FET简述与FET的应用

FET概述

FET即Field Effect Transistor，译为场效应晶体管，也叫场效应管，是一种电压控制器件(晶体管是电流控制器件)。有很高的输入阻抗,较大的功率增益,由于是电压控制器件所以噪声小。FET是根据三极管的原理开发出的新一代放大元件，有3个极性，栅极，漏极，源极。

FET原理简述

现在越来越多的电子电路都在使用场效应管, 特别是在音响领域更是如此, 场效应管与晶体管不同, 它是一种电压控制器件(晶体管是电流控制器件) , 其特性更象电子管, 它具有很高的输入阻抗, 较大的功率增益, 由于是电压控制器件所以噪声小, 其结构简图如图 C-a.

场效应管是一种单极型晶体管, 它只有一个 P-N 结, 在零偏压的状态下, 它是导通的, 如果在其栅极(G) 和源极(S) 之间加上一个反向偏压(称栅极偏压) 在反向电场作用下 P-N 变厚 (称耗尽区) 沟道变窄, 其漏极电流将变小, (如图 C1-b) , 反向偏压达到一定时, 耗尽区将完全沟道"夹断", 此时, 场效应管进入截止状态如图 C-c, 此时的反向偏压我们称之为夹断电压, 用Vpo 表示, 它与栅极电压Vgs 和漏源电压Vds 之间可近以表示为Vpo=Vps+| Vgs| , 这里| Vgs| 是 Vgs 的绝对值.

FET结构

下图是ＦＥＴ简单的的结构示意图（Ｐ沟ＦＥＴ是Ｐ型半导体部分与Ｎ型半导体部分互换）。

双极晶体管的基极发射极间以及基极集电极间分别是两个ＰＮ结，就是说存在着二极管。ＪＦＥＴ的栅极与沟道（把输出电路流过漏极源极间的部分称为沟道）间有ＰＮ结，所以认为存在着二极管（由于有ＰＮ结，所以称为结型ＦＥＴ）。

FET分类

如图所示，ＦＥＴ按照结构可以分为结型ＦＥＴ（ＪＦＥＴ：ＪｕｎｃｔｉｏｎＦＥＴ）和绝缘栅ＦＥＴ（ＭＯＳＦＥＴ：ＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＦＥＴ）。

按照电学特性，ＭＯＳＦＥＴ又可以分为耗尽型（ｄｅｌｅｔｉｏｎ）与增强型（ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ）两类。它们又可以进一步分为Ｎ沟型（与双极晶体管的ＮＰＮ型相当）和Ｐ沟型（与双极晶体管的ＰＮＰ型相当）。

从实际ＦＥＴ的型号中完全看不出ＪＦＥＴ与ＭＯＳＦＥＴ、耗尽型与增强型的区别。仅仅是Ｎ沟器件为２ＳＫ×××（也有双栅的３ＳＫ×××），Ｐ沟器件为２ＳＪ×××，以区别Ｎ沟和Ｐ沟器件。

极性判断

将万用表置于R 1K 挡, 用黑表笔接触假定为的栅极G 管脚, 然后用红表笔分别接触另外两个管脚, 若阻值均比较 Jj、 (约 5＼10Q) , 再将红黑表笔交挟测量一次． 如阻值大(O) , 说明都是反向电阻(PN 结反向) , 属 N 沟道管, 且黑表笔接触的管为栅极 C, 并说明原先假定是正确的。 再次测量的阻值均很小, 说明是正向电阻, 属于 P 沟道场效应管, 黑表笔所接触的也是栅极 C． 若不出现上述情况, 可以调换红黑表笔, 按上述方法进测试, 直至判断栅极为止． 一般结型效应管的源极与漏极在 制造时是对称的, 所以, 当栅极 G 确定以后, 对于源极 S 漏极 D 不一定要判断, 因为这两个极可以互换使用, 因此没有必要去判别． 源极与漏极之间的电阻约为几千欧。

FET-场效应晶体管的应用

1. 低噪声放大器

噪声是对有用信号施加的不良干扰。噪声干扰信号中包含的信息; 噪音越大，信息越少。例如，无线电接收器中的噪声会产生噼啪声和嘶嘶声，有时会完全掩盖声音或音乐。同样，电视接收器中的噪声会在图像上产生小的白色或黑色斑点; 严重的噪音可能会消灭图片。噪声与信号强度无关，因为它甚至在信号关闭时也存在。

每个电子设备都会产生一定的噪音，但FET是一种噪音很小的设备。这在接收器和其他电子设备的前端附近尤为重要，因为后续阶段会随信号放大前端噪声。如果在前端使用FET，我们在最终输出时获得的放大噪声（干扰）较少。

2.缓冲放大器

缓冲放大器是一个放大阶段，它将前一阶段与后一阶段隔离开来。源跟随者（普通排水）是。用作缓冲放大器。由于高输入阻抗和低输出阻抗，FET可作为优秀的缓冲放大器，如图所示。由于高输入阻抗，前一级的几乎所有输出电压都出现在缓冲放大器的输入端，并且由于低输出阻抗，缓冲放大器的所有输出电压都达到了下一级的输入，即使可能很小负载电阻。

3.共源共栅放大器

使用FET的共射共基放大器的电路图如图所示。共源极放大器驱动其中的共栅极放大器。

共源共栅放大器具有与共源（CS）放大器相同的电压增益。共源共栅连接的主要优点是其低输入电容，远小于CS放大器的输入电容。它具有高输入电阻，这也是一个理想的特性。

4.模拟开关

FET作为模拟开关如图所示。当没有栅极电压施加到FET，即V GS= 0时，FET变得饱和并且它表现得像一个通常小于100欧姆的小电阻，因此，输出电压变得等于

VOUT={R DS /（R D + R DS（ON））} * V in

由于R D与R DS 0N相比非常大，因此V out可以等于零。

当向栅极施加等于V GS（OFF）的负电压时，FET在截止区域中工作，并且其作用通常为几兆欧的非常高的电阻。因此输出电压几乎等于输入电压。

5.斩波器

通过省去耦合和旁路电容并将每级输出直接连接到下一级输入，可以构建直接耦合放大器。因此，耦合直流电以及交流电。这种方法的主要缺点是漂移的发生，供电晶体管产生的最终输出电压的缓慢变化以及温度变化。通过采用如图所示的斩波放大器可以克服漂移问题。

(a).这里输入的直流电压由开关电路截断。斩波器的输出为方波交流信号，其峰值与输入直流电压V DC相等。这种交流信号可以被传统的交流放大器放大，没有任何漂移的问题。放大后的输出可以“峰值检测”，以恢复放大后的直流信号。

方波应用于FET模拟开关的栅极，使其像斩波器一样工作，如另一幅图所示。栅极方波是从0 V到至少V GS（关闭）的负向摆动- 这交替地使JFET饱和并切断。该输出电压是交替地从+V DC变化到零伏的方波。

如果输入信号是低频交流信号，它会被切入交流波形，如上图（c）所示。现在可以通过无漂移的交流放大器放大该斩波信号。然后可以对放大的信号进行峰值检测以恢复原始输入的低频交流信号。因此，可以通过使用斩波放大器来放大直流和低频交流信号。

6. 多路复用器

一个模拟多路复用器，该操纵输入signals?到输出线中的一个的电路，示出在图中。在该电路中，每个JFET都用作单刀单掷开关。当控制信号（V v V 2和V 3）比V GS（0FF）更负时，所有输入信号都被阻止。通过使任何控制电压等于零，可以将其中一个输入传输到输出。例如，当V x为零时，在输出端获得的信号将是正弦的。类似地，当V 2为零时，在输出处获得的信号将是三角形并且当V 3时为零，输出信号为方波1。通常，只有一个控制信号为零。

7. 限流器

JFET限流电路如图所示。因此，几乎所有的电源电压都出现在负载上。当负载电流试图增加到过高水平时（可能是由于短路或任何其他原因），过大的负载电流迫使JFET进入有源区，在那里它将电流限制在8mA。JFET现在充当电流源并防止过大的负载电流。

制造商可以将栅极连接到源极并将JFET封装为双端子器件。这就是恒流二极管的制造方法。这种二极管也称为电流调节二极管。

8.相移振荡器

JFET可以提供放大动作以及反馈动作。因此，它可以很好地用作相移振荡器。FET的高输入阻抗在相移振荡器中尤其有价值，以便最小化负载效应。采用N沟道JFET的典型相移振荡器如图所示。