JFET to tranzystor polowy z bramką łączącą. Normalny tranzystor jest urządzeniem sterowanym prądem, które potrzebuje prądu do polaryzacji, podczas gdy JFET jest urządzeniem sterowanym napięciem. Podobnie jak tranzystory MOSFET, jak widzieliśmy w naszym poprzednim samouczku, JFET ma trzy terminale: Gate, Drain i Source.
JFET jest niezbędnym komponentem do precyzyjnego sterowania poziomem napięcia w elektronice analogowej. Możemy zastosować JFET jako rezystory sterowane napięciem lub jako przełącznik, a nawet wykonać wzmacniacz z JFET-em. Jest to również energooszczędna wersja, która zastępuje BJT. JFET zapewnia niskie zużycie energii i dość niskie straty mocy, poprawiając w ten sposób ogólną wydajność obwodu. Zapewnia również bardzo wysoką impedancję wejściową, co jest główną zaletą w stosunku do BJT.
Istnieją różne typy tranzystorów, w rodzinie FET są dwa podtypy: JFET i MOSFET. Omówiliśmy już MOSFET w poprzednim samouczku, tutaj dowiemy się o JFET.
Rodzaje JFET
Podobnie jak MOSFET ma dwa podtypy - JFET z kanałem N i JFET z kanałem P.
Schematyczny model JFET z kanałem N i JFET z kanałem P pokazano na powyższym obrazku. Strzałka oznacza typy JFET. Strzałka wskazująca bramkę oznacza, że JFET jest kanałem N, az drugiej strony strzałka od bramki oznacza JFET kanału P. Ta strzałka wskazuje również polaryzację złącza PN, które powstaje między kanałem a bramką. Co ciekawe, angielski pamięciowy jest to, że strzałka urządzenia N- kanału wskazuje „wskazuje, że N ”.
Prąd przepływający przez dren i źródło zależy od napięcia przyłożonego do zacisku bramki. Dla JFET kanału N napięcie bramki jest ujemne, a dla kanału JFET kanału P napięcie bramki jest dodatnie.
Budowa JFET
Na powyższym obrazku widzimy podstawową konstrukcję JFET. JFET z kanałem N składa się z materiału typu P w podłożu typu N, podczas gdy materiały typu N są używane w podłożu typu p do utworzenia kanału JFET typu P.
JFET jest zbudowany przy użyciu długiego kanału z materiału półprzewodnikowego. W zależności od procesu konstrukcyjnego, jeśli JFET zawiera dużą liczbę nośników ładunku dodatniego (określane jako dziury), to JFET typu P, a jeśli ma dużą liczbę nośników ładunku ujemnego (określane jako elektrony), nazywany jest typu N JFET.
W długim kanale z materiału półprzewodnikowego tworzone są styki omowe na każdym końcu, aby utworzyć połączenia Źródło i Dren. Złącze PN jest utworzone po jednej lub obu stronach kanału.
Działanie JFET
Najlepszym przykładem zrozumienia działania JFET jest wyobrażenie sobie rury węża ogrodowego. Załóżmy, że woda przepływa przez wąż ogrodowy. Jeśli ściśniemy wąż, przepływ wody będzie mniejszy, aw pewnym momencie, jeśli ściśniemy go całkowicie, przepływ wody będzie zerowy. JFET działa dokładnie w ten sposób. Jeśli zamienimy wąż na JFET i przepływ wody z prądem, a następnie zbudujemy kanał przenoszący prąd, będziemy mogli kontrolować przepływ prądu.
Kiedy nie ma napięcia na bramce i źródle, kanał staje się gładką ścieżką, która jest szeroko otwarta dla przepływu elektronów. Ale sytuacja odwrotna dzieje się, gdy napięcie jest przyłożone między bramką a źródłem w odwrotnej polaryzacji, co powoduje odwrócenie polaryzacji złącza PN i zwężenie kanału poprzez zwiększenie warstwy zubożenia i może umieścić JFET w obszarze odcięcia lub odcięcia.
Na poniższym obrazku możemy zobaczyć tryb nasycenia i tryb szczypania i będziemy w stanie zrozumieć, że warstwa zubożenia stała się szersza, a przepływ prądu zmniejszył się.
Jeśli chcemy wyłączyć JFET, musimy zapewnić ujemną bramkę do źródła napięcia oznaczonego jako V GS dla JFET typu N. W przypadku JFET typu P musimy zapewnić dodatnie V GS.
JFET działa tylko w trybie wyczerpywania, podczas gdy tranzystory MOSFET mają tryb wyczerpywania i tryb wzmocnienia.
Krzywa charakterystyki JFET
Na powyższym obrazku JFET jest polaryzowany przez zmienne źródło prądu stałego, które będzie sterować V GS JFET. Przyłożyliśmy również napięcie do drenu i źródła. Używając zmiennej V GS, możemy wykreślić krzywą IV dla JFET.
Na powyższym obrazie IV widzimy trzy wykresy dla trzech różnych wartości napięć V GS, 0V, -2V i -4V. Istnieją trzy różne regiony Ohmic, Saturation i Breakdown. W obszarze omowym tranzystor JFET działa jak rezystor sterowany napięciem, w którym przepływ prądu jest kontrolowany przez przyłożone do niego napięcie. Następnie JFET dostaje się do obszaru nasycenia, gdzie krzywa jest prawie prosta. Oznacza to, że przepływ prądu jest dostatecznie stabilny, gdzie V DS nie będzie zakłócał przepływu prądu. Ale gdy V DS jest czymś więcej niż tolerancją, JFET przechodzi w tryb awaryjny, w którym przepływ prądu jest niekontrolowany.
Ta krzywa IV jest prawie taka sama dla JFET kanału P, ale istnieje kilka różnic. JFET przejdzie w tryb odcięcia, gdy V GS i napięcie zacisku lub (V P) są takie same. Podobnie jak na powyższej krzywej, dla kanału N JFET prąd drenu rośnie wraz ze wzrostem V GS. Ale w przypadku JFET z kanałem P prąd drenu zmniejsza się, gdy V GS wzrasta.
Promowanie JFET
Do właściwego obciążenia JFET stosuje się różne rodzaje technik. Z różnych technik, poniżej trzy są szeroko stosowane:
- Naprawiono technikę odchylenia DC
- Technika samoodnawiania
- Odchylenie od potencjalnego dzielnika
Naprawiono technikę odchylenia DC
W technice stałego polaryzacji DC JFET z kanałem N bramka JFET jest połączona w taki sposób, że V GS JFET pozostaje przez cały czas ujemne. Ponieważ impedancja wejściowa tranzystora JFET jest bardzo wysoka, w sygnale wejściowym nie obserwuje się efektów obciążenia. Przepływ prądu przez rezystor R1 pozostaje zerowy. Kiedy przykładamy sygnał AC przez kondensator wejściowy C1, sygnał pojawia się na bramce. Teraz, jeśli obliczymy spadek napięcia na R1, zgodnie z prawem Ohma, będzie to V = I x R lub spadek V = Prąd bramki x R1. Ponieważ prąd płynący do bramki wynosi 0, spadek napięcia na bramce pozostaje zerowy. Tak więc, dzięki tej technice polaryzacji, możemy kontrolować prąd drenu JFET, po prostu zmieniając ustalone napięcie, zmieniając w ten sposób V GS.
Technika samoodnawiania
W technice samoczynnego polaryzacji pojedynczy rezystor jest dodawany do pinu źródła. Spadek napięcia na rezystorze źródłowym R2 tworzy V GS, aby polaryzować napięcie. W tej technice prąd bramki ponownie wynosi zero. Napięcie źródła jest określane na podstawie tego samego prawa omowego V = I x R. Dlatego napięcie źródła = prąd drenu x rezystor źródła. Teraz bramka do napięcia źródła może być określona przez różnice między napięciem bramki a napięciem źródła.
Ponieważ napięcie bramki wynosi 0 (ponieważ przepływ prądu bramki wynosi 0, zgodnie z V = IR, napięcie bramki = prąd bramki x rezystor bramki = 0), V GS = 0 - prąd bramki x rezystancja źródła. Dlatego nie jest potrzebne żadne zewnętrzne źródło odchylenia. Odchylenie jest tworzone przez siebie, wykorzystując spadek napięcia na rezystorze źródłowym.
Odchylenie od potencjalnego dzielnika
W tej technice używany jest dodatkowy rezystor, a obwód jest nieznacznie modyfikowany w stosunku do techniki samoczynnego polaryzacji, a dzielnik napięcia potencjału wykorzystujący R1 i R2 zapewnia wymagane polaryzowanie DC dla JFET. Spadek napięcia na rezystorze źródłowym musi być większy niż napięcie bramki dzielnika rezystora. W ten sposób V GS pozostaje ujemny.
Tak więc jest skonstruowany i stronniczy JFET.