3. Kavşağı Sahəyə Təsirli Transistorlar (JFET)
Cari - 3. Keçid Sahəsi Effektli Transistor (JFET)
ÖNCEKİ - 2. Metal-oksid yarımkeçirici FET (MOSFET)
Kavşağı Sahəyə Təsirli Transistorlar (JFET)
MOSFET birləşmə sahəsində təsir transistoru (JFET) üzərində bir sıra üstünlüklərə malikdir. Xüsusilə, MOSFET'in giriş müqaviməti JFET-dən daha yüksəkdir. Bu səbəbdən, MOSFET çox proqram üçün JFET lehinə seçilir. Buna baxmayaraq JFET hələ də analoji proqramlar üçün məhdud vəziyyətlərdə istifadə olunur.
MOSFET-lərin genişləndirilməsinin ötürülmə üçün bir kanal yaratmaq üçün qeyri-sıfır qapı gərginliyini tələb etdiyini gördük. Bu tətbiq qapısı gərginliyi olmadan qaynaq və drenaj arasında heç bir əksər-daşıyıcı cərəyan ola bilməz. Əksinə, JFET mövcud kanalda əksər daşıyıcı cərəyanın iki ohmik kontakt arasında keçirilməsini nəzarət edir. Bu cihazın ekvivalent kapasitesini dəyişərək bunu edir.
MOSFET-lər üçün əvvəllər əldə edilmiş nəticələri istifadə etmədən JFET-lərə yanaşsaq da, iki növ cihazın işində bir çox oxşarlıq görəcəyik. Bu oxşarlıqlar Bölmə 6-da ümumiləşdirilmişdir: “MOSFET-in JFET ilə müqayisəsi”.
JFET-in fiziki strukturu üçün sxematik göstərici Şəkil 13-də göstərilir. BJT kimi, JFET üç terminal cihazdır. Əsasən yalnız birdir pn BJT-də olduğu kimi, iki qapının və kanalın arasına qovuşma (ikisi görünsə də) pn Şəkil 13-da göstərilən qovşaqlar, qapılarla birlikdə terminalları birləşdirərək paralel bağlanır. Beləliklə, onlar tək bir qovşaq kimi qəbul edilə bilərlər).
The nŞəkil 14 (a) da göstərilən kanalın JFET, bir şeridi istifadə edilir niki növü olan tipli material ptipli materiallar hər tərəfdən birinə zolağın üstünə yayılmışdır. Məqalələr pJFET kanalı bir şeridi var piki növü olan tipli material nTribunalı materiallar Şəkildəki 13 (b) -də göstərildiyi kimi yayılmışdır. Şəkil 13 də dövrə simvollarını göstərir.
JFET-in fəaliyyətinə fikirləşmək üçün, bizi əlaqələndirək n- kanal JFET, Şəkil 14 (a) da göstərildiyi kimi bir xarici dövrəyə keçir. Müsbət enerji təchizatı, VDD, drenaja tətbiq edilir (bu, VCC bir BJT üçün təchizatı gərginliyi) və mənbə ümumi (torpaq) əlavə olunur. Bir qapaq təchizatı gərginliyi, VGG, qapıya tətbiq edilir (bu, VBB BJT üçün).
Şəkil 13 - JFET-in fiziki strukturu
VDD bir drenaj qaynağı gerilimi təmin edir, vDS, bir drenaj akımına səbəb olan, iD, drendən mənbəyə axıdılacaq. Qapaq mənbəyi qovşağının əks-qərəzli olduğundan, sıfır qapısı cari nəticələr. Drenaj axını, iD, qaynaq cərəyanına bərabər olan, ilə əhatə olunmuş kanalda mövcuddur ptipi qapılar. Gate-to-source gərginliyi, vGSbərabərdir, bir yaradır tükənmə bölgəsi Kanalın genişliyini azaldacaq kanalda. Bu, öz növbəsində, drenaj və mənbə arasında müqavimətini artırır.
Şəkil 14 - xarici dövrə bağlı n-kanal JFET
JFET əməliyyatını düşünürük vGS = 0, Şəkil 14 (b) -də göstərildiyi kimi. Drenaj axını, iD, Vasitəsilə nDrenajdan qaynağa qədər olan kanal kanal boyunca gərginlik azalmasına səbəb olur və drenaj qapısı qovşağında daha yüksək potensiala malikdir. Drenaj qapısı qovşağında bu müsbət gərginlik əks-bəyan edir pn birləşmə və Şəkil 14 (b) -nin qaranlıq gölgeli sahəsi ilə göstərildiyi kimi bir tükənmə bölgəsi istehsal edir. Artırdığımız zaman vDS, drenaj axını, iDŞəkil 15-də göstərildiyi kimi artır.
Bu hərəkət daha böyük bir tükənmə bölgəsinə və drenaj və qaynaq arasında artan kanal müqavimətinə səbəb olur. Kimi vDS daha da artdıqca, tükənmə bölgəsinin drenaj kənarında bütün kanaldan çıxdığı və drenaj axınının doyma nöqtəsinə çatdığı bir nöqtəyə çatılır. Artıq artırsaq vDS bu nöqtədən kənarda, iD nisbətən sabit olaraq qalır. Doymuş drenaj axınının dəyəri VGS = 0 əhəmiyyətli parametrdir. Bu drenaj-qaynaq doyma axını, IDSS. Biz bunu tapdıq KVT2 MOSFET tükənmə rejimi üçün. Şəkil 15-dən göründüyü kimi, artan vDS bu sözdə kanalın ötəri pinch-off nöqtə (-VP, IDSS) çox az artım təmin edir iDVə iD-vDS xarakterik curve demək olar ki, düz olur (yəni, iD nisbətən sabit olaraq qalır vDS daha da artırıldı). Xatırla VT (indi təyin olundu VP) bir mənfi üçün nkanal qurğusu. Çıxma nöqtəsindən kənara çıxma (doyma bölgəsində) drenaj gərginliyi, VDS, daha böyükdür -VP (Şəkil 15-a baxın). Məsələn nümunə olsun VP = -4V, bu, boşaltma geriliminin, vDS, JFET'in doyma (normal əməliyyat) bölgəsində qalması üçün - (- 4V) - dən çox və ya bərabər olmalıdır.
Bu təsvir JFET'in tükəndirmə tipli cihaz olduğunu göstərir. Xüsusiyyətlərinin tükənməz MOSFETs ilə eyni olmasını gözləyirik. Bununla yanaşı, əhəmiyyətli bir istisna var: Təkmilləşdirmə rejimində tükəndirmə tipli MOSFET işlədilməsinə baxmayaraq (müsbət vGS cihaz varsa n-kanal) bu JFET tipli cihazda praktik deyil. Praktikada maksimum vGS təxminən 0.3V ilə məhdudlaşır pn- Bu kiçik irəliləyiş gərginliyi ilə qətiliklə kəsilmə qalığı qalır.
Şəkil 15 - iD qarşı vDS xarakterikdir n-kanal JFET (VGS = 0V)
3.1 JFET Gate-To-Source Voltajı Varyasyonu
Əvvəlki bölümdə biz inkişaf etmişik iD-vDS xarakterik əyri ilə VGS = 0. Bu bölmədə biz tam hesab edirik iD-vDS müxtəlif dəyərlər üçün xüsusiyyətlər vGS. Qeyd edək ki, BJT-də xarakterik əyrilər (iC-vCE) var iB parametr kimi. FET, geriləmə ilə idarə olunan cihazdır vGS nəzarət edir. Şəkil 16 göstərir iD-vDS hər ikisi üçün xarakterik əyriləri n-kanal və p- kanal JFET.
Şəkil 16-iD-vDS JFET üçün xarakterik əyriləri
Kimi artır 
(vGS bir üçün daha mənfi olur n-kanal və daha çox müsbətdir p-kanal) tükənmə bölgəsi formalaşır və daha aşağı dəyərlər üçün pinch-off əldə edilir iD. Buna görə nŞəkil 16-kanalındakı JFET (a), maksimum iD azalıb IDSS as vGS daha mənfi hala gətirilir. Əgər vGS daha az azaldı (daha çox mənfi), bir dəyər vGS bundan sonra əldə edilir iD dəyərindən asılı olmayaraq sıfır olacaq vDS. Bu dəyər vGS adlanır VGS (OFF)və ya pinch-off gərginliyi (Vp). Qiyməti Vp bir mənfi üçün n- kanal JFET və a p- kanal JFET. Vp müqayisə edilə bilər VT MOSFET tükənmə rejimi üçün.
3.2 JFET Transfer Xüsusiyyətləri
Transfer xarakteristikası drenaj axınının bir sahəsi, iD, qaynaqdan qaynaqlanan gerilim funksiyası olaraq, vDSIlə vGS bir sıra sabit cərəyanlara bərabərdir (vGS = -3V, -2, -1V, Şəkil 0 (a) -dakı 16V). Transfer xüsusiyyətləri təxminən dəyərindən asılıdır vDS JFET çimdikdən sonra, iD dəyərlərinin artması üçün nisbətən sabit olaraq qalır vDS. Bunlardan da görülə bilər iD-vDS Şəkil 16 əyriləri, hər əyri təxminən dəyərlər üçün düz olur vDS>Vp.
Şəkil 17-də transfer xüsusiyyətlərini və göstəricilərini göstəririk iD-vDS bir n- kanal JFET. Bunları ortaq bir şəkildə tərtib edirik iD oxları bir-birindən necə əldə edə biləcəyini göstərmək üçün. Transfer xüsusiyyətləri bir uzantısından əldə edilə bilər iD-vDS şəkil 17-də kəsikli xətlərlə göstərildiyi kimi əyrilər, doyma bölgəsindəki ötürmə xarakteristikasını müəyyənləşdirməyin ən faydalı metodu aşağıdakı əlaqə ilə bağlıdır (Shockley tənliyi):
(16)
Buna görə də bilməliyik IDSS və Vp bütün xüsusiyyətini təyin etmək. İstehsalçıların məlumat vərəqələri tez-tez bu iki parametri verir, buna görə də transfer xarakteristikası hazırlana bilər. Vp istehsalçının spesifikasiya vərəqində göstərilmişdir VGS (OFF). Qeyd edin ki iD doyurur, (yəni sabit olur) vDS kanalın sıxılma üçün lazım olan gərginliyi aşır. Bu, bir tənlik olaraq ifadə edilə bilər vDS, oturdu üçün hər əyri, aşağıdakı kimi:
(17)
As vGS daha mənfi olur, pinch-off isə daha aşağı dəyərlərdə olur vDS və doyma axını kiçik olur. Doğrusal əməliyyat üçün faydalı sahə çınqıllamanın yuxarı hissəsində və aralıq geriliminin altındadır. Bu bölgədə, iD doymuş və dəyəri onunla bağlıdır vGS, Equation (16) və ya transfer xüsusiyyətlərinə görə.
Şəkil 17 - JFET transfer xüsusiyyətləri əyriləri
Transfer və iD-vDS Şəkil 17-də göstərilən JFET üçün xarakterik əyrilər bir BJT üçün müvafiq əyrilərdən fərqlənir. BJT eğrileri arasında doğrusal bir ilişki olduğundan, temel akımdaki tek adımlar için eşit aralıklı olarak temsil edilebilir iC və iB. JFET və MOSFET bir əsas akıma oxşar bir cari yoxdur, çünki qapı axınları sıfırdır. Buna görə biz əyriləri ailə göstərməyə məcburuq iD vs vDSvə əlaqələr çox qeyri-xəttlidir.
İkinci fərq, xarakterik əyrilərin ohmik bölgəsinin ölçüsü və formasına aiddir. Xatırladaq ki, BJT-lərdən istifadə edərkən, biz dəyərlərin aşağı 5% -dən qaçaraq qeyri-xətti əməliyyatdan çəkinirik vCE (yəni doyma bölgəsi). Görürük ki, JFET üçün ohmik bölgənin genişliyi darvaza qaynaqlı gerilim funksiyasıdır. Diz buraxılmağa yaxınlaşana qədər ohmik bölgə olduqca xəttlidir. Bu bölgəyə deyilir ohmic region çünki tranzistor bu bölgədə istifadə edildikdə, dəyəri ohmic bir rezistor kimi davranır, dəyəri dəyəri ilə müəyyən edilir. vGS. Qapıdan mənbəyə gərginliyin böyüklüyü azaldıqca, ohmik bölgənin genişliyi artır. Şəkil 17-dən də qeyd edirik ki, qəza gərginliyi qapıdan mənbəyə gərginliyin bir funksiyasıdır. Əslində, kifayət qədər xətti siqnal gücləndirilməsi əldə etmək üçün bu əyrilərin yalnız nisbətən kiçik bir hissəsini istifadə etməliyik - xətti iş sahəsi aktiv bölgədədir.
As vDS sıfırdan artar, hər bir kənarda bir dəlil nöqtəsi meydana gələr, bunun xaricində drenaj axınının az olduğu kimi az olur vDS artmaqda davam edir. Drenaj-qaynağın geriliminin bu dəyərində pinch-off meydana gəlir. Pinch-off dəyərləri Şəkil 17-də etiketlənir və ohmic bölgəni aktiv bölgədən ayıran kəsilmiş əyri ilə əlaqələndirilir. Kimi vDS pinch-off kənarında artmağa davam edir, drenaj və mənbə arasındakı gərginliyin o qədər böyük olduğu bir nöqtəyə çatılır çığ uçurum Baş verir. (Bu fenomen diodlarda və BJT-lərdə də baş verir). Dağılış nöqtəsində, iD kəskin şəkildə artır vDS. Bu qəza qapısı kanal qovşağının drenaj sonunda baş verir. Beləliklə, drain-gate gerilimi, vDG, aralıq gerilimini (BVGDS üçün pn qovşağ), çığ meydana gəlir [for vGS = 0 V]. Bu nöqtədə iD-vDS xarakteristikası Şəkil 17-in sağ hissəsində göstərilən özünəməxsus formasını nümayiş etdirir.
Bölgə, çimdik geriləmə və çığ uçurumları arasındakı bölgəyə çağırılır aktiv bölgə, gücləndirici əməliyyat bölgəsi, doyma bölgəsivə ya çimdik bölgəsi. Əksik bölgə (çimdikdən əvvəl) adətən adlanır triode rayonulakin bəzən də deyilir gərginlikli bölgə. JFET həm dəyişkən bir rezistorun istifadəsi və həm də keçid tətbiqində ohmik bölgədə fəaliyyət göstərir.
Arızanın gərginliyi bir funksiyadır vGS eləcə də vDS. Qapı və mənbə arasında gərginlik artdıqca (daha çox mənfi üçün n-kanal və daha müsbətdir p-kanal), aralıq gerilimi azalır (Şəkil 17-ə baxın). İlə vGS = Vp, drenaj axını sıfır (kiçik sızma axını istisna olmaqla) və ilə vGS = 0, drenaj cari bir dəyərdə doyurulur,
(18)
IDSS dır,-dir,-dur,-dür doyma drenajdan qaynaqlıdır.
Çınqılmanın və arızanın arasında drenaj axını doymuşdur və bir funksiyaya əhəmiyyətli dərəcədə dəyişmir vDS. JFET söndürmə əməliyyatından sonra, dəyəri iD xarakterik əyrilərdən və ya tənlikdən əldə edilə bilər
(19)
Bu tənliyinin daha dəqiq bir versiyası (xarakterik əyrilərin yüngül yamacını nəzərə alaraq) aşağıdakılardır:
(20)
λ kimi λ MOSFETs üçün və 1 /VA BJTs üçün. Çünki λ Kiçik, biz bunu düşünürük 
. Bu, tənlikdə ikinci faktorun atılmasının və yanaşma və böyük siqnal analizi üçün təxminən istifadə edilməsini haqlıdır.
Doyma drenaj-to-mənbə axını, IDSS, temperaturun funksiyasıdır. İstiliyin təsirləri Vp böyük deyil. Lakin, IDSS temperatur artdıqca azalır, azalma 25 üçün 100% qədərdiro temperaturun artması. Daha böyük dəyişikliklər də baş verir Vp və IDSS istehsal prosesində kiçik dəyişikliklər səbəbiylə. Bu, 2N3822 üçün Əlavəni əks etdirməklə maksimuma baxa bilər IDSS 10 mA və minimum 2 mA'dir.
Bu bölmədə cərəyanlar və gərginliklər bir təqdim olunur n- kanal JFET. A p- kanal JFET, verilmiş olanların əksinədir nkanal.
3.3 JFET Kiçik Sinyal Açıq Model
Bir JFET kiçik sinyal modeli, MOSFET üçün istifadə edilən eyni üsullardan sonra əldə edilə bilər. Model, Equation (20) əlaqələrinə əsaslanır. Yalnız düşünsək ac Voltaj və cərəyanlar komponenti var
(21)
Denklemdeki parametreler (21) kısmi türevler tarafından verilir,
(22)
Nəticədə model Şəkil 18-də göstərilir. Qeyd edək ki, model əvvəllər əldə edilmiş MOSFET modelinə bərabərdir gm və ro müxtəlif formullarla hesablanır. Əslində formulalar eynidir Vp dəyişdirilir VT.
Şəkil 18 - JFET kiçik siqnal AC modeli
Bir JFET amplifikatını hazırlamaq üçün Q nöqtəsi dc bias cari qrafik olaraq ya da tranzistor üçün pinch-off rejimini qəbul edən dövr analizi istifadə edilə bilər. Məqalələr dc Q-nöqtəsində bias akımı 30% və 70% arasında olmalıdır IDSS. Bu, Q nöqtəsini xarakterik əyrilərin ən xətti bölgəsində tapır.
Arasında əlaqələr iD və vGS Şəkil 20-də göstərildiyi kimi dimensiz bir qrafda (yəni normal bir əyri) təsvir edilə bilər.
Bu qrafikin şaquli oxudur iD/IDSS və üfüqi ox vGS/Vp. Eğrinin eğimi gm.
Sükunət dəyərinin xətti işləyən bölgənin mərkəzinin yaxınlığında yerləşməsi üçün ağlabatan bir prosedur seçmək və seçməkdir. Şəkil 6.20-dən buranın döngənin orta nöqtəsinə yaxın olduğuna diqqət yetirin. Sonra, seçirik. Bu üçün geniş dəyərlər verir vds tranzistorun pinch-off rejimində saxlanılması.
Şəkil 20 -iD/IDSS qarşı vGS/Vp
Q-nöqtəsində transkondensivliyi ya Şəkil 20 əyarının yamacından və ya Equation (22) istifadə edərək tapa bilərsiniz. Bu prosedurdan istifadə edilsə, keçid dövriyyəsi parametri,
(23)
Unutmayın ki bu dəyər gm bu ehtimala bağlıdır ID yarımda təyin olunur IDSS və VGS . 0.3Vp. Bu dəyərlər, adətən, JFET üçün sükut dəyərlərini təyin etmək üçün yaxşı bir başlanğıc nöqtəsidir.