Ce este jfet: tehnicile sale de construcție, lucru și polarizare

JFET este un tranzistor cu efect de câmp de poartă de joncțiune. Tranzistorul normal este un dispozitiv controlat de curent care are nevoie de curent pentru polarizare, în timp ce JFET este un dispozitiv controlat de tensiune. La fel ca MOSFET-urile, așa cum am văzut în tutorialul nostru anterior, JFET are trei terminale Gate, Drain și Source.

JFET este o componentă esențială pentru controalele de tensiune de nivel de precizie din electronica analogică. Putem folosi JFET ca rezistențe controlate de tensiune sau ca întrerupător sau chiar să facem un amplificator folosind JFET. Este, de asemenea, o versiune eficientă din punct de vedere energetic pentru a înlocui BJT-urile. JFET oferă consum redus de energie și disipări de energie destul de reduse, îmbunătățind astfel eficiența generală a circuitului. De asemenea, oferă o impedanță de intrare foarte mare, care este un avantaj major față de un BJT.

Există diferite tipuri de tranzistori, în familia FET-uri, există două subtipuri: JFET și MOSFET. Am discutat deja despre MOSFET în tutorialul anterior, aici vom afla despre JFET.

Tipuri de JFET

La fel ca MOSFET are două subtipuri - N Channel JFET și P Channel JFET.

Modelul schematic al canalului N JFET și al canalului P JFET sunt prezentate în imaginea de mai sus. Săgeata indică tipurile de JFET. Săgeata care arată la poartă denotă faptul că JFET este canal N și, pe de altă parte, săgeata de la poartă denotă JFET canal P. Această săgeată indică, de asemenea, polaritatea joncțiunii PN, care se formează între canal și poartă. Interesant este că o mnemonică engleză este aceasta, acea săgeată a unui dispozitiv N-Channel indică „Puncte i n ”.

Curentul care curge prin canalul de scurgere și sursă este dependent de tensiunea aplicată terminalului Gate. Pentru canalul N JFET, tensiunea Gate este negativă, iar pentru canalul P JFET, tensiunea Gate este pozitivă.

Construcția JFET

În imaginea de mai sus, putem vedea construcția de bază a unui JFET. N-Channel JFET constă din material de tip P în substrat de tip N, în timp ce materialele de tip N sunt utilizate în substratul de tip p pentru a forma un canal P JFET.

JFET este construit folosind canalul lung de material semiconductor. În funcție de procesul de construcție, dacă JFET conține un număr mare de purtători de sarcină pozitivă (se referă la găuri) este un JFET de tip P și dacă are un număr mare de purtători de sarcină negativă (se referă la electroni) se numește tip N JFET.

În canalul lung al materialului semiconductor, contactele ohmice la fiecare capăt sunt create pentru a forma conexiunile sursă și de scurgere. O joncțiune PN este formată într-una sau ambele părți ale canalului.

Funcționarea JFET

Un cel mai bun exemplu pentru a înțelege funcționarea unui JFET este să vă imaginați conducta furtunului de grădină. Să presupunem că un furtun de grădină asigură un flux de apă prin el. Dacă strângem furtunul, debitul de apă va fi mai mic și la un anumit moment, dacă îl strângem complet, va exista debit zero de apă. JFET funcționează exact în acest fel. Dacă schimbăm furtunul cu un JFET și debitul de apă cu un curent și apoi construim canalul de transport al curentului, am putea controla debitul curent.

Când nu există tensiune pe poartă și sursă, canalul devine o cale netedă, care este larg deschisă pentru ca electronii să curgă. Lucrul invers se întâmplă atunci când se aplică o tensiune între poartă și sursă în polaritate inversă, ceea ce face ca joncțiunea PN să fie inversată și să facă canalul mai îngust prin creșterea stratului de epuizare și ar putea pune JFET în regiunea de tăiere sau de prindere.

În imaginea de mai jos putem vedea modul de saturație și modul de prindere și vom putea înțelege stratul de epuizare a devenit mai larg și fluxul de curent devine mai mic.

Dacă dorim să oprim un JFET, trebuie să oferim o poartă negativă la tensiunea sursei denumită V _GS pentru un JFET de tip N. Pentru un JFET de tip P, trebuie să oferim V _GS pozitiv.

JFET funcționează numai în modul de epuizare, în timp ce MOSFET-urile au modul de epuizare și modul de îmbunătățire.

Curba caracteristicilor JFET

În imaginea de mai sus, un JFET este polarizat printr-o sursă de curent continuu variabilă, care va controla V _GS al unui JFET. De asemenea, am aplicat o tensiune pe canalul de scurgere și sursă. Folosind variabila V _GS, putem trasa curba IV a unui JFET.

În imaginea IV de mai sus, putem vedea trei grafice, pentru trei valori diferite ale tensiunilor V _GS, 0V, -2V și -4V. Există trei regiuni diferite Ohmic, Saturation, și Breakdown region. În timpul regiunii ohmice, JFET acționează ca un rezistor controlat de tensiune, unde fluxul de curent este controlat de tensiunea aplicată acestuia. După aceea, JFET intră în regiunea de saturație unde curba este aproape dreaptă. Asta înseamnă că fluxul de curent este suficient de stabil acolo unde V _DS nu ar interfera cu fluxul de curent. Dar când V _DS este mult mai mult decât toleranța, JFET intră în modul de defalcare în care fluxul de curent este necontrolat.

Această curbă IV este aproape aceeași și pentru canalul P JFET, dar există puține diferențe. JFET va intra în modul de întrerupere atunci când tensiunea V _GS și Pinch sau (V _P) este aceeași. De asemenea, ca și în curba de mai sus, pentru canalul N JFET curentul de scurgere crește atunci când crește V _GS. Dar pentru canalul P JFET curentul de scurgere scade atunci când V _GS crește.

Particularizarea JFET

Diferite tipuri de tehnici sunt utilizate pentru a influența JFET într-un mod adecvat. Din diferite tehnici, sub trei sunt utilizate pe scară largă:

• S-a fixat tehnica de polarizare DC
• Tehnica Auto-Biasing
• Potențializarea divizorului potențial

S-a fixat tehnica de polarizare DC

În tehnica fixă ​​de polarizare DC a unui canal N JFET, poarta JFET este conectată în așa fel încât V _GS al JFET rămâne negativ tot timpul. Deoarece impedanța de intrare a unui JFET este foarte mare, nu există efecte de încărcare observate în semnalul de intrare. Debitul de curent prin rezistorul R1 rămâne zero. Când aplicăm un semnal AC pe condensatorul de intrare C1, semnalul apare peste poartă. Acum, dacă calculăm căderea de tensiune pe R1, conform legii lui Ohms, va fi V = I x R sau V _cădere = curent de poartă x R1. Deoarece curentul care curge către poartă este 0, căderea de tensiune peste poartă rămâne zero. Deci, prin această tehnică de polarizare, putem controla curentul de scurgere JFET doar schimbând tensiunea fixă ​​schimbând astfel V _GS.

Tehnica Auto-Biasing

În tehnica de auto-polarizare, un singur rezistor este adăugat peste pinul sursă. Căderea de tensiune pe rezistorul sursă R2 creează V _GS pentru a polariza tensiunea. În această tehnică, curentul porții este din nou zero. Tensiunea sursei este determinată de aceeași lege ohmică V = I x R. Prin urmare, tensiunea sursei = curentul de scurgere x rezistorul sursei. Acum, poarta către tensiunea sursei poate fi determinată de diferențele dintre tensiunea porții și tensiunea sursei.

Deoarece tensiunea porții este 0 (ca debitul curentului porții este 0, conform V = IR, tensiunea porții = curent poartă x rezistor poartă = 0) V _GS = 0 - curent poartă x Rezistență sursă. Astfel, nu este necesară o sursă de polarizare externă. Poluarea este creată de sine, folosind căderea de tensiune peste rezistorul sursei.

Potențializarea divizorului potențial

În această tehnică, se folosește un rezistor suplimentar și circuitul este ușor modificat de la tehnica de auto-polarizare, un divizor de tensiune potențial care utilizează R1 și R2 asigură polarizarea DC necesară pentru JFET. Căderea de tensiune pe rezistorul sursă este necesară pentru a fi mai mare decât tensiunea porții separatoare a rezistorului. În acest fel, V _GS rămân negative.

Deci, astfel este construit și părtinitor JFET.