Junction Field Effect Transistorer
Junction Field Effect Transistorer er spenningsstyrte halvlederbaserte transistorer. Dette er ensrettede transistorer med tre terminaler; avløp, kilde og port. JFET-er har ikke PN-kryss, men de er sammensatt av kanaler av halvledermaterialer.
Konstruksjon og klassifiseringer
JFET-er har en stor kanal for flyt av majoritetsladningsbærere. Denne kanalen er kjent som substrat. Substratet kan være av P-type eller N-type materiale. To eksterne kontakter kjent som ohmske kontakter er plassert over de to endene av kanalen. JFET-er er klassifisert basert på halvledermaterialet til substratet i deres konstruksjon.
N-kanal JFET transistorer
Kanalen er laget av N-type urenhetsmateriale, mens porter er sammensatt av P-type urenhetsmateriale. N-type materiale betyr at de femverdige urenhetene er dopet, og de fleste ladningsbærere er frie elektroner i kanalen. Den grunnleggende konstruksjonen og symbolske presentasjonen av N-Channel JFET-er er vist nedenfor:
P-kanal JFET transistorer
Kanalen er sammensatt av P-type urenhetsmateriale mens porter er sammensatt av N-type urenhetsmateriale. P-kanal betyr at treverdige urenheter har blitt dopet i kanalen og majoritetsladningsbærere er hull. Den grunnleggende konstruksjonen og symbolske presentasjonen av P-Channel JFET er vist nedenfor:
Arbeid med JFET-er
JFET-er er ofte beskrevet med analogi av vannslangerør. Strømmen av vann gjennom rør er analog med strømmen av elektroner gjennom kanaler til JFET-er. Klemming av vannrøret bestemmer mengden vannstrøm. På samme måte, når det gjelder JFET-er, bestemmer påføringen av spenninger over portterminaler innsnevringen eller utvidelsen av kanalen for bevegelse av ladninger fra kilde til avløp.
Når omvendt forspenning over gate og kilde påføres, smalner kanalen inn mens utarmingslaget øker. Denne driftsmodusen kalles pinch-off-modus. Denne typen kanalatferd er representert nedenfor:
JFET-karakteristikkkurve
JFET-er er utarmingsmodusenheter, noe som betyr at de opererer på utvidelse eller innsnevring av uttømmingslag. For å analysere de komplette driftsmodusene, brukes følgende forspenningsarrangement over en N-kanal JFET.
To forskjellige forspenningsspenninger påføres på JFET-terminalene. VDS påføres mellom avløp og kilde mens VGS påføres mellom gate og kilde som vist i figuren ovenfor.
JFET skal operere i fire forskjellige driftsmoduser, som diskutert nedenfor.
1: Ohmisk modus
Ohmisk modus er en normal tilstand uten forspenning påført over terminalene. Derfor er VGS=0 i ohmsk modus. Uttømmingslaget skal være veldig tynt og JFET fungerer som et ohmsk element som en motstand.
2: Knip-av-modus
I avskjæringsmodus påføres tilstrekkelig forspenning over porten og kilden. Den påførte omvendte forspenningen strekker utarmingsområdet til maksimalt nivå, og derfor oppfører kanalen seg som en åpen bryter som motstår strømmen.
3: Metningsmodus
Gate- og kildeforspenningen kontrollerer strømstrømmen over kanalen til JFET. Strømmen varierer med endring i forspenningsspenning. Drenerings- og kildeforspenningen har ubetydelig effekt i denne modusen.
4: Nedbrytingsmodus
Drain- og kildeforspenningen øker til et nivå som bryter ned uttømmingslaget i kanalen til JFET-er. Dette fører til maksimal strømflyt over kanalen.
Matematiske uttrykk for JFET-parametere
I metningsmodus går JFET-ene inn i ledermoduser der spenningen varierer strømmen. Derfor kan avløpsstrømmen evalueres. Uttrykket for å evaluere avløpsstrøm er gitt av:
Kanalen utvides eller smalner med påføring av portspenninger. Motstanden til kanalen med hensyn til påføring av avløpskildespenning er uttrykt som:
RDS kan også beregnes gjennom transkonduktansforsterkning, gm:
JFETs konfigurasjoner
JFET-er kan kobles på en rekke måter med inngangsspenningene. Disse konfigurasjonene er kjent som felles kilde-, fellesport- og felles drenkonfigurasjoner.
Felles kildekonfigurasjon
I vanlig kildekonfigurasjon er kilden til JFET jordet og inngangen er koblet til portterminalen mens utgangen tas fra avløpet. Denne konfigurasjonen tilbyr høy inngangsimpedans og spenningsforsterkningsfunksjoner. Denne forsterkermoduskonfigurasjonen er den vanligste av alle JFET-konfigurasjoner. Utgangen som oppnås er 180 grader ute av fase med inngang.
Felles portkonfigurasjon
I en vanlig portkonfigurasjon er porten jordet mens inngangen er koblet til kilden og utgangen tas fra avløpet. Siden porten er koblet til jord, har konfigurasjonen lav inngangsimpedans, men høyere impedans ved utgangen. Utgangen som oppnås er i fase med inngang:
Vanlig avløpskonfigurasjon
I et felles avløp er inngangen koblet til porten mens utgangen er koblet fra kildeterminalen. Denne konfigurasjonen tilbyr også lav inngangsimpedans og høyere utgangsimpedans akkurat som vanlig portkonfigurasjon, men spenningsforsterkningen er omtrentlig enhet her.
Denne konfigurasjonen samsvarer også med felles kilde der inngang er koblet til port, men felles kildekonfigurasjon har forsterkning mindre enn enhet.
Applikasjon – JFETs forsterkerkonfigurasjon
JFET-er kan fås til å fungere som klasse A-forsterkere når portterminalen er koblet til et spenningsdelernettverk. En ekstern spenning påføres over kildeterminalen, som stort sett er konfigurert til å være en fjerdedel av VDD i kretsen nedenfor.
Kildespenningen kan derfor uttrykkes som:
Kildespenningen kan også beregnes gjennom uttrykket nedenfor:
Dreneringsstrømmen kan beregnes fra ovenstående konfigurasjon som nedenfor:
Portspenningen kan oppnås som en funksjon av verdiene til motstandene R1 og R2 som angitt nedenfor.
Eksempel 1: Beregner V DD
Hvis V GS(av) =-8V, I DSS =24mA for JFET i konfigurasjonen nedenfor, beregn V DD som vist på figuren når R D =400.
Siden
Ovennevnte skal være minimumsverdien av VDS for at JFET skal fungere i konstant strømområde, derfor:
Også,
Ved å bruke KVL ved dreneringskrets:
Eksempel 2: Bestem verdien av dreneringsstrømmen
Bestem verdien av dreneringsstrømmen når VGS=3V, VGS(Off)=-5V, IDSS=2mA for under JFET-konfigurasjonen.
Uttrykket for avløpsstrøm er:
Konklusjon
Junction Field Effect Transistorer er tre terminale halvlederenheter som jobber med oppførselen til utarmingsområdene i forskjellige driftsmoduser. De har ikke PN-kryss, men de er laget av kanaler av halvledermaterialer.