3.2　结型场效应管

结型场效应管也有N沟道和P沟道两大类，本节将以N沟道结型场效应管讨论这种管子的工作原理、特性及主要参数。

3.2.1　结型场效应管工作原理

图3.6（a）所示为N沟道JFET的结构示意图，在一块N型半导体的两侧，各制成一个高掺杂的P+区，形成两个PN结（也称耗尽层）。

将P+区引出两个电极并连接在一起，为栅极G，在N型半导体两端各引出一个电极，分别为源极S和漏极D。两个PN结中间的N区是导电沟道，结型场效应管属于耗尽型。这种结构的管子称为N沟道JFET，其电路符号如图3.6（b）所示。

P沟道JFET导电沟道是P区，栅极与N+区相连，其电路符号如图3.6（c）所示。

N沟道JFET工作于放大电路时，在漏极D和源极S之间需加正向电压，即uDS>0，这时N沟道中的多数载流子（电子）在电场作用下，形成漏极电流iD。为了控制漏极电流，在栅极G与源极S之间必须加反向电压，即要求uGS<0，两个PN结均反向偏置，栅极电流iG≈0，JFET呈现高达107Ω以上的输入电阻。

当uGS由零值向负值变化时，两个PN结的耗尽层加宽，则导电沟道变窄，沟道电阻增大，在一定uDS下，漏极电流iD减小。当uGS继续向负值变化到一定值时，两侧耗尽层将在中间全部合拢，导电沟道全被夹断，使iD=0。导电沟道刚发生全夹断时的uGS亦称为夹断电压，记作UGS（off）。

归纳

JFET是利用PN结上外加电压uGS所产生的电场效应来改变耗尽层的宽窄，以达到控制漏极电流iD的目的，这就是结型场效应管名称的由来。

3.2.2　结型场效应管特性曲线

N沟道结型场效应管和P沟道结型场效应管的漏极特性和转移特性如表3.1所示。

由结型场效应管的转移特性来描述iD与uGS之间的关系，只要uDS>|UGS（off）|，管子肯定工作在恒流区，此时iD也可近似地用式（3.4）表示。

3.2.3　场效应管主要参数

1.直流参数

①开启电压UGS（th）（UTN和UTP）：它是增强型场效应管的一个重要参数。它表示增强型场效应管开始产生沟道UGS电压值。NMOS管UGS（th）为正值，PMOS管UGS（th）为负值。

②夹断电压UGS（off）：它是耗尽层场效应管的一个重要参数。它表示当UDS一定时，使ID减小到某一个微小电流时所需的UGS值。

③漏极饱和电流IDSS：也称零偏漏极电流，它也是耗尽层场效应管的一个重要参数。它表示当栅极和源极之间的电压UDS等于零，而漏极和源极之间的电压大于夹断电压时对应的漏极电流。

④直流输入电阻RGS：它是场效应管栅极和源极之间的等效电阻，它表示栅源电压与栅源电流之比，一般为109～1012Ω。

2.交流参数

①跨导：该参数表示栅源极之间电压对漏极电流的控制能力，是反映管子放大性能的重要参数。

　　（3.5）

若ID的单位是mA，UGS的单位是V，则gm的单位是mS。N沟道绝缘栅增强型场效应管的跨导gm的数值可由下式近似求得：

　　（3.6）

N沟道结型场效应管的跨导gm的数值可由下式近似求得：

　　（3.7）

②极间电容：这是场效应管3个电极之间的等效电容，包括CGS、CGD、CDS。极间电容愈小，则管子的高频性能愈好。极间电容一般为几个皮法。

3.极限参数

①最大漏极电流：它是管子在工作时允许的最大漏极电流。

②漏极最大允许耗散功率PDM：场效应管的漏极耗散功率等于漏极电流与漏极和源极之间电压的乘积，这部分功率将转化为热能，使管子的温度升高，漏极最大允许耗散功率决定于场效应管允许的温升。

③漏源击穿电压U（BR）DS：这是在场效应管的漏极特性曲线上，当漏极电流ID急剧上升产生雪崩击穿时的UDS。工作时外加在漏极和源极之间的电压不得超过此值。

④栅源击穿电压U（BR）GS：MOS场效应管的栅极与沟道之间有一层很薄的二氧化硅绝缘层，当UGS过高时，可能将二氧化硅绝缘层击穿，使栅极与衬底发生短路。这种击穿不同于一般的PN结击穿，而与电容器击穿的情况类似，属于破坏击穿。栅源间发生击穿，MOS场效应管即被破坏。结型场效应管正常工作时，栅源之间的PN结处于反向偏置状态，若UGS过高时，PN结将被击穿。

3.2.4　场效应管使用注意事项

①根据场效应管的结构，通常漏极和源极可以互换。但大部分产品出厂时已将源极和衬底连接在一起，这时漏极和源极不能互换。

②场效应管各极间电压的极性要正确接入，结型场效应管的栅源电压不能接反，但可以在开路的状态下保存。而MOS场效应管无论在存放还是在工作中，都不应使栅极悬空，并且应在栅极和源极之间提供直流通路或加双向稳压管保护。结型场效应管可以用万用表检测，而MOS场效应管不能用万用表检测。

③焊接场效应管时，电烙铁必须有外接地线，以屏蔽交流电场。特别是焊接MOS场效应管时，应采用等电位焊接方法或利用烙铁余热焊接。

思考题

1.结型场效应管的导电原理如何？

2.说明场效应管的放大能力由什么参数决定？

3.应如何保存和焊接MOS场效应管？