什么是JFET？它的构建、工作和偏置技术知识汇总

JFET是结栅场效应晶体管。普通晶体管是电流控制器件，需要电流进行偏置，而 JFET 是电压控制器件。与 MOSFET 一样，正如我们在之前的教程中所见，JFET 具有三个端子Gate、Drain 和 Source。

JFET 是模拟电子设备中精密电平电压操作控制的重要组件。我们可以将JFET用作压控电阻或开关，甚至可以使用JFET制作放大器。它也是替代 BJT 的节能版本。JFET 提供低功耗和相当低的功耗，从而提高了电路的整体效率。它还提供非常高的输入阻抗，这是优于 BJT 的主要优势。

有不同类型的晶体管，在 FET 系列中，有两种子类型：JFET 和MOSFET。我们在之前的教程中已经讨论过 MOSFET，这里将学习 JFET。

JFET的类型

与 MOSFET 一样，它有两种子类型——N 沟道 JFET 和 P 沟道 JFET。

JFET 引脚排列

N 沟道 JFET 和 P 沟道 JFET 示意图模型如上图所示。箭头表示 JFET 的类型。指向栅极的箭头表示 JFET 是 N 沟道，另一方面，来自栅极的箭头表示 P 沟道 JFET。这个箭头也表示了 PN 结的极性，它是在沟道和栅极之间形成的。有趣的是，英文助记词是这样的，N-Channel 设备的箭头表示“Points in n ”。

流过漏极和源极的电流取决于施加到栅极端子的电压。对于 N 沟道 JFET，栅极电压为负，对于 P 沟道 JFET，栅极电压为正。

JFET的构建

JFET 结构

在上图中，我们可以看到 JFET 的基本结构。N沟道JFET由N型衬底中的P型材料组成，而P型衬底中使用N型材料以形成P沟道JFET。

JFET是使用半导体材料的长沟道构造的。根据构造工艺，如果JFET包含大量的正电荷载流子（称为空穴），则为P型JFET，如果它具有大量的负电荷载流子（称为电子），则称为N型场效应管。

在半导体材料的长沟道中，在每一端创建欧姆接触以形成源极和漏极连接。PN结形成在沟道的一侧或两侧。

JFET的工作

了解 JFET 工作的最佳示例是想象花园软管。假设一个花园软管正在提供流过它的水流。如果我们挤压软管，水流会减少，如果我们完全挤压它，水流会在某个点为零。JFET 正是以这种方式工作的。如果我们将软管与 JFET 互换，将水流与电流互换，然后构建载流通道，我们就可以控制电流。

当栅极和源极之间没有电压时，通道变成一条平滑的路径，为电子流动敞开。但是，当在栅极和源极之间施加反向极性的电压时，会发生相反的情况，这会使 PN 结反向偏置，并通过增加耗尽层使沟道变窄，并可能使 JFET 处于截止或夹断区域。

在下图中，我们可以看到饱和模式和夹断模式，我们将能够理解耗尽层变宽，电流变小。

JFET 操作模式

如果我们想关断 JFET，我们需要为 N 型 JFET提供一个负栅源电压，表示为VGS 。对于 P 型 JFET，我们需要提供正 V GS。

JFET只工作在耗尽模式，而MOSFET有耗尽模式和增强模式。

JFET 特性曲线

直流电源的 JFET 偏置

在上图中，JFET 通过可变直流电源偏置，该直流电源将控制 JFET 的VGS。我们还在漏极和源极之间施加了电压。使用变量 V GS，我们可以绘制 JFET 的 IV 曲线。

JFET 特性曲线

在上面的 IV 图像中，我们可以看到三个图表，分别对应三个不同的 V GS电压值，0V、-2V 和 -4V。存在三个不同的区域 Ohmic、Saturation 和 Breakdown 区域。在欧姆区，JFET 就像一个压控电阻器，其中电流由施加在其上的电压控制。之后，JFET 进入曲线几乎笔直的饱和区域。这意味着电流足够稳定，V DS不会干扰电流。但当 V DS远大于容差时，JFET 会进入电流不受控制的击穿模式。

P 沟道 JFET 的这条 IV 曲线也几乎相同，但几乎没有差异。当 V GS和夹点电压或 (V P ) 相同时，JFET 将进入截止模式。同样如上曲线，对于 N 沟道 JFET，当 V GS增加时，漏极电流增加。但是对于 P 沟道 JFET，当 V GS增加时，漏极电流会减小。

JFET的偏置

不同类型的技术用于以适当的方式偏置 JFET。从各种技术来看，以下三种被广泛使用：

• 固定直流偏置技术
• 自偏置技术
• 分压器偏差

固定直流偏置技术

固定偏置

在 N 沟道 JFET 的固定直流偏置技术中，JFET 的栅极以这样的方式连接，即 JFET 的 V GS始终保持负值。由于 JFET 的输入阻抗非常高，因此在输入信号中没有观察到负载效应。流过电阻器 R1 的电流保持为零。当我们在输入电容器 C1 上施加交流信号时，信号出现在栅极上。现在，如果我们计算 R1 上的电压降，根据欧姆定律，它将是 V = I x R 或 V降= 栅极电流 x R1。由于流向栅极的电流为 0，因此栅极上的电压降保持为零。因此，通过这种偏置技术，我们可以通过改变固定电压来控制 JFET 漏极电流，从而改变 V GS。

自偏置技术

自偏置

在自偏置技术中，在源极引脚上添加了一个电阻器。源极电阻器 R2 上的电压降产生 V GS以偏置电压。在这种技术中，栅极电流再次为零。源电压由相同的欧姆定律决定 V = I x R。因此源电压 = 漏极电流 x 源电阻。现在，可以通过栅极电压和源极电压之间的差异来确定栅极到源极电压。

由于栅极电压为 0（因为栅极电流为 0，根据 V = IR，栅极电压 = 栅极电流 x 栅极电阻 = 0）V GS = 0 – 栅极电流 x 源极电阻。因此不需要外部偏置源。偏置是由自身产生的，使用源电阻上的电压降。

分压器偏差

分压器偏差

在这种技术中，使用了一个额外的电阻器，并且对自偏置技术的电路稍作修改，使用 R1 和 R2 的分压器为 JFET 提供所需的直流偏置。源电阻上的电压降需要大于电阻分压器的栅极电压。这样，V GS保持负值。

这就是JFET 的构造和偏置方式。

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