有关“结型场效应管JFET”的那些事

hulx

在制作liushuliang前辈介绍的4-FET前级过程中，接触到结型场管JFET做放大应用（以前用到过JFET，都是做压控可变电阻）。一边制作调试一边找了几本有关的书籍，看书学习了很久，有些体会，想跟DIYer交流、分享。
说到相关书籍，个人认为讲述最简明易懂的要数清华大学华英成和童诗白教授的《模拟电子技术基础》第四版教材，以下是本书中有关JFET原理的部分，只有5页，有兴趣可以啃一下。

可能有些难懂，不要紧一点点来。
1、JFET是电压控制电流器件。电压是：栅源电压Vgs；电流是：漏极电流Ids。这样一个三端口元件，栅源极反偏，阻抗很高，基本不取电流，所以漏极电流Id和源级电流Is基本相等。
这里对比一下普通双极型三极管BJT，它是电流控制电流器件，基极电流Ib控制集电极电流Ic。

2、看输出特性曲线，那样一簇线不容易理解，我们都是先单取一根来说，在看全部。
①Vgs一定（负值，|Vgs|<|VP|），Vds从0开始正向加大，这时候漏极电流Id跟Vds成正比增大，体现了电阻的伏安特性。电阻值由Vgs决定，就是说JFET可以做电压控制的可变电阻，这个工作区就叫“可变电阻区”。下面这个图是2SK246规格书中里面的低压特性，可以清楚看出可变电阻区的情况，它位于曲线最左边，Id变化陡峭部分，电阻值=ΔUds/ΔId。

曲线上面粗略量一下，Ugs=0时，电阻1=0.6V/2mA=0.3k。Ugs=-0.2V时，电阻2=0.5V/1.4mA=0.375k。
②Vgs一定，Vds继续增大到Vgs-Vp时，曲线变得平缓了，这时，Vds增大Id却不再剧烈增大了，Id出现了饱和的现象。此时的Id由Vgs决定。
③Vgs不同的时候，Id出现饱和现象时的Vds是不同的，这些点连在一起就是预夹断轨迹。Vds=Vgs-Vp作为JFET工作在可变电阻区或者恒流区的唯一判据，在输出曲线上边预夹断轨迹左边就是可变电阻区，右边就是恒流区或者叫饱和区。书不同，叫法可能不一样。

JFET用作放大器件使用时，是工作在恒流区的。

补充内容 (2015-5-16 19:17):
第一张图漏掉了，在8楼。

zfl1211

就是说工作在可变电阻区是不对的,为什么有些人言之凿凿呢

hulx

继续哈！
3、转移特性曲线和输出曲线的关系
转移特性曲线和输出曲线都是表征JFET工作特性的，有了输出曲线就能得到转移特性曲线。下面转载维基百科上的一幅图，表示了这种关系。

I–V characteristics and output plot of an n-channel JFET

先看左面的图，转移特性曲线。蓝色线代表的是饱和区，下边紫色区域是可变电阻区（图上写的是线性区——Linear region），横轴Vgs上的Vp就是夹断电压，横轴上红色的是漏极电流为0，表示导电沟道夹断漏极不再有电流了。Ids的最大点代表的是Vgs=0时的最大饱和漏极电流。
右边图，是输出特性曲线。蓝色区是饱和区，虚线左边一点是可变电阻区（同上，写的是Linear region）。虚线是预夹断电压轨迹，方程图上有标记。下边横轴的红线仍然是夹断区。输出曲线表示了Vgs对Id的控制作用，Vgs是负值，绝对值往下面依次加大，直至夹断。

补充内容 (2015-5-16 13:55):
6L可以补充到这里。

借你消愁

工作在恒流区

hulx

4、低频跨导gm

大家都熟悉BJT的β，表示了一只三极管的电流放大系数，因为它是电流放大器件。如前所述这个概念用在JFET就不合适了，因此引入与此对应的参数：低频跨导。它表示栅极电压对漏极电流的控制作用，不严格来说就是gm=ΔId/ΔVgs，它跟β类似，决定了JFET放大电路的放大倍数。

这个gm可以在转移特性曲线上面测量出来，由于转移特性不是一条直线（可以用二次或更高次方程来拟合，后面会说到），因此这个跨导就不是一个常量。看着就是上面部分比较挺拔（跨导大），下面比较平缓（跨导小）。换言之，Id小放大倍数小，Id大放大倍数大。

那么一个设计合理的JFET放大器，为得到比较大的放大倍数，就应该设置合理的直流工作点，使之工作在转移特性上比较挺拔的部分。

hulx

同一只JFET在各种Vds时的转移特性。当漏极电压远大于夹断电压Vp时，各条曲线差别很小，因此只做一条就可以了。

牛哥

zfl1211 发表于 2015-5-16 12:04
就是说工作在可变电阻区是不对的,为什么有些人言之凿凿呢

FET应该可以工作在可变电阻区，这时候的曲线是非饱和特性的，是个挺有意思的事情。

hulx

不好意思，说好的5张图，漏掉了第一张，现补在这里。

hulx

牛哥 发表于 2015-5-16 18:59
FET应该可以工作在可变电阻区，这时候的曲线是非饱和特性的，是个挺有意思的事情。

有时候确实需要这个。

hulx

zfl1211 发表于 2015-5-16 12:04
就是说工作在可变电阻区是不对的,为什么有些人言之凿凿呢

恒流区才是正常的放大区。

想学维修

老实说，这玩意的偏置真不太懂得调～
网上找了很多资料，说得都差不多，廖廖数句带过，不太明白“所以然”

想学维修

刘老说它工作于预夹断区的

牛哥

hulx 发表于 2015-5-16 19:18
有时候确实需要这个。

这个不饱和的工作状态，您做过liushuliang老先生的4管前级，实际测量一下管子的工作点，应该能得到证明。
实际上，不仅仅是J-FET可以工作在可变电阻区，普通的MOS管，我也曾用于U-DS大约等于0.6V的场合，试验过一个功放电路，工作正常，但是输出范围比较窄，调试起来比较麻烦，输出效率也较低。

hulx

5、一个重要公式：

JFET工作于饱和区时，其转移特性曲线可以用如下的二次式来拟合，说到拟合就不是绝对的，指数可能在2上下变化一点。这个公式在设计一个放大电路时候，计算直流偏置点会用到它。

hulx

牛哥 发表于 2015-5-16 19:45
这个不饱和的工作状态，您做过liushuliang老先生的4管前级，实际测量一下管子的工作点，应该能得到证明。 ...

我惊呆了！明眼人一看就懂我要说的是什么。这个是必须要说的，不急，我们慢慢来好吗?

牛哥

hulx 发表于 2015-5-16 19:54
我惊呆了！明眼人一看就懂我要说的是什么。这个是必须要说的，不急，我们慢慢来好吗?

您继续~~~

hulx

想学维修 发表于 2015-5-16 19:34
刘老说它工作于预夹断区的

感谢大老远跑来回帖，受累了！

天马飞云

还有一类具有非饱和输出特性的垂直沟道场效应晶体管（简称SIT或者VFET)也是属于JFET的.

hulx

天马飞云 发表于 2015-5-16 20:03
还有一类具有非饱和输出特性的垂直沟道场效应晶体管（简称SIT或者VFET)也是属于JFET的.

感谢版主前来捧场！您说的两种等找时间再研究。

想学维修

hulx 发表于 2015-5-16 19:57
感谢大老远跑来回帖，受累了！

兄弟这话让我摸不着头脑……
大概你是说水区过来很远吧～
你继续，我看着…