Junction Field Effect Transistorer
Junction Field Effect Transistorer är spänningsstyrda halvledarbaserade transistorer. Dessa är enkelriktade transistorer med tre terminaler; avlopp, källa och grind. JFET:er har inga PN-övergångar, men de är sammansatta av kanaler av halvledarmaterial.
Konstruktion & klassificeringar
JFETs har en stor kanal för flödet av majoritetsladdningsbärare. Denna kanal är känd som substrat. Substratet kan vara av P-typ eller N-typ material. Två externa kontakter kända som ohmska kontakter är placerade över kanalens två ändar. JFETs klassificeras baserat på substratets halvledarmaterial i sin konstruktion.
N-kanals JFET-transistorer
Kanalen är gjord av föroreningsmaterial av N-typ, medan grindar är sammansatta av föroreningsmaterial av P-typ. Material av N-typ betyder att de femvärda föroreningarna har dopats, och majoriteten av laddningsbärarna är fria elektroner i kanalen. Den grundläggande konstruktionen och symboliska presentationen av N-Channel JFET visas nedan:
P-kanal JFET transistorer
Kanalen är sammansatt av föroreningsmaterial av P-typ medan grindar är sammansatta av föroreningsmaterial av N-typ. P-kanal betyder att trevärda föroreningar har dopats i kanalen och majoriteten av laddningsbärare är hål. Den grundläggande konstruktionen och symboliska presentationen av P-Channel JFET visas nedan:
Arbete med JFET
JFET beskrivs ofta med analogi med vattenslangrör. Flödet av vatten genom rör är analogt med flödet av elektroner genom kanaler av JFET. Vattenledningens klämning avgör mängden vattenflöde. På liknande sätt, i fallet med JFET:er, bestämmer appliceringen av spänningar över grindterminalerna avsmalningen eller breddningen av kanalen för rörelse av laddningar från source till drain.
När omvänd förspänning över grinden och källan appliceras, smalnar kanalen av medan utarmningsskiktet ökar. Detta driftläge kallas för nypningsläge. Denna typ av kanalbeteende representeras nedan:
JFET-karakteristikkurva
JFET:er är enheter i utarmningsläge, vilket innebär att de arbetar med att bredda eller minska utarmningsskikten. För att analysera de fullständiga driftlägena tillämpas följande förspänningsarrangemang över en N-kanal JFET.
Två olika förspänningar appliceras på JFET-anslutningarna. VDS appliceras mellan drain och source medan VGS appliceras mellan gate och source som visas i ovanstående figur.
JFET ska fungera i fyra olika driftlägen, som diskuteras nedan.
1: Ohmiskt läge
Ohmiskt läge är ett normalt tillstånd utan några förspänningar som appliceras över dess terminaler. Därför är VGS=0 i ohmskt läge. Utarmningsskiktet ska vara mycket tunt och JFET fungerar som ett ohmskt element såsom ett motstånd.
2: Nyp-av-läge
I avstängningsläge appliceras tillräcklig förspänning över grinden och källan. Den applicerade omvända förspänningen sträcker utarmningsområdet till maximal nivå och därför beter sig kanalen som en öppen omkopplare som motstår strömflödet.
3: Mättnadsläge
Styr- och källförspänningen styr strömflödet över JFET-kanalen. Strömmen varierar med förändringen i förspänningsspänningen. Drain- och källförspänningen har försumbar effekt i detta läge.
4: Nedbrytningsläge
Drain- och källförspänningen ökar till en nivå som bryter ned utarmningsskiktet i JFET-kanalens kanal. Detta leder till maximalt strömflöde över kanalen.
Matematiska uttryck för JFETs parametrar
I mättnadslägen går JFET:erna in i ledarlägen där spänningen varierar strömmen. Därför kan dräneringsströmmen utvärderas. Uttrycket för att utvärdera dräneringsström ges av:
Kanalen vidgas eller smalnar av med applicering av grindspänningar. Kanalens motstånd med avseende på applicering av drain-source-spänning uttrycks som:
RDS kan också beräknas genom transkonduktansförstärkning, gm:
JFET:s konfigurationer
JFET kan anslutas på en mängd olika sätt med ingångsspänningarna. Dessa konfigurationer är kända som common source, common gate och common drain-konfigurationer.
Gemensam källkonfiguration
I vanlig källkonfiguration är källan för JFET jordad och ingången är ansluten till gateterminalen medan utsignalen tas från avloppet. Denna konfiguration erbjuder hög ingångsimpedans och spänningsförstärkningsfunktioner. Denna förstärkarlägeskonfiguration är den vanligaste av alla JFET-konfigurationer. Utsignalen som erhålls är 180 grader ur fas med ingång.
Common Gate Configuration
I en vanlig gate-konfiguration är grinden jordad medan ingången är ansluten till source och utgången tas från drain. Eftersom grinden är ansluten till jord har konfigurationen låg ingångsimpedans men högre impedans vid utgången. Den erhållna utgången är i fas med ingång:
Gemensam avloppskonfiguration
I ett gemensamt avlopp är ingången ansluten till grinden medan utgången är ansluten från källterminalen. Denna konfiguration erbjuder också låg ingångsimpedans och högre utgångsimpedans precis som vanlig grindkonfiguration, men spänningsförstärkningen är ungefär enhetlig här.
Den här konfigurationen matchar också med gemensam källa där ingången är ansluten till grinden, men konfigurationen för gemensam källa har förstärkning mindre än enhet.
Applikation – JFETs förstärkarkonfiguration
JFET:er kan fås att fungera som klass A-förstärkare när gateterminalen är ansluten till ett spänningsdelarnätverk. En extern spänning appliceras över källterminalen, som mestadels är konfigurerad att vara en fjärdedel av VDD i kretsen nedan.
Källspänningen kan därför uttryckas som:
Dessutom kan källspänningen beräknas genom nedanstående uttryck:
Dräneringsströmmen kan beräknas från ovanstående konfiguration enligt nedan:
Grindspänningen kan erhållas som en funktion av värdena för motstånden R1 & R2 enligt nedan.
Exempel 1: Beräknar V DD
Om V GS(av) =-8V, I DSS =24mA för JFET i nedanstående konfiguration, beräkna V DD som visas i figuren när R D =400.
Eftersom
Ovanstående ska vara det lägsta värdet på VDS för att JFET ska fungera i området med konstant ström, därför:
Också,
Genom att applicera KVL vid dräneringskrets:
Exempel 2: Bestäm värdet på dräneringsström
Bestäm värdet på dräneringsström när VGS=3V, VGS(Off)=-5V, IDSS=2mA för JFET-konfiguration under.
Uttrycket för avloppsström är:
Slutsats
Kopplingsfälteffekttransistorer är tre terminala halvledarenheter som arbetar med beteendet hos utarmningsområdena i olika driftlägen. De har inga PN-övergångar, men de är gjorda av kanaler av halvledarmaterial.