Lab12. 場效電晶體之特性

1. Lab12. 場效電晶體之特性 電子電路實驗 Organized by Daw-Tung Lin , NTPU 1

2. 一、實驗目的 • 了解場效電晶體的正確偏壓方式及動作原理，並能繪出 之特性曲線。 Organized by Daw-Tung Lin , NTPU 2

3. 二、原理說明 • 場效電晶體(FET)分為兩大類，即接面場效電晶體(JFET)及金氧半場效電晶體(MOSFET)，其成員可利用下面樹狀結構表示： Organized by Daw-Tung Lin , NTPU 3

4. JFET與MOSFET控制通道寬度大小的原理不同，前者是利用空乏區大小來控制；後者則是利用閘極所加的正（或負）電壓大小來控制，所以它們可工作的閘極電壓範圍亦不相同，但是它們的直流特性曲線極為類似，均可分為三極體區、夾止區及截止區，而通道變化和產生的電流之間關係亦大致相同。JFET與MOSFET控制通道寬度大小的原理不同，前者是利用空乏區大小來控制；後者則是利用閘極所加的正（或負）電壓大小來控制，所以它們可工作的閘極電壓範圍亦不相同，但是它們的直流特性曲線極為類似，均可分為三極體區、夾止區及截止區，而通道變化和產生的電流之間關係亦大致相同。 Organized by Daw-Tung Lin , NTPU 4

5. JFET • 以JFET為例，JFET分為n通道和p通道兩種，差別在於元件的電流流通之通道，材料分成n型或p型。n通道的JFET電流靠電子傳送；P通道的JFET電劉則是靠電洞傳送。此兩類型JFET的所加偏壓與電流流向恰巧相反，但是動作原理完全相同。 Organized by Daw-Tung Lin , NTPU 5

6. 三、n通道JFET的基本特性 • n通道JFET的結構簡圖如下： 其中G為閘極(gate)、D為汲極(Drain)、S為源極(Source)。 Organized by Daw-Tung Lin , NTPU 6

7. 三、n通道JFET的基本特性 • 在G-S及D-S間加上偏壓，如下圖，討論電壓及電流的變化情形。 Organized by Daw-Tung Lin , NTPU 7

8. JFET電壓與電流變化 • 當 很小時： 考慮通道上下側所加的偏壓 及 ，因為 ，又此時 值很小，若加以忽略，則 。即表示通道上下側所加的偏壓大約相等，故形成的通道寬度平均，具有電阻的效應，此時 電流和 電壓為近似線性關係，稱為三極體區(triode region)。 Organized by Daw-Tung Lin , NTPU 8

9. JFET電壓與電流變化 (1) ，通道中的pn接面空乏區維持原狀，此時測得之 稱為 (汲-源極間飽和電流) (2) ，逆向偏壓使通道中pn接面的空乏曲變寬，故通道變小， 電流下降，如下圖： Organized by Daw-Tung Lin , NTPU 9

10. JFET電壓與電流變化 (3) ，當逆向偏壓到達 (夾止電壓)時，通道完全被空乏區占滿，故 為零，如下圖： Organized by Daw-Tung Lin , NTPU 10

11. JFET電壓與電流變化 2. 當 逐漸增加時： (1) ，此時通道中G-S間的pn接面空乏區維持固定，而G-D間的pn接面空乏區隨著 的增加而逐漸變寬，使通道形成一梯形的形狀，如下圖： Organized by Daw-Tung Lin , NTPU 11

12. JFET電壓與電流變化 承上頁，當 時，G-D間通道縮小至極限，如下圖， 電流達到飽和，不再隨 的 的變化而改變，此時稱JFET已被夾止(pinch off)。 Organized by Daw-Tung Lin , NTPU 12

13. JFET電壓與電流變化 (2) ，比較(1)中的 電壓，可知現在 更容易達到 a 的夾止情形，故夾止電流亦較(1)中為小，如P.9頁之個特性曲線。 Organized by Daw-Tung Lin , NTPU 13

14. 實驗使用材料 FET 2SK404 × 1 電阻 1KΩ× 1、10KΩ× 1 可變電阻 250KΩ × 1 Organized by Daw-Tung Lin , NTPU 14

15. 實驗 (1)-判斷FET閘極 • FET的G極與D、S兩極之間均為pn接面，故可用數位電表找出FET之閘極，利用數位電表上二極體的功能鍵，SK404的G端為正(接紅線)，另兩端為負(接黑線)，G端對另兩端皆有電壓值，用此特性找出G端。 Organized by Daw-Tung Lin , NTPU 15

16. 實驗 (2)-測量FET之 1. 將下面電路圖接妥。 Organized by Daw-Tung Lin , NTPU 16

17. 實驗 (2)-測量FET之 • 利用數位電表測量 值。 • 調整 ，觀察 值(即為 值)，填入下表中。 • 調整 ，重複(3)。 Organized by Daw-Tung Lin , NTPU 17

18. 實驗 (3)-測量FET之 1. 將下面電路圖接妥。 Organized by Daw-Tung Lin , NTPU

19. 實驗 (3)-測量FET之 • 利用數位電表測量 值，再測量 值。 • 調整 ，之後調整可變電阻RV250KΩ，觀察數位電表，直到 為止。 • 之後觀察 值，此時 值即為 值，並把結果記錄在下表。 Organized by Daw-Tung Lin , NTPU 19

20. 實驗 (4)-測量FET之 • 將下面電路圖接妥。 Organized by Daw-Tung Lin , NTPU 20

21. 實驗 (4)-測量FET之 2. 利用數位電表觀察 值，且用示波器觀察 值。 3. 調整 ，並依須記錄 值，直到 ，此時的 即為 。把量到的 記錄在下頁，並繪出曲線。 Organized by Daw-Tung Lin , NTPU 21

22. 轉導曲線(表一) & 轉導曲線圖 0 (V) Organized by Daw-Tung Lin , NTPU 22