共源 JFET 放大器使用結(jié)型場效應(yīng)晶體管（JFET）作為主要的有源器件，具有高輸入阻抗的特性。與共射 BJT 放大器相比，共源 JFET 放大器有一個重要優(yōu)勢，即場效應(yīng)管具有極高的輸入阻抗，并且輸出噪聲低，這使其非常適合用在需要處理極小輸入電壓信號的放大電路中。

像共射放大器這樣的晶體管放大電路通常是用雙極型晶體管（BJT）制作的，但小信號放大器也可以用場效應(yīng)管（FET）來構(gòu)建。基于結(jié)型場效應(yīng)晶體管（JFET，本文以 N 溝道 FET 為例）或者金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管（MOSFET）的放大電路，其設(shè)計原理與之前我們學(xué)習(xí)的基于 BJT 的 A 類放大電路是完全相同的。

首先，需要找到一個合適的靜態(tài)工作點（Q 點），以便對 JFET 放大器電路進行正確的偏置。JFET 單管放大器主要有三種常見結(jié)構(gòu)：共源（CS）、共漏（CD，也叫源極跟隨器）、共柵（CG）。這三種 JFET 放大器的配置，分別對應(yīng)于雙極型晶體管的共射極、射極跟隨器和共基極電路。本文我們將重點講解應(yīng)用最廣泛的 共源 JFET 放大器。

共源 JFET 放大器電路配置

該放大電路由一個 N 溝道 JFET 組成，但也可以用等效的 N 溝道耗盡型 MOSFET 來替代，因為電路圖完全一樣，只是器件不同。它被連接成共源配置。JFET 的柵極電壓 Vg 通過由電阻 R1 和 R2 組成的分壓網(wǎng)絡(luò)來偏置，使其工作在飽和區(qū)，這相當(dāng)于 BJT 的有源區(qū)。

與 BJT 電路不同，JFET 的柵極電流幾乎為零，因此柵極可以看作開路。因此不需要像 BJT 那樣繪制輸入特性曲線。

我們可以將 JFET 與 BJT 做如下對比：

由于 N 溝道 JFET 是耗盡型器件，并且在默認情況下是“導(dǎo)通”的，因此需要在源極相對于柵極施加一個負電壓，來調(diào)節(jié)或控制漏極電流。這個負電壓可以通過一個獨立的電源提供，也可以通過自偏置方式提供，只要確保即使在沒有輸入信號時，JFET 中也有穩(wěn)定的電流流過，并且 Vg 保持在柵源 PN 結(jié)的反偏狀態(tài)即可。

在本文的簡單電路示例中，偏置由分壓電阻網(wǎng)絡(luò)提供，這樣輸入信號就可以在柵極產(chǎn)生正弦波的電壓升高與降低。任何合適的電阻對（R1 和 R2）只要比例正確，就可以提供合適的偏置電壓。直流柵極偏置電壓 Vg 由以下公式給出：

需要注意的是，該公式僅決定電阻 R1 和 R2 的比例。為了充分利用 JFET 極高的輸入阻抗，并且減少電路的功耗，我們通常將電阻值設(shè)計得很大，常見范圍在 1MΩ 到 10MΩ。

輸入與輸出

輸入信號 Vin 施加在柵極與地之間。當(dāng)柵極電壓 Vg 保持恒定時，JFET 在其“歐姆區(qū)”工作，表現(xiàn)得像一個線性電阻器。漏極電路中含有負載電阻 Rd，輸出電壓 Vout 就是加在這個負載電阻上的電壓。

為了改善共源 JFET 放大器的效率，可以在源極支路串聯(lián)一個電阻 Rs。漏極電流 Id 也流過這個電阻，因此 Rs 用來設(shè)定放大器的 Q 點。

當(dāng) JFET 完全導(dǎo)通時，會在 Rs 上產(chǎn)生一個電壓降（等于 Rs × Id），使源極電位高于地電位。這個電壓降為柵極電壓 Vg 提供了必要的反偏條件，從而等效地產(chǎn)生了負反饋。

因此，為了保持柵源結(jié)反偏，源極電壓 Vs 必須高于柵極電壓 Vg。源極電壓公式如下：

由于柵極沒有電流流入，因此漏極電流 Id = 源極電流 Is，公式如下：

采用分壓偏置的電路相比于固定電壓偏置電路，穩(wěn)定性更好，尤其在使用單電源供電時。Rs 與源極旁路電容 Cs 的功能與共射 BJT 電路中的發(fā)射極電阻和電容相同，都是用來提高穩(wěn)定性，避免電壓增益下降。不過代價是電源電壓中有更多的部分降落在 Rs 上。

源極旁路電容 Cs 一般容量很大（100μF 以上），是極性電容。它的阻抗值應(yīng)遠小于器件跨導(dǎo) gm（傳輸增益系數(shù)）的倒數(shù)，一般小于 10%。在高頻時，Cs 等效為短路，源極幾乎直接接地。

共源 JFET 放大器特性

共源 JFET 放大器的基本電路和特性，與共射 BJT 放大器非常相似。其直流負載線通過兩點確定：

· 當(dāng) Id = 0 時：Vdd = Vds；

· 當(dāng) Vds = 0 時：Id = Vdd / RL。

因此，負載線是連接這兩點的一條直線。

這條負載線的斜率為：

?1/(Rd+Rs) 

并且它與縱軸（Id 軸）的交點 A 為：

Vdd/(Rd+Rs) 

與橫軸（Vds 軸）的交點 B 為：

Vdd

Q 點的位置通常設(shè)置在負載線的中點，以便實現(xiàn) A 類放大。由于 JFET 是耗盡型器件，因此其柵極電壓一般為負。與共射 BJT 電路一樣，JFET 共源放大器的輸出與輸入相差 180° 相位。

共源 JFET 的缺點

使用耗盡型 JFET 的主要缺點是需要負偏置。如果偏置失效，Vgs 可能變?yōu)檎?，?dǎo)致漏極電流迅速增大，從而使漏極電壓 Vd 崩潰。

此外，JFET 的導(dǎo)通電阻 Rds(on) 較高，且靜態(tài)漏極電流較大，容易發(fā)熱，因此需要額外的散熱措施。不過，這些問題在很大程度上可以通過采用增強型 MOSFET 來解決。

MOSFET 的輸入阻抗更高，導(dǎo)通電阻更低。MOSFET 的偏置方式也不同：對于 N 溝道器件需要正偏置，而 P 溝道器件則需要負偏置。若無偏置電壓，則不會有漏極電流流動，因此 MOSFET 在一定程度上更“安全”。

JFET 放大器的電流增益與功率增益 

正如前面所說，共源 JFET 放大器的輸入電流 Ig 極小，因為柵極阻抗 Rg 極高。因此它具有非常高的電流增益 Ai。

由于輸出電壓通常在毫伏到幾伏之間，而功率 P = V × I，所以其功率增益 Ap 也非常大。

因此，共源 JFET 放大器常被用作阻抗匹配電路，或者直接作為電壓放大器使用。