3. Junction საველე ეფექტი ტრანზისტორი (JFET)

Junction საველე ეფექტი ტრანზისტორი (JFET)

MOSFET- ს აქვს მრავალი უპირატესობა Junction field-effect ტრანზისტორი (JFET). აღსანიშნავია, რომ MOSFET- ის შეყვანის წინააღმდეგობა უფრო მაღალია, ვიდრე JFET. ამის გამო, MOSFET შეირჩევა JFET- ის უმეტეს აპლიკაციების სასარგებლოდ. მიუხედავად ამისა, JFET კვლავ გამოიყენება შეზღუდული სიტუაციებში, განსაკუთრებით ანალოგური პროგრამებისათვის.

ჩვენ ვნახეთ, რომ MOSFET- ის გაფართოება მოითხოვს ნულოვანი კარიბჭის ძაბვას, რათა წარმოქმნას არხის წარმოება. ამავდროულად არ არსებობს უმრავლესობის გადამზიდავი დენის წყარო და გადინება ამ გამოყენებული კარიბჭის ძაბვის გარეშე. ამის საპირისპიროდ, JFET აკონტროლებს უმრავლეს-გადამზიდველის მიმდინარეობას ორი არმიის კონტაქტებს შორის არსებულ არხში. იგი ამას აკეთებს მოწყობილობის ექვივალენტური მოცულობის განსხვავებით.

მიუხედავად იმისა, რომ ჩვენ მივუახლოვდებით JFET– ს, MOSFET– ისთვის ადრე მიღებული შედეგების გამოყენების გარეშე, ორი ტიპის მოწყობილობის მუშაობაში ბევრ მსგავსებას დავინახავთ. ეს მსგავსებები შეჯამებულია თავში 6: ”MOSFET– ის შედარება JFET– სთან”.

JFET- ის ფიზიკური სტრუქტურის სქემატური სქემა მოცემულია ნახაზში 13. BJT- ის მსგავსად, JFET არის სამი ტერმინალის მოწყობილობა. მას აქვს მხოლოდ ერთი pn კუპე და არხი ორჯერ, ვიდრე BJT- ს (თუმცა, როგორც ჩანს, ორია pn ნახაზები ნაჩვენებია ნახაზზე 13- ში, რომლებიც დაკავშირებულია პარალელურად ერთად კარიბჭე ტერმინალების გაყვანით. მათ შეუძლიათ ამგვარად განიხილება, როგორც ერთიანობა).

ის n-ჩანელის JFET, რომელიც ნაჩვენებია ნახაზზე 14 (a), აგებულია გამოყენებით ზოლები nტიპის მასალა ორი pმასალის ტიპები ვრცელდება ზოლში, თითოეულ მხარეს. ის p-ჩანელის JFET- ს აქვს ზოლები pტიპის მასალა ორი nმასალის ტიპების გავრცელება, როგორც ნაჩვენებია ნახაზზე 13 (b). ფიგურა 13 ასევე აჩვენებს მიკროსქემის სიმბოლოებს.

JFET- ის მუშაობის შესწავლის მიზნით, მოდით დავკავშირდეთ n-ჩანელის JFET გარეკენზე, როგორც ნაჩვენებია ნახაზზე 14 (a). დადებითი მიწოდება ძაბვის, V_DD, ვრცელდება გადინების (ეს ანალოგიურია V_CC მიწოდების ძაბვა BJT) და წყარო ერთვის საერთო (ადგილზე). კარიბჭე მიწოდების ძაბვა, V_GG, გამოიყენება კარიბჭეზე (ეს ანალოგიურია V_BB BJT).

ნახაზი 13- ფიზიკური სტრუქტურა JFET

V_DD უზრუნველყოფს სანიაღვრე წყარო ძაბვის, v_DS, რომელიც იწვევს გადინების მიმდინარე, i_D, გადინების საწყისი წყაროდან. მას შემდეგ, რაც კარიბჭე წყაროს კვეთა არის საპირისპირო-მიკერძოებული, ნულოვანი კარიბჭე მიმდინარე შედეგები. გადინების მიმდინარე, i_D, რომელიც ტოლია წყაროს დენის, არსებობს არხში გარშემორტყმული pტიპის კარიბჭე. კარიბჭის- to- წყარო ძაბვის, v_GS, რომელიც უდრის, ქმნის დეპრესიის რეგიონი არხი, რომელიც ამცირებს არხის სიგანეს. ეს, თავის მხრივ, ზრდის მტვრისა და წყაროს შორის წინააღმდეგობას.

სურათი 14 - n- არხი JFET, რომელიც დაკავშირებულია გარე წრეებთან

ჩვენ მიგვაჩნია, რომ JFET ოპერაცია v_GS = 0, როგორც ნაჩვენებია ნახაზზე 14 (ბ). გადინების მიმდინარე, i_D, მეშვეობით n- წყაროდან გაჟღენთილი წყარო იწვევს არხების გასწვრივ ძაბვის ვარდნას, ხოლო მაღალი პოტენციალი დერეფნის კარიბჭეში. ეს დადებითი ძაბვის სადრენაჟო კარიბჭის გადაკვეთაზე საპირისპირო-მიკერძოება pn კუპე და აწარმოებს დეპრესიას რეგიონში, როგორც ნაჩვენებია მუქი შადრევანი ფართობი ფიგურა 14 (ბ). როდესაც ჩვენ იზრდება v_DS, გადინების მიმდინარე, i_D, ასევე იზრდება, როგორც ნაჩვენებია სურათზე 15.

ეს მოქმედება დიდ სიღრმეში ვითარდება და გაზრდილი არხის რეზისტენტობა გადინების და წყაროს შორის. როგორც v_DS კიდევ უფრო გაიზარდა, მიაღწევს პუნქტს, სადაც მთლიანი არხი წყვეტს მთელი არხის გადინებას და გადინების დინებას აღწევს ინტენსივობაზე. თუ გავზარდეთ v_DS ამ ეტაპზე, i_D რჩება შედარებით მუდმივი. გაჯერებული გადინების მიმდინარე ღირებულება V_GS = 0 არის მნიშვნელოვანი პარამეტრი. ეს არის სანიაღვრე წყაროს გაჯერების მიმდინარეობა, I_DSS. ჩვენ ვნახეთ ეს KV_T² განადგურების რეჟიმში MOSFET. როგორც ჩანს, ფიგურა 15, იზრდება v_DS ამ ე.წ. არხის მიღმა pinch-off წერტილი (-V_P, I_DSS) იწვევს ძალიან მცირე ზრდას i_Dდა i_D-v_DS დამახასიათებელი მრუდი ხდება თითქმის ბინა (ანუ, i_D შედარებით მუდმივი რჩება v_DS კიდევ უფრო გაიზარდა). გავიხსენოთ ეს V_T (ახლა დანიშნული V_P) უარყოფითია n-ჩონელის მოწყობილობა. ექსპლუატაციაში მყოფი pinch-off წერტილი (ინტენსივობის ზონაში) მიიღება, როდესაც გადინების ძაბვა, V_DS, მეტია -V_P (იხ. სურათი 15). მაგალითად, ვთქვათ V_P = -4V, ეს ნიშნავს, რომ გადინების ძაბვის, v_DS, უნდა იყოს მეტი ან ტოლი - (- 4V) იმისათვის, რომ JFET დარჩეს ინტენსივობა (ნორმალური ფუნქციონირება) რეგიონში.

ეს აღწერილობა მიუთითებს, რომ JFET არის დეპრესიის ტიპის მოწყობილობა. ჩვენ ველით, რომ მისი თვისებები უნდა იყოს მსგავსი დეპრესიის MOSFETs. თუმცა მნიშვნელოვანია გამონაკლისი: მიუხედავად იმისა, რომ შესაძლებელი გახდება განმუხტვის ტიპის MOSFET- ის გაფართოების რეჟიმში მუშაობა (დადებითი v_GS თუ მოწყობილობა n-ჩანელ) ეს არ არის პრაქტიკული JFET ტიპის მოწყობილობაში. პრაქტიკაში, მაქსიმუმ v_GS შემოიფარგლება დაახლოებით 0.3V- დან pn-ჯუნუქის რჩება არსებითად შემცირება off ამ მცირე წინ ძაბვის.

ფიგურა 15 - i_D წინააღმდეგ v_DS დამახასიათებელი n-ჩანელის JFET (V_GS = 0V)

3.1 JFET კარიბჭე-გასავების ძაბვის ვარიაცია

წინა განყოფილებაში შევიმუშავეთ i_D-v_DS დამახასიათებელი მრუდი V_GS = 0. ამ ნაწილში მიგვაჩნია სრული i_D-v_DS მახასიათებლები სხვადასხვა ღირებულებების v_GS. გაითვალისწინეთ, რომ BJT- ის შემთხვევაში, დამახასიათებელი მოსახვევებშიi_C-v_CE) აქვს i_B როგორც პარამეტრი. FET არის ძაბვის კონტროლირებად მოწყობილობა v_GS აკონტროლებს. ნახაზი 16 გვიჩვენებს i_D-v_DS დამახასიათებელი მოსახვევებში ორივე n-ჩანელი და p-ჩანელის JFET.

ფიგურა 16-i_D-v_DS დამახასიათებელი მოსახვევებში JFET

როგორც იზრდება (v_GS უფრო ნეგატიურია n- დადებითი და მეტი დადებითი p-ჩანელი) ჩამოყალიბების განმსაზღვრელი რეგიონი ჩამოყალიბებულია და ქვედა ღირებულებების მისაღწევად i_D. აქედან გამომდინარე nჩანართი XFX (a), მაქსიმალური i_D ამცირებს I_DSS as v_GS უფრო ნეგატიურია. თუ v_GS შემდგომი შემცირდა (უფრო უარყოფითი), ღირებულება v_GS რის შემდეგაც მიღწეულია i_D იქნება ნულოვანი მიუხედავად იმისა, რომ ღირებულება v_DS. ეს ღირებულება v_GS ეწოდება V_{GS (OFF)}, ან pinch-off ძაბვის (V_p). ღირებულება V_p უარყოფითია n-ჩანელ JFET და დადებითი p-ჩანელის JFET. V_p შეიძლება შედარებით V_T განადგურების რეჟიმში MOSFET.

3.2 JFET გადაცემის მახასიათებლები

გადაცემის დამახასიათებელი არის სადრენაჟე, i_D, როგორც ფუნქციის სანიაღვრე- to- წყარო ძაბვის, v_DSერთად v_GS უდრის მუდმივი ძაბვების კომპლექტიv_GS = -3V, -2, -1V, 0V ნახაზი 16 (a)). გადაცემის მახასიათებელი თითქმის დამოუკიდებელია v_DS მას შემდეგ, რაც JFET აღწევს pinch-off, i_D რჩება შედარებით მუდმივი ღირებულებების ზრდისთვის v_DS. ეს შეიძლება ჩანს i_D-v_DS მრუდი ფიგურა 16, სადაც თითოეული მრუდი ხდება დაახლოებით ბინის ღირებულებები v_DS>V_p.

დიაგრამა 17, ჩვენ ვაჩვენებთ გადაცემის მახასიათებლები და i_D-v_DS თვისებები n-ჩანელის JFET. ჩვენ ვაყენებთ მათ საერთო i_D ღერძი, რათა ნახოთ, თუ როგორ უნდა მოიპოვოს ერთი სხვა. გადარიცხვის მახასიათებლების მიღება შესაძლებელია გაგრძელებისგან i_D-v_DS მოსახვევები, როგორც ნაჩვენებია წყვეტილი ხაზებით ნახაზზე 17. გაჯერების რეგიონში გადაცემის მახასიათებლის განსაზღვრის ყველაზე სასარგებლო მეთოდი შემდეგი ურთიერთობებით არის (შოკის განტოლება):

(16)

აქედან გამომდინარე, ჩვენ გვჭირდება მხოლოდ ვიცი I_DSS მდე V_p მთლიანი მახასიათებლის დასადგენად. მწარმოებლების მონაცემთა ცხრილებში ხშირად მოცემულია ეს ორი პარამეტრი, ამიტომ გადაცემის მახასიათებლის აგება შეიძლება. V_p მწარმოებლის სპეციფიკაციების ფურცელში ნაჩვენებია, როგორც V_{GS (OFF)}. Გაითვალისწინე i_D აჯერებს, (ანუ ხდება მუდმივი), როგორც v_DS აჭარბებს არხზე საჭირო ძაბვას. ეს შეიძლება გამოხატავდეს განტოლებისთვის v_{DS, დაჯდა} ამისთვის ყოველ მრუდი, შემდეგნაირად:

(17)

As v_GS უფრო უარყოფითი ხდება, pinch-off ხდება ქვედა ღირებულებები v_DS და გაჯერების მიმდინარე ხდება პატარა. წრფივი ოპერაციისათვის სასარგებლო რეგიონი უფრო მაღლა დგას. ამ რეგიონში, i_D გაჯერებულია და მისი მნიშვნელობა დამოკიდებულია v_GS, განტოლების (16) ან გადაცემის დამახასიათებელი ნიშნის მიხედვით.

ფიგურა 17 - JFET გადაცემის მახასიათებლები მოსახვევებში

გადაცემა და i_D-v_DS JFET- ის დამახასიათებელი მრუდები, რომლებიც ნაჩვენებია სურათზე 17- ს, განსხვავდება BJT- ის შესაბამისი მოსახვევებით. BJT მოსახვევებში შეიძლება წარმოდგენილი იყოს როგორც თანაბრად სივრცეში ერთიანი ნაბიჯები ბაზის მიმდინარეობის გამო ხაზოვანი შორის ურთიერთობა i_C მდე i_B. JFET და MOSFET არ გააჩნიათ მიმდინარე ანალოგიური ბაზის მიმდინარეობას, რადგან კარიბჭე დენებისაგან ნულოვანია. აქედან გამომდინარე, ჩვენ იძულებული ვართ დავანახოთ, რომ ოჯახი მოსახვევებში i_D წინააღმდეგ v_DSდა ურთიერთობები ძალიან არაწრფივია.

მეორე განსხვავება ხასიათდება დამახასიათებელი მოსახვევებში ომური რეგიონის ზომისა და ფორმისთვის. შეგახსენებთ, რომ BJT- ების გამოყენებისას, ჩვენ თავიდან ავიცილეთ არაწრფივი ოპერაცია ღირებულებების ქვედა 5% -ის თავიდან აცილების გზით v_CE (ანუ, ინტენსივობა რეგიონი). ჩვენ ვხედავთ, რომ ჯეფეტისთვის ომის ჰორიზონტის სიგანე არის კარიბჭის- to- წყარო ძაბვის ფუნქცია. ომური რეგიონი საკმაოდ სწორხაზოვანია, ვიდრე მუხლზე მოხვედრა ახლოს. ეს რეგიონი ეწოდება ომური რეგიონი იმიტომ, რომ როდესაც ამ ტრანზისტორი გამოიყენება ამ რეგიონში, იგი იქცევა ომის რეზისტენტად, რომლის ღირებულებაც განსაზღვრავს ღირებულებას v_GS. კარიბჭის წყაროს ძაბვის სიდიდის შემცირებისთანავე იზრდება ომური რეგიონის სიგანე. ჩვენ ასევე აღვნიშნავთ სურათი 17-დან, რომ ავარია ძაბვა არის კარიბჭის წყაროდან ძაბვის ფუნქცია. სინამდვილეში, სწორად წრფივი სიგნალის გაძლიერების მისაღებად, ამ მრუდების მხოლოდ მცირე სეგმენტი უნდა გამოვიყენოთ - წრფივი მოქმედების არეა აქტიურ რეგიონში.

As v_DS იზრდება ნულოვანი, შესვენების წერტილი ხდება თითოეულ მრუდზე, რომლის მიხედვითაც გადინება მიმდინარეობს ძალიან მცირედ v_DS აგრძელებს ზრდას. ამ ღირებულების სანიაღვრე- to- წყარო ძაბვის, pinch- off ხდება. Pinch-off ღირებულებების იარლიყით ფიგურა 17 და უკავშირდება დატეხილი მრუდი, რომელიც ჰყოფს ომური რეგიონის აქტიურ რეგიონში. როგორც v_DS აგრძელებს pinch-off- ს გაზრდას, მიაღწევს წერტილი, სადაც ძაბვისა და წყაროს შორის ძაბვა იმდენად დიდია, რომ ზვავი ავარია ხდება. (ეს ფენომენი ასევე იწვევს დიოდებში და BJT- ს). ავარია მომენტში, i_D იზრდება მკვეთრად გაზრდის უმნიშვნელო ზრდა v_DS. ეს უბედურება ხდება კარიბჭე-არხის კვეთის გადინების ბოლოს. აქედან გამომდინარე, როდესაც გადინების კარიბჭე ძაბვის, v_DG, აღემატება ავარია ძაბვას (BV_GDS იმ pn გადაკვეთა), ზვავი ხდება [for v_GS = X V]. ამ ეტაპზე, i_D-v_DS დამახასიათებელი ექსპონატებია ფიგურა 17- ის მარჯვენა ნაწილში ნაჩვენები თავისებური ფორმა.

რეგიონს შორის pinch-off ძაბვის და ზვავი დაშლის ეწოდება აქტიური რეგიონი, გამაძლიერებელი რეგიონი, ინტენსივობა რეგიონი, ან pinch-off რეგიონში. ომური რეგიონი (ადრე pinch-off) ჩვეულებრივ მოუწოდა ტრიოდის რეგიონი, მაგრამ მას ხშირად უწოდებენ ძაბვის კონტროლირებადი რეგიონი. JFET ახორციელებს ომიკურ რაიონში, როდესაც ცვლადი რეზისტორი სასურველია და აპლიკაციების გადართვისას.

დაზიანების ძაბვა ფუნქციაა v_GS ასევე v_DS. ვინაიდან ძაბვის სიდიდე იზრდება კარიბჭისა და წყაროს შორის (უფრო ნეგატიურია n- დადებითი და უფრო დადებითი p-ჩანელი), ავარია ვარდნა მცირდება (იხ. სურათი 17). ერთად v_GS = V_p, სანიაღვრე მიმდინარე არის ნულოვანი (გარდა მცირე გაჟონვის მიმდინარე), და v_GS = 0, გადინების მიმდინარე saturates ღირებულება,

(18)

I_DSS არის გაჯერების სანიაღვრე- to- წყარო მიმდინარე.

შორის pinch-off და ავარია, გადინების მიმდინარე გაჯერებული და არ იცვლება appreciably როგორც ფუნქცია v_DS. მას შემდეგ, რაც JFET გაივლის pinch-off ოპერაციული წერტილი, ღირებულება i_D შეიძლება მიღებული იყოს დამახასიათებელი მოსახვევებში ან განტოლებადან

(19)

ამ განტოლების უფრო ზუსტი ვერსია (დამახასიათებელი მრუდის მცირე ფერდობის გათვალისწინებით) შემდეგია:

(20)

λ ანალოგიურია λ MOSFET- ებისთვის და 1 /V_A BJT- ებისთვის. წლიდან λ არის პატარა, ვივარაუდოთ, რომ . ეს დასაბუთებულად განასხვავებს მეორე ფაქტორს განტოლებაში და იყენებენ მიკერძოების და დიდი სიგნალის ანალიზის დაახლოებას.

გაჯერების სანიაღვრე- to- წყარო მიმდინარე, I_DSS, არის ტემპერატურის ფუნქცია. ეფექტი ტემპერატურის საფუძველზე V_p არ არის დიდი. თუმცა, I_DSS ამცირებს ტემპერატურის ზრდას, მცირდება დაახლოებით 25% 100^o ტემპერატურის ზრდა კიდევ უფრო დიდი ვარიაციები ხდება V_p მდე I_DSS წარმოების პროცესში მცირე ცვლილებების გამო. ეს შეიძლება იხილოთ დანართის ნახვისთვის, რომელიც მაქსიმუმს შეადგენს I_DSS არის XA mA და მინიმალური არის XMX mA.

ამ მონაკვეთში დენებისა და ძაბვის პრეზენტაცია წარმოდგენილია n-ჩანელის JFET. ღირებულებები ა p- CHANNEL JFET არის საპირისპირო მათთვის გადაცემული n-ჩანელი.

3.3 JFET მცირე სიგნალის მოდელი

JFET მცირე სიგნალის მოდელი შეიძლება მიღებულ იქნეს იმავე პროცედურებით, რომლებიც გამოიყენება MOSFET- ისთვის. მოდელი ეფუძნება განტოლების ურთიერთობას (20). თუ გავითვალისწინებთ მხოლოდ ac კომპონენტი ძაბვის და დენებისაგან, ჩვენ გვაქვს

(21)

განტოლების პარამეტრებში (21) მოცემულია ნაწილობრივი დერივატები,

(22)

შედეგად მოყვანილი მოდელი ნაჩვენებია სურათზე 18. გაითვალისწინეთ, რომ მოდელი იდენტურია ადრე მიღებული MOSFET მოდელისთვის, გარდა იმ ღირებულებისა, g_m მდე r_o გამოითვლება სხვადასხვა ფორმულების გამოყენებით. სინამდვილეში ფორმულები იდენტურია V_p შეიცვალა V_T.

სურათი 18 - JFET მცირე სიგნალის AC მოდელი

შეიმუშაოს JFET გამაძლიერებელი, Q- წერტილი dc კომპენსაცია შეიძლება განისაზღვროს გრაფიკულად, ან ტრანზისტორისთვის პინჩ-რეჟიმში გამტარუნარიანობის ანალიზის გამოყენებით. ის dc Q- წერტილზე კომპენსაციის მიმდინარეობა უნდა მოიცავდეს 30% და 70% -ს I_DSS. ეს დამახასიათებელი Q- წერტილი დამახასიათებელი მოსახვევებში ყველაზე ხაზოვან რეგიონში.

შორის ურთიერთობა i_D მდე v_GS შეიძლება განზოგადდეს განზომილებიანი გრაფაში (ანუ ნორმალური მრუდი), როგორც ეს ნაჩვენებია სურათზე 20.

ამ გრაფის ვერტიკალური ღერძია i_D/I_DSS და ჰორიზონტალური ღერძია v_GS/V_p. მრუდის ფერდობზე არის g_m.

სწორხაზოვანი მოქმედი რეგიონის ცენტრთან დამშვიდებული მნიშვნელობის დასადგენად გონივრული პროცედურაა შერჩევა და. 6.20 ნახაზიდან გაითვალისწინეთ, რომ ეს არის მრუდის შუა წერტილთან ახლოს. შემდეგი, ჩვენ ვირჩევთ. ეს იძლევა მნიშვნელობების ფართო სპექტრს for v_ds რომ შევინარჩუნოთ ტრანზისტორი in pinch-off რეჟიმში.

ფიგურა 20 -i_D/I_DSS წინააღმდეგ v_GS/V_p

ჩვენ შეგვიძლია ვიპოვოთ გადამცემი Q- პუნქტში ან ფიგურა 20- ის მრუდის ფერდობიდან ან განტოლების გამოყენებით (22). თუ ჩვენ ვიყენებთ ამ პროცედურას, გადამცემი პარამეტრი მოცემულია,

(23)

გახსოვდეთ, რომ ეს ღირებულება g_m დამოკიდებულია ვარაუდიზე I_D არის ნახევრად ნახევარი I_DSS მდე V_GS . 0.3V_p. ეს ფასეულობები, როგორც წესი, წარმოადგენენ კარგ საწყის წერტილს JFET- სთვის quiescent ღირებულებების დასადგენად.

PREVIOUS- 2. ლითონ-ოქსიდის ნახევარგამტარული FET (MOSFET)

NEXT- დან. FET გამაძლიერებელი კონფიგურაციები და biasing