JFET ir savienojuma vārtu lauka tranzistors. Parastais tranzistors ir strāvas kontrolēta ierīce, kurai ir vajadzīga strāva, bet JFET ir ierīce, kuru kontrolē spriegums. Tāpat kā MOSFET, kā mēs redzējām mūsu iepriekšējā apmācībā, JFET ir trīs termināļi Gate, Drain un Source.
JFET ir būtiska sastāvdaļa precīzas vadības sprieguma vadībai analogajā elektronikā. Mēs varam izmantot JFET kā sprieguma kontrolētus rezistorus vai kā slēdzi, vai pat izgatavot pastiprinātāju, izmantojot JFET. Tā ir arī energoefektīva versija, kas aizstāj BJT. JFET nodrošina mazu enerģijas patēriņu un diezgan zemu enerģijas izkliedi, tādējādi uzlabojot ķēdes vispārējo efektivitāti. Tas arī nodrošina ļoti augstu ieejas pretestību, kas ir galvenā priekšrocība salīdzinājumā ar BJT.
Ir dažādi tranzistoru veidi, FET ģimenē ir divi apakštipi: JFET un MOSFET. Mēs jau apspriedām par MOSFET iepriekšējā apmācībā, šeit uzzināsit par JFET.
JFET veidi
Tāpat kā MOSFET, tam ir divi apakštipi - N kanāla JFET un P kanāla JFET.
N kanāla JFET un P kanāla JFET shematiskais modelis ir parādīts attēlā iepriekš. Bultiņa apzīmē JFET veidus. Bultiņa, kas rāda vārtiem, norāda, ka JFET ir N-kanāls, un, no otras puses, bulta no vārtiem apzīmē P-kanāla JFET. Šī bulta norāda arī PN savienojuma polaritāti, kas veidojas starp kanālu un vārtiem. Interesanti, ka angļu valodas mnemonisks ir tas, ka N-Channel ierīces bultiņa norāda “Points i n ”.
Strāva, kas plūst caur kanalizāciju un avotu, ir atkarīga no vārtu spailei piemērotā sprieguma. N kanāla JFET vārtu spriegums ir negatīvs un P kanāla JFET vārtu spriegums ir pozitīvs.
JFET uzbūve
Iepriekš redzamajā attēlā mēs varam redzēt JFET pamata konstrukciju. N-kanāla JFET sastāv no P veida materiāla N veida substrātā, turpretī N veida materiāli tiek izmantoti p tipa substrātā, lai izveidotu P kanāla JFET.
JFET ir konstruēts, izmantojot pusvadītāju materiāla garo kanālu. Atkarībā no uzbūves procesa, ja JFET satur lielu skaitu pozitīvu lādiņu nesēju (atsaucas uz caurumiem), tas ir P tipa JFET, un, ja tajā ir liels skaits negatīvo lādiņu nesēju (attiecas uz elektroniem), to sauc par N tipa JFET.
Pusvadītāju materiāla garajā kanālā katrā galā tiek izveidoti omi kontakti, lai izveidotu avota un drenāžas savienojumus. Kanāla vienā vai abās pusēs ir izveidots PN savienojums.
JFET darbība
Labākais piemērs JFET darbības izpratnei ir dārza šļūtenes caurules iedomāšanās. Pieņemsim, ka dārza šļūtene nodrošina ūdens plūsmu caur to. Ja mēs saspiedīsim šļūteni, ūdens plūsma būs mazāka, un noteiktā brīdī, ja mēs to pilnībā izspiedīsim, ūdens plūsma būs nulle. JFET darbojas tieši tādā veidā. Ja mēs apmainīsim šļūteni ar JFET un ūdens plūsmu ar strāvu un pēc tam izveidosim strāvas pārraides kanālu, mēs varētu kontrolēt strāvas plūsmu.
Ja vārtiem un avotam nav sprieguma, kanāls kļūst par vienmērīgu ceļu, kas ir plaši atvērts elektronu plūsmai. Bet apgrieztā lieta notiek, ja starp vārtiem un avotu tiek izmantots spriegums pretējā polaritātē, kas padara PN krustojumu pretēju un padara kanālu šaurāku, palielinot izsīkuma slāni, un tas varētu ievietot JFET nogriešanas vai saspiešanas reģionā.
Zemāk redzamajā attēlā mēs varam redzēt piesātinājuma režīmu un izvilkšanas režīmu, un mēs varēsim saprast, ka noplicināšanas slānis kļuva platāks, un pašreizējā plūsma kļūst mazāka.
Ja mēs vēlamies izslēgt JFET, mums jānodrošina negatīvs vārtu avota spriegums, kas apzīmēts kā V GS N tipa JFET. P tipa JFET mums jānodrošina pozitīvs V GS.
JFET darbojas tikai izsmelšanas režīmā, turpretī MOSFET ir izsmelšanas un uzlabošanas režīms.
JFET raksturojumu līkne
Iepriekš redzamajā attēlā JFET tiek novirzīts caur mainīgu līdzstrāvas padevi, kas kontrolēs JFET V GS. Mēs arī pielietojām spriegumu Drain un Source. Izmantojot mainīgo V GS, mēs varam uzzīmēt JFET IV līkni.
Iepriekš redzamajā IV attēlā mēs varam redzēt trīs grafikus trim dažādām V GS spriegumu vērtībām, 0V, -2V un -4V. Ir trīs dažādi reģioni: omiskais, piesātinājuma un sadalījuma reģions. Laikā omiskos reģionā, tad JFET darbojas kā sprieguma kontrolē pretestība, kur pašreizējā plūsmu kontrolē spriegumu uz to. Pēc tam JFET nokļūst piesātinājuma apgabalā, kur līkne ir gandrīz taisna. Tas nozīmē, ka strāvas plūsma ir pietiekami stabila, kur V DS netraucētu strāvas plūsmai. Bet, kad V DS ir daudz vairāk par pielaidi, JFET nonāk sadalījuma režīmā, kur pašreizējā plūsma nav kontrolēta.
Šī IV līkne ir gandrīz vienāda arī P kanālam JFET, taču pastāv maz atšķirību. JFET ieslēdzas izslēgšanas režīmā, kad V GS un saspiešanas spriegums vai (V P) ir vienādi. Tāpat kā iepriekšminētajā līknē, N kanāla JFET kanalizācijas strāva palielinās, palielinoties V GS. Bet P-kanāla JFET drenāžas strāva samazinās, palielinoties V GS.
JFET neobjektivitāte
Lai pareizi novirzītu JFET, tiek izmantoti dažāda veida paņēmieni. No dažādiem paņēmieniem tiek plaši izmantoti trīs:
- Fiksēta līdzstrāvas novirzīšanas tehnika
- Pašnoteikšanās tehnika
- Potenciālā dalītāja neobjektivitāte
Fiksēta līdzstrāvas novirzīšanas tehnika
Fiksētā N kanāla JFET līdzstrāvas novirzīšanas tehnikā JFET vārti ir savienoti tā, ka JFET V GS visu laiku paliek negatīvs. Tā kā JFET ieejas pretestība ir ļoti augsta, ieejas signālā netiek novēroti slodzes efekti. Pašreizējā plūsma caur rezistoru R1 paliek nulle. Kad mēs ievadām maiņstrāvas signālu pāri ieejas kondensatoram C1, signāls parādās pāri vārtiem. Tagad, ja mēs aprēķinām sprieguma kritumu pāri R1, saskaņā ar Ohma likumu tas būs V = I x R vai V kritums = vārtu strāva x R1. Tā kā strāva, kas plūst uz vārtiem, ir 0, sprieguma kritums pāri vārtiem paliek nulle. Tātad, izmantojot šo neobjektīvo tehniku, mēs varam kontrolēt JFET iztukšošanas strāvu, vienkārši mainot fiksēto spriegumu, tādējādi mainot V GS.
Pašnoteikšanās tehnika
Pašaizspiešanas tehnikā pāri avota tapai tiek pievienots viens rezistors. Sprieguma kritums pāri avota rezistoram R2 rada V GS, kas izspiež spriegumu. Šajā tehnikā vārtu strāva atkal ir nulle. Avota spriegumu nosaka tas pats omu likums V = I x R. Tāpēc avota spriegums = Iztukšošanas strāva x avota rezistors. Tagad vārtu avota spriegumu var noteikt pēc vārtu sprieguma un avota sprieguma atšķirībām.
Tā kā vārtu spriegums ir 0 (tā kā vārtu strāvas plūsma ir 0, atbilstoši V = IR, vārtu spriegums = vārtu strāva x vārtu rezistors = 0), V GS = 0 - vārtu strāva x Avota pretestība. Tādējādi nav vajadzīgs ārējs novirzes avots. Novirzi rada pats, izmantojot sprieguma kritumu avota rezistorā.
Potenciālā dalītāja neobjektivitāte
Šajā tehnikā tiek izmantots papildu rezistors, un ķēde ir nedaudz modificēta, izmantojot pašspiešanas tehniku, potenciālā sprieguma dalītājs, izmantojot R1 un R2, nodrošina nepieciešamo līdzstrāvas novirzi JFET. Sprieguma kritumam avota rezistorā jābūt lielākam par rezistora dalītāja vārtu spriegumu. Tādā veidā V GS paliek negatīvs.
Tātad šādi JFET tiek konstruēts un neobjektīvs.