硬件电路(17)-场效应晶体管-J-FET

一、概述

        结型场效应晶体管（Junction Field-Effect Transistor，JFET）JFET是在同一块N形半导体上制作两个高掺杂的P区，并将它们连接在一起，所引出的电极称为栅极g，N型半导体两端分别引出两个电极，分别称为漏极d，源极s。结型场效应晶体管是一种具有放大功能的三端有源器件,是单极场效应管中最简单的一种,它可以分N沟道或者P沟道两种。

二、分类：

结型场效应管有两种结构形式，它们是N沟道结型场效应管和P沟道结型场效应管。结型场效应管也具有三个电极，它们是：栅极；漏极；源极。电路符号中栅极的箭头方向可理解为两个PN结的正向导电方向。

三、工作原理

结型场效应管的工作原理(以N沟道结型场效应管为例)，N沟道结构型场效应管的结构及符号，由于PN结中的载流子已经耗尽，故PN基本上是不导电的，形成了所谓耗尽区，当漏极电源电压ED一定时，如果栅极电压越负，PN结交界面所形成的耗尽区就越厚，则漏、源极之间导电的沟道越窄，漏极电流ID就愈小；反之，如果栅极电压没有那么负，则沟道变宽，ID变大，所以用栅极电压EG可以控制漏极电流ID的变化，就是说，场效应管是电压控制元件。

对于耗尽型的JFET，在平衡时(不加电压)时，沟道电阻最小；电压Vds和Vgs都可改变栅p-n结势垒的宽度，并因此改变沟道的长度和厚度（栅极电压使沟道厚度均匀变化，源漏电压使沟道厚度不均匀变化），使沟道电阻变化，从而导致Ids变化，以实现对输入信号的放大。当Vds较低时，JFET的沟道呈现为电阻特性，是所谓电阻工作区，这时漏极电流基本上随着电压Vds的增大而线性上升，但漏极电流随着栅极电压Vgs的增大而平方式增大；进一步增大Vds时，沟道即首先在漏极一端被夹断，则漏极电流达到最大而饱和（饱和电流搜大小决定于没有被夹断的沟道的电阻），这就是JFET的饱和放大区，这时JFET呈现为一个恒流源。JFET的放大作用可用所谓跨导gm = δIds / δVgsS ](Vds =常数) 来表示，要求跨导越大越好。

四、特点

1、是电压控制器件，则不需要大的信号功率

2、是多数载流子导电的器件，是所谓单极晶体管，则无少子存储与扩散问题，速度高，噪音系数低；而且漏极电流Ids的温度关系决定于载流子迁移率的温度关系，则电流具有负的温度系数，器件具有自我保护的功能。

3、输入端是反偏的p-n结, 则输入阻抗大, 便于匹配。

4、输出阻抗也很大, 呈现为恒流源，这与BJT大致相同

5、JFET一般是耗尽型的，但若采用高阻衬底, 也可得到增强型JFET(增强型JFET在高速、低功耗电路中很有应用价值)；但是一般只有短沟道的JFET才是能很好工作的增强型器件。实际上，静电感应晶体管也就是一种短沟道的JFET。⑥沟道是处在半导体内部，则沟道中的载流子不受半导体表面的影响，因此迁移率较高、噪声较低。

JFET的噪声性能优于MOSFET。因为JFET的沟道是在体内，则不存在MOSFET那样的由于表面或界面所引起的1/f噪声。所以JFET的低频噪声很小。

通过栅源电压Ugs来控制漏源回路中的电流Id的大小

JFET的漏极与源极间是可以相互调换来使用的。因为JFET的源极与漏极之间没有PN结，是由同一导电类型的半导体制作的

JFET都是耗尽型的；MOSFET既有耗尽型也有增强型。