實驗十三 接面場效電晶體特性(JFET) 實驗目的 學習量測並描繪接面場效電晶體(JFET)的汲極特性曲線。

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1 實驗十三 接面場效電晶體特性(JFET) 實驗目的 學習量測並描繪接面場效電晶體(JFET)的汲極特性曲線。
電子學實驗 陳瓊興編

2 場效電晶體(FET) 場效電晶體 接面場效電晶體(JFET): N channel and P channel
MOSFET: NMOS and PMOS CMOS(互補式MOS) IC 4XXX系列 電子學實驗 陳瓊興編

3 接面場效電晶體 (a)N通道 (b)P通道 圖13-1 接面場效電晶體電 電子學實驗 陳瓊興編

4 電子學實驗 陳瓊興編

5 JFET之特性與參數 (a) VGS=0V但VDS隨VDD改變 電子學實驗 陳瓊興編

6 JFET之特性與參數 （b）汲極電流曲線 圖13-2N通道JFET的汲極電流曲線之形成 電子學實驗 陳瓊興編

7 JFET之特性與參數 當VDD從0開始增加時，ID會依比例而增加，如圖中的A點至B點之間。在這區間內，通道的電阻值是定值，因為空乏區的寬度在此時並沒有造成太大的影響。這一區段稱之為歐姆區，因為VDS和ID的關係符合了歐姆定律。在圖中由B點開始，曲線變為幾乎水平且ID基本上為一定值。由B點到C點間，VDS逐漸增加，但閘極與汲極間的逆向偏壓VGD所形成之空乏區大到足以抵消 VDS 之增加量而使ID維持定值。 電子學實驗 陳瓊興編

8 夾止(pinch-off) 在VGS=0時，ID由歐姆定律的線性關係轉變成常數時，其所對應的VDS值稱為夾止電壓(pinch-off voltage) VP 。對一個JFET來說，其VP為定值。如前所述，超過夾止電壓後，VDS雖持續增加，汲極電流ID仍維持定值。此汲極電流值是為IDSS(閘極短路情形下汲極至源極的電流)，且在JFET之規格表中均會標示出來。IDSS為特定的JFET之最大汲極電流值，與外接的線路無關，且均是在VGS=0的情況下所得到的。 C點為崩潰點。當VDS值超過C點後，ID值會隨VDS的增加而快速地增加。因為崩潰會導致元件永久的損壞，故JFET的操作點必須低於崩潰點而且常在定電流區(圖中的B、C點之間)。 電子學實驗 陳瓊興編

9 截止(cut-off) 當ID約為0時，VGS之值被稱為截止電壓VGS(off)。JFET必須維持在VGS=0及VGS(off)之間才能正常工作。在閘-源極電壓範圍內， ID之值最大為IDSS，最小則幾乎為0。 夾止與截止並不相同，但二者之間有相當關聯。VP是在VGS=0且汲極電流為定值的情況下所量測到的VDS值。然而，在VGS不為0時所對應之夾止電壓VDS會小於VP 。雖然VP為定值，但隨著VGS的改變，使ID維持定值之最小VDS值會因此改變。 VGS(off)與VP必為值相等而符號相反的數值。一般JFET的規格表上會標示其中之一， VGS(off)或VP 。 電子學實驗 陳瓊興編

10 N通道JFET之偏壓 圖13-3 （a）N通道之JFET經偏壓情形 電子學實驗 陳瓊興編

11 汲極特性曲線 圖13-3 （b）汲極特性曲線圖 電子學實驗 陳瓊興編

12 P通道JFET之偏壓 圖13-4 P通道之JFET經偏壓後情形 電子學實驗 陳瓊興編

13 規格表提供之曲線圖 電子學實驗 陳瓊興編

14 JFET的轉換特性 圖13-5 JFET轉換特性曲線
JFET在VGS=0到VGS(Off)之間可以控制汲極電流。對N通道而言，VGS(off)為負值，對P通道而言， VGS(off)則為正。 JFET的轉換特性曲線實際上為一拋物線且可以下式表示之 圖13-5 JFET轉換特性曲線 電子學實驗 陳瓊興編

15 JFET自給偏壓 (b)P通道 (a)N通道 圖13-6 JFET自給偏壓 電子學實驗 陳瓊興編

16 分壓器偏壓直流分析 圖13-7使用分壓器偏壓的N通道JFET 電子學實驗 陳瓊興編

17 分壓器偏壓圖解分析 圖13-8 JFET以分壓器偏壓時的DC負載線 電子學實驗 陳瓊興編

18 實驗說明 圖13-19 電子學實驗 陳瓊興編

19 圖13-10(a) JFET分壓式偏壓電路 圖13-10 (b) JFET汲極特性曲線圖 電子學實驗 陳瓊興編