Junction térhatás tranzisztorok
A Junction Field Effect tranzisztorok feszültségvezérelt félvezető alapú tranzisztorok. Ezek egyirányú tranzisztorok három kivezetéssel; lefolyó, forrás és kapu. A JFET-ek nem rendelkeznek PN átmenetekkel, de félvezető anyagok csatornáiból állnak.
Építés és osztályozás
A JFET-ek nagy csatornával rendelkeznek a többségi töltéshordozók áramlására. Ezt a csatornát szubsztrátumnak nevezik. Az aljzat lehet P-típusú vagy N-típusú anyag. Két külső érintkező, úgynevezett ohmos érintkező van elhelyezve a csatorna két végén. A JFET-eket a felépítésükben lévő hordozó félvezető anyaga alapján osztályozzák.
N-csatornás JFET tranzisztorok
A csatorna N-típusú szennyezőanyagból, míg a kapuk P-típusú szennyezőanyagból készülnek. Az N típusú anyag azt jelenti, hogy az ötértékű szennyeződéseket adalékolták, és a töltéshordozók többsége szabad elektron a csatornában. Az N-csatornás JFET-ek alapvető felépítése és szimbolikus bemutatása az alábbiakban látható:
P-csatornás JFET tranzisztorok
A csatorna P-típusú szennyezőanyagból, míg a kapuk N-típusú szennyezőanyagból készülnek. A P-csatorna azt jelenti, hogy háromértékű szennyeződéseket adalékoltak a csatornában, és a töltéshordozók többsége lyukak. A P-Channel JFET alapvető felépítése és szimbolikus bemutatása az alábbiakban látható:
JFET-ek működése
A JFET-eket gyakran a víztömlőcső analógiájával írják le. A víz áramlása a csöveken analóg az elektronok áramlásával a JFET-ek csatornáin keresztül. A vízcső összenyomása határozza meg a vízáramlás mennyiségét. Hasonlóképpen, a JFET-ek esetében a feszültségek alkalmazása a kapukapcsokon dönti el a csatorna szűkítését vagy szélesítését a töltések forrástól a lefolyóig történő mozgásához.
Ha fordított előfeszítő feszültséget alkalmaznak a kapun és a forráson, a csatorna szűkül, miközben a kimerítő réteg növekszik. Ezt a működési módot csípés-off módnak nevezik. A csatorna ilyen jellegű viselkedését az alábbiakban mutatjuk be:
JFET jellemzői görbe
A JFET-ek kimerülési módú eszközök, ami azt jelenti, hogy a kimerítési rétegek szélesítésére vagy szűkítésére működnek. A teljes működési módok elemzéséhez a következő előfeszítési elrendezést alkalmazzuk egy N-csatornás JFET-en.
A JFET kapcsokon két különböző előfeszítő feszültséget alkalmaznak. A VDS-t a lefolyó és a forrás között, míg a VGS-t a kapu és a forrás között alkalmazzák, amint az a fenti ábrán látható.
A JFET négy különböző üzemmódban működik, az alábbiak szerint.
1: Ohmos mód
Az ohmikus üzemmód normál állapot, anélkül, hogy a kapcsaira előfeszítő feszültség kerülne. Ezért VGS=0 ohmos módban. A kimerítő rétegnek nagyon vékonynak kell lennie, és a JFET ohmos elemként, például ellenállásként működik.
2: Csippelés mód
Lezárási módban elegendő előfeszítő feszültség kerül a kapura és a forrásra. Az alkalmazott fordított előfeszítő feszültség a kimerülési tartományt a maximális szintre nyújtja, ezért a csatorna nyitott kapcsolóként viselkedik, amely ellenáll az áram áramlásának.
3: Telítettségi mód
A kapu és a forrás előfeszítő feszültsége szabályozza a JFET csatornáján áthaladó áramot. Az áramerősség az előfeszítő feszültség változásával változik. A lefolyó és a forrás előfeszítő feszültségnek elhanyagolható hatása van ebben az üzemmódban.
4: Lebontási mód
A lefolyó és a forrás előfeszítési feszültsége olyan szintre nő, amely lebontja a kimerítő réteget a JFET-ek csatornájában. Ez a maximális áramáramláshoz vezet a csatornán.
Matematikai kifejezések JFET-paraméterekhez
Telítési módokban a JFET-ek vezető módba lépnek, ahol a feszültség változtatja az áramerősséget. Ezért a leeresztőáram értékelhető. A leeresztőáram kiértékelésének kifejezése a következő:
A csatorna kiszélesedik vagy szűkül a kapufeszültségek alkalmazásával. A csatorna ellenállása a lefolyóforrás feszültség alkalmazásához képest a következőképpen fejezhető ki:
Az RDS a transzkonduktancia erősítéssel is kiszámítható, gm:
A JFET konfigurációi
A JFET-ek többféleképpen csatlakoztathatók a bemeneti feszültségekkel. Ezeket a konfigurációkat közös forrás, közös kapu és közös lefolyó konfigurációknak nevezzük.
Közös forráskonfiguráció
A közös forráskonfigurációban a JFET forrása földelve van, és a bemenet a gate terminálhoz csatlakozik, miközben a kimenet a lefolyóból származik. Ez a konfiguráció nagy bemeneti impedanciát és feszültségerősítési funkciókat kínál. Ez az erősítő mód konfiguráció a leggyakoribb az összes JFET konfiguráció közül. A kapott kimenet 180 fokkal fázison kívül van a bemenettel.
Közös kapu konfiguráció
Egy általános kapukonfigurációban a kapu földelve van, miközben a bemenet a forráshoz csatlakozik, a kimenet pedig a lefolyóból származik. Mivel a kapu földelve van, a konfiguráció alacsony bemeneti impedanciával, de nagyobb kimeneti impedanciával rendelkezik. A kapott kimenet fázisban van a bemenettel:
Közös lefolyó konfiguráció
Egy közös leeresztőben a bemenet a kapuhoz, míg a kimenet a forráskapocshoz csatlakozik. Ez a konfiguráció is alacsony bemeneti impedanciát és magasabb kimeneti impedanciát kínál, mint a közös kapu konfiguráció, de a feszültségerősítés itt megközelítőleg egységnyi.
Ez a konfiguráció megegyezik a közös forrással is, ahol a bemenet a kapuhoz csatlakozik, de a közös forráskonfiguráció nyeresége kisebb, mint egység.
Alkalmazás – JFET erősítő konfigurálása
A JFET-ek A osztályú erősítőkként működhetnek, ha a kaputerminál feszültségosztó hálózathoz csatlakozik. Külső feszültség kerül a forrás terminálra, amely többnyire a VDD egynegyedére van beállítva az alábbi áramkörben.
A forrásfeszültség tehát a következőképpen fejezhető ki:
A forrásfeszültség az alábbi kifejezéssel is kiszámítható:
A leeresztő áram a fenti konfigurációból az alábbiak szerint számítható ki:
A kapufeszültséget az R1 és R2 ellenállások értékének függvényében kaphatjuk meg az alábbiak szerint.
1. példa: V kiszámítása DD
Ha V GS (ki) =-8V, I DSS =24mA JFET esetén az alábbi konfigurációban, számítsa ki a V-t DD ábrán látható, amikor R D =400.
Mivel
A fenti a VDS minimális értéke ahhoz, hogy a JFET állandó áramú tartományban működjön, ezért:
Is,
KVL alkalmazásával a leeresztő körben:
2. példa: Határozza meg a leeresztőáram értékét
Határozza meg a leeresztőáram értékét, ha VGS=3V, VGS(Off)=-5V, IDSS=2mA a JFET alatti konfigurációhoz.
A leeresztő áram kifejezése:
Következtetés
A junction Field Effect Tranzisztorok három terminális félvezető eszköz, amelyek a kimerülési régiók viselkedésével működnek különböző üzemmódokban. Nem rendelkeznek PN átmenettel, de félvezető anyagú csatornákból készülnek.