也称为单极型三极管。
●JFＥT栅极与沟道间得PＮ结就是反向偏置得，因此i G≈０，输入电阻很高。
●JＦＥT就是电压控制电流器件,iＤ受v GＳ控制.
ｌ预夹断前i D与v DS呈近似线性关系；预夹断后，i D趋于饱与。