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今天给大家分享关于结场效应管(JFET)的相关知识，在很久之前给大家分享过mos管的知识，大家记得点击下方标题直接跳转。

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什么是结型场效应管（JFET）?

结型场效应晶体管（JFET） 广泛用于电子电路中。结型场效应晶体管是一种可靠且有用的电子元件，可以很容易地用于从放大器到开关电路的各种电子电路中。

由于结型场效应管（JFET）工作依赖于由输入栅极电压产生的电场，因此称为场效应。

场效应晶体管（JFET）图

结型场效应管（JFET）有 3 个端子，分别命名为 Source（源极）、Drain（漏极）、Gate （栅极）

1、源极：是与通道的一端形成连接的终端。通常情况下，源极端子提供多数电荷载流子，会产生通过结型场效应管（JFET）的电流。

2、漏极：漏极端子位于源极端子的另一端，大多数电荷载流子从一端移动到另一端，并在晶体管的漏极端子收集。

3、栅极：此端子由基板上的两个重度扩散区域的组合连接形成，控制电流水平的电压在栅极端子处提供。

通道：这是多数载流子从源极端子传递到漏极端子的区域。

结型场效应（JFET）实物图

结场效应管结构

结型场效应管（JFET）的结构如下所示。由 N 型或 P 型材料制成的实心棒构成了设备的主体。

栅材料沉积物之间的栅条部分的横截面比栅条的其余部分小，并形成连接源极和漏极的“通道”。

下图显示了一个 N 型材料的栅极和一个 P 型材料的栅极。因为沟道中的材料是N型，所以该器件称为 N 沟道结型场效应管（JFET）。在 P 沟道 结型场效应管（JFET）中，沟道由 P 型材料制成，栅极由 N 型材料制成。

结型场效应管（JFET）结构图

结型场效应管（JFET）的电路符号图

结型场效应管（JFET）的电路符号图

结型场效应管（JFET）可以是 N 沟道器件或 P 沟道器件。它们可以以非常相似的方式制作，主要的例外是下面结构中的 N 和 P 区域是互换的。

N 和 P 沟道结型场效应管 （JFET ）之间的唯一实际区别是栅极材料和沟道之间形成的 PN 结的偏置。也就是根据制造时使用的基本半导体材料进行分类，或者说，负责电流通过设备的多数载流子。

结型场效应管 （JFET ）分为哪两类？1、N沟道结型场效应管 （JFET ），2、P沟道结型场效应管（JFET）

N沟道结型场效应管 （JFET ）

与 N 沟道 结型场效应管 （JFET ）一样，取 N 型硅衬底，并在其上扩散 2 个 P 型半导体条。从而产生电子流动的通道，因而称为 N 沟道结型场效应管（JFET）.

下图显示了 N 沟道结型场效应管 （JFET ）的示意图，该图所示的几何结构简化了N 沟道结型场效应管 （JFET ）原理的分析。

n 沟道结型场效应管 （JFET ）结构图

N 沟道结型场效应管 （JFET ）的两侧都有重度掺杂的受阻杂质 P 型区域，形成栅极 G，要注意两个 P 型区域和栅极端子之间的连接。

两个栅区之间的区域是沟道，是n型材料的结构。该窄半导体沟道提供了源极和漏极之间的导电路径。

大多数载流子通过源极 S 进入器件并通过漏极 D 离开，源极侧可以是任一通道的末端。

这种结构工作的基础是通过调节栅极 G 上的电压来改变 S 和 D 端之间的电阻。

N 沟道 结型场效应管（JFET ）电流方向和电压极性的约定

下图显示了 N 沟道 结型场效应管电流方向和电压极性的约定。

n 沟道 结型场效应管电流方向和电压极性的约定

栅极处的箭头表示从 P 型到 N 型 JFET 的结的方向。

• Is = 进入 S 的约定电流。

• Id = 进入 D 的常规电流。

• Ig = 进入 G 的常规电流。这是栅极电流流动方向，栅极结正向偏置。

• Vds = 漏源施加电压 - 如果 d 比 s 更正，则为正。

• Vdd = 漏极电源电压（外部电压源）。
• Vgg = 栅极电源电压（外部电压源）。

Vgs = 栅源施加电压 - 如果 g 比 s 更正，则为正。Vgs 与极性一起使用以反向偏置 pn 结 (Vgs = - Vgg)。

对于 N 沟道 JFET，Id 和 Vds 为正，Is 和 Vgs 为负。

P沟道结型场效应管（JFET）

在 P 沟道结型场效应管（JFET）中，取 p 型硅衬底，并在其上扩散2个 n 型半导体材料。因此，产生一个用于电流传导的通道，称为 p 通道 结型场效应管（JFET）。

P沟道 结型场效应管（JFET）

P 沟道结型场效应管（JFET）的电路符号和极性约定

下图显示了 P 沟道结型场效应管（JFET）的电路符号和极性约定。

p 沟道结型场效应管（JFET）的电路符号和极性约定

与 N 沟道结型场效应管（JFET）的电路符号和极性约定相比，P 沟道结型场效应管（JFET）具有相反的电流方向和电压极性，。

Id 和 Vds 为负，Is 和 Vgs 为正。因此，增加从栅极到源极的正电压将收缩沟道。

结型场效应管（JFET）计算案例

示例1：结型场效应晶体管产生 5 nA 的栅极电流。栅极在 10 V电压下反向偏置。求晶体管漏极和源极之间的电阻？

V GS = 10V 和 I G = 5 nA

R GS = V GS / I G

将值放入给定的公式中，我们得到：

R GS = 10 / 5 x 10 -9 Ω

R GS = 2 x 10 9 Ω

R GS = 2000 x 10 6 Ω

示例 2：使用以下参数求漏极电流，IDSS = 5mA，V GS = -2 V，V P = -1 V

I D = I DSS (1 - V GS /V P ) 2

将给定值放入上述等式中，我们得到：

I D = 5 x 10 -3 (1 - (-2 /-1)) 2

I D = 5 x 10 -3 (1 - (2)) 2

I D = 5 x 10 -3 (-1) 2

I D = 5 x 10 -3 A或者 I D = 5mA

结型场效应管（JFET）工作原理--无偏置

在栅极和源极之间没有施加电压的情况下，通道是电流流动的宽阔路径。

源极端对应的栅极和漏极均未提供外部电位时。这时：

V GS = V DS = 0

因此，在这种情况下，两个 PN 结将具有相同厚度的耗尽区。由于没有提供任何外部偏置，这意味着由于温度变化，大多数电荷载流子（电子）从源极移动到漏极端子。

下图显示了 结型场效应管（JFET） 如何在零栅极偏置条件下工作。

在 JFET 上施加 5 伏电压，使电子电流从源极流向漏极，如箭头所示。栅极端子接地，这是一个零栅极偏置条件。

在这种情况下，典型的条形代表大约 500 欧姆的电阻。与漏极引线和直流电源串联的毫安表指示电流量。漏极电源 ( V DD ) 为 5 伏，毫安表的漏极电流 ( ID ) 读数为 10 毫安。电压电流下标字母（V DD , I D) 用于 FET 对应于 FET 的元件，就像它们用于晶体管的元件一样。

结型场效应管（JFET）无偏置工作原理图

由于这种传导发生在从漏极到源极的方向上，即与载流子的流动方向相反。因此，电流被称为漏极电流。

结型场效应管（JFET）工作原理--偏置

如果在栅极和源极之间施加极性的电压，它会反向偏置 PN 结，源极和漏极连接之间的流动变得有限或受到调节。

当在栅源端子之间提供小电压时。这表示：

V GS ≠ 0

因此，在这种情况下，当在栅极到源极端子之间提供小的反向电位时，反向电压会增强（增加）pn 结的耗尽宽度。

此外，我们知道 N 通道具有电阻性质。因此，在通道中会注意到电压降。这是由于电流在端子漏极和源极之间流动。

由于电压降，两个结变得更加反向偏置，从而导致耗尽区更多地渗透到沟道中。

在下图中，向结型场效应管（JFET）的栅极施加了一个小的反向偏置电压。施加到 P 型栅极材料的 -1 V栅源电压 ( V GG ) 导致 P 型和 N 型材料之间的结变为反向偏置。

反向偏置条件会导致在结型场效应管（JFET） 的 PN 结周围形成“耗尽区”，因为这个区域的载流子数量减少了，所以反向偏压的作用是减少“通道”的有效横截面积。

这种面积的减小增加了结型场效应管（JFET）的源漏电阻并减少了电流。

结型场效应管（JFET）偏置工作原理图

结型场效应管（JFET）工作原理--夹断(截止)

最大栅源电压“夹断”通过源极和漏极的所有电流，从而迫使结型场效应管（JFET）工进入截止模式。

向栅极施加足够大的负电压将导致耗尽区变得特别大，以至于电流通过结的传导完全停止。将漏极电流 (ID) 降至零所需的电压称为夹断电压 （或截止电压）并且与真空管中的截止电压相等。

在上图中，施加的- 1 V 电压虽然不足以完全停止导通，但已导致漏极电流显着降低（从零栅极偏置条件下的 10 毫安降至 5 毫安）。

计算表明，1 V 的栅极偏置也增加了 结型场效应管（JFET）的电阻（从 500 欧姆增加到 1 千欧姆）。换句话说，栅极电压每变化 1 伏，结型场效应管（JFET）的电阻就会增加一倍，电流会减半。

然而，这些测量仅表明 结型场效应管（JFET）工作原理以类似于双极晶体管的方式工作，即使两者的构造不同。

通过将微安表与栅极-源极电压 ( V GG )串联，可以看到 JFET 在反向栅极偏置条件下的更高输入阻抗，如下图所示。

结型场效应管（JFET）夹断工作原理图

完全停止通过器件传导的特定栅源电压称为截止电压或夹断电压。

随着栅极端子处反向施加电压的降低，沟道电阻也显示出降低。结果，导致漏极电流上升。这种行为是由于PN结的耗尽区在反向偏置电压的影响下扩大，如果电压足够大，最终占据沟道的整个宽度。

这个夹断动作可以比喻为通过挤压软管来减少液体的流动：只要有足够的力，软管就会被压缩到足以完全阻止流动。

结型场效应管（JFET）夹断工作原理

结型场效应管（JFET）特性曲线

• 开始时，漏极电流 (ID) 随着漏源电压 (VDS) 的增加而迅速增加，但随后变得恒定。高于其漏极电流变为恒定的 VDS 值称为夹断电压 (V P )。
• 夹断电压后，沟道宽度变窄，耗尽层相互接触。因此，在夹断电压之后，漏极电流随 VDS 的变化而变化很小。因此，漏极电流保持恒定。

施加到栅极的电压V GS控制在漏极和源极端子之间流动的电流。

V GS：是指施加在栅极和源极之间的电压。

V DS：是指施加在漏极和源极之间的电压。

因为结型场效应管（JFET）是电压控制器件，所以“没有电流流入栅极！”， 那么流出结型场效应管（JFET）的源极电流 ( I S ) 等于流入器件的漏极电流，因此 ( I D = I S )。

下图为结型场效应管（JFET）的特性曲线，可以比较清晰的展现出结型场效应管（JFET）是怎么工作的。

结型场效应管（JFET）特性曲线图

上面显示的特性曲线示例显示了 结型场效应管（JFET）特性曲线四个不同工作区域，如下所示：

• 欧姆区 ——在这个区域 ，V GS = 0 ，结型场效应管（JFET）开始对漏极电流（ID）表现出一定的电阻，开始从漏极流向源极。流过 结型场效应管（JFET） 的电流与施加的电压成线性比例。
• 截止区域 - 这也称为夹断区域，即栅极电压，V GS足以使 结型场效应管（JFET） 充当开路，因为通道电阻处于最大值。
• 饱和区或有源区 ——结型场效应管（JFET）成为良导体，由栅源电压 (V GS ) 控制，而漏源电压 ( V DS ) 影响很小或没有影响。
• 击穿区域——当漏源电压 VDS 超过最大阈值时，导致耗尽区击穿，结型场效应管（JFET）失去抗电流能力，漏极电流无限增加。

P 沟道结型场效应晶体管的特性曲线与上述相同，只是漏极电流I D随着正栅极-源极电压V GS的增加而减小。

结型场效应管（JFET）特性参数

有源区的漏极电流

漏极电流的值将介于零（夹断）和I DSS（最大电流）之间。

有源区的漏极电流公式

漏源通道电阻

通过知道漏极电流I D和漏源电压V DS，通道的电阻 ( R DS ) 如下所示：

漏源通道电阻公式

其中：g m是“跨导增益”，因为结型场效应管（JFET）是电压控制器件，它表示漏极电流相对于栅源电压变化的变化率。

g m是“跨导增益”

结型场效应管（JFET）提供以跨导g m为单位测量的增益，夹断（饱和）区域的跨导由下式给出：

g m是“跨导增益”公式

如果n = 2，跨导是输入电压 ( V GS ) 的线性函数。

结型场效应管（JFET）工作模式--共源 (CS) 模式

在共源配置（类似于共发射极）中，输入应用于栅极，其输出从漏极获取，如下图所示。这是 结型场效应管（JFET最常见的工作模式，因为它具有高输入阻抗和良好的电压放大能力，因此广泛使用共源放大器。

共源(CS)

结型场效应管（JFET）连接的共源模式一般用于音频放大器和高输入阻抗的前置放大器和级。作为放大电路，输出信号与输入“异相” 180 °。

结型场效应管（JFET）工作模式--共栅极 (CG) 模式

在共栅极配置（类似于共基极）中，输入应用于源极，其输出来自漏极，栅极直接接地 (0v)，如下图所示。先前连接的高输入阻抗特性在此配置中丢失，因为公共栅极具有低输入阻抗，但具有高输出阻抗。

共栅极 (CG)

结型场效应管（JFET）的这种配置可用于高频电路或阻抗匹配电路，低输入阻抗需要与高输出阻抗匹配。输出与输入“同相”。

结型场效应管（JFET）工作模式--共漏极 (CD) 模式

在共漏极配置中（类似于公共集电极），输入应用于栅极，其输出来自源极。

公共漏极或“源极跟随器”配置具有高输入阻抗和低输出阻抗和接近单位电压增益，因此用于缓冲放大器。源极跟随器配置的电压增益小于 1，输出信号与输入信号“同相”，0 °。

共漏极 (CD)

这种类型的配置被称为“公共漏极”，因为在漏极连接处没有可用的信号，存在电压，+V DD仅提供偏置。输出与输入同相。

以上就是关于结型场效应管（JFET）的一些知识，希望大家多多支持我。

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