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20 第五章 理想JFET的I-V特性

* Physics of Semiconductor Devices * Physics of Semiconductor Devices JFET特性分析 §5.2 1、JFET的静态特性 2、小信号参数与等效电路 3、JFET的截止频率 4、沟道夹断后的JFET性能 Outline 一 JFET的静态特性 低电压时,漏极电流与电压成正比。 原点附近,曲线斜率是栅压的函数。 夹断曲线 JFET的I-V特性 + 多项式展开 线性区的电流-电压方程: 1、线性区 上式反映了:1、漏极电流对漏极电压的线性依赖关系; 2、栅压对I-V曲线斜率的影响。 G0为没有任何耗尽层时的沟道电导 2、饱和区 在夹断点,漏极和栅极上的偏置电压的大小满足条件: + 漏极电流和栅压的函数关系,反映了栅压对漏极电流的控制作用,称为JFET的转移特性。 JFET的转移特性曲线 IDSS栅极电压为零时的漏极饱和电流 即使y方向为任意非均匀的杂质分布,所有JFET的转移特性都落在两条曲线之间。在放大应用当中,JFET通常工作在饱和区,并且在已知栅电压信号时,可利用转移特性求得输出的漏极电流。 实验发现: 二 小信号参数与等效电路 1、线性区漏极导纳 漏极导纳与外加栅电压的关系。这种特性使得JFET适用于作电压控制的可变电阻 2、线性区跨导 3、饱和区跨导 线性输出导纳等于饱和跨导。 跨导的理论曲线和实验曲线的比较 跨导较小时,两者吻合较好;跨导较大时,误差较大,此时需考虑靠近源端和漏端的串联电阻的影响,必须对跨导理论公式进行修正。 较小 具有漏电阻和源电阻的JFET 4、交流小信号分析 交流漏电压和交流栅电压叠加到相应的直流电压上,且假设JFET能跟得上交流电压的变化: 或: 第一项展开成泰勒级数,保留直流电压和交流电压的线性项,可得: 分别表示沟道导纳和跨导 考虑源漏串联电阻的影响,其端电压-电流方程表示为: 因此: 对于小信号参数,上式改写为: 可得: 移项得到: + 因此,具有串联电阻的导纳分别表示为: 可见:由于串联电阻的存在,跨导和导纳都变小 对于实际的JFET还需考虑栅极漏电流的影响。由于较大表面漏电流的存在,可以严重降低JFET的输入阻抗。 除串联电阻作用外,在栅和沟道之间的PN结在反偏压下具有结电容,栅极总电容可以表示为: 平均耗尽层宽度。因子2考虑了两个PN结的作用。 结面积 在VG=0,且处于夹断条件时,平均耗尽层宽度为a/2,则夹断时的栅电容为: 为简化设计,往往用两个集总电容,即栅-漏电容Cgd和栅-源Cgs电容来表示,而不管栅电容的实际分布性质如何。此外,器件封装要在漏和源两端引起一个小电容Cds。电阻rgd、rgs表示栅极漏泄电流,通常较大,对于大多数实用的目的可以忽略不计。电阻rds为有限的漏极电阻,是由沟道长度的调制引起的,典型值在100~200kΩ。 参数说明: 小信号等效电路 简化的等效电路 简化 三 JFET的截止频率 截止频率定义为不能再放大输入信号时的最高频率。当通过输入电容的电流与输出的漏极电流相等时,达到增益为1(不再放大)的条件。 输入 输出 简化的小信号等效电路

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