電子學實習Ii實習手冊 l8(教師用本)

第 8 章　場效電晶體之特性實驗　13
第 8章　場效電晶體之特性實驗
第 1部分　相關知識
一、上課筆記
二、重點整理
1. 場效電晶體（Field-Effect Transistor；簡稱　FET　）是另一種類型的 PN

14　第 8 章　場效電晶體之特性實驗
接面電晶體，它是利用外加的　逆向電壓　來改變 PN 接面空乏區的大小，
以改變通道的窄，進而控制流過通道的電流大小，因為通道中的電流是寬
由單一多數載子（電子或電洞）所組成，所以場效電晶體又稱為　單極性
電晶體（Unipolar Transistor）。
2. 場效電晶體具有的優點：
(1) 輸入電阻　高　，約為 108
～ 1014
Ω 。
(2) 雜訊　小　，適合使用在小信號放大電路中。
(3) 沒有熱脫（跑 Thermal Runaway ）現象，所以熱穩定性佳。
(4) 不易受到輻射影響。
(5) 體積　小　，適合應用在積體電路中。
(6) 沒有　抵補　電壓（ Offset Voltage ），適合作為信號截斷器
（ Chopper ）。
(7) 可作為雙向類比開關。
3. 場效電晶體具有的缺點：
(1) 工作速度較　慢　。
(2) 增益頻積較寬　小　。

4. 場效電晶體區分為　接面型　場效電晶體（ Junction Field-Effect
Transistor ；簡稱 JFET ）與　金半　氧場效電晶體（ Melta-Oxide
Semiconductor Field-Effect Transistor ；簡稱MOSFET）兩大類。
5. JFET 是利用閘－源極間的逆向電壓　 VGS 　來控制汲－源極電流　 IDS
的大小，所以場效電晶體是屬於電壓控制元件；而電晶體則是利用基極電
流IB 來改變集極電流IC 的大小，所以電晶體是屬於電流控制元件。
6. 當 VGS ＝ 0 時，若 VDS 持續增加，空乏區的度會逐漸擴大，當空乏區擴寬
大到使通道的度為最窄時，寬 ID 電流維持固定，此時 VDS 的電壓稱之為
夾止電壓　（ Pinch-off Voltage ；簡稱 VP ）。當通道被夾止後，ID 電流
不再隨著 VDS 的增加而增加，此時 ID 電流稱之為　飽和電流　 IDSS 。若
VDS 再持續增加，將使得源極與閘極的接面產生崩潰現象，ID 電流將急遽
增加而使通道毀損，此時 VDS 的電壓稱之為　崩潰電壓　（ Breakdown
Voltage ；簡稱 BVDSS ）。
7. 當VGS≠0時，當 VGS 持續增加，閘源極間的空乏區度會逐漸擴大，當空寬
乏區擴大到使通道的度為寬 0 時，使得ID 電流為 0 ，此時 VGS 的電壓，值
我們稱之為　截止電壓　（Cutoff Voltage ；簡稱VGS(OFF) ），依照敘述
VGS(OFF)＝ VP 所以大小相同而且極性相同。

8. JFET 的基本放大電路，依其共同接地端的不同可分為　共源極放大電路
（ Common Source ；簡稱 CS ）、　共汲極放大電路　（ Common
Drain ；簡稱 CD ）與　共閘極放大電路　（Common Gate；簡稱 CG ）
三種。
9. JFET 直流偏壓工作點的步驟：
步驟說明
1
求出 GSV　　　電壓。
2
將 VGS 電壓代入
2GS
D DSS
GS(OFF)
V
I I (1 )
V
　　＝－　中，求出ID 電流。
3
利用輸出迴路方程式，求出 VDS 。
4
寫出直流工作點（ VDS ，ID ）。

第 2部分　實習技能
實習項目 1 　 N通道與 P通道 JFET 的判別
驟步 1 ：準備下列編號的 JFET ：
2SK30A 、2SK34、2SJ103、2SJ104。
驟步 2 ：由於 JFET 的閘極（ G ）－汲極（ D ）與閘極（ G ）－源極
（ S ）間猶如 PN 接面二極體，所以具有順向導通、逆向不通的特
性；而汲極（D）－源極（ S ）間猶如一個電阻器，所以具有雙向
導通的特性，因此汲極（ D ）－源極（ S ）接可以對調使用腳。
JFET 的等效電路如圖8-30所示，我們可以利用二極體的量測方法，
來判別 JFET 是N通道或 P 通道。
圖 8-30 　JFET的等效電路
驟步 3 ：將三用電表撥至R× 1kΩ，並作歸零校正。
驟步 4 ：任選場效電晶體的兩個接，將測試棒接觸此兩個接，測量腳腳

此兩個接，如具有二極體的特性，即順向導通、逆向截止不通，腳
即可進行下一步驟。
驟步 5 ：將任一個測試棒移至空接的接，找出另一個具有順向導通、腳
逆向截止不通特性的接，則此共同接即為閘極（腳腳 G），如圖8-
31所示。
　　　　　　　 (a) 順向導通　　　　　　　　　　　 (b) 逆向截止不通
圖 8-31 　閘極（ G ）的判別
驟步 6 ：根據步驟 5 ，當三用電表指針偏轉時，若接觸閘極（G）的測
試棒為黑色，則此場效電晶體為N通道；反之，若接觸閘極（G）
的測試棒為紅色，則此場效電晶體為 P 通道。
驟步 7 ：重複步驟 4 至步驟 6 ，判斷表 8-8 中所列編號 JFET 為N通道
或 P 通道，以及閘極（G）接，並將結果記錄於表腳 8-8 中。

＊表 8-8 　 N 通道與 P 通道 JFET的判別
JFET 編號
2SK30A 2SK34 2SJ103 2SJ104
N通道或 P 通道
N N P P
外型與閘極（ G ）接
腳
實習項目 2　 JFET 的 D、 G、 S 接之判別腳
驟步 1 ：準備下列編號的 JFET ：
2SK30A 、2SK34、2SJ103、2SJ104。
驟步 2 ：依據 JFET 的編號，詢查 JFET 資料手冊或上網詢。查
驟步 3 ：根據所詢的資料，將其外型與源極（查 S ）、閘極（G）與汲
極（D）接底視圖畫出，並記錄於表腳 8-9 中。
驟步 4 ：請觀察資料手冊中的閘極位置是否與實習項目 1 所測量的結果
相同？（填是或否）　是　。
＊表 8-9 　JFET的 D 、 G 、 S 接判別腳
JFET 編號
2SK30A 2SK34 2SJ103 2SJ104

外型與接底視圖腳
實習項目 3　 JFET 特性曲線測量與繪製
驟步 1 ：準備一顆 2SK30A 場效電晶體，並按照圖8-32將電路接妥。
圖 8-32 　場效電晶體特性曲線電路圖
驟步 2 ：如圖8-33所示，使用三用電表的直流電流（檔 DCmA）來測ID
電流，使用示波器或三用電表的直流電壓（檔 DCV ）來測量 VGS
與 VDS 電壓。
圖 8-33 　場效電晶體特性曲線測量電路圖

驟步 3 ：先調整電源電壓 VDD ＝ 0V 。
驟步 4 ：調整可變電阻 VR ，使 VGS ＝ 0V 。
驟步 5 ：調整電源電壓 VDD ，使 VDS 的電壓依序為表8-10中的數，並值
將各個 VDS 電壓所對應的值 ID 電流記錄於表值 8-10中。
驟步 6 ：調整可變電阻 VR ，使 VGS 的電壓依序為表8-10中的數，並值
重複步驟 5 。
＊表 8-10 　場效電晶體 VDS 、 VGS 電壓與值 ID 電流值
VDS
ID
VGS
1V 2V 3V 4V 5V 6V 7V 8V 9V 10V
0V 1mA 1.8m
A
2.7mA 2.7mA 2.7m
A
2.7m
A
2.7mA 2.7mA 2.7m
A
2.7m
A
－
0.2V
0.7m
A
1.5m
A
2.2mA 2.2mA 2.2m
A
2.2m
A
2.2mA 2.2mA 2.2m
A
2.2m
A
－
0.4V
0.5m
A
1.1m
A
1.6mA 1.6mA 1.6m
A
1.6m
A
1.6mA 1.6mA 1.6m
A
1.6m
A
－
0.6V
0.4m
A
0.7m
A
1.2mA 1.2mA 1.2m
A
1.2m
A
1.2mA 1.2mA 1.2m
A
1.2m
A
－
0.8V
0.3m
A
0.5m
A
0.8mA 0.8mA 0.8m
A
0.8m
A
0.8mA 0.8mA 0.8m
A
0.8m
A

－
1.0V
0.2m
A
0.3m
A
0.5mA 0.5mA 0.5m
A
0.5m
A
0.5mA 0.5mA 0.5m
A
0.5m
A
－
1.2V
0.1m
A
0.2m
A
0.3mA 0.3mA 0.3m
A
0.3m
A
0.3mA 0.3mA 0.3m
A
0.3m
A
驟步 7 ：根據表8-10中的數，將值 VDS 與ID 的數描繪於圖值 8-34中。
圖 8-34 　 VDS 與 ID 的特性曲線
驟步 8 ：根據表8-10中的數，當值 VGS ＝ 0 時，若 VDS 電壓大到使通道
被空乏區夾止，而使通道的度為最窄時，寬 ID 電流維持固定，此時
ID 電流稱之為飽和電流 IDSS 。記錄其飽和電流 IDSS ＝　 2.7
mA 。
驟步 9 ：根據表8-10中的數，當值 VGS≠0時，若 VGS 逆向電壓大到使通
道的度為寬 0 時，使得 ID ＝ 0 ，此時 VGS 的電壓稱為截止電壓值

VGS(OFF)，記錄其截止電壓 VGS(OFF)＝　－ 3 　 V。
實習項目 4　 JFET 自給式偏壓電路特性測試
驟步 1 ：使用實習項目 3 所測量的2SK30A JFET，並記錄其飽和電流
IDSS ＝
　 2.7 　 mA 與截止電壓VGS(OFF)＝　－ 3 　 V。
驟步 2 ：依據圖8-35所示，將電路接妥。
　　　　
(a) 電路圖　　　　　　　　　　　　　 (b) 實體圖
圖 8-35 　JFET自給式偏壓電路
驟步 3 ：如圖8-36所示，將三用電表置於 DCV ，測量場效電晶體檔
Q1 的閘極電壓 VG 、汲極電壓 VD 與源極電壓 VS ，並將數填值
入表8-11電壓的測量中。值

(a) 測量電壓
(b) 測量 VG 實體圖
圖 8-36 　JFET自給式偏壓電路電壓測量圖
驟步 4 ：如圖8-37所示，將三用電表置於DCmA ，測量閘極電流檔 IG 、
汲極電流ID 與源極電流 IS ，並將數填入表值 8-11電流的測量中。值

　
(a) 測量電流　　　　　　　　　　　　　　 (b) 測量 IS 實體圖　　　　
圖 8-37 　JFET自給式偏壓電路電流測量圖
驟步 5 ：根據步驟 1 所測量場效電晶體的飽和電流 IDSS 與截止電壓
VGS(OFF)，計算電路中電晶體各點的直流偏壓與電流（參閱值 8-3-2

節自給式偏壓理論公式），並將計算結果填入表8-11電流與電壓的
理論中。值
驟步 6 ：比較表8-11中各項測量與理論是否接近？（填是或否）值值
是　。
＊表 8-11 　共源極固定式偏壓電路測量與理論值
接腳
項目
閘極汲極源極
電流測量
值
IG ＝　 0A ID ＝　 1mA　 IS ＝　 1mA　
理論
值
IG ＝ 0A ID ＝
2GS
DSS
GS(OFF)
V
I (1 )
V
－
＝　1.2mA　
IS ＝ID
＝　1.2mA　
電壓測量
值
VG ＝
0A 　
VD ＝　 11.04V　 VS ＝　 1V 　
理論
值
VG ＝ 0V VD ＝ VDD －IDRD
＝　 11.47V　
VS ＝IDRS
＝　 1.07V

第 3部分　探究問題
1. 這是電晶體 2SK30A 資料手冊中的一段文字，請看完後寫出它的意義。
＊ TOSHIBA FIELD EFFECT TRASISTOR SILICON CHANNEL JUNCTION
TYPE
＊ LOW NOISE PRE-AMPLIFIER,TONE CONTROL AMPLIFIER AND
DC-AC HIGH INPUT IMPAEMDANCE AMPLIFIER CIRCUIT
APPLICATIONS
＊ HIGH BRADKDOWN VOLTAGE: VGDS ＝－50V
＊ HIGH INPUT IMPAEMDANCE: IGSS ＝－ 1nA(max.)(VGS ＝－ 30V)
說明：
＊ 2SK30A 是 TOSHIBA 通道接面型場效電晶體。矽
＊ 2SK30A 可以應用在低雜訊前置放大器、音質控制放大器以及 DC-AC
高輸入阻抗放大器。
＊ 2SK30A 具有高崩潰電壓：VGDS＝－50V
＊ 2SK30A 具有高輸入阻抗： IGSS ＝－ 1nA(max.)(VGS ＝－ 30V)
第 4部分　實習心得

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