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接面場效電晶體的特性與參數

接面場效電晶體. 8-1. MOSFET 的特性與參數. 8-6. 8-2. 接面場效電晶體的特性與參數. MOSFET 偏壓. 8-7. JFET 偏壓. 8-3. 絕緣閘雙極電晶體. 8-8. 8-4. 歐姆區. 故障檢修. 8-9. 金屬氧化物半導體電晶體. 8-5. 8-1 　接面場效電晶體. 基本結構 (Basic Structure). 圖 8-1 兩種JFET類型的基本結構圖。. 基本工作原理 (Basic Operation). 圖 8-2 n 通道JFET的偏壓。.

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  1. 接面場效電晶體 8-1 MOSFET 的特性與參數 8-6 8-2 接面場效電晶體的特性與參數 MOSFET偏壓 8-7 JFET 偏壓 8-3 絕緣閘雙極電晶體 8-8 8-4 歐姆區 故障檢修 8-9 金屬氧化物半導體電晶體 8-5

  2. 8-1　接面場效電晶體 • 基本結構 (Basic Structure) 圖8-1兩種JFET類型的基本結構圖。

  3. 基本工作原理 (Basic Operation) 圖8-2n通道JFET的偏壓。

  4. VGS對通道的影響 圖8-3VGS對通道寬度、阻抗及汲極電流的影響(VGG＝ VGS) 。

  5. JFET 符號 (JFET Symbols) 圖8-4

  6. 8-2　接面場效電晶體的特性與參數 • 汲極特性曲線 (Drain Characteristic Curve) 圖8-5　在VGS＝0時，顯示出夾止電壓的JFET集極特性曲線。

  7. VGS＝0V時，JFET 的操作情形，它形成從原點到崩潰點的汲極特性曲線。 圖8-6　在VGS＝0V時，用來畫出特性曲線的幾個JFET測量值。

  8. 圖8-6(續)　在VGS＝0V時，用來畫出 特性曲線的幾個JFET測量值。

  9. 夾止現象 圖8-7VGS往更負的方向增加的情況下， 夾止現象發生時的VDS值將越低。

  10. VGS控制 ID 圖8-8

  11. JFET截止狀態 圖8-9

  12. p通道JFET的偏壓 圖8-10

  13. 例題　8-1 • 圖8-11中JFET的VGS(off)＝－4V且IDSS＝12mA。試求當VGS＝0 V，元件工作於定電流區的最小VDD值？ 圖8-11

  14. 例題　8-1 • 解 • 既然VGS(off)＝－4V， VP＝4V。要讓JFET工作於定電流區最小VDS值為 • VGS＝0V時的定電流區中 • 汲極電阻的電壓降為 • 將克希荷夫定律應用在汲極電路上。 • 這是要讓元件工作於定流區且VDS＝ VP所需的VDD。

  15. JFET 通用轉換特性 (JFET Universal Transfer Characteristic) • 互導曲線(transconductance curve) 圖8-12n通道JFET的通用轉換特性曲線。

  16. 平方律(square law)的特性 • JFET 轉換特性曲線的外形近似拋物線，可以大概表示成 • 稱呼 JFET和MOSFET為平方律元件(square-law devices)

  17. 平方律(square law)的特性 圖8-13　 由n通道JFET汲極特性曲線 (垂直軸右方，綠色曲線) 畫出轉換特性曲線 (垂直線左方，藍色曲線) 。

  18. 例題　8-3 • 圖8-14中2N5459的JFET特性資料表顯示IDSS的典型值是9mA， VGS(off)的最大值是－8V。運用這些數據計算VGS＝0V、－1V 及－4V時的汲極電流。

  19. 例題　8-3 • 解 • 當VGS＝0V時， • 當VGS＝－1V，運用公式8-1解出 ID。 • 當VGS＝ －4V 時，

  20. JFET 特性資料表 圖8-14

  21. JFET 特性資料表 圖8-14(續)

  22. JFET 順向互導 (JFET Forward Transconductance) • 是當汲極對源極的電壓保持固定，改變一定的閘極對源極電壓△VGS時，所產生的汲極電流變化量△ID。它是以比值表示，單位是西門 (siemens, S) 。

  23. JFET 順向互導 (JFET Forward Transconductance) 圖8-15　偏壓點VGS改變，gm隨著改變。

  24. 轉換特性曲線 • 一般的特性資料表都會提供在VGS＝0V時量測的gm值 (gm0) 。例如，2N5457 JFET的特性資料表就記載著，當VDS＝15V，gm0 (gfs) 的最小值是1000  mho (mho 與siemens(S)是相同的單位)。 • 決定gm0後，我們可以利用下列公式，求得轉換特性曲線上任一點的gm近似值：

  25. 轉換特性曲線 • 利用IDSS和VGS(off)計算gm0

  26. 例題　8-4 • 圖8-14中2N5457 JFET特性資料表記載有下列數據： IDSS的典型值為3.0 mA， VGS(off)最大值是 －6V，且gfs(max)＝5000  S。運用這些數據計算當 VGS＝－4V時的順向互導及ID。

  27. 例題　8-4 • 解 • gm0＝gfs＝5000  S 。運用公式8-2計算gm。 • 其次運用公式8-1計算當 VGS＝－4V時的ID。

  28. 輸入電阻與電容 (Input Resistance and Capacitance)

  29. 例題　8-5 • 某個JFET當VGS＝－20 V時 IGSS＝－2 nA。試求輸入阻抗。

  30. 例題　8-5 • 解

  31. 交流汲極-源極間的電阻 (AC Drain-to-Source Resistance)

  32. 8-3JFET 偏壓 1.自給偏壓 2.分壓器偏壓 3.電流源偏壓

  33. 自給偏壓 (Self-Bias) • FET偏壓最常用的方式 圖8-16JFET自偏壓電路 (所有FET的IS＝ID) 。

  34. 自給偏壓 (Self-Bias)

  35. 例題　8-6 • 試求圖8-17中電路的VDS和VGS。電路中JFET的各內部參數gm、 VGS(off)及IDSS，導致汲極電流ID約為5mA。如果改為另一顆 JFET，即使同型號也不一定產生相同結果，這是因為內部參數變化的緣故。 圖8-17

  36. 例題　8-6 • 解 • 所以， • 既然 VG＝0 V，

  37. 設定JFET自給偏壓電路的 Q-點(Setting the Q-Point of a Self-Biased JFET)

  38. 例題　8-7 • 某 n 通道JFET自給偏壓電路，在VGS＝－5V時的轉換特性曲線，如圖8-18所示，試求RS值。 圖8-18

  39. 例題　8-7 • 解 • 由圖形中可知當VGS＝ －5 V，ID＝6.25 mA。可以計算RS如下：

  40. 例題　8-8 • 某 p通道JFET自給偏壓電路，其資料表之IDSS＝25 mA 且 VGS(off)＝15 V，試求其RS。假設 VGS＝5 V。

  41. 例題　8-8 • 解 • 運用公式8-1計算 ID。 • 現在，可以計算RS

  42. 中點偏壓 (Midpoint Bias) • 所以，選擇VGS＝ VGS(off) /3.4，就可以得到ID的中點偏壓。

  43. 例題　8-9 • 利用圖8-14的資料表，選擇圖8-19的RD和RS值，以使該電路大致上設定成中點偏壓。若資料表有VD，取其最小值；若無，則VD應該約為VDD的一半，即6V。 圖8-19

  44. 例題　8-9 • 解 • 對中點偏壓而言， • 且 • 然後

  45. 例題　8-9 • 解

  46. 圖形分析JFET自偏壓電路 (Graphical Analysis of a Self-Biased JFET) 圖8-20　自偏壓JFET及其轉換特性曲線。

  47. 畫出負載線 • 載線與轉換特性曲線的交點，就是電路的工作點，Q-點 圖8-21　自給偏壓電路的Q-點，是直流負載線 與轉換特性曲線的交點。

  48. 例題　8-10 • 試決定圖8-22 (a) 的JFET電路的Q-點。轉換特性曲線如圖8-22 (b) 所示。 圖8-22

  49. 例題　8-10 • 解 • 當ID＝0， • 此提供了負載線在原點上的一點。由轉換特性曲線可知， IDSS＝4 mA，所以ID＝ IDSS＝4 mA 時， • 此提供了負載線的第二個數據點4 mA和－2.72 V。利用上述兩點畫出負載線，在特性曲線與負載線的交點上取得ID和VGS，如圖8-22 (b) 所示。圖中顯示的Q-點數值為

  50. 分壓器偏壓 (Voltage-Divider Bias) • 源極電壓等於 • 利用下列分壓器公式，閘極電壓可以由R1和R2決定： • 閘極對源極電壓是 圖8-23n通道JFET的分壓器 偏壓電路 (IS＝ ID) 。

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