電子學 第八版 Floyd 第八章.

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1 電子學 第八版 Floyd 第八章

2 摘要 場效電晶體 場效應電晶體的概念首先由物理學家和發明家Julius Lilienthal提出，並在1930年獲得美國專利。
他的想法以後再被研究發展成FET，當時並沒有材料可製造該元件，直到1950年才製造出實用的FET，目前FET廣泛使用於積體電路。

3 摘要 場效電晶體 JFET(接面場效電晶體)是一個平常導通的元件，如圖所示是一個n通道的元件。若相對於源極，汲極的電壓是正電壓，且閘極源極間沒有電壓，就會有電流在通道流動。 當FET的閘極是負電壓時，電場會造成通道狹窄，引起電流減少。 D

4 摘要 場效電晶體 如同雙極性電晶體的偏壓，有兩類JFET：n通道和p通道。直流電壓對每種類型的極性是相反的。
如圖所示是一個n通道的JEFT，具有適當極性的偏壓。對一個n通道的元件，閘極隊對源極總是工作在負電壓(或零伏特) 汲極 閘極 D 源極

5 摘要 場效電晶體 如圖所示，在一個JEFT的特性曲線，可分成三個區域。在這個例子 VGS = 0V。
在A 和 B 之間是歐姆區，在這裡電流和電壓的關係是歐姆定律。 歐姆區 VGS = 0 從B 到C 是動作區(或定電流區)在這裡電流對VDS本質上是獨立的。 D 超過C的部份是崩潰區，在這裡動作可能會破壞 FET。 動作區 (定電流區) 崩潰區 (夾止電壓)

6 摘要 場效電晶體 當VGS被調整到不同的電壓值時，在VDS 與ID之間發展成這個元件的特性曲線家族。
如圖所示是一個n通道特性曲線。注意VP 是正的且與VGS(off)大小相同。 D

7 摘要 場效電晶體 ID與VGS的圖稱為轉移曲線。轉移曲線是繪出輸入電壓(VGS)與輸出電流(ID)的關係。 轉移曲線是根據這個方程式
IDSS 2 透過代入法，你可在這個繪出通用的曲線找到其他的點。 IDSS 4 0。3 VGS(off) 0。5 VGS(off)

8 摘要 場效電晶體 例題: 解答: 一個編號為2N5458 的JFET 其IDSS = 6.0 mA ，VGS(off) = – 3.5V。
(b) 當ID = 3.0 mA時顯示這點的大小。 3.0 mA 解答: (b) 當 ID = ½ IDSS， VGS = 0.3 VGS(off)。 因此，VGS = V = -3.5 V -1.05 V

9 摘要 場效電晶體 順向互導是改變輸入電壓(DVGS)時，引起輸出電流變化(△ID) 的比值。 這定義是
假如gm0是已知，下面的近似公式可計算出 gm。 DID DVGS gm0 可由下列式子算出

10 摘要 場效電晶體 因為沿著曲線每點的斜率會變化，互導的值並不是固定的，所以互導的值取決於所測量的點 。 例題: 解答：
JFET在顯示的點的互導是多少？ 5.7 解答： 3.7 3.33 mS -1.3 -0.7

11 摘要 JFET輸入阻抗 例題: 解答: JEFT的輸入阻抗由公式得到：
其中IGSS 是在閘極逆向偏壓時的電流，JEFT有很高的輸入電阻，但是當溫度上升時輸入電阻會減少。 例題: 規格表顯示在VGS = -20 V時，25 oC的IGSS = –1 nA 而在100 oC時IGSS = 0.2 mA。比較2N5485在25 oC與100 oC時輸入電阻的改變。 解答: 在 25 oC， 20 GW! 在 100 oC， 100 MW

12 摘要 JFET 偏壓 自给偏壓是簡單而且有效，因此是JFET最常使用的偏壓方法，由於自给偏壓，閘極電壓實質上是 0V。 例題: 解答:
如圖所示是一個N通道JEFT，電流流過RS形成一個必要的反相偏壓，強迫閘極電壓比源極小。 1 .5 kW 例題: 假設電阻值如圖所示，且汲極電流是3.0 mA。 VGS是多少？ 解答: 330 W 1.0 MW VG = 0 V; VS = (3.0 mA)(330 W) = 0.99 V VGS = 0 – 0.99 V = V

13 摘要 JFET 偏壓 自给偏壓電路，你可以使用轉移特性曲線得到合理的源極電阻值。 例題: 解答: 你將Q點設在如圖顯示的點，RS是多少？
Q點大約在 ID = 4.0 mA 及 VGS = V。 Q 375 W

14 摘要 JFET 偏壓 分壓器偏壓是組合電壓分壓和源極電阻，保持源極電壓比閘極電壓正。
VG 由分壓器設定且不受VS影響。為了維持閘極相對於源極是負電壓， VS 必須大於VG。 分壓器偏壓在更換不同電晶體時可保持偏壓穩定。

15 摘要 JFET 偏壓 如圖所示是一個分壓器偏壓的圖解分析，一個2N5485的典型轉移曲線顯示 IDSS = 6.5 mA且VGS(off) = -2.2 V。 由 VG 開始： 從這個圖的工作點讀到 3.3 mA 和 V。 VG = 2.79 V VG/RS = 2.79 mA 連接到這個點建立負載線。 2.79 V Q

16 摘要 JFET 偏壓 一個更穩定的偏壓方式是使用電源流偏壓，電流源可以使用 BJT 或FET。使用電流源偏壓，汲極電流不隨VGS變化。
在這個電路Q2是Q1的電流源。這個特殊的電路，輸出電壓可調到直流 0V(使用RS2)。

17 摘要 JFET 歐姆區 如以前的描述，歐姆區是在起始點和動作區之間。JFET在這個區域動作像一個可變電阻。
如圖所示是一個真實FET的資料變化，連續VGS的斜率(代表電導)在歐姆區是不同的，這個差別被作為電壓控制的可變電阻使用。 歐姆區

18 摘要 JFET 歐姆區 這個電路裡面的JEFT被當作一個可變電阻使用。注意汲極連接透過一個電容器，意思就是JEFT的工作點在歐姆區。
BJT的增益取決於直流電壓VGG的設定。

19 摘要 MOSFET(金屬氧化物半導體FET )
金屬氧化物半導體FET是閘極與通道使用絕緣閘隔離，有增強型(E-MOSFET) 和空乏型(D-MOSFET)。 E-MOSFET 增強型 E-MOSFET 只工作在增強模式因為它一開始沒有通道，直到在閘供給一個電壓才能感應通道。如圖所示是一個n通道的MOSFET，正的閘極電壓才能感應通道。

20 摘要 MOSFET(金屬氧化物半導體FET)
D-MOSFET 有一個可被閘極控制的通道，對一個n通道類型來說負電壓可減少通道；正電壓可增加通道。 D-MOSFET D-MOSFET 能用兩種模式的任一種操作，取決於閘極電壓。 動作在空乏模式 動作在增強模式

21 摘要 MOSFET(金屬氧化物半導體FET )
如圖所示MOSFET 的符號，注意斷線代表E-MOSFET的被感應的通道。 n通道有一個向內指的箭頭。 E-MOSFET n通道　　　p通道 D G S D-MOSFET D D G G S S n 通道 　　 p通道

22 摘要 MOSFET(金屬氧化物半導體FET)
MOSFET轉移特性曲線與JEFT相同，都是拋物線形狀但是位置沿著x軸移動。一個n通道的轉移特性曲線如圖顯示完全在第一象限內。 曲線由 VGS(th)開始，這是通道開始傳導的電壓，而這個電壓不是零伏特。汲極電流的方程式是：

23 摘要 MOSFET(金屬氧化物半導體FET)
回想 D-MOSFET 可能被用兩種模式的任一種操作，圖示是一個n通道的元件，操作在y-軸左邊是空乏型，操作在右邊是增強型模型。 如JEFT， ID在VGS(off) 時，約等於零。當VGS 是0時， 汲極電流是IDSS ，它不是這個元件的最大電流。汲極電流的方程式是

24 摘要 MOSFET 偏壓 E-MOSFET 可使用更早學習類似電晶體的偏壓方法。如圖所示是n通道元件使用分壓器偏壓和汲極回授的偏壓方式。
　分壓器偏壓 　　　　汲極回授偏壓

25 摘要 MOSFET 偏壓 D-MOSFET將偏壓設在零伏特是最簡單的方法。元件可以在空乏模式或增強模式動作，因此閘極能在高於或低於 0V。
+ V DD R G = 0 GS D I DSS C 交流 輸入 零偏壓， 只能使用在D-MOSFET

26 選擇重要詞彙 JFET 汲極 (Drain) 源極 (Source) 閘極 (Gate) 接面場效電晶體；場效電晶體兩種主要形式之一。
FET三個端子中的一個，與BJT的集極相似。 FET三個端子中的一個，與BJT的射極相似。 FET三個端子中的一個，與BJT的基極相似。

27 選擇重要詞彙 互導(Transconductance ,gm ) MOSFET 空乏 (Depeletion) 增強
(Enhancement) FET中，汲極電流改變量相對於閘極-源極電壓改變量的比值。 金屬氧化物半導體場效電晶體；場效電晶體兩種主要形式之一；有時稱為閘極隔離場效電晶體 IGFET。 在 MOSFET中移去或耗盡帶電載子的過程，因此會減低通道的導電性。。 在 MOSFET中， 產生通道或者因為在通道中增加帶電載子而增加導電性的過程。