有关“结型场效应管JFET”的那些事

想学维修

hulx 发表于 2015-5-16 19:57
感谢大老远跑来回帖，受累了！

兄弟这话让我摸不着头脑……
大概你是说水区过来很远吧～
你继续，我看着…

西雅图夜未眠

感谢楼主的分享

hulx

上面这些知识搞懂，需要点时间去理解。本来没必要说下面的了，就当是题外话吧，改个方式，Q&A。

Q1：JFET工作区有几个？
A1：1、击穿区：器件物理损坏了，这发生在Vds超过器件极限参数，不在正常工作区内。
2、夹断区：|Vgs|>|Vp| 时，管子彻底夹断，Id=0，除非你为了特殊设计，一般不会让它工作在这里。
3、恒流区：此区内，Id仅由Vgs控制，跟Vgs无关。应用场合：放大器、恒流源。
4、可变电阻区：此区内，Id跟Vds成正比，完全表现出电阻的伏安特性，Vds/Id就是电阻值Rds，决定电阻值的是Vgs，所以是电压控制的电阻。应用场合：压控增益放大器，自动增益控制电路等。

Q2：工作区有预夹断区吗？
A2：0hmmmmm，这个好像真没有，正常的工作区只有可变电阻区和恒流区，非此即彼。如果把耗尽层完全夹断之前的微小电流区域叫成这个，那是望文生义的想象，这个跟预夹断根本没有关系。

Q3：预夹断究竟是咋回事？
A3：预夹断发生在漏极一侧的耗尽层刚好碰上，就是1L图1.4.4 b的情形，继续增大Vds，进入恒流区，耗尽层闭合的长度增加，直至完全夹断。Vgs不同，预夹断位置不同。图1.4.5 输出特性上面的虚线清楚地表示了预夹断轨迹。

Q4：那预夹断有什么用呢？
A4：预夹断点就是可变电阻区和恒流区的分界线，可以准确判断电路中JFET的工作区。
预夹断时：   Vds=Vgs-Vp，
在恒流区：   Vds>Vgs-Vp，
可变电阻区：Vds<Vgs-Vp，

Q5：到底哪里是夹断电压，100uA、50uA、20uA还是10uA，说法很乱，我都不知道信谁了。
A5：根据夹断电压的定义，是Vds一定时，漏极电流Id=0时的栅源电压Vgs。至于100uA、50uA、20uA还是10uA，都是规定一个电流很小的条件。看转移特性，横轴夹断电压Vp左侧，Id一直都等于0，对应的那么多Vgs值就没有意义了，规定了一个足够小的电流，就有了标准。要是你有足够小量程的电流表，完全可以在更小的电流下比如nA级甚至pA级测试，但是意义不大。

Q6：输出曲线和输入曲线是各说各话的吗？
A6：你的问题让我很吃惊！转移特性和输出特性曲线都是表述一只JFET特性的，侧重点不同。
转移特性曲线上面能读出的参数：饱和漏极电流Idss，跨导Gm，夹断电压Vp。
输出特性曲线上面能读出的参数：恒流区漏源电阻Rds，可变电阻区各种Vgs下的Rds。
前面讲过，转移特性曲线完全可以由输出特性得到。方法是：
1、输出特性曲线左边画转移特性坐标，Vgs做横轴，Id同样做纵轴；
2、转移特性曲线Vds处画垂线，和曲线各Vgs有很多交点，交点画水平线作为转移特性的Id轴坐标，对应的Vgs就是水平坐标画点。连接Vgs不同的各点，就得到一根转移特性曲线。
3、如果你愿意，改变Vds，重复2，可以得到很多根转移特性曲线。

码字很累，待续。

想学维修

hulx 发表于 2015-5-17 09:30
上面这些知识搞懂，需要点时间去理解。本来没必要说下面的了，就当是题外话吧，改个方式，Q&A。

Q1：JFE ...

感谢辛苦码字了，看了这个，可以明白不少～

uikyhuang

高大上，看不懂。不过也要支持楼主一下

四离谱

楼主，建议你将内容统一编辑到一楼位置。以便讨论或方便他人阅读。
这个JFET原理里的“预夹区”的确是比较少有直观的科教资料。希望这贴能带来更实在的价值。

LeonBernieniv

不是吧？电阻区、可变电阻、压控电阻，随便怎么说都是jfet的基础，教材里抄来抄去都不会遗漏的，只是大部分人都是读过就忘而已……

zjmcxf

留个记号，认真看看。这事闹大了

hulx

四离谱 发表于 2015-5-19 14:00
楼主，建议你将内容统一编辑到一楼位置。以便讨论或方便他人阅读。
这个JFET原理里的“预夹区”的确是比较 ...

感谢关注！帖子发送之后就不可编辑，一楼的第一图就发现漏掉补在后面，已申请版主帮忙。

hulx

LeonBernieniv 发表于 2015-5-19 14:54
不是吧？电阻区、可变电阻、压控电阻，随便怎么说都是jfet的基础，教材里抄来抄去都不会遗漏的，只是大部分 ...

您说得对，其实教材写的都很清楚，但是没几个人愿意看，总想找捷径，想用别人说的一句、两句话就想了解它。等我继续。

牛哥

帖子到现在,可以发言了吧?
我想既然有个"饱和区",还有一条"预夹断曲线","预夹断曲线"的左侧的"可变电阻区",是不是就是有人提起过的"预夹断区"?

hulx

我们继续哈。今天我们一起来DIY一个你自己的JFET，怎么样，是否有兴趣？

书上讲JFET原理，一般离不开半导体结构图，就像前面教材截图1.4.1或者更直接一点的图1.4.2。如果想深入了解JFET的原理，真得看这个。有人曾用自来水龙头来比喻JFET，虽然很形象，但是这只能是入门级别的。如果想登堂入室，这样远远不够，因为水龙头远不能表达JFET的全部性能。退一步讲，水龙头也可以拿来理解双极型三极管（BJT），并没有任何不妥，那又何以区分JFET和BJT ！如果非要想靠比喻来说明JFET，我倒是更愿意用压控可变电阻和压控恒流源的结合体，这样我们才能离实际的JFET更近一些。

按照这个思路，我们就用可变电阻和恒流源，step by step，亲手“制造”一只JFET，是的，你没看错，Do it by yourself！

step 1
电阻——最常用的无源线性元件，初中物理讲到的欧姆定律实际上就是讲电阻在电路中的特性，电阻的伏安特性很好地描述了欧姆定律。

如下图就是100,200,500欧姆电阻的伏安特性。

细心的你会发现，曲线并没有无限延伸，因为我们是为了一个既定的目标，到了后面就会明白。你可以认为那只100欧姆电阻只能通过10mA电流，或者那个200欧电阻流过4.5mA以上电流就会因为过热烧毁，就算缺陷放这里吧。

我们常用的电位器就是可变电阻，只是改变阻值需要用手来旋转手柄或者使用改锥旋转调节装置。既然如此，我们认为它们都是手控的可变电阻。在可变电阻的任何位置上的电阻值都会对应出一条伏安特性曲线。

step 2
恒流源——恒流源是输出电流保持恒定的电流源，而理想的恒流源应该具有以下特点：
    a)不因负载(输出电压)变化而改变；
    b)不因环境温度变化而改变；
    c)内阻为无限大（以使其电流可以全部流出到外面）。

以上斜线部分内容摘自百度百科，就当我是偷懒吧。下图，是1.2mA，4.5mA和10mA恒流源的伏安特性。曲线起点处不完全，理由同上。

step 3

上面两张图合起来，怎么样？知道前面的缺陷是咋回事了吧？：)

这是什么？一个可变电阻和一只输出电流可变的恒流源。
咦？跟JFET的输出特性曲线有些相像哎……

step 4
只是转折太生硬了！但这就是我们合成的一只JFET，它的性能可能比实际的任何一只JFET都好。这样说是因为：转折清晰，电阻的线性完美，恒流源的特性更接近理想的恒流源，因此用来说明原理更容易理解。
只要制造工艺允许，我们也一定可以真的制造出这样一只JFET。

那么如何调整这个可变电阻和恒流源的输出电流呢，前面讲过JFET是电压控制元件（和BJT是电流控制元件有着本质区别的地方），那就用电压来控制这一切。什么电压这么厉害？就是栅源电压VGS，对于N沟道耗尽型JFET来说，这个电压是负值，这才有了高输入阻抗的特性，才有了对漏极电流的控制。就像前面说的，这个JFET就是一个压控可变电阻和压控恒流源的结合体。

如何完成可变电阻和恒流源的转换？在VGS为一定的前提下，它发生在VDS电压和特定JFET的夹断电压VP满足一定关系的点上，预夹断点恰恰就满足这样的关系。

上图就是它的输出特性曲线。纵轴是漏极电流ID(mA)，横轴是漏源电压VDS(V)，那3根线就是VGS不同时的伏安特性，但是不止这三根，中间还有很多条。

看图来找一下我们亲手DIY的这只JFET的参数：

夹断电压：VP=-1V；

饱和漏极电流：IDSS=10mA；

跨导：Gm=27.5mS @ID=4.5-10mA

             Gm= 16.5mS@ID=1.2-4.5mA
怎么来的？留给大家思考。

用这只JFET来温习一遍JFET的原理：

待续……

hulx

牛哥 发表于 2015-5-19 20:43
帖子到现在,可以发言了吧?
我想既然有个"饱和区",还有一条"预夹断曲线","预夹断曲线"的左侧的"可变电阻 ...

确实有把可变电阻区叫做预夹断区的，为了避免歧义，这里有意避免了这个叫法，并不影响理解JFET的原理。但是预夹断很重要。
你说的那个时候还没到哈。多谢关注！

hulx

tsyg99 发表于 2015-5-19 20:37
我都看了好多遍，其实几年后也基本忘记完了，
但在使用时，抓住2个关键点就可以了
1、最理想的电流；

感谢大侠关注。

hulx

zjmcxf 发表于 2015-5-19 17:56
留个记号，认真看看。这事闹大了

这位女侠有点眼熟啊

山巅一寺一壶酒

非常用心的科普贴。收藏好好学习。

kpwj

唉,都不容易,头疼、头疼

hulx

继续哈！

在22L里的Q&A之6里面说明了如何从输出特性曲线得到输入转移特性曲线，前面我们DIY的那支JFET也不例外。于是得到下面的转移特性曲线：

首先，看最上面的“一”根，说是一根，其实这里远不止这一根，是很多根曲线重合在一起的。

这说明一个事情，就是VDS>-VP时，转移特性曲线相同。和输出特性曲线对应，这一根曲线代表了恒流区的全部特性。

必须说明的是，因为我们DIY的这个JFET太理想了，跟实际的JFET是有差别的。实际情况是，VDS>-VP时，转移特性曲线并未重合而是离的很近。

接下来，在饱和区下面有很多根曲线，换言之，在饱和区那根曲线下面的区域的无数根曲线簇，它们就代表了可变电阻区的特性。

8L说的其实跟本楼是同样一个概念。

lzw077

收藏好好学习。