JFET е полеви транзистор на Junction gate. Нормалният транзистор е устройство, контролирано по ток, което се нуждае от ток за отклонение, докато JFET е устройство, контролирано от напрежение. Подобно на MOSFET, както видяхме в предишния ни урок, JFET има три терминала Gate, Drain и Source.
JFET е съществен компонент за прецизно управлявани от напрежение контроли в аналоговата електроника. Можем да използваме JFET като резистори с контролирано напрежение или като превключвател, или дори да направим усилвател, използвайки JFET. Също така е енергийно ефективна версия, която замества BJT. JFET осигурява ниска консумация на енергия и доста ниски разсейвания на мощност, като по този начин подобрява общата ефективност на веригата. Той също така осигурява много висок входен импеданс, което е основно предимство пред BJT.
Има различни видове транзистори, във фамилията FETs има два подтипа: JFET и MOSFET. Вече обсъждахме MOSFET в предишния урок, тук ще научим за JFET.
Видове JFET
Подобно на MOSFET, той има два подтипа - N Channel JFET и P Channel JFET.
N схемен модел JFET и P канал JFET са показани на изображението по-горе. Стрелката обозначава видовете JFET. Стрелката, показваща на порта, означава, че JFET е N-канал, а от друга страна стрелката от порта означава P-канал JFET. Тази стрелка също показва полярността на PN кръстовището, което се формира между канала и портата. Интересното е, че английският мнемоник е това, че стрелката на N-Channel устройство показва „Points i n “.
Токът, протичащ през канализацията и източника, зависи от напрежението, приложено към терминала на портата. За N канала JFET, напрежението на порта е отрицателно, а за P канала JFET напрежението на порта е положително.
Изграждане на JFET
На горното изображение можем да видим основната конструкция на JFET. N-Channel JFET се състои от P-тип материал в N-тип субстрат, докато N-тип материали се използват в p-тип субстрат за образуване на P канал JFET.
JFET е конструиран с помощта на дългия канал от полупроводников материал. В зависимост от процеса на конструиране, ако JFET съдържа голям брой носители на положителен заряд (нарича се дупки), е JFET от P-тип и ако има голям брой носители на отрицателен заряд (нарича се електрони) се нарича N-тип JFET.
В дългия канал на полупроводниковия материал се създават омични контакти на всеки край, за да се образуват връзките източник и дренаж. PN връзка се образува в едната или двете страни на канала.
Работа на JFET
Един от най-добрите примери за разбиране на работата на JFET е да си представим градинската тръба за маркуч. Да предположим, че градински маркуч осигурява воден поток през него. Ако стиснем маркуча, водният поток ще бъде по-малък и в определен момент, ако го изцедим напълно, ще има нулев дебит. JFET работи точно по този начин. Ако разменим маркуча с JFET и водния поток с ток и след това изградим канала, носещ тока, бихме могли да контролираме текущия поток.
Когато няма напрежение през портата и източника, каналът се превръща в гладка пътека, която е широко отворена за протичане на електрони. Но обратното се случва, когато се приложи напрежение между портата и източника с обратна полярност, което прави PN връзката обърната пристрастна и прави канала по-тесен, като увеличава слоя на изчерпване и може да постави JFET в отсечена или откъсната област.
На изображението по-долу можем да видим режима на насищане и режим на откъсване и ще можем да разберем, че слоят на изчерпване става по-широк и текущият поток става по-малък.
Ако искаме да изключим JFET, трябва да осигурим отрицателна врата към напрежението на източника, обозначено като V GS за JFET от N-тип. За JFET от тип P трябва да осигурим положителна V GS.
JFET работи само в режим на изчерпване, докато MOSFET имат режим на изчерпване и режим на подобрение.
Крива на характеристиките на JFET
В горното изображение JFET е предубеден чрез променливо DC захранване, което ще контролира V GS на JFET. Приложихме също напрежение през канализацията и източника. Използвайки променливата V GS, можем да построим IV крива на JFET.
На горното IV изображение можем да видим три графики за три различни стойности на V GS напрежения, 0V, -2V и -4V. Има три различни региона: омически, наситен и разграден регион. По време на омическата област JFET действа като резистор, контролиран от напрежение, където текущият поток се контролира от напрежение, приложено към него. След това JFET влиза в зоната на насищане, където кривата е почти права. Това означава, че текущият поток е достатъчно стабилен, където V DS не би повлиял на текущия поток. Но когато V DS е много повече от допустимото отклонение, JFET влиза в режим на разбивка, където текущият поток е неконтролиран.
Тази IV крива е почти същата и за P канала JFET, но има малко разлики. JFET ще премине в режим на изключване, когато V GS и напрежението на щипка или (V P) са еднакви. Също както в горната крива, за N канал JFET изтичащият ток се увеличава, когато V GS се увеличи. Но за P-каналния JFET изтичащият ток намалява, когато V GS се увеличи.
Пристрастие на JFET
За да се пристрасти JFET по подходящ начин, се използват различни видове техники. От различни техники се използват по-долу три:
- Фиксирана техника за отклонение от постоянен ток
- Техника на самопристрастие
- Потенциално разделително пристрастие
Фиксирана техника за отклонение от постоянен ток
При фиксирана DC техника на отклонение на N-канален JFET, портата на JFET е свързана по такъв начин, че V GS на JFET да остане отрицателно през цялото време. Тъй като входният импеданс на JFET е много висок, не се наблюдават ефекти на натоварване във входния сигнал. Потокът на ток през резистора R1 остава нула. Когато прилагаме AC сигнал през входния кондензатор C1, сигналът се появява през портата. Сега, ако изчислим спада на напрежението на R1, съгласно закона на Ома, това ще бъде V = I x R или V спад = ток на затвора x R1. Тъй като токът, който тече към портата, е 0, спадът на напрежението в портата остава нула. Така че, чрез тази техника на отклонение, ние можем да контролираме изтичащия ток на JFET, като просто сменим фиксираното напрежение, като по този начин променим V GS.
Техника на самопристрастие
В техниката на самопреместване, един резистор е добавен през изходния щифт. Спадът на напрежението в резистора R2 на източника създава V GS за отклонение на напрежението. При тази техника токът на порта отново е нула. Напрежението на източника се определя от същия закон на ома V = I x R. Следователно напрежението на източника = Изтичащ ток x резистор на източника. Сега напрежението на вратата към източника може да се определи от разликите между напрежението на вратата и напрежението на източника.
Тъй като напрежението на портата е 0 (тъй като потокът на тока на портата е 0, според V = IR, напрежението на вратата = ток на портата x резистор на порта = 0), V GS = 0 - ток на портата x съпротивление на източника. По този начин не е необходим външен източник на отклонение. Пристрастието се създава самостоятелно, като се използва спадът на напрежението в резистора на източника.
Потенциално разделително пристрастие
При тази техника се използва допълнителен резистор и веригата е леко модифицирана от техниката на самонапрежение, делител на потенциално напрежение, използващ R1 и R2, осигурява необходимото отклонение на постоянен ток за JFET. Спадът на напрежението в резистора на източника е необходим, за да бъде по-голям от напрежението на резисторния делител. По този начин V GS остава отрицателен.
Така че JFET е конструиран и пристрастен.