JFET的全稱為結型場效應晶體管,MOSFET的全稱為金屬氧化物半導體場效應晶體管。耗盡型MOSFET與JFET均屬于電壓控制型場效應晶體管(FET),場效應晶體管通過電場來控制導電溝道的電導率。應用場景包括RF技術、電路開關、功率控制以及放大電路。在放大電路中主要用于放大弱信號,包括無線信號、模擬信號以及數字信號。兩者在工作原理上非常相似,但是它們的特性略有不同。
接下來讓我們詳細介紹一下這兩類元器件。
什么是JFET?
JFET是最簡單的場效應晶體管,電流可以從源極流到漏極,或者從漏極流到源極。與雙極結型晶體管(BJT)不同,JFET使用施加到柵極端子的電壓來控制流過漏極和源極之間通過的電流,因此輸出電流與柵極輸入電壓成比例。當柵極被施加一定的反偏電壓時,JFET的溝道會關斷。JFET可作為電子開關、電阻器、放大器來使用。它的輸入和輸出端之間被高度隔離,這使其比雙極結型晶體管更加穩定。
JFET又包括N溝道JFET和P溝道JFET,對于N溝道JFET,其漏極和源極之間的載流子為電子,對應的關斷電壓為負值,其具有比P溝道JFET更低的電阻。對于P溝道JFET,其溝道的載流子為空穴,對應的關斷電壓為正值。它具有比N溝道同類產品更高的電阻值。
什么是MOSFET?
MOSFET是金屬氧化物半導體場效應晶體管。由一個絕緣的金屬氧化物薄膜和一個金屬電極組成,所施加的電壓決定了器件的電導率。柵極通過金屬氧化物薄層與源極和漏極通道之間的通道電絕緣。
MOSFET的主要優點包括高輸入阻抗、低功耗、穩定性好以及可以實現大功率放大等。因此,它在電子電路中得到廣泛應用,例如作為開關、放大器,以及用于構建數字邏輯門和存儲器等。
耗盡型MOSFET與JFET器件具有相同的Normally-On特性,這是耗盡型MOSFET可以在變送器的AD421供電與保護中替代JFET的基礎。
將兩種器件的電性特性進行比較,耗盡型MOSFET的優勢在于:
1耐壓更高。Si基JFET器件的耐壓一般在10V~50V,更高耐壓的JFET器件只能用SiC基實現(目前不普及),因此JFET在應用上會受到很大的限制,而Si基耗盡型MOSFET的耐壓參數可以做到10V~1700V。在常見的220V市電和380V工業用電場景的Normally On應用中,耐壓為 600V和1000V的系列產品有著廣泛的需求,而Si基JFET器件的耐壓無法滿足需求,耗盡型MOSFET成為了唯一的選擇。此外,高耐壓的耗盡型MOSFET對于瞬態浪涌干擾也有非常好的抑制作用。
2泄漏電流更小。通常JFET的柵極泄漏電流比耗盡型MOSFET的柵極泄漏電流高出3個數量級,此外,耗盡型MOSFET還具有極低的漏-源泄露電流,能有效降低靜態功耗,非常有利于降低整機功耗。此外,柵極漏電流對JFET的開關速度也有一定影響,柵極漏電流較大時,可能導致響應時間和恢復時間增加,從而影響開關速度。因此,MOSFET自身漏電流更低,反應速度更快,對浪涌或瞬態干擾的保護更靈敏有效。
3輸入阻抗更大。JFET的輸入阻抗遠低于MOSFET輸入阻抗,因為MOSFET結構中氧化物絕緣體(柵氧化物)的存在,使得耗盡型MOSFET在柵極端的阻抗更高。對于電壓驅動的FET器件,輸入阻抗越大,對電壓源的負載就越輕,因而就越容易驅動。
而JFET對比于耗盡型MOSFET的優勢在于:
JFET相對于耗盡型MOSFET,更不容易受到ESD的損壞。原因是耗盡型MOSFET為絕緣柵結構,其額外的金屬氧化物絕緣體會降低柵極的電容,對ESD更加敏感,容易被靜電擊穿。因此,耗盡型MOSFET在多數應用中,ESD保護功能的設計會顯得尤為重要。
升級換代的首選器件
綜上所述,耗盡型MOSFET具備與JFET相似的電性特點,且在大多數方面性能更優,是電路升級換代的首選器件!
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