Elettronica di base - JFET

Il JFET è abbreviato come Junction Field Effect Transistor. JFET è proprio come un normale FET. I tipi di JFET sono FET a canale n e FET a canale P. Un materiale di tipo p viene aggiunto al substrato di tipo n in FET a canale n, mentre un materiale di tipo n viene aggiunto al substrato di tipo p in FET a canale p. Quindi è sufficiente discutere un tipo di FET per comprenderli entrambi.

FET canale N

Il FET a canale N è il transistor ad effetto di campo maggiormente utilizzato. Per la fabbricazione di Nchannel FET, viene presa una barra stretta di semiconduttore di tipo N su cui il materiale di tipo P è formato per diffusione sui lati opposti. Questi due lati sono uniti per disegnare un unico collegamento per il terminale di gate. Questo può essere compreso dalla figura seguente.

Queste due deposizioni di gate (materiali di tipo p) formano due diodi PN. L'area tra i cancelli è chiamata come achannel. I vettori maggioritari passano attraverso questo canale. Quindi la forma della sezione trasversale del FET è intesa come la figura seguente.

I contatti ohmici sono realizzati alle due estremità della barra semiconduttrice di tipo n, che formano la sorgente e lo scarico. I terminali di sorgente e di drenaggio possono essere scambiati.

Funzionamento del FET a canale N.

Prima di entrare nel funzionamento del FET si dovrebbe capire come si formano gli strati di esaurimento. Per questo, supponiamo che la tensione al terminale di gate dicaV_GG è polarizzato inversamente mentre la tensione al terminale di scarico dice V_DDnon viene applicato. Sia così 1.

• In case 1, Quando V_GG è di parte inversa e V_DDnon viene applicato, le regioni di esaurimento tra gli strati P e N tendono ad espandersi. Ciò accade quando la tensione negativa applicata attrae i fori dallo strato di tipo p verso il terminale di gate.

• In case 2, Quando V_DD è applicato (terminale positivo allo scarico e terminale negativo alla sorgente) e V_GG non viene applicato, gli elettroni fluiscono dalla sorgente allo scarico che costituiscono la corrente di drenaggio I_D.

Consideriamo ora la figura seguente, per capire cosa succede quando vengono fornite entrambe le forniture.

L'alimentazione al terminale di gate fa crescere lo strato di esaurimento e la tensione al terminale di drenaggio consente la corrente di drenaggio dalla sorgente al terminale di drenaggio. Supponiamo che il punto al terminale di sorgente sia B e il punto al terminale di drain sia A, quindi la resistenza del canale sarà tale che la caduta di tensione al terminale A è maggiore della caduta di tensione al terminale B. Il che significa,

V_A>V_B

Quindi la caduta di tensione è progressiva lungo la lunghezza del canale. Quindi, l'effetto di polarizzazione inversa è più forte al terminale di drenaggio che al terminale di sorgente. Questo è il motivo per cui lo strato di esaurimento tende a penetrare maggiormente nel canale nel punto A rispetto al punto B, quando entrambiV_GG e V_DDsono applicate. La figura seguente lo spiega.

Ora che abbiamo compreso il comportamento di FET, passiamo attraverso il vero funzionamento di FET.

Modalità operativa di esaurimento

Poiché l'ampiezza dello strato di esaurimento gioca un ruolo importante nel funzionamento di FET, il nome indica la modalità operativa di esaurimento. Abbiamo un'altra modalità chiamata modalità di funzionamento di miglioramento, che verrà discussa nel funzionamento dei MOSFET. MaJFETs have only depletion mode di funzionamento.

Si consideri che non vi è alcun potenziale applicato tra i terminali gate e source e un potenziale V_DDviene applicato tra drenaggio e sorgente. Ora, una correnteI_Dscorre dal terminale di drenaggio al terminale di sorgente, al suo massimo quando la larghezza del canale è maggiore. Lascia che la tensione applicata tra gate e terminale sorgenteV_GGè di parte inversa. Ciò aumenta la larghezza di esaurimento, come discusso sopra. Man mano che gli strati crescono, la sezione trasversale del canale diminuisce e quindi la corrente di drenaggioI_D diminuisce anche.

Quando questa corrente di drenaggio viene ulteriormente aumentata, si verifica una fase in cui entrambi gli strati di esaurimento si toccano e impediscono la corrente I_Dflusso. Ciò è chiaramente mostrato nella figura seguente.

La tensione alla quale entrambi questi strati di esaurimento letteralmente "si toccano" è chiamata "Pinch off voltage". È indicato come VP. La corrente di drenaggio è letteralmente nulla a questo punto. Quindi la corrente di drain è una funzione della tensione di polarizzazione inversa al gate.

Poiché la tensione di gate controlla la corrente di drain, FET è chiamato come voltage controlled device. Questo è più chiaramente compreso dalla curva delle caratteristiche di drenaggio.

Caratteristiche di scarico di JFET

Cerchiamo di riassumere la funzione di FET attraverso la quale possiamo ottenere la curva caratteristica di drenaggio di FET. Di seguito è riportato il circuito del FET per ottenere queste caratteristiche.

Quando la tensione tra gate e source V_GS è zero, o sono in cortocircuito, la corrente I_D dalla sorgente allo scarico è nullo in quanto non esiste V_DSapplicato. Come la tensione tra drain e sourceV_DS è aumentato, il flusso di corrente I_Ddalla sorgente allo scarico aumenta. Questo aumento di corrente è lineare fino a un certo puntoA, conosciuto come Knee Voltage.

I terminali di gate saranno in condizione di polarizzazione inversa e come I_Daumenta, le regioni di esaurimento tendono a restringersi. Questa costrizione è di lunghezza disuguale, facendo sì che queste regioni si avvicinino allo scarico e più lontano allo scarico, il che porta apinch offvoltaggio. La tensione di pinch off è definita come la tensione minima da drain a source dove la corrente di drain si avvicina a un valore costante (valore di saturazione). Il punto in cui si verifica questa tensione di interruzione è chiamato comePinch off point, indicato come B.

Come V_DS viene ulteriormente aumentata, la resistenza del canale aumenta anche in modo tale che I_Drimane praticamente costante. La RegioneBC è conosciuto come saturation regiono regione dell'amplificatore. Tutti questi insieme ai punti A, B e C sono tracciati nel grafico sottostante.

Le caratteristiche di drenaggio vengono tracciate per la corrente di drenaggio I_D contro la tensione di drain source V_DSper diversi valori di tensione gate source VGS. Le caratteristiche di assorbimento complessive per tali varie tensioni di ingresso sono quelle fornite di seguito.

Poiché la tensione di gate negativa controlla la corrente di drain, FET viene chiamato dispositivo controllato in tensione. Le caratteristiche di drenaggio indicano le prestazioni di un FET. Le caratteristiche di drenaggio tracciate sopra vengono utilizzate per ottenere i valori di resistenza al drenaggio, transconduttanza e fattore di amplificazione.