FET是“Field Effect Transistor,场效应晶体管”的英文缩写,它是由p型半导体和n型半导体所构成的pn结组成。
将FET与晶体管各个管脚的名字进行比较,FET的源极(S)相当于晶体管的发射极,栅极(G)相当于基极(B),漏极(D)相当于集电极(C)。
FET分为结型FET和MOSFET,MOSFET会在后面介绍。
结型FET的沟道构造方式
与晶体管的三明治结构不同,场效应晶体管的源极和漏极被连接在同一类型半导体的两端,电流ID(A)(称为漏极电流)在漏极和源极之间流动,而在漏极和源极之间的半导体则被称为沟道。
沟道为p型的场效应晶体管称为“p沟道FET”,沟道为n型的场效应晶体管称为“n沟道FET”。
栅极控制沟道耗尽层的宽度
控制沟道耗尽层的宽度的是栅极(控制沟道通过电流的能力)。栅极采用的是与沟道类型不同的导体(n沟道采用p型栅极,P沟道采用n型栅极),并与沟道相结合。
FET工作时pn结需要反方向偏置电压
当二极管两端的电源电压方向与pn结的p-n方向一致时,这种连接即为“正方向”。但是,FET的pn结需要与二极管连接相反的“n-p反向”连接才能正常工作。结型FET的pn两端的反向偏置电压VBIAS(V)(亦成为反向偏置)控制着FET的工作。
如果给结型FET的pn结施加正向偏置电压的话,FET将显示与二极管相同的特性。
加在栅极上的偏置电压像阀门一样控制电流的流通
以n沟道FET为例,FET的工作原理与晶体管是不同的。栅极和源极间pn结两端施加的电压VGS(V)(相当于晶体管基极电压VBIAS)为反向偏置电压,当该电压值较大时,沟道中的漏极电流ID就不能流通且耗尽层范围就会变得较宽广。
沟道中的非耗尽层的部分,是漏极电流ID流动的区域。栅极和源极间反向电压VGS(V)的大小控制着耗尽层的宽度,因此也就能(像水管中的阀门一样)控制着沟道中流过的漏极电流ID的大小。
结型FET的等效电路及特性
下图是关于n沟道FET的示意图
结型FET的等效电路
为了便于初学者的理解,本文采用等效电路来对电路的功能进行简单的描述。虽然这些等效电路是简化的,但它们对于实际电子电路的设计和分析仍然是不可或缺的。
跨导与电导(电阻的倒数)
跨导表示输入电压对输出电流的控制程度
当VGS的变化较大时,漏极电流ID的变化为VGS的2次曲线。
栅极电压为低于源极电位的反向偏置电压
栅极电压VG(V)比源极电压VS(V)低一些。在这个状态下,负电压VG(栅极与源极间的电压VGS)的值越大,漏极电流ID越小。
夹断电压和漏极饱和电流为两个重要参数
漏极电流ID为0A时的栅极与源极间电压VGS(V)被称为“夹断电压”VP(V)。栅极与源极间电压VGS为0V时的漏极电流ID(A)被称为“漏极饱和电流”IDSS(A)。
知识讲完了,一起来做几道练习题吧,看看大家掌握的如何?
1.晶体管与结型FET相比,试着考虑各自内部的pn结的数量有几个。从那个方面试着考虑工作方式的基本原理。
2.下图为栅极和源极间电压VGS与漏极电流ID的关系曲线,试给出VGS=-0.5V、VGS=-1.5V时的漏极电流ID。
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