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{{NoteTA
|G1=物理
|G2=Electronics
|T=zh-cn:结型场效应管;zh-tw:接面場效電晶體
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'''结型场效应管'''（{{lang-en|junction gate field-effect transistor}}，縮寫：{{lang|en|'''JFET'''}}），是单极[[场效应管]]中最简单的一种。它可以分{{lang|en|n}}沟道（{{lang|en|n-channel}}）或者{{lang|en|p}}沟道（{{lang|en|p-channel}}）两种。在下面的论述中主要以{{lang|en|n}}沟道结型场效应管为例，在{{lang|en|p}}沟道结型场效应管中{{lang|en|n}}区和{{lang|en|p}}区以及所有电压正负和电流方向正好颠倒過来。

==结构==
[[File:Jfet-chtaube050413.png|thumb|upright=1.5|220px|通过栅电压{{lang|en|U<sub>GS</sub>}}导致的阻碍层大小的变化]]
{{lang|en|n}}通道结型场效应管由一个被一个{{lang|en|p}}型[[掺杂]]（阻碍层）环绕的{{lang|en|n}}型掺杂组成。在{{lang|en|n}}型掺杂上连有汲极（也称漏极，来自英语{{lang|en|Drain}}，因此也称{{lang|en|D}}极）和源极（来自英语{{lang|en|Source}}，因此也称{{lang|en|S}}极）。从源极到汲极的这段半导体被称为{{lang|en|n}}通道。{{lang|en|p}}区连有閘极（也称栅极，来自英语{{lang|en|Gate}}，因此也成为{{lang|en|G}}极）。这个极被用来控制结型场效应管，它与{{lang|en|n}}通道组成一个{{lang|en|pn}}二极管，因此结型场效应管与[[金属-氧化物-半导体场效应管]]类似，只不过在金属-氧化物-半导体场效应管中不是使用{{lang|en|pn}}结，而是使用[[肖特基二极管|肖特基结]]（金属与半导体之间的结），在原理上结型场效应管与金属-氧化物-半导体场效应管是完全一样的。

==原理==
[[File:Ausgangskennlinien.svg|thumb|right|{{lang|en|n}}沟道输出特性曲线场]]
假如栅极没有被连上的话{{lang|en|n}}沟道就像一个[[电阻]]一样。也就是说在栅极没有电压的情况下结型场效应管是导电的。假如栅极与源极连在一起，而源极和汲极之间加上了{{lang|en|''U''<sub>DS</sub>}}的[[电压]]的话那么流过{{lang|en|n}}沟道的电流随电压不断提高，直到沟道被最大夹断位置。这个电压被称为夹断电压{{lang|en|''U''<sub>p</sub>}}。即使{{lang|en|''U''<sub>DS</sub>}}继续升高，漏电流{{lang|en|''I''<sub>D</sub>}}几乎不变。夹断不再提高，而只是横向扩大，也就是说电压的继续提高被沟道吸收了。一般来说这是结型场效应管的工作区域，这个时候的漏电流被标志为{{lang|en|I<sub>DSS</sub>}}。整个三极管在这个状态下可以被当作一个恒[[电流源]]使用，其电流为{{lang|en|I<sub>DSS</sub>}}。不过与真正的电流源相比结型场效应管的温度灵敏度比较高。夹断电压由沟道的宽度<math>a</math>和掺杂密度{{lang|en|''N''<sub>D</sub>}}决定：
:<math> U_p = \frac{e N_D a^2}{2 \varepsilon_r \varepsilon_0} </math>
[[File:pinch_off.svg|thumb|结型场效应管夹断和控制的原理]]

要夹止通道需要逆向偏压。甚至同一型号的元件的夹止電压也可能差异很大，一般在0.3至10伏之间。

假如在栅极和源极之间施一负电压的话则閘源二极管之间的[[耗尽区]]更加扩大。沟道的宽度和长度均可以被改变<ref>The Semiconductor Data Book, Motorola Inc. 1969 AN-47 </ref><ref>Data & Design Manual, Teledyne Semiconductors 1981, Junction FETs in Theorie and Application</ref><ref>Low Power Discretes Data Book, Siliconix incorporated 1989, Application Note LPD-1</ref>。这样一来可以达到控制效应，这个效应与[[双极性晶体管]]的原理类似。在输出特性曲线上可以看得出电流水平的部分的值变小。在这种情况下提高源漏电压也只能很小地改变漏电流。
[[Image:Eingangskennlinie_JFET.svg|thumb|left|通过{{lang|en|R<sub>S</sub>}}控制工作点以及温度补偿]]

像[[真空管]]一样[[工作点]]的选择可以很容易地通过使用源电阻或者施加负閘源电压达到。和真空管一样结型场效应管的[[斜率]]<math> S = \frac{d I_D}{d U_{GS}} </math>很小，要达到大的电压放大需要相当大的工作电阻。优点和真空管一样是几乎不需要任何功率的放大控制。原因是因为控制漏电流用的閘源电路始终是在逆向偏压的情况下运行，因此通过栅极的电流始终不超过逆向电流的皮安培。在高频的情况下会出现[[电容]]电流。

在夹断电压之下在线性区结型场效应管可以用来作为分压器的[[自动增益控制]]。

控制特性曲线（{{lang|en|''I''<sub>D</sub>}}对{{lang|en|''U''<sub>GS</sub>}}）是一个很复杂的函数，[[二次函数]]可以近似地表达它<ref>{{lang|de|H. H. Meinke}}和{{lang|de|F. W Gundlach}}：《{{lang|de|Taschenbuch der Hochfrequenztechnik – Band 1: Grundlagen}}》（高频技术手册，第一卷，基础）。{{lang|de|Springer-Verlag}}，柏林，1992年。ISBN 3540547142. G20页</ref>。下面的公式描写三极管在夹断区域的简单模型。{{lang|en|I<sub>DSS</sub>}}和{{lang|en|U<sub>p</sub>}}根据型号不同，需要从生产数据表中找出来：
:<math>I_{DS} = I_{DSS}\left[1 - \frac{U_{GS}}{U_p}\right]^2</math>
{{-}}

==符号==
[[File:JFET N-dep symbol.svg|thumb|100px|n-Channel JFET的[[電路符號]]]]
[[File:JFET P-dep symbol.svg|thumb|100px|p-Channel JFET的電路符號]]
有时结型场效应管的栅极被画在沟道的中部，这个对称表示汲极和源极是可以相互对换的，因此这个符号仅应该被用在两极的确可以互相对换的结型场效应管上（不是所有结型场效应管都可以）。

传统地元件的周围还有一个圈。

箭头示明沟道和栅极之间{{lang|en|pn}}结的极性。如同一般的[[二极管]]箭头从{{lang|en|p}}区指向{{lang|en|n}}区，这也是正向偏压下的电流方向。

==与其它電晶體的比较==
与金属-氧化物-半导体场效应管相比结型场效应管的栅电流比较大，但是比双极性晶体管小。结型场效应管的[[跨导]]比金属-氧化物-半导体场效应管高，因此被用在一些低[[雜訊]]、高输入阻抗的[[运算放大器]]中。

1925年[[朱利乌斯·艾德加·李利费尔德]]首次预言了结型场效应管。1930年代中其理论基础足够完整，因此有人把它申报专利。但是此后许多年一直未能生产足够精确地掺杂的晶体来显示其可行性。1947年[[约翰·巴丁]]、[[沃尔特·布喇顿]]和[[威廉·肖克利]]在试图制造一个结型场效应管时发现了[[点接触型晶体管]]。许多年后结型场效应管才被生产出来。

==应用==
与双极性晶体管相比，结型场效应管在一千赫以下噪声小得多。在高频时，假如源电阻高于约十萬欧姆至一-{zh-cn:兆;zh-tw:百萬}-欧姆的情况下，结型场效应管也比较有效。

结型场效应管可以被用来做[[恒流集成二极管]]或者定值电阻。

结型场效应管还在低频和高频中被用来调节信号电压、在信号强度高的情况下被用作[[混频器]]以及被用作逆向电流低的信号二极管。

==参考资料==
<references />

{{Electronic components}}

[[category:晶體管]]