理解 JFET 有源模式操作：从 SPICE 仿真到跨导

结型场效应晶体管（JFET）在有源区——截止与饱和之间——调节电流，行为类似双极结型晶体管（BJT）。为演示此行为，我们运行 SPICE 仿真，镜像研究基本 BJT 操作的仿真。

JFET 的 SPICE 仿真

jfet simulation vin 0 1 dc 1 j1 2 1 0 mod1 vammeter 3 2 dc 0 v1 3 0 dc .model mod1 njf .dc v1 0 2 0.05 .plot dc i(vammeter) .end

原理图中标记“Q1”的晶体管在 SPICE 网表中写为 j1。电路图常用“Q”表示任意晶体管，但 SPICE 需特定前缀识别器件类型：q 代表 BJT，j 代表 JFET。

控制信号是稳定 1 V 源，负极接栅极、正极接源极，从而反偏栅-源 PN 结。与电流控制的 BJT 不同，JFET 是电压控制，故 1 V 栅源电压设定漏极电流。

像 BJT 一样，JFET 随电源电压升高将漏极电流维持在固定值附近——直至击穿。为确认此点，我们在保持栅极电压恒定时将电源电压从 0 扫描到 50 V。

jfet simulation vin 0 1 dc 1 j1 2 1 0 mod1 vammeter 3 2 dc 0 v1 3 0 dc .model mod1 njf .dc v1 0 50 2 .plot dc i(vammeter) .end

漏极电流在整个范围内稳定在 100 µA，展示 JFET 在宽电压范围调节电流的能力。

因栅极电压控制沟道收缩，调节它是改变受控电流电平的唯一方式——正如改变基极电流移动 BJT 集电极电流。将栅极电压降至 0.5 V 使漏极电流增至 225 µA。

jfet simulation vin 0 1 dc 0.5 j1 2 1 0 mod1 vammeter 3 2 dc 0 v1 3 0 dc .model mod1 njf .dc v1 0 50 2 .plot dc i(vammeter) .end

进一步降栅极电压至 0.25 V 使漏极电流升至 306.3 µA，但关系明显非线性：栅极电压减半并不使漏极电流减半。

jfet simulation vin 0 1 dc 0.25 j1 2 1 0 mod1 vammeter 3 2 dc 0 v1 3 0 dc .model mod1 njf .dc v1 0 50 2 .plot dc i(vammeter) .end

为更清晰直观非线性，我们固定电源电压并将栅极电压从 0 变至 2 V。

jfet simulation vin 0 1 dc j1 2 1 0 mod1 vammeter 3 2 dc 0 v1 3 0 dc 25 .model mod1 njf .dc vin 0 2 0.1 .plot dc i(vammeter) .end

图显示约 75% 的漏极电流减少发生在首 1 V 栅极电压内；剩余 25% 需额外 1 V。截止发生在 2 V。

JFET 特性曲线

特性曲线展示与 BJT 相同的电流调节行为，但曲线间距揭示 JFET 非线性。

有用的心智模型用一对恒流二极管替代 JFET，其参考电流由反偏栅源电压设定。因沟道单极性，器件为双向——电流可在源漏间双向流动。

将 JFET 曲线与 BJT 对比，JFET 曲线的线性（非水平）部分明显更长。

在三极管区，JFET 表现如普通电阻；其漏源电流与漏源电压成正比。这种欧姆行为可用于需要电压控制电阻的电路。

此处电位计模型仅适用于器件深度饱和的窄电压范围。电阻由栅源电压设定：较小反偏产生较低电阻（更陡斜率）。

因 JFET 在有源区是电压控制电流调节器，不具备像 BJT 那样单一电流增益因子。其性能由跨导 (gm) 量化，单位西门子，代表漏极电流变化与栅源电压变化之比。

跨导非恒定；随栅极电压变化，如二次方程所示：

因此，漏极电流与栅极电压关系固有非线性，如 SPICE 仿真所示。

回顾

• 有源模式下，JFET 通过反偏栅源电压调节漏极电流，类比 BJT 基极电流控制。
• 漏极电流与栅极电压关系非线性；跨导随工作范围变化。
• 三极管区 JFET 作电压控制电阻，电阻由栅源偏置设定。

相关工作表

• 结型场效应晶体管 (JFET) 工作表