场效应管可变电阻区概述

可变电阻与普通电阻在外形上有很大的区别，它具有下列一些特征，根据这些特征可以在线路板中识别可变电阻: (1)可变电阻的体积比一般电阻的体积大些，同时电路中可变电阻较少，在线路板中能方便地找到它。 (2)可变电阻共有三根引脚，这三根引脚有区别，一根为动片引脚，另两根是定片引脚，一般两个定片引脚之间可以互换使用，而定片与动片引脚之间不能互换使用。 (3)可变电阻上有一个调整口，用一字螺丝刀伸入此调整口中，转动螺丝刀可以改变动片的位置，进行阻值的调整。 (4)在可变电阻上可以看出它的标称阻值，这一标称阻值是指两个定片引脚之间的阻值，也是某一个定片引脚与动片引脚之间的最大阻值。 (5)立式可变电阻主要使用于小信号电路中，它的三根引脚垂直向下，垂直安装在线路板上，阻值调节口在水平方向。 (6)卧式可变电阻也使用于小信号电路中，它的三根引脚与电阻平面成90°，垂直向下，平卧地安装在线路板上，阻值调节口朝上。 (7)小型塑料外壳的可变电阻体积更小，呈圆形结构，它的三根引脚向下，阻值调节口朝上。 (8)用于功率较大场合下的可变电阻(线绕式结构)，体积很大，动片可以左右滑动，进行阻值调节。

1.场效应管可应用于放大。由于场效应管放大器的输入阻抗很高，因此耦合电容可以容量较小，不必使用电解电容器。

2.场效应管很高的输入阻抗非常适合作阻抗变换。常用于多级放大器的输入级作阻抗变换。

3.场效应管可以用作可变电阻。

4.场效应管可以方便地用作恒流源。

5.场效应管可以用作电子开关。

（1）场效应管是电压控制器件，它通过VGS(栅源电压)来控制ID（漏极电流）；

（2）场效应管的输入端电流极小，因此它的输入电阻很大。

（3）它是利用多数载流子导电，因此它的温度稳定性较好；

（4）它组成的放大电路的电压放大系数要小于三极管组成放大电路的电压放大系数；

（5）场效应管的抗辐射能力强；

（6）由于不存在杂乱运动的少子扩散引起的散粒噪声，所以噪声低。

(Field Effect Transistor简称FET )是利用电场效应来控制半导体中电流的一种半导体器件，故因此而得名。场效应管是一种电压控制器件，只依靠一种载流子参与导电，故又称为单极型晶体管。与双极型晶体三极管相比，它具有输入阻抗高、噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强、功耗小、制造工艺简单和便于集成化等优点。

场效应管有两大类，结型场效应管JFET和绝缘栅型场效应管IGFET，后者性能更为优越，发展迅速，应用广泛。图Z0121 为场效应管的类型及图形、符号。

一、结构与分类

图 Z0122为N沟道结型场效应管结构示意图和它的图形、符号。它是在同一块N型硅片的两侧分别制作掺杂浓度较高的P型区(用P 表示)，形成两个对称的PN结，将两个P区的引出线连在一起作为一个电极，称为栅极(g)，在N型硅片两端各引出一个电极，分别称为源极(s)和漏极(d)。在形成PN结过程中，由于P 区是重掺杂区，所以N一区侧的空间电荷层宽度远大

二、工作原理

N沟道和P沟道结型场效应管的工作原理完全相同，只是偏置电压的极性和载流子的类型不同而已。下面以N沟道结型场效应管为例来分析其工作原理。电路如图Z0123所示。由于栅源间加反向电压，所以两侧PN结均处于反向偏置，栅源电流几乎为零。漏源之间加正向电压使N型半导体中的多数载流子-电子由源极出发，经过沟道到达漏极形成漏极电流ID。

1.栅源电压UGS对导电沟道的影响(设UDS=0)

在图Z0123所示电路中，UGS <0，两个PN结处于反向偏置，耗尽层有一定宽度，ID=0。若|UGS| 增大，耗尽层变宽，沟道被压缩，截面积减小，沟道电阻增大;若|UGS| 减小，耗尽层变窄，沟道变宽，电阻减小。这表明UGS控制着漏源之间的导电沟道。当UGS负值增加到某一数值VP时，两边耗尽层合拢，整个沟道被耗尽层完全夹断。(VP称为夹断电压)此时，漏源之间的电阻趋于无穷大。管子处于截止状态，ID=0。

2.漏源电压UGS对漏极电流ID的影响(设UGS=0)

当UGS=0时，显然ID=0;当UDS>0且尚小对，P N结因加反向电压，使耗尽层具有一定宽度，但宽度上下不均匀，这是由于漏源之间的导电沟道具有一定电阻，因而漏源电压UDS沿沟道递降，造成漏端电位高于源端电位，使近漏端PN结上的反向偏压大于近源端，因而近漏端耗尽层宽度大于近源端。显然，在UDS较小时，沟道呈现一定电阻，ID随UDS成线性规律变化(如图Z0124曲线OA段);若UGS再继续增大，耗尽层也随之增宽，导电沟道相应变窄，尤其是近漏端更加明显。

由于沟道电阻的增大，ID增长变慢了(如图曲线AB段)，当UDS增大到等于|VP|时，沟道在近漏端首先发生耗尽层相碰的现象。这种状态称为预夹断。这时管子并不截止，因为漏源两极间的场强已足够大，完全可以把向漏极漂移的全部电子吸引过去形成漏极饱和电流IDSS (这种情况如曲线B点):当UDS>|VP|再增加时，耗尽层从近漏端开始沿沟道加长它的接触部分，形成夹断区 。

由于耗尽层的电阻比沟道电阻大得多，所以比|VP|大的那部分电压基本上降在夹断区上，使夹断区形成很强的电场，它完全可以把沟道中向漏极漂移的电子拉向漏极，形成漏极电流。因为未被夹断的沟道上的电压基本保持不变，于是向漏极方向漂移的电子也基本保持不变，管子呈恒流特性(如曲线BC段)。但是，如果再增加UDS达到BUDS时(BUDS称为击穿电压)进入夹断区的电子将被强电场加速而获得很大的动能，这些电子和夹断区内的原子碰撞发生链锁反应，产生大量的新生载流予，使ID急剧增加而出现击穿现象(如曲线CD段)。

由此可见，结型场效应管的漏极电流ID受UGS和UDS的双重控制。这种电压的控制作用，是场效应管具有放大作用的基础。

三、特性曲线

1.输出特性曲线

输出特性曲线是栅源电压UGS取不同定值时，漏极电流ID 随漏源电压UDS 变化的一簇关 系曲线，如图Z0124所示。由图可知，各条曲线有共同的变化规律。UGS越负，曲线越向下移动)这是因为对于相同的UDS，UGS越负，耗尽层越宽，导电沟道越窄，ID越小。

由图还可看出，输出特性可分为三个区域即可变电阻区、恒流区和击穿区。

◆可变电阻区:预夹断以前的区域。其特点是，当0<UDS<|VP|时，ID几乎与UDS呈线性关系增长，UGS愈负，曲线上升斜率愈小。在此区域内，场效应管等效为一个受UGS控制的可变电阻。

◆恒流区:图中两条虚线之间的部分。其特点是，当UDS>|VP|时，ID几乎不随UDS变化，保持某一恒定值。ID的大小只受UGS的控制，两者变量之间近乎成线性关系，所以该区域又称线性放大区。

◆击穿区:右侧虚线以右之区域。此区域内UDS>BUDS，管子被击穿，ID随UDS的增加而急剧增加。

2.转移特性曲线

当UDS一定时，ID与UGS之间的关系曲线称为转移特性曲线。实验表明，当UDS>|VP|后，即恒流区内，ID 受UDS影响甚小，所以转移特性通常只画一条。在工程计算中，与恒流区相对应的转移特性可以近似地用下式表示:I d=Idss(1-Ugs/Vp)(1-Ugs/Vp)

式GS0127中VP≤UGS≤0，IDSS是UGS=0时的漏极饱和电流。

图为输出特性曲线

N沟道MOS场效管的转移特性曲线

N沟道MOS场效应管的输出特性曲线