Съединителни полеви транзистори
Транзисторите с полеви ефект на свързване са полупроводникови транзистори с контролирано напрежение. Това са еднопосочни транзистори с три извода; дренаж, източник и порта. JFET нямат PN преходи, но са съставени от канали от полупроводникови материали.
Конструкция и класификации
JFETs имат голям канал за поток от мажоритарни носители на заряд. Този канал е известен като субстрат. Субстратът може да бъде от P-тип или N-тип материал. Два външни контакта, известни като омични контакти, са поставени в двата края на канала. JFET се класифицират въз основа на полупроводниковия материал на субстрата в тяхната конструкция.
N-канални JFET транзистори
Каналът е направен от N-тип примесен материал, докато портите са съставени от P-тип примесен материал. Материал от N-тип означава, че петвалентните примеси са легирани и основните носители на заряд са свободни електрони в канала. Основната конструкция и символичното представяне на N-канални JFET е показано по-долу:
P-канални JFET транзистори
Каналът е съставен от P-тип примесен материал, докато портите са съставени от N-тип примесен материал. P-Channel означава, че тривалентните примеси са легирани в канала и повечето носители на заряд са дупки. Основната конструкция и символичното представяне на P-Channel JFET е показано по-долу:
Работа на JFETs
JFET често се описват с аналогия на тръбата за воден маркуч. Потокът на вода през тръби е аналогичен на потока на електрони през каналите на JFET. Притискането на водопроводната тръба определя количеството на водния поток. По същия начин, в случая на JFETs, прилагането на напрежения през клемите на портата решава стесняването или разширяването на канала за движение на заряди от източника към източването.
Когато се приложи обратно напрежение на отклонение през портата и източника, каналът се стеснява, докато изчерпващият слой се увеличава. Този режим на работа се нарича режим на изключване. Този вид поведение на канала е представено по-долу:
Крива на характеристиките на JFET
JFET са устройства в режим на изчерпване, което означава, че те работят върху разширяване или стесняване на слоевете на изчерпване. За да се анализират пълните режими на работа, следната подредба на отклонение се прилага върху N-канален JFET.
Две различни напрежения на отклонение се прилагат към клемите JFET. VDS се прилага между дрейн и източник, докато VGS се прилага между порта и източник, както е показано на горната фигура.
JFET ще работи в четири различни режима на работа, както е обсъдено по-долу.
1: Омичен режим
Омичният режим е нормално състояние без никакви преднапрежения, приложени през неговите клеми. Следователно VGS=0 в омичен режим. Изчерпващият слой трябва да бъде много тънък и JFET работи като омичен елемент като резистор.
2: Режим на прищипване
В режим на прекъсване се прилага достатъчно отклоняващо напрежение през порта и източника. Приложеното напрежение на обратното отклонение разтяга зоната на изчерпване до максимално ниво и следователно каналът се държи като отворен превключвател, съпротивляващ се на потока от ток.
3: Режим на насищане
Преднапрежението на портата и източника контролира тока през канала на JFET. Токът варира в зависимост от промяната на отклоняващото напрежение. Преднапрежението на изтичане и източник има незначителен ефект в този режим.
4: Режим на разбивка
Преднапрежението на изтичане и изход се увеличава до ниво, което разгражда слоя на изчерпване в канала на JFET. Това води до максимален ток през канала.
Математически изрази за параметри на JFET
В режимите на насищане, JFETs влизат в режими на проводник, където напрежението променя тока. Следователно може да се оцени токът на източване. Изразът за оценка на тока на изтичане се дава от:
Каналът се разширява или стеснява с прилагане на напрежение на затвора. Съпротивлението на канала по отношение на прилагането на напрежение дрейн-източник се изразява като:
RDS може също да се изчисли чрез усилване на транспроводимостта, gm:
Конфигурации на JFET
JFET могат да бъдат свързани по различни начини с входните напрежения. Тези конфигурации са известни като конфигурации общ източник, общ порт и общ дрейн.
Конфигурация на общ източник
В конфигурация с общ източник източникът на JFET е заземен и входът е свързан към терминала на портата, докато изходът се взема от източването. Тази конфигурация предлага висок входен импеданс и функции за усилване на напрежението. Тази конфигурация на режим на усилвател е най-често срещаната от всички конфигурации на JFET. Полученият изход е 180 градуса извън фазата спрямо входа.
Обща конфигурация на врата
В обща конфигурация на порта, портата е заземена, докато входът е свързан към източника, а изходът се взема от източването. Тъй като портата е свързана със земята, конфигурацията има нисък входен импеданс, но по-висок импеданс на изхода. Полученият изход е във фаза с входа:
Обща конфигурация на дренаж
В общ дрейн входът е свързан към портата, докато изходът е свързан от изходния терминал. Тази конфигурация също така предлага нисък входен импеданс и по-висок изходен импеданс точно като обикновената конфигурация на порта, но усилването на напрежението тук е приблизително единица.
Тази конфигурация също съвпада с общ източник, където входът е свързан към порта, но общата конфигурация на източника има печалба по-малка от единица.
Приложение – Конфигурация на усилвател JFET
JFET могат да бъдат направени да работят като усилватели от клас А, когато клемата на портата е свързана с мрежа за разделител на напрежение. Външно напрежение се прилага към изходния терминал, който най-вече е конфигуриран да бъде една четвърт от VDD в схемата по-долу.
Следователно напрежението на източника може да се изрази като:
Също така напрежението на източника може да се изчисли чрез израза по-долу:
Токът на изтичане може да се изчисли от горната конфигурация, както е показано по-долу:
Напрежението на затвора може да се получи като функция на стойностите на резисторите R1 и R2, както е посочено по-долу.
Пример 1: Изчисляване на V DD
Ако В GS (изкл.) =-8V, I DSS =24mA за JFET в конфигурация по-долу, изчислете V DD както е показано на фигурата, когато R д =400.
От
Посоченото по-горе е минималната стойност на VDS за JFET за работа в област с постоянен ток, следователно:
Също,
Чрез прилагане на KVL в дренажната верига:
Пример 2: Определяне на стойността на тока на изтичане
Определете стойността на изтичащия ток, когато VGS=3V, VGS(Off)=-5V, IDSS=2mA за конфигурация под JFET.
Изразът за изтичащ ток е:
Заключение
Транзисторите с полеви ефект на свързване са три крайни полупроводникови устройства, които работят с поведението на областите на изчерпване в различни режими на работа. Те нямат PN преходи, но са направени от канали от полупроводникови материали.