表二 高職數位教材發展與推廣計畫 - 電子學科單元教案設計表 教學目標 單元編號 單元名稱 JFET 之構造及特性對應之課綱 8-1 JFET 之構造及特性預計本單元總教學時間 45 分鐘 1. 以動畫呈現接面型場效應電晶體結構與單一載子運作情形 單元目標 2. 以動畫呈現 JFET 在

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1 表二 高職數位教材發展與推廣計畫 - 電子學科單元教案設計表 教學目標 單元編號 8-- 單元名稱 JFET 之構造及特性對應之課綱 8- JFET 之構造及特性預計本單元總教學時間 45 分鐘. 以動畫呈現接面型場效應電晶體結構與單一載子運作情形 單元目標 2. 以動畫呈現 JFET 在不同偏壓下通道變化情形, 說明壓控電流的工作方式 3. 運用電路模擬方式, 操作得出 JFET 偏壓總表 具體目標. 能分辦 JFET 電路符號與種類 ( 例如 : 能說出 能寫出 能列舉 能運用 ) 教學活動 2. 能了解 JFET 構造與符號差別對應 3. 能了解 JFET 壓控電流工作原理 4. 能運用輸入電壓控制輸出電流教學元件元件內容說明時間編號類型時間 準備活動 內容講解 FET 分類, 結構與符號判別 5 分鐘 8--- 動畫 分鐘. 設計一個互動式場效電晶體 (FET) 分類表 2. 點選 JFET MOSFET 空乏型 MOSFET 增強型 MOSFET, 可顯示 / 隱藏其下分類, 並顯示說明此元件的閘極接觸與工作方式 JFET: 閘極直接 PN 接觸, 閘極工作逆向偏壓 MOSFET: 間隔一層二氧化矽 (SiO2) 間接接觸, 閘極視元件結構與工作模式需求決定正負電壓

2 空乏型 MOSFET: 具有預設通道, 閘極電壓可正可負 增強型 MOSFET: 無實質通道, 閘極電壓視通道決定正負 3. 製作 符號 結構 核取方塊, 供使用者勾選顯示 元件名稱種類符號結構 N 通道 JFET P 通道 空乏型 MOSFET N 通道

3 P 通道 N 通道 增強型 MOSFET P 通道 發 動畫示範 5 分鐘 動畫 3 分鐘. 設計一個互動式 JFET 偏壓設計元件 展活動 JFET 偏壓, 載子流 元件類型 N 通道 JFET P 通道 JFET 汲源極電壓 VDS 正電壓 負電壓 閘源極電壓 VGS 正電壓 負電壓 載子流 工作偏壓表格 填入 檢查 VDS VDS VGS VGS

4 2. 製作 元件類型 群組方塊, 內含 N 通道 JFET P 通道 JFET 圓型按鈕, 供使用者點選切換使用元件類型 3. 製作 汲源極電壓 VDS 群組方塊, 內含 正電壓 負電壓 圓型按鈕, 供使用者點選切換 VDS 正負電源 4. 製作 閘源極電壓 VGS 群組方塊, 內含 正電壓 負電壓 圓型按鈕, 供使用者點選切換 VGS 正負電源 5. 製作 載子流 核取方塊, 供使用者勾選動態顯示 6. 製作 工作偏壓表格 核取方塊, 供使用者勾選顯示 元件類型 VGS VDS N 通道 JFET - + P 通道 JFET + - 按下 填入, 則將目前點選之 VGS 與 VDS 電壓正負填入表格 2 按下 檢查, 則檢查表格內填入資料是否正確 3 若正確, 則出現叮咚聲, 並顯示 O; 若錯誤, 則出現哦喔聲, 並顯示 X, 再出現 正解 7. VGS 滑動軸, 分成三段互動式顯示結構與電流的變化情形 N 通道 JFET VGS VGS 負電壓時 VGS 正電壓時結構變化電流表變化結構變化電流表變化

5 上 ( 中 ( 2 下 (0) 2P 通道 JFET VGS VGS 正電壓時 VGS 負電壓時 結構變化電流表變化結構變化電流表變化 上 ( 中 ( 2

6 下 (0) 發展活動 動畫示範 JFET 通道夾止現象 0 分鐘 動畫 3 分鐘. 設計一個互動式 JFET 通道夾止元件 2. 製作 元件類型 群組方塊, 內含 N 通道 JFET P 通道 JFET 圓型按鈕, 供使用者點選切換使用元件類型 3.VGS 滑動軸與 VDS 滑動軸, 分段互動式顯示結構變化的情形 N 通道 JFET(VGS(P)<0) VGS VDS 結構變化 VGS VDS 結構變化 上 ( 下 ( 低 ) 上 ( 中 ( 2 VGS(P) )

7 中 ( 2 下 ( 低 ) 中 ( 2 中 ( 2 VGS(P) ) 下 (0) 下 ( 低 ) 下 (0) 中 ( 2 VGS(P) ) 上 ( 上 ( VGS(P) ) 中 ( 2 上 ( VGS(P) ) 下 (0) 上 ( VGS(P) ) 2P 通道 JFET(VGS(P)>0) VGS VDS 結構變化 VGS VDS 結構變化

8 上 (VP) 下 ( 低 ) 上 ( 中 (- 2 中 ( 2 下 ( 低 ) 中 ( 2 中 (- 2 下 (0) 下 ( 低 ) 下 (0) 中 (- 2 上 ( 上 (- 中 ( 2 上 (-

9 下 (0) 上 (- 發展活動 動畫示範 JFET 通道夾止物理特性 5 分鐘 動畫 分鐘 以動畫元件 : JFET 通道夾止物理特性 輔助說明以下概念 :. 通道夾止是指空乏區不能夠再繼續延伸, 不表示電流通道被空乏區夾斷, 因此仍有電流通過通道, 夾止現象產生時, 電流達到飽和不再增加 2. 當 VDS> VDS(sat) 時, 通道雖然夾止但並沒有完全封閉, 仍然會有一條微小寬度的通道存在著, 這個微小的通道具有非常大的電阻, 成為限制電流的瓶頸, 導致 IDS 電流趨於飽和, 而不隨著汲極電壓 VDS 的持續升高而增加 2. 當 VDS>VDS(sat) 而超過夾止電壓時, 在通道中的夾止區會往源極延伸, 最後將通道與汲極隔絕, 此時一個很強的平行電場會出現在夾止狀態的隔絕區, 電場方向從空乏區內隔絕層的正游離施體離子 (Nd+) 指向通道內的電子, 這樣強的電場引導通道內的電子到達通道的頂端, 並穿越隔絕區內所剩的微小通道移動到汲極端, 而形成 IDS 電流

10 綜合活動 評量 Ⅰ 3 分鐘 動畫 分鐘. 以連連看元件, 將正確的符號與名稱連起來 請將符號與名稱相同者連起來 JFET D-MOS E-MOS 綜合活動 評量 Ⅱ 2 分鐘 動畫 分鐘. 使用拖曳方式, 將元件依 P 通道與 N 通道分類 綜合活動 評量 Ⅲ 5 分鐘 動畫 分鐘. 設計一個互動式題庫元件 2. 功能包含 可供使用選擇測驗題數,2 若正確, 則出現叮咚聲, 並顯示 O; 若錯誤, 則出現哦喔聲, 並顯示 X, 再出現正解 3. 題庫如下 :

11 ( D ).JFET 的工作原理是控制 (A) 通道中的導電係數 (B) 通道接面的電流 (C) 通道中的載子濃度 (D) 通道空乏區的厚度 ( B ) 2. 當 JFET 進入飽和區工作時, 其電流開始維持定值, 此係因通道的哪一端產生夾止? (A) 閘極 (B) 汲極 (C) 源極 (D) 汲極與源極同時 ( D ) 3.P 通道場效電晶體 (FET) 之電荷載子為 (A) 電子 (B) 主載子為電洞 副載子為電子 (C) 主載子為電子 副載子為電洞 (D) 電洞 ( A ) 4.FET 是利用 (A) 電場控制之元件 (B) 磁場控制之元件 (C) 電流控制之元件 (D) 電磁場控制之元件 ( D ) 5. 對 N 通道 JFET 而言, 通道電流為何種載子? (A) 多數載子為電子, 少數載子為電洞 (B) 多數載子為電洞, 少數載子為電子 (C) 單一載子電洞 (D) 單一載子電子 ( A ) 6. 下列哪一種元件是靠單一種載子來傳送電流? (A)FET (B) 雙極性電晶體 (C) 二極體 (D)SCR ( D ) 7. 有關場效電晶體 (FET) 之敘述下列何者錯誤? (A) 一般可分為 JFET 及 MOSFET 二類 (B) 可分成 N 通道及 P 通道兩種 (C)MOSFET 又分成空乏型及增強型兩類 (D) 輸入阻抗較雙極性電晶體為低 ( A ) 8. 下列有關場效電晶體的特性敘述, 何者正確? (A) 單載子元件 (B) 電流控制元件 (C) 雙極性元件 (D) 汲源極之阻抗很大 ( C ) 9. 下列敘述何者正確? (A)FET 為電流控制,BJT 為電壓控制 (B)FET 為雙極性,BJT 為單極性 (C)FET 輸入阻抗高,BJT 輸入阻抗低 (D) 以上皆非 ( C ) 0.FET 之工作原理是控制 (A) 通道中之載子濃度 (B) 流過接面電流 (C) 通道寬度 ( 厚度 ) 大小 (D) 流過閘極電流 合計 : 45 分鐘 合計 : 分鐘 7 個元件可供設計參考資源列表 參考資源 ( 線上資源或參考書籍 ) 簡述 電子學 Ⅱ 王金松, 電子學 Ⅱ, 全華科技圖書有限公司,2009 電子學 Ⅱ 徐慶堂 黃天祥, 台科大圖書股份有限公司,200

12 電子學 ( 上 ) 劉博文, 電子學 ( 上 ), 全威圖書有限公司,2006 Microelectronics:Circuit Analysis and Design,3 rd Microelectronic circuits,6 th Donald A. Neamen, Microelectronics:Circuit Analysis and Design,3 rd ed.,mcgraw-hill,2007 Adel S. Sedra/Kenneth C. Smith, Microelectronic circuits,6 th ed.,oxford University Press,20 中興大學物理系孫允武教授應用電子學上課講義

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