jfet可变电阻的分析及应用

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1、JFET可变电阻的分析及应用                                                                         范爱平                           山东大学自动化系(济南250061) 【摘要】用PSpice软件对结型场效应管工作在可变电阻区的等效电阻RDS进行了测量与分析，并给出了可变电阻RDS的两个应用实例。  关键词：结型场效应管可变电阻PSpice软件1引言  场效应管(FET)是单极性器件，与双极性晶体管（BJT）相

2、比较，它具有输入阻抗高、功耗低、漏极电流呈负温度系数、跨导在较高的漏极电流下基本为常数、优异的开关稳定性等优点，因此在大规模集成电路、功率器件、低噪声音频放大、高输入阻抗电路等领域都得到了广泛的应用。与BJT相比较，FET还有一个突出的特点，就是它具有可变电阻区，当工作在这个区时，FET为一个受控的可变电阻。笔者以N沟道JFET为例，采用OrCAD/PSpice9仿真软件对FET的可变电阻进行了定量的测试、分析及应用实验。                                              

3、                                               JFET的等效电路如图1所示，输出特性曲线如图2所示。根据外加电压的不同，JFET的工作区分为线性区、饱和区和截止区。漏极电流ID的表达式如下：                           式中,β为跨导参数，VP是夹断电压,λ是沟道长度调制系数。  在线性区，即VDS较小时，也即预夹断前，曲线基本上为过原点的直线，这时场效应管D、S之间等效一电阻：                               

4、  而且RDS的值随着栅源电压VGS的改变而改变，因此这个区又称可变电阻区。2JFET可变电阻的测试  测试电路如图3所示。图中的场效应管选用OrCAD/PSpice9中的库元件，型号为J2N3819，管子的模型参数如下：                       ALpha＝311.7u,Vk＝243.6，Cgd＝1.6p,  M＝.3622,pb＝1,Fc＝.5,Cgs＝2.414p,  Kf＝9.882E-18,Af＝1) 其中,Beta（即β）为跨导参数，Vto为夹断电压VP。考虑到管子必须工作在可变

5、电阻区即预夹断前，所以加在漏源间的正弦电压源Vi幅度不能太大，选Vi=1V（f=1kHz）。VGS为直流电压源。                                   测试步骤如下：  (1)将栅源电压VGS设置为全局变量{VGS}，同时选择瞬态分析和参数扫描分析（ParametricSweep）。 VGS变化范围：0～-2.5V，步长：-0.5V。  (2)运行Pspice。  (3)进行电路性能分析：为了看到电阻RDS与VGS的关系曲线，在分析结束后，将出现的多批运行结果全部选中，执行Trac

6、e/PerformanceAnalysis（电路性能分析）命令，屏上出现电路性能分析窗口，该窗口与Probe窗口类似，只是X轴变量变为VGS了。  (4)在电路性能分析窗口中执行Trace/AddTrace命令，选中特征函数Max()，再选输出变量V(d)/Id(J1)，则屏上出现场效应管可变电阻RDS与VGS的关系曲线如图4所示。从图中可以看出，在此测试条件下RDS约为130Ω～832Ω。                             3电阻RDS与β、VP及温度T的关系   由(1)式可见,ID除了

7、与VDS有关以外，还是β、VP的函数，而β、VP又都与工作温度T有关，因此JFET的可变电阻也会随着这几个量的变化而变化。3.1RDS与跨导参数β的关系  让栅源电压VGS=-1V保持不变，将JFET的参数Beta（即β）设置为变量，变化范围：0.2m～5m，步长：0.2m。同时选择瞬态分析、参数扫描分析和电路性能分析，得到可变电阻RDS与Beta的关系曲线如图5所示。从图中可以看出,RDS随Beta的增高而减小，在此测试条件下RDS约为1.288kΩ～52Ω。                       3

8、.2RDS与夹断电压VP的关系  让栅源电压VGS=-1V保持不变，将JFET的参数VP设置为变量，变化范围：-5V～-2V，步长：-0.5V。得到可变电阻RDS与VP的关系曲线如图6所示。从图中可以看出,｜VP｜越大，RDS越小。在此测试条件下RDS约为97.97Ω～392.8Ω。                          3.3RDS与温度