结型场效应晶体管(JFET)工作原理:JFET是一种具有放大功能的三端有源器件,由pn结栅极(G)、源极(S)、漏极(D)组成。其工作原理是通过电压改变沟道的电导率来控制输出电流。

对于结型场效应晶体管(JFET),最常见的是耗尽型JFET(D-JFET),即栅偏置为零时存在带沟道的JFET;通常,不使用增强型JFET(E-JFET(E-JFET))——,其在栅极偏压为零时没有沟道。这主要是由于长沟道E-JFET在使用时很难产生导电沟道,导致导电性差。然而,由于高速和低功耗电路的需要,有时需要E-JFET。

JFET导电通道在体内。耗尽型晶体管和增强型晶体管在技术和结构上的区别主要在于沟道区的掺杂浓度和厚度。D-JFET沟道的掺杂浓度和厚度如此之高,以至于栅极pn结的内建电压不能完全耗尽沟道。但是,如果E-JFET的沟道掺杂浓度低,厚度小,那么栅极pn结的内建电压可以完全耗尽沟道。

然而,对于短沟道E-JFET,情况不同,因为这种晶体管的漏极电压可以施加到源极附近,使得沟道中的势垒降低,从而可以形成导电沟道。这个电子JFET本质上是一个静电感应晶体管。

肖特基栅场效应晶体管(MESFET)是与JFET具有相同导电机制的场效应晶体管。这里,具有金属-半导体接触的肖特基结被用作栅极,而不是pn结。

还有一种场效应晶体管,就是高电子迁移率晶体管(HEMT),在结构上类似于MESFET,但在工作机制上更接近MOSFET。

此外,MOSFET的偏置效应实际上是JFET的函数。

结型场效应晶体管的工作特性对于耗尽型JFET,平衡时(无电压)沟道电阻最小;电压Vds和Vgs都可以改变栅极pn结势垒的宽度,从而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),使沟道电阻发生变化,从而导致Ids的变化,从而实现输入信号的放大。

当Vds较低时,JFET的沟道呈现电阻特性,称为电阻工作区。此时,漏极电流基本上随着电压Vds的增加而线性增加,但是漏极电流随着栅极电压Vgs的增加而水平增加。当Vds进一步增大时,沟道首先在漏极一端被夹断,然后漏极电流达到最大值并饱和(饱和电流取决于未被夹断的沟道的电阻)。这是JFET的饱和放大区,然后JFET作为恒流源出现。

JFET的放大可以用所谓的跨导GM=IDS/Vgss](VDS=常数)来表示,跨导越大越好。