结型场效应晶体管的工作原理及应用

1.结型场效应晶体管的结构和符号

结型场效应晶体管是利用半导体内的电场效应工作的，分N沟道和P沟道两种。在同一块N型半导体上制作两个高掺杂的P区。并将它们连在一起，所引出的电极叫栅极G，N型半导体的两端分别引出两个电极，一个称为漏极D，一个称为源极S。P区和N区的交界面形成耗尽层，漏极和源极间的非耗尽层区域称为导电沟道。由于D、S间存在电流通道，故称为N沟道结型场效应晶体管。P沟道结型场效应晶体管是在一块P型半导体的两侧分别扩散出两个N型区，结构与N沟道型类似。它们的结构和电路符号如图7-30所示。

2.结型场效应晶体管的工作原理

（1）在栅-源间加负电压E_G令E_D=0当E_G=0时，为平衡PN结，耗尽层最窄，导电沟道最宽；当E_G↑时，PN结反偏，耗尽层变宽，导电沟道变窄，沟道电阻增大，如图7-31a所示；当E_G↑到一定值时，沟道会完全合拢，沟道电阻无穷大，此时E_G的值为夹断电压，如图7-31b所示。因此，栅-源电压控制沟道电阻，进而改变漏极D与源极S之间的电流（如同漏斗一样，控制漏斗的口径，改变通过漏斗孔的流量）。

（2）在栅-源间加负电压E_G令E_D≠0 E_D的存在，使得漏极D附近的电位高，而源极S附近的电位低，即沿N型导电沟道从漏极到源极形成一定的电位梯度，这样靠近漏极附近的PN结所加的反向偏置电压大，耗尽层宽；靠近源极附近的PN结反偏电压小，耗尽层窄，导电沟道成为一个楔形。

图7-30 结型场效应晶体管的结构和符号

a）N沟道 b）P沟道

图7-31 栅-源电压对沟道的控制作用

a）耗尽层变宽 b）导电通道被耗尽层夹断 c）E_D≠0导电通道呈楔形

3.结型场效应晶体管的特性曲线(www.xing528.com)

（1）转移特性曲线 转移特性曲线是在一定的漏-源电压U_DS下，栅-源电压U_GS与漏极电流I_D之间的关系。当U_GS=0V时，此时的I_D称为饱和漏极电流I_DSS，使I_D接近于零的栅极电压称为夹断电压U_GS（off），如图7-32a所示。

I_D=I_DSS（1-U_GS/U_P）2（当U_P≤U_GS≤0）

图7-32 结型场效应晶体管的特性曲线

a）转移特性曲线 b）输出特性曲线

（2）输出特性曲线 也称为漏极特性曲线，它是在U_GS一定时，U_DS和I_D之间的关系曲线。可分为三个区域：可变电阻区、恒流区和击穿区，如图7-32b所示。

可变电阻区是因为在U_DS<|U_P|的区域，I_D随U_DS线性变化，而且其电阻随U_GS增大而减小，呈现出可变电阻特性。

恒流区中，当U_DS进一步增大时，I_D基本不随U_DS的变化而变化，只受U_GS的控制而呈线性变化，即图7-32b中的恒流区，这也是场效应晶体管在模拟电子电路中的主要工作区域。

U_DS一定时，漏极电流变化量ΔI_D与栅-源极电压变化量ΔU_GS之比称为场效应晶体管的跨导，用g_m表示。

g_m=ΔI_D/ΔU_GS

g_m的单位是西门子（S），它反映了U_GS对I_D的控制能力。当继续增大时，由于反向偏置的PN结发生了击穿现象，突然上升。一旦管子进入击穿区，如不加限制将导致损坏。