Junction Field Effect Transistor）的构造比较简单，曾经是一种主力的FET器件。不过近年来用得比较少了，其分立应用场景已日渐被MOSFET所取代，主要原因之一是它需要使用负电压来进行偏置，使得电路设计起来不太方便和直观。不过，由于其构造简单，很适合用来入门理解场效应管的工作原理，很多关于FET的基本名词最初都是由JFET产生的，因此需要好好掌握。

　　JFET的主要原理是通过外加电场来控制器件内部pn结的宽度，进而达到控制器件导电性能的目的，并且因此而得名。n沟道JFET的构造示意图如下图所示：

　　在上图中可以看到，n沟道结型场效应管的结构中主要是n型材料，在两边镶嵌的p型材料中间，形成了n沟道（n-channel）。n型材料上方一极称为漏极（Drain），下方的一极称为源极（Source），两个p型材料通过导线连接在一起称为栅极（Gate）。至于为什么叫这些名称，我们后面会解释。

　　在场效应管的制造工艺中，D极和S极差不多是对称的，在中低频情况下，D极和S极常常可以对调来使用（而BJT中的C极和E极一般在工艺上是不对称的，因此不能对调使用）。不过很多厂商会对JFET的高频特性作一些优化，使得JFET栅漏间的寄生电容比栅源间的电容要小，因此在高频应用时，D极和S极不可互换。

　　在没有外加电场的情况下，结型场效应管内部会自然形成两个pn结（即：两个耗尽区），耗尽区内没有自由载流子，不能导电（在某种情况下你可以将耗尽区理解为“绝缘体”），如下图白域所示：

　　当栅极无偏置电压时，我们在上图中可以看到，中间大块的n型材料就像一个普通电阻。此时如果我们在漏极D和源极S之间施加一个微小正电压\small V_{DS}（比如：源极接地、漏极接正电压），那么漏极和源极之间会形成电流，其电压和电流关系呈线性，如下图所示：

　　虽然电流是从漏极流到源极，但漏极和源极这两个名称是从载流子的角度来定义的，n沟道场效应管中的载流子是电子，从器件的角度来看，电子是从S极源源不断地流入的，最后是从D极流出去的，因此可以解释这两个极为什么叫源极（Source）和漏极（Drain）了。虽然从严格来讲，结型场效应管的漏极电流\small I_D和源极电流\small I_S并不完全相等（因为会有极微小的反偏电流从栅极G流出），但通常我们将它们看作是相等的，即：\small I_D=I_S。

　　如果我们给栅源之间放置一个小的负偏置电压（比如：-1V），则pn结会处于反偏状态，耗尽区的宽度会增加，此时器件内pn结的形状会比前面无栅极电压时要大一圈，如下左图所示。由于此时pn结为反偏，因此从栅极流入的电流及其微小，大多数情况下我们可以将栅极电流视为0。另一方面，虽然漏极和源极之间虽然仍保持导通，但是由于导电的沟道比原来窄了一些，因此表现出来的电阻也会比先前无栅极偏置电压时大一点，如下图所示：

　　如果我们将栅源之间的负电压继续加大，pn结（耗尽区）的宽度也会进一步增加，当\small V_{GS}负到超过某个阈值时，会使得两个耗尽区相互接触，此时器件的漏极和源极之间的沟道完全消失、源漏极之间不再导通，无论\small V_{DS}如何变化，\small I_D始终为0。在很多JFET的数据手册中，这个阈值电压就称为：栅源截止电压（gate cutoff voltage），记为：\small V_{GS(off)}（注意这个\small V_{GS(off)}为负值）。

　　此时我们称沟道处于夹断（pinch-off）状态，如下左图所示。因此这个阈值电压，还有个另外的名称，称为：夹断电压（pinch-off voltage），记为：\small V_P。对于这个\small V_P，不同的书上有不同的定义，有的书上将其定义为同\small V_{GS(off)}，我们在后文中亦采取这种定义，即：\small V_P=V_{GS(off)} \\ \tag{本文档采取的定义}不过在有的书上，会将夹断电压\small V_{P}定义为正值，即\small V_P=V_{GS(off)}，这个我们以后看到时注意区分即可。夹断状态的内部pn结示意图和电压电流关系如下图所示：

　　由以上的分析可总结：JFET是一种常通器件，当不施加栅极控制电压时，器件保持常通，此时沟道导电性能最大；当施加负的栅极控制电压后，器件的导电性能变弱；当栅极控制电压负过某个阈值时，器件完全截止。由于外加的栅极控制电压会使原本正常导通的沟道变窄，直至最后耗尽消失，因此后面我们将以上这种工作模式的FET称为：耗尽型（depletion mode）工作模式的FET。由于栅极和沟道之间的pn结始终处于零偏或反偏状态，因此作为控制极的栅极只需要提供电压，而无电流流入（典型JFET的输入阻抗可达几百兆欧，因此栅极可视为近似绝缘）。

　　当漏极和源极之间形成电流后，器件内部pn结的宽度其实会略微发生一些变化，在靠近顶端的地方要宽一些，而在底端要窄一些。当漏源电压\small V_{DS}较小时，其内部pn结的形状如下图所示：

　　造成这种现象的原因，是由于沟道本身存在电阻，当沟道电流形成后，根据欧姆定律，沟道中上下各点处的电压会形成梯度，在靠近源极的地方电压接近0V，而在靠近漏极的地方接近于\small V_{DD}。因此越靠近漏极处，pn结的反偏电压越大，耗尽区也更宽，如下图所示：

　　如果将漏源电压\small V_{DS}增大，根据欧姆定律，则相应的流过中间n沟道的电流\small I_D也会增加，从而使得pn结（耗尽区）靠近漏极的那一侧变得更宽。当\small V_{DS}继续增大到超过某个阈值时，会使得两个耗尽区几乎相互接触，此时沟道在靠近漏极处几乎被夹断，如下图所示：

　　在上面我们用了“几乎”一词，因为事实上，此时沟道并不是被完全夹断，而是中间还流有一条细微的导电通道。试想如果沟道被完全夹断，那么电流\small I_D就会下降到0，那样沟道中的梯度电压就不存在了，使pn结反偏的电压也不存在了，这样夹断的动力来源就没有了。因此，这会达成一种极限平衡，即电流\small I_D处于一个恒定的饱和值，耗尽区不会完全夹断沟道，而是留下一个细微的通道使得电流\small I_D通过，而\small I_D的存在又使得pn结的反偏电压得以维持。当\small V_{DS}再继续增大时，漏极电流\small I_D不会继续增大，而是维持在这一饱和值不变。

　　根据上述特性，我们可以绘制出\small V_{GS}=0时，漏源电压和电流之间的关系曲线，如下图所示：

　　从上图中我们可以看到，当\small V_{DS}为较小值时，\small V_{DS}～I_D呈线性关系，表现得像一个普通电阻，这个就是我们在前面“图6-2.03”分析得到的结果；而当\small V_{DS}大于夹断电压\small V_P后，电流\small I_D就达到饱和值\small I_{DSS}，不再继续增加。此时JFET呈电流源特性。

　　下面我们再来看一下，当栅源电压\small V_{GS}0时会发生什么情况。我们在前面的“图6-2.04”曾经分析过，当栅源电压\small V_{GS}0时，就算不加\small V_{DS}电压，pn结也处于反偏状态，沟道宽度比原来要窄，沟道电阻比原来要大。

　　这里顺便再说明一下，当\small V_{GS}0时会发生什么情况。当\small V_{GS}0时，pn结正偏，此时JFET的栅源极和栅漏极之间就相当于一个普通的二极管，栅极电流会同时流向源极和漏极，不过一般我们都不会这么用。

　　中间绿色的区域称为：饱和区（saturation region）或线性放大区（linear amplification region），一般在JFET用作放大器电路时，就工作在这个区域。需要注意的是，在JFET中“饱和区”这个名词的概念和BJT中的“饱和区”的概念是不同的。并且我们在图中可以看到，各条\small V_{GS}曲线的间隔明显是非等距的，对于同样的\small \Delta V_{GS}梯度，越靠近上面分得越开，而越靠近底下则越密。这个反映出了JFET的转移特性，我们后面会讲。

　　在欧姆区和饱和区之间的虚线为漏源饱和电压曲线\small V_{DS(sat)}，当\small V_{DS}大于这个值时，\small I_D进入饱和不再增长。需要注意的是，在不同的栅极电压\small V_{GS}条件下，这个值是不同的，因此表现为一条曲线，有的书中也把它称为“夹断曲线”。回忆对比一下，BJT的集射饱和电压\small V_{CE(sat)}固定约为 0.2V，是固定值，不随\small I_B条件的改变而改变。

　　当\small V_{GS} \le V_{GS(off)}时，沟道被完全夹断，此时\small I_D=0，在上图中表现为最下面与横坐标轴相重合的一条曲线。也有的书中把当\small V_{GS} \le V_{GS(off)}的情况称之为“截止区”，不过在上面的\small V_{DS}～I_D关系图中，只能画成为这条与横坐标重合的曲线，而画不出一个“区域”的样子。

　　最后，若漏源电压\small V_{DS}过大，则JFET也会发生击穿现象，这个区域可以称为：击穿区域（breakdown region），一般在数据规格书中会将这个值记为：\small V_{DS(max)}。

　　在p沟道管中，电流从源极S流入、从漏极D流出。同样的，在栅极0偏时，p沟道导电性最好；形成沟道电流\small I_D后，在p沟道中越靠近漏极，电压越低，使得pn结反偏电压越大，耗尽区也就越宽。与n沟道管不同的是，在p沟道管中，栅源电压\small V_{GS}需要正偏，来逐渐夹断其沟道。当\small V_{GS}大于某个正值\small V_{GS(off)}时，p沟道被完全夹断，电流截止。其输出特性曲线如下图所示：

　　标准的JFET的符号如下图所示，其中，栅极的箭头表示pn结的方向（所有半导体器件符号中的箭头方向都是延用二极管的箭头方向来定义的，即由pn结的p指向n）。

　　不过前面我们说过，很多厂家会对JFET的性能作一些优化，把它做成不对称形式。为了与上面的对称JFET符号区别开来，不对称的JFET会把栅极画得更靠近源极一些，如下图所示：

　　和BJT相比，由于JFET的栅极电流几乎为0（即输入电流为0），因此对于JFET我们就不需要描述输入特性了，只需描述输出特性即可。但于此同时，输入电压\small V_{GS}和输出饱和电流\small I_D又有一定的关系，因此我们就需要另一种曲线来描述这种“输入和输出”之间的关系，由于这两个量分别属于输入端口和输出端口，从二端口的角度来看，属于跨导的性质，因此描述这个特性的曲线被称为跨导特性曲线（transconductive characteristics curve），也有的书中将其称为转移特性曲线（transfer characteristics curve），后文我们将对其详细说明。

　　欧姆区：先来看欧姆区，我们前面说过，在欧姆区，电压\small V_{DS}

　　\small I_D呈线性关系，这时漏极和源极之间相当于一个电阻，其阻值由栅源电压\small V_{GS}决定，这个阻值有一个近似经验计算公式如下：\small R_{DS}\approx \frac{V_{P}^2} {2I_{DSS}(V_{GS}-V_{P})} \\其中，\small V_{P}为夹断电压（等同于栅源截止电压\small V_{GS(off)}），在n沟道管中，\small V_{GS}和\small V_P都是负值。不过由于器件的非理想特性，这个公式经常算不太准，很多时候还不如用尺直接量出数据手册上输出曲线图的电压电流，继而把它们相除来得到电阻值来得方便。

　　\small I_D之间的关系符合肖克利方程，由于\small V_{GS}与\small I_D一个在输入端一个在输出端，因此它们之间的关系也称为：转移特性（transfer characteristic）或跨导特性（transconductive characteristic）。一般来说，可以从转移特性曲线，很方便地得到输出特性曲线；反之，也可以从输出特性曲线来得到转移特性曲线。为了更清楚地说明这一点，我们在下图中，将两图放在一起比对：

　　曲线的间隔是不同的，越往下越密。现在我们知道原因了，这是由于转移特性的肖克利方程为平方关系。在场效应管的放大电路中，一般我们只关心放大区的数据，而不太关心欧姆区的数据，因此，在分析FET放大电路时，我们常常仅使用转移特性曲线图就够了，而不太用到完整的输出特性曲线图（这点也和BJT不同）。

　　而且，由于JFET的肖克利方程呈平方律关系，因此可以仅靠\small I_{DSS}

　　\small \beta。由于JFET的输入端只有电压而没有电流，因此不能像BJT那样定义为输出电流与输入电流之比，只能定义为“小信号输出电流与输入电压之比”，其单位为电导单位西门子（S）：\small g_m\approx \cfrac{\Delta I_D}{\Delta V_{GS}} \\一般\small g_m的典型值在几到几十mS（毫西）级左右，而且在上图中还可以看出，不同的静态点的\small g_m是不同的。不过就像\small \beta值在BJT设计中不太靠谱那样，对于同一型号的JFET，其\small g_m容许变化范围也是很大的，因此我们在放大器的设计中通常都是使用负反馈设计，依靠比较靠谱的电阻值来得到放大系数，而不是使用\small g_m或\small \beta。最后来看一下输出动态电阻\small r_o

　　然后首页右侧的图是器件符号、管脚识别方法和管体上的文字标记含义。可以看到，器件符号的栅极居中，说明其漏源极完全对称，可以调换使用。再看下面的管脚识别，因为是小功率管，因此其封装形式和普通的BJT三极管几乎无异：

　　• 高DC输入电阻• 传输电容值和输入电容值低• 低交调失线 小节”的大致介绍）• 塑料外壳封装• 可提供无铅封装可以看到，这8行产品特色基本中规中矩，都在意料之中，没什么特别出彩的地方。

　　\small V_{DS}超过25V时，器件会击穿损坏；•\small V_{DG}：最大漏栅电压，类似的，漏极和栅极之间的电压若超过25V，器件也会击穿损坏；•\small V_{GSR}：栅源最大电压，一般栅源控制电压为负（所以它这里用了个 Reverse ），如果负得太厉害，也会造成pn结反向击穿损坏，表中给出的栅源最大电压为-25V；•\small I_G：在一般情况下，栅极pn结都处于反偏或零偏状态，栅极电流\small I_G近似为0。但如果栅源电压为正，此时pn结会正偏，相当于一个普通二极管，器件可承受的最大正偏电流为10mA；•\small P_D：最大耗散功率，这个我们以前在讲BJT时详细分析过，这里的含义也是类似的。表中其最大值为310mW，并且当温度高于25℃时，每上升1℃会减小2.82mW；•\small T_J：最大工作温度：表中数值为135℃；•\small T_{stg}：仓储温度范围，表中数值为-65~+150℃。

　　\small V_P。这里需要注意的是，表中仅给出了最小值（-0.5V）和最大值（-6.0V），而没有典型值。可见，器件之间的离散性非常大，因此，在后面的曲线图表时，厂家会给出在不同的VGS(off)时的多组曲线；•\small V_{GS}

　　关于噪声的概念，我们主要放到第二部分频率篇再讲。这里我们仅需要知道，在JFET的欧姆区，噪声随着漏源电阻的减小而增大，如下图所示：

　　前面我们在前面的“直流性能参数”部分曾看到，\small V_{GS(off)}