JFET - это полевой транзистор с затвором. Нормальный транзистор - это устройство, управляемое током, которому требуется ток для смещения, тогда как JFET - это устройство, управляемое напряжением. Так же, как MOSFET, как мы видели в нашем предыдущем руководстве, JFET имеет три терминала: Gate, Drain и Source.
JFET - важный компонент для точного управления уровнем напряжения в аналоговой электронике. Мы можем использовать JFET в качестве резисторов, управляемых напряжением, или в качестве переключателя, или даже сделать усилитель с использованием JFET. Это также энергоэффективная версия для замены BJT. JFET обеспечивает низкое энергопотребление и довольно низкое рассеивание мощности, тем самым улучшая общую эффективность схемы. Он также обеспечивает очень высокий входной импеданс, что является большим преимуществом по сравнению с BJT.
Существуют разные типы транзисторов, в семействе полевых транзисторов есть два подтипа: JFET и MOSFET. Мы уже обсуждали MOSFET в предыдущем уроке, здесь мы узнаем о JFET.
Типы JFET
Как и MOSFET, он имеет два подтипа - JFET с N каналом и JFET с каналом P.
Схема N-канального JFET и P-канала JFET показана на изображении выше. Стрелка обозначает типы JFET. Стрелка, указывающая на затвор, означает, что JFET является N-канальным, а, с другой стороны, стрелка от затвора обозначает P-канальный JFET. Эта стрелка также указывает полярность PN-перехода, который образуется между каналом и затвором. Интересно, что английский мнемонические это, что стрелка устройства N - канала указывает на то «Очки я п ».
Ток, протекающий через сток и источник, зависит от напряжения, приложенного к клемме затвора. Для N-канального JFET напряжение затвора отрицательное, а для P-канального JFET напряжение затвора положительное.
Строительство JFET
На изображении выше мы видим основную конструкцию JFET. N-канальный JFET состоит из материала P-типа в подложке N-типа, тогда как материалы N-типа используются в подложке p-типа для формирования JFET с P-каналом.
JFET построен с использованием длинного канала из полупроводникового материала. В зависимости от процесса конструкции, если JFET содержит большое количество положительных носителей заряда (называемых дырками), это JFET P-типа, а если он имеет большое количество отрицательных носителей заряда (называемых электронами), называется N-типом. JFET.
В длинном канале из полупроводникового материала на каждом конце создаются омические контакты, которые образуют соединения Истока и Дренажной сети. PN-переход формируется на одной или обеих сторонах канала.
Работа JFET
Лучший пример для понимания работы JFET - это представить садовый шланг. Предположим, через садовый шланг проходит вода. Если сжать шланг, поток воды будет меньше, и в определенный момент, если мы его полностью сжаем, поток воды будет нулевым. JFET работает именно так. Если мы поменяем местами шланг с полевым транзистором и поток воды с током, а затем построим токопроводящий канал, мы сможем контролировать ток.
Когда нет напряжения между затвором и истоком, канал становится гладким, широко открытым для движения электронов. Но обратное происходит, когда между затвором и истоком подается напряжение с обратной полярностью, что приводит к обратному смещению PN-перехода и сужению канала за счет увеличения обедненного слоя и может привести к тому, что JFET окажется в области отсечки или отсечки.
На изображении ниже мы можем видеть режим насыщения и режим отсечки, и мы сможем понять, что слой истощения стал шире, а текущий поток стал меньше.
Если мы хотим отключить JFET, нам необходимо обеспечить отрицательное напряжение затвор-исток, обозначенное как V GS для JFET N-типа. Для JFET P-типа нам необходимо обеспечить положительное напряжение V GS.
JFET работает только в режиме истощения, тогда как у MOSFET есть режим истощения и режим улучшения.
Кривая характеристик JFET
На изображении выше, JFET смещается через переменный источник постоянного тока, который будет управлять V GS полевого транзистора. Мы также подали напряжение на сток и источник. Используя переменную V GS, мы можем построить кривую ВАХ JFET.
На приведенном выше изображении IV мы видим три графика для трех различных значений напряжений V GS: 0 В, -2 В и -4 В. Есть три различных области: омическая область, область насыщения и область пробоя. В омической области JFET действует как резистор, управляемый напряжением, где ток регулируется приложенным к нему напряжением. После этого JFET попадает в область насыщения, где кривая почти прямая. Это означает, что ток достаточно стабилен, и V DS не будет мешать току. Но когда V DS намного превышает допуск, JFET переходит в режим пробоя, при котором ток не контролируется.
Эта ВАХ почти такая же и для полевого транзистора с P-каналом, но есть несколько отличий. JFET перейдет в режим отсечки, когда V GS и напряжение пинча или (V P) одинаковы. Также, как на приведенной выше кривой, для N-канального JFET ток стока увеличивается при увеличении V GS. Но для P-канального JFET ток стока уменьшается при увеличении V GS.
Смещение JFET
Для правильного смещения JFET используются различные методы. Из различных техник широко используются три ниже:
- Техника смещения фиксированного постоянного тока
- Техника самосмещения
- Возможное смещение делителя
Техника смещения фиксированного постоянного тока
В методе фиксированного смещения постоянного тока N-канального JFET затвор JFET подключается таким образом, что V GS JFET все время остается отрицательным. Поскольку входной импеданс полевого транзистора JFET очень высок, во входном сигнале не наблюдается эффектов нагрузки. Ток через резистор R1 остается нулевым. Когда мы подаем сигнал переменного тока на входной конденсатор C1, сигнал появляется на затворе. Теперь, если мы вычислим падение напряжения на R1, согласно закону Ома, это будет V = I x R или V drop = ток затвора x R1. Поскольку ток, протекающий к затвору, равен 0, падение напряжения на затворе остается нулевым. Таким образом, с помощью этой техники смещения мы можем управлять током стока JFET, просто изменяя фиксированное напряжение, тем самым изменяя V GS.
Техника самосмещения
В методе самосмещения к выводу истока добавляется один резистор. Падение напряжения на истоковом резисторе R2 создает V GS для смещения напряжения. В этом методе ток затвора снова равен нулю. Напряжение источника определяется тем же законом измерения сопротивления V = I x R. Следовательно, напряжение источника = ток стока x резистор истока. Теперь напряжение затвор-исток можно определить по разнице между напряжением затвора и напряжением истока.
Поскольку напряжение затвора равно 0 (поскольку ток затвора равен 0, согласно V = IR, напряжение затвора = ток затвора x резистор затвора = 0), V GS = 0 - ток затвора x сопротивление истока. Таким образом, внешний источник смещения не требуется. Смещение создается самим с помощью падения напряжения на истоковом резисторе.
Возможное смещение делителя
В этом методе используется дополнительный резистор, а схема немного изменена по сравнению с методом самосмещения, делитель напряжения с использованием R1 и R2 обеспечивает необходимое смещение постоянного тока для JFET. Падение напряжения на истоковом резисторе должно быть больше, чем напряжение затвора резисторного делителя. Таким образом, V GS остается отрицательным.
Вот как устроен и предвзято JFET.