A JFET Junction Gate terepi tranzisztor. A normál tranzisztor egy áramvezérelt eszköz, amelynek áramra van szüksége az előfeszítéshez, míg a JFET egy feszültség által vezérelt eszköz. Ugyanaz, mint a MOSFET-ek, amint azt előző oktatóanyagunkban láthattuk, a JFET három terminállal rendelkezik: Gate, Drain és Source.
A JFET az analóg elektronika precíziós feszültségű vezérlésének elengedhetetlen eleme. Használhatjuk a JFET feszültségvezérelt ellenállóként vagy kapcsolóként, vagy akár erősítőt is készíthetünk a JFET segítségével. Ez egy energiatakarékos változat a BJT cseréjére is. A JFET alacsony energiafogyasztást és meglehetősen alacsony energiaeloszlást biztosít, ezáltal javítva az áramkör általános hatékonyságát. Nagyon magas bemeneti impedanciát is biztosít, ami nagy előnyt jelent egy BJT-vel szemben.
Különböző típusú tranzisztorok léteznek, a FET családban két altípus létezik: JFET és MOSFET. A MOSFET-ről már beszéltünk az előző bemutatóban, itt megismerhetjük a JFET-et.
A JFET típusai
A MOSFET-hez hasonlóan két altípusa van - N csatornás JFET és P csatornás JFET.
Az N csatornás JFET és a P csatornás JFET sematikus modell a fenti képen látható. A nyíl a JFET típusait jelöli. A kapu felé mutató nyíl azt jelzi, hogy a JFET N-csatornás, másrészt a kaputól nyíl P-csatornás JFET-et jelöl. Ez a nyíl jelzi a PN csomópont polaritását is, amely a csatorna és a kapu között alakul ki. Érdekes, hogy ez egy angol emlékirat, amely az N-csatornás eszköz nyílával azt jelzi, hogy „Pontok i n ”.
A lefolyón és a forráson átáramló áram függ a kapu termináljára adott feszültségtől. Az N csatornás JFET esetében a kapu feszültsége negatív, a P csatornánál pedig a JFET kapu feszültsége pozitív.
A JFET felépítése
A fenti képen láthatjuk a JFET alapvető felépítését. Az N-csatornás JFET P-típusú anyagból áll, N-típusú szubsztrátumban, míg N-típusú anyagokat használnak a p-típusú szubsztrátumban, hogy P-csatornás JFET-t alkossanak.
A JFET a félvezető anyag hosszú csatornájának felhasználásával készül. Az építési folyamattól függően, ha a JFET nagyszámú pozitív töltéshordozót tartalmaz (furatoknak nevezzük), akkor az egy P típusú JFET, és ha sok negatív töltéshordozója van (elektronként utal), akkor N-típusúnak nevezzük. JFET.
A félvezető anyag hosszú csatornájában mindkét végén ohmos kontaktusok jönnek létre, hogy kialakítsák a Forrás és a Drain kapcsolatokat. A PN csomópont a csatorna egyik vagy mindkét oldalán kialakul.
A JFET működése
Az egyik legjobb példa a JFET működésének megértésére a kerti tömlőcső elképzelése. Tegyük fel, hogy egy kerti tömlő biztosítja a víz áramlását rajta. Ha a tömlőt összenyomjuk, a víz áramlása kisebb lesz, és egy bizonyos ponton, ha teljesen összenyomjuk, akkor nulla víz áramlik. A JFET pontosan így működik. Ha kicseréljük a tömlőt egy JFET-re, a vízáramot pedig egy áramra, majd megépítjük az áramvezető csatornát, akkor szabályozhatjuk az áramáramot.
Ha a kapun és a forráson nincs feszültség, a csatorna sima pályává válik, amely nyitva áll az elektronok áramlása előtt. De a fordított dolog akkor történik, ha a kapu és a forrás között fordított polaritású feszültséget alkalmaznak, ami a PN csomópontot megfordítva torzítja, és a csatornát szűkebbé teszi a kimerülési réteg növelésével, és a JFET-t levágási vagy lehúzási tartományba helyezheti.
Az alábbi képen láthatjuk a telítettség módját és a kikapcsolt módot, és meg fogjuk tudni érteni, hogy a kimerülési réteg szélesebb lett, és az áramlás kevesebb lett.
Ha ki akarunk kapcsolni egy JFET-t, akkor egy negatív kaput kell biztosítanunk a forrásfeszültségre, amelyet V GS- nek jelölünk egy N-típusú JFET számára. P-típusú JFET esetén pozitív V GS-t kell adnunk.
A JFET csak kimerítési módban működik, míg a MOSFET-ek kimerítési és javítási módban vannak.
JFET jellemzői görbe
A fenti képen egy JFET előfeszített egy változó DC tápegységen keresztül, amely vezérli a JFET V GS- jét. A Drain and Source-on feszültséget is alkalmaztunk. A V GS változó segítségével ábrázolhatjuk egy JFET IV görbéjét.
A fenti IV képen három grafikont láthatunk, a V GS feszültségek három különböző értékére, 0V, -2V és -4V. Három különböző régió van Ohmikus, Telítettség és Bontási régióban. Az Ohmikus régióban a JFET úgy működik, mint egy feszültség által vezérelt ellenállás, ahol az áramáramot rá adott feszültség szabályozza. Ezt követően a JFET abba a telítési tartományba kerül, ahol a görbe majdnem egyenes. Ez azt jelenti, hogy az áramlás elég stabil, ahol a V DS nem zavarja az áramáramot. De amikor a V DS jóval több, mint a tűrés, a JFET bontási üzemmódba kerül, ahol az áramlás nem szabályozott.
Ez az IV görbe majdnem megegyezik a P csatorna JFET esetében is, de kevés különbség létezik. A JFET kikapcsolási üzemmódba kapcsol, ha a V GS és a szorítási feszültség vagy (V P) megegyezik. Ugyanúgy, mint a fenti görbében, N csatornás JFET esetén a V GS növekedésével a lefolyó áram nő. De a P-csatornás JFET esetében a lefolyó áram csökken, amikor a V GS nő.
A JFET elfogultsága
Különböző típusú technikákat alkalmaznak a JFET megfelelő elfogultságára. A különféle technikák közül háromat használnak széles körben:
- Fix DC előfeszítési technika
- Önelfogástechnika
- Potenciális elválasztó torzítás
Fix DC előfeszítési technika
Egy N csatornás JFET fix DC előfeszítési technikájában a JFET kapuja olyan módon van összekötve, hogy a JFET V GS- je folyamatosan negatív marad. Mivel a JFET bemeneti impedanciája nagyon magas, a bemeneti jelben nincsenek terhelési hatások. Az R1 ellenálláson átáramló áram nulla marad. Amikor váltakozó áramú jelet alkalmazunk a C1 bemeneti kondenzátoron, a jel a kapun túl jelenik meg. Most, ha kiszámítjuk az R1 feszültségesését, az Ohms törvény szerint V = I x R vagy V drop = kapuáram x R1 lesz. Mivel a kapuhoz áramló áram 0, a kapun átmenő feszültségesés nulla marad. Tehát ezzel az előfeszítési technikával a JFET lefolyó áramát úgy tudjuk szabályozni, hogy csak a rögzített feszültséget változtatjuk meg, megváltoztatva ezzel a V GS-t.
Önelfogástechnika
Önfeszítő technikában egyetlen ellenállást adnak a forráscsapon keresztül. Az R2 forrásellenálláson a feszültségesés létrehozza a V GS-t, amely torzítja a feszültséget. Ebben a technikában a kapuáram ismét nulla. A forrásfeszültséget ugyanazon ohmos törvény határozza meg V = I x R. Ezért forrásfeszültség = Lefolyóáram x forrásellenállás. Most a kapu és a forrás feszültsége meghatározható a kapu feszültsége és a forrás feszültsége közötti különbségek alapján.
Mivel a kapu feszültsége 0 (mivel a kapuáram 0, V = IR szerint, kapufeszültség = Kapuáram x kapuellenállás = 0), a V GS = 0 - Kapuáram x Forrásellenállás. Így nincs szükség külső torzító forrásra. Az előfeszítést saját maga hozza létre, felhasználva a forrásellenállás feszültségesését.
Potenciális elválasztó torzítás
Ebben a technikában egy további ellenállást alkalmaznak, és az áramkört kissé módosítják az önfeszítő technikától, az R1 és R2 alkalmazó potenciálfeszültség-osztó biztosítja a JFET számára szükséges DC-előfeszítést. A forrásellenálláson a feszültségesésnek nagyobbnak kell lennie, mint az ellenálláselosztó kapu feszültsége. Ily módon a V GS negatív marad.
Tehát a JFET felépítése és elfogultsága így történik.