Podstawowa elektronika - JFET
JFET jest w skrócie Junction Field Effect Transistor. JFET działa jak normalny FET. Typy JFET to n-kanałowy FET i P-kanałowy FET. Materiał typu p jest dodawany do podłoża typu n w FET z kanałem n, podczas gdy materiał typu n jest dodawany do podłoża typu p w FET z kanałem p. Dlatego wystarczy omówić jeden typ FET, aby zrozumieć oba.
FET z kanałem N
Tranzystor polowy FET z kanałem N jest najczęściej używanym tranzystorem polowym. Do produkcji Nchannel FET pobiera się wąski pręt półprzewodnika typu N, na którym materiał typu P jest formowany przez dyfuzję po przeciwnych stronach. Te dwie strony są połączone, aby narysować pojedyncze połączenie dla terminala bramowego. Można to zrozumieć na poniższym rysunku.
Te dwie warstwy bramkowe (materiały typu p) tworzą dwie diody PN. Obszar między bramami nazywany jestchannel. Większość przewoźników przechodzi przez ten kanał. Stąd forma przekroju FET jest rozumiana jako poniższy rysunek.
Styki omowe są wykonane na dwóch końcach listwy półprzewodnikowej typu n, która tworzy źródło i odpływ. Źródło i końcówki spustowe mogą być zamienione.
Działanie FET z kanałem N.
Przed przystąpieniem do działania FET należy zrozumieć, w jaki sposób powstają warstwy zubożenia. W tym celu załóżmy, że mówi napięcie na zacisku bramkiVGG jest spolaryzowane odwrotnie, podczas gdy mówi napięcie na zacisku spustowym VDDnie jest stosowany. Niech tak będzie 1.
W case 1, Gdy VGG jest odwrotny i VDDnie jest stosowany, obszary zubożenia między warstwami P i N mają tendencję do rozszerzania się. Dzieje się tak, gdy przyłożone napięcie ujemne przyciąga otwory z warstwy typu p w kierunku zacisku bramki.
W case 2, Gdy VDD jest zastosowany (zacisk dodatni do drenu i zacisk ujemny do źródła) i VGG nie jest stosowana, elektrony przepływają od źródła do drenu, które stanowią prąd drenu ID.
Rozważmy teraz poniższy rysunek, aby zrozumieć, co się dzieje, gdy podane są oba zasoby.
Zasilanie na zacisku bramki powoduje wzrost warstwy zubożonej, a napięcie na zacisku spustowym umożliwia przepływ prądu drenu ze źródła do zacisku spustowego. Załóżmy, że punkt na zacisku źródła to B, a punkt na zacisku spustowym to A, wówczas rezystancja kanału będzie taka, że spadek napięcia na zacisku A będzie większy niż spadek napięcia na zacisku B. Co oznacza, że:
VA>VB
Stąd spadek napięcia postępuje na całej długości kanału. Zatem efekt odwrotnego odchylenia jest silniejszy na końcówce spustowej niż na końcówce źródłowej. Z tego powodu warstwa zubożona ma tendencję do wnikania bardziej w kanał w punkcie A niż w punkcie B, gdy obieVGG i VDDsą stosowane. Poniższy rysunek wyjaśnia to.
Teraz, gdy zrozumieliśmy zachowanie FET, przejdźmy przez rzeczywiste działanie FET.
Tryb działania wyczerpywania
Ponieważ szerokość warstwy zubażania odgrywa ważną rolę w działaniu FET, sugeruje to nazwa trybu działania zubożenia. Mamy inny tryb zwany trybem wzmocnienia, który zostanie omówiony w działaniu tranzystorów MOSFET. AleJFETs have only depletion mode operacji.
Rozważmy, że nie ma potencjału zastosowanego między bramką a zaciskami źródłowymi a potencjałem VDDjest stosowany między odpływem a źródłem. Teraz prądIDprzepływa z odpływu do końcówki źródłowej, przy czym maksymalna szerokość kanału jest większa. Niech napięcie przyłożone między bramką a zaciskiem źródłaVGGjest odwrotny. Zwiększa to szerokość zubożenia, jak omówiono powyżej. Wraz ze wzrostem warstw przekrój poprzeczny kanału maleje, a tym samym prąd drenuID również maleje.
Kiedy ten prąd drenu jest dalej zwiększany, następuje etap, w którym obie warstwy zubożenia stykają się ze sobą i zapobiegają prądowi IDpływ. Jest to wyraźnie pokazane na poniższym rysunku.
Napięcie, przy którym obie te warstwy zubożenia dosłownie „dotykają”, nazywane jest „Pinch off voltage”. Jest oznaczony jako VP. W tym momencie prąd drenu jest dosłownie zerowy. Stąd prąd drenu jest funkcją odwrotnego napięcia polaryzacji na bramce.
Ponieważ napięcie bramki kontroluje prąd drenu, FET jest nazywany voltage controlled device. Jest to lepiej zrozumiałe z krzywej charakterystyki odpływu.
Charakterystyka drenażu JFET
Spróbujmy podsumować funkcję FET, dzięki której możemy otrzymać krzywą charakterystyczną drenu FET. Obwód FET do uzyskania tych charakterystyk podano poniżej.
Kiedy napięcie między bramką a źródłem VGS wynosi zero lub są zwarte, prąd ID od źródła do drenu jest również zerowe, ponieważ nie ma VDSstosowany. Jako napięcie między drenem a źródłemVDS zwiększa się przepływ prądu IDod źródła do drenażu wzrasta. Ten wzrost prądu jest liniowy do pewnego momentuA, znany jako Knee Voltage.
Zaciski bramki będą w stanie odwrotnej polaryzacji i jako IDwzrasta, obszary zubożenia mają tendencję do zwężania się. To zwężenie jest nierównej długości, co powoduje, że regiony te zbliżają się do odpływu i dalej do odpływu, co prowadzi dopinch offNapięcie. Napięcie zaciskające jest definiowane jako minimalne napięcie drenu do źródła, przy którym prąd drenu zbliża się do stałej wartości (wartość nasycenia). Punkt, w którym występuje napięcie szczypiące, nazywany jestPinch off point, oznaczony jako B.
Tak jak VDS dalej wzrasta, rezystancja kanału również rośnie w taki sposób, że IDpraktycznie pozostaje niezmienna. RegionBC jest znany jako saturation regionlub region wzmacniacza. Wszystko to wraz z punktami A, B i C przedstawiono na poniższym wykresie.
Charakterystyki drenu są wykreślane dla prądu drenu ID przed napięciem źródła drenu VDSdla różnych wartości napięcia źródła bramki VGS. Ogólna charakterystyka drenu dla różnych napięć wejściowych jest taka, jak podano w.
Ponieważ ujemne napięcie bramki kontroluje prąd drenu, FET jest nazywany urządzeniem sterowanym napięciem. Charakterystyka drenu wskazuje na działanie FET. Wykreślone powyżej charakterystyki drenu są wykorzystywane do uzyskania wartości oporu drenażu, transkonduktancji i współczynnika wzmocnienia.