JFET on liitäntäportin kenttätransistori. Normaali transistori on virtaohjattu laite, joka tarvitsee virtaa esijännittämiseen, kun taas JFET on jänniteohjattu laite. Samoin kuin MOSFETit, kuten olemme nähneet edellisessä opetusohjelmassa, JFET: llä on kolme päätelaitetta Gate, Drain ja Source.
JFET on olennainen komponentti tarkkuustason jännitteellä toimiville ohjauksille analogisessa elektroniikassa. Voimme käyttää JFET: ää jänniteohjattuina vastuksina tai kytkiminä tai jopa tehdä vahvistimen JFET: n avulla. Se on myös energiatehokas versio korvaamaan BJT: t. JFET tarjoaa pienen virrankulutuksen ja melko pienet tehohäviöt, mikä parantaa piirin kokonaistehokkuutta. Se tarjoaa myös erittäin korkean tuloimpedanssin, mikä on merkittävä etu BJT: hen verrattuna.
Transistoreita on erilaisia, FET-perheessä on kaksi alatyyppiä: JFET ja MOSFET. Olemme jo keskustelleet MOSFETistä edellisessä opetusohjelmassa, täällä opit JFET: stä.
JFET-tyypit
Samoin kuin MOSFET, sillä on kaksi alatyyppiä - N-kanava JFET ja P-kanava JFET.
N-kanavainen JFET- ja P-kanavainen JFET-kaavamalli on esitetty yllä olevassa kuvassa. Nuoli osoittaa JFET-tyypit. Portille osoittava nuoli tarkoittaa, että JFET on N-kanava, ja toisaalta portin nuoli tarkoittaa P-kanavaa JFET. Tämä nuoli osoittaa myös PN-liitoksen napaisuuden, joka muodostuu kanavan ja portin väliin. Mielenkiintoista on, että englanninkielinen muistitikku on tämä, että N-kanavan laitteen nuoli osoittaa "pisteet i n ".
Tyhjennyksen ja lähteen läpi virtaava virta on luotettava Gate-liittimeen syötettyyn jännitteeseen. N-kanavalla JFET, portin jännite on negatiivinen ja P-kanavalla JFET, portin jännite on positiivinen.
JFET: n rakentaminen
Yllä olevasta kuvasta voimme nähdä JFETin perusrakenteen. N-kanavainen JFET koostuu P-tyyppisestä materiaalista N-tyyppisessä substraatissa, kun taas N-tyyppisiä materiaaleja käytetään p-tyyppisessä substraatissa P-kanavan JFET: n muodostamiseksi.
JFET on rakennettu käyttämällä puolijohdemateriaalin pitkää kanavaa. Rakennusprosessista riippuen, jos JFET sisältää suuren määrän positiivisia varauksia (viittaa reikiin), on P-tyypin JFET, ja jos sillä on suuri määrä negatiivisia varauksenkantajia (viittaa elektroneiksi), sitä kutsutaan N-tyypiksi JFET.
Puolijohdemateriaalin pitkällä kanavalla molemmista päistä luodaan ohmiset kontaktit lähde- ja tyhjennysyhteyksien muodostamiseksi. PN-liitos muodostetaan kanavan toiselle tai molemmille puolille.
JFET: n toiminta
Yksi paras esimerkki JFET: n toiminnan ymmärtämisestä on kuvitella puutarhaletkun putki. Oletetaan, että puutarhaletku tarjoaa veden virtauksen sen läpi. Jos puristamme letkua, veden virtaus on pienempi ja tietyssä vaiheessa vesivirta on nolla. JFET toimii täsmälleen tällä tavalla. Jos vaihdamme letkun JFET: n kanssa ja veden virtauksen virralla ja sitten rakennamme virtaa kuljettavan kanavan, voimme hallita virtaa.
Kun portin ja lähteen yli ei ole jännitettä, kanavasta tulee tasainen polku, joka on auki elektronien virtaukselle. Mutta päinvastainen asia tapahtuu, kun portin ja lähteen välillä käytetään jännitettä päinvastaisessa järjestyksessä, mikä tekee PN-liitoksesta päinvastaisen ja kanavan kapeamman lisäämällä tyhjennyskerrosta ja saattaa asettaa JFET: n katkaisu- tai puristusalueelle.
Alla olevassa kuvassa näemme kyllästystilan ja puristustilan ja pystymme ymmärtämään, että ehtymiskerros laajeni ja nykyinen virtaus pienenee.
Jos haluamme kytkeä JFET: n pois päältä, meidän on tarjottava negatiivinen portti lähdejännitteelle, joka on merkitty nimellä V GS N-tyypin JFET: lle. P-tyypin JFET: lle meidän on annettava positiivinen V GS.
JFET toimii vain tyhjentämistilassa, kun taas MOSFET-laitteissa on tyhjentämis- ja parannustila.
JFET-ominaiskäyrä
Yllä olevassa kuvassa JFET on esijännitetty muuttuvan tasavirtalähteen kautta, joka ohjaa JFET: n V GS: ää. Käytimme myös jännitettä tyhjennyksen ja lähteen yli. Muuttujan V GS avulla voimme piirtää JFET: n IV-käyrän.
Yllä olevasta IV-kuvasta voimme nähdä kolme kuvaajaa V GS -jännitteiden kolmelle eri arvolle, 0V, -2V ja -4V. Ohmista, kylläisyyttä ja hajoamisaluetta on kolme erilaista aluetta. Aikana ohminen alueella, JFET toimii kuten jänniteohjattu vastus, jossa sähkövirta ohjataan jännitteelle. Sen jälkeen JFET pääsee kyllästysalueelle, jossa käyrä on melkein suora. Tämä tarkoittaa, että virtavirta on riittävän vakaa, jos V DS ei häiritse virtaa. Mutta kun V DS on paljon enemmän kuin toleranssi, JFET siirtyy erittelymoodiin, jossa virtaa ei hallita.
Tämä IV-käyrä on melkein sama myös P-kanavalle JFET, mutta eroja on vähän. JFET siirtyy katkaisutilaan, kun V GS ja nipistysjännite tai (V P) ovat samat. Samoin kuin yllä olevassa käyrässä, N-kanavan JFET: lle tyhjennysvirta kasvaa, kun V GS kasvaa. Mutta P-kanavan JFET: lle tyhjennysvirta pienenee, kun V GS kasvaa.
JFET: n puolueellisuus
JFET: n vääristämiseen asianmukaisella tavalla käytetään erityyppisiä tekniikoita. Eri tekniikoista alla kolmea käytetään laajasti:
- Kiinteä DC-esijännitystekniikka
- Itsepuolustava tekniikka
- Mahdollinen jakajan esijännitys
Kiinteä DC-esijännitystekniikka
N-kanavan JFET: n kiinteässä DC-esijännitystekniikassa JFET: n portti on kytketty siten, että JFET: n V GS pysyy negatiivisena koko ajan. Koska JFET: n tuloimpedanssi on erittäin korkea, tulosignaalissa ei havaita kuormitusvaikutuksia. Vastuksen R1 läpi kulkeva virta kulkee nollana. Kun käytämme vaihtosignaalia tulokondensaattorin C1 yli, signaali ilmestyy portin poikki. Jos nyt lasketaan jännitteen pudotus R1: n yli, Ohmin lain mukaan se on V = I x R tai V pudotus = Gate-virta x R1. Koska porttiin virtaava virta on 0, jännitteen pudotus portin yli on nolla. Joten tällä esijännitystekniikalla voimme hallita JFET-tyhjennysvirtaa muuttamalla vain kiinteää jännitettä muuttamalla siten V GS: ää.
Itsepuolustava tekniikka
Itsesuuntaustekniikassa lähdetapin yli lisätään yksi vastus. Jännitteen pudotus lähdevastuksen R2 yli luo V GS: n esijännitteelle. Tässä tekniikassa portin virta on jälleen nolla. Lähteen jännite määritetään samalla ohmin lailla V = I x R. Siksi lähteen jännite = Tyhjennysvirta x lähdevastus. Nyt portti lähdejännitteelle voidaan määrittää portin jännitteen ja lähdejännitteen erojen perusteella.
Koska hilajännite on 0 (koska höyryvirta on 0, V = IR: n mukaan, hilajännite = höyryvirta x porttivastus = 0), V GS = 0 - porttivirta x lähteen vastus. Siksi ei tarvita ulkoista esijännityslähdettä. Esijännitys syntyy itse, käyttämällä lähdevastuksen jännitehäviötä.
Mahdollinen jakajan esijännitys
Tässä tekniikassa käytetään ylimääräistä vastusta ja piiriä muunnetaan hiukan itsesuuntautumistekniikasta, R1: tä ja R2: ta käyttävä potentiaalijännitteen jakaja tarjoaa tarvittavan DC-esijännityksen JFET: lle. Lähdevastuksen jännitteen pudotuksen on oltava suurempi kuin vastuksen jakajan hilajännite. Tällä tavoin V GS pysyy negatiivisena.
Joten näin JFET rakennetaan ja puolueellinen.