三 fet的分类
fet的分类如下:
fet 结型fet(jfet) 耗尽型 n沟道
p沟道
绝缘栅极fet(mosfet) 耗尽型 n沟道
p沟道
增强型 n沟道
p沟道
下图是n型fet的结构图,左边是jfet,右边是mosfet。电流流过漏极和源极之间的部分称为沟道。jfet的栅极和沟道之间有等效二极管(pn结),所以称为结型fet。
p型fet是上图中p型半导体和n型半导体互换。
jfet工作时,栅极和沟道间的二极管处于截止状态,几乎没有电流流过栅极。
mosfet的栅极和沟道之间有绝缘膜,电流更小。
以上一节的fet基本放大电路为例,bjt的基极-发射极之间的二极管工作在导通状态。而jfet的栅极-源极间的二极管工作在截止状态(d点电压大于c点电压)。因此fet的栅极-沟道间流过的电流很小,只相当于二极管的反向漏电流,所以jfet本身的输入阻抗比bjt高的多。
mosfet的栅极由金属构成,它与半导体沟道之间有一层绝缘膜,形成三层结构。它的特点就是栅极与沟道间有绝缘膜,流过栅极的电流比jfet还要小很多,因此输入阻抗也比jfet高的多。
四 fet的电路符号
bjt中的箭头符号表示电流流动方向。fet中的箭头不代表电流流动方向,只表示极性(即pn节的极性)。
jfet的漏极和源极在大多数情况下是没有区别的,即使调换它们的极性,也能正常工作。jfet的源极和漏极之间没有pn结,有的是同一导电类型的半导体(n沟道是n型,p沟道是p型)。不过在高频应用领域,jfet的源极和漏极的物理形状不同,当两个fet串联连接时,漏极和源极有区别,不能调换。
mosfet的漏极和源极,结构不同,电路符号也不同。在应用时,不能将漏极和源极调换工作。
五 jfet的传输特性
fet是通过栅极上所加电压控制漏极-源极间电流的电压控制器件。其中一个描述fet特性的参数叫做传输特性曲线。它表示漏极电流id和栅极-源极间电压vgs 的关系。
下图是安森美的n通道 jfet 2n5457的spec。
当vgs=0v时,jfet的漏极电流id最大,称为漏极饱和电流idss。通常的jfet的idss在1ma~十几ma之间。它代表着漏极和源极之间可以流过的最大电流,超过此电流,jfet会被烧毁。下图的idss大约在1.1ma左右。当vgs从0v向x轴负方向移动,即vs>vg时,id会减小。最终当vgs=-1.2v时,id变为0。此时的vgs称为夹断电压vp。当vgs越过vp,继续向负方向移动时,此jfet处于截止状态。
p沟道jfet的特性和n沟通相反。如下是安森美 p沟道jfet 2n5460的传输特性曲线。无论是n沟道的jeft,还是p沟道的jfet,都是 vgs为0时,id电流最大。
六 jfet放大倍数 跨导gm
bjt是以流过基极的电流ib去控制集电极电流ic,因此ic与ib的比值就是直流放大系数hfe。对于fet,是通过改变vgs去控制id。它们的比值称为跨导gm,它的单位是西门子[s]。下图中曲线的斜率相当于gm。gm意味着当输入电压vgs变化时,输出电流id的变化幅度,可以认为是器件本身的电流对电压的增益。在fet放大电路中,gm越大,则电路的增益越大,具有能够减小输出阻抗的优点。缺点则是gm大的fet,输入电容大,导致高频特性差。还有就是流过栅极的漏电流大(输入阻抗低)。
七 实际jfet器件的跨导
实际jfet的idss具有很大的分散性,这也意味着id=0时,夹断电压vp不同。以2n5457的spec为例,在它的spec中,有三组曲线表示不同的夹断电压vp。或者说当希望流过id的电流是1ma时,同一型号不同颗的2n5457需要的vgs电压不同。
实际设计电路时,从jfet spec的传输特性曲线中,先找到需要的idss,由此确定vgs值。
八 mosfet的传输特性
mosfet分为耗尽型和增强型。
耗尽型: 下图是n沟道耗尽型mosfet的传输特征曲线。耗尽型mosfet由于在vgs=0v时,仍旧有电流id流过(也被称为常开器件)。即使vgs越过0v,id也还会继续增加。所以很难应用在开关电路和功率放大电路。不过可以用在高频放大电路,构成偏置电路。p沟道耗尽型mosfet的型号没找到(可能使用场景少,网上没找到具体的型号)。
增强型: 下图是增强型mosfet的传输特征曲线。它的vgs=0v时,id是零(也被称为常关器件)。换句话说,增强特性是指当vgs不在正的电压范围时就没有id流过(p沟道时vgs的极性相反)。
把vgs看成vbe,就可以采用与晶体管相同的偏置方法,使增强型mosfet与bjt在电路中互换。目前在开关电路、调节器、电机驱动、功率放大电路中使用的额都是增强型mosfet。
mosfet的跨导gm与jeft的一样,是△vgs与△id的比值,即传输曲线函数的斜率。
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