3. Транскорды (JFET)

Транскорды (JFET)

MOSFET далалық әсер транзисторының (JFET) қиылысуы бойынша бірқатар артықшылықтарға ие. Атап айтқанда, MOSFET кіріс кедергісі JFET қарағанда жоғары. Осы себепті MOSFET көптеген қосымшалар үшін JFET пайдасына таңдалады. Дегенмен, JFET әлі күнге дейін аналогтық қосымшаларда шектеулі жағдайларда қолданылады.

Біз MOSFET-тің кеңеюін өткізуге арналған арнаны қалыптастыру үшін нөлден тыс қақпақ кернеуін қажет ететінін көрдік. Бұл қолданылатын қақпақ кернеуінсіз, көзден және ағызу арасында көпшілік тасымалдайтын ток болмайды. Керісінше, JFET қолданыстағы арнадағы көпшілікті тасушы ағымды екі омические контактілер арасында өткізуді бақылайды. Бұл құрылғының баламалы сыйымдылығын өзгерту арқылы жасалады.

Біз JFET-ке MOSFET үшін бұрын алынған нәтижелерді қолданбай-ақ жүгінгенімізбен, құрылғылардың екі түрінің жұмысындағы көптеген ұқсастықтарды көреміз. Бұл ұқсастықтар 6-бөлімде келтірілген: «MOSFET пен JFET-ті салыстыру».

JFET физикалық құрылымына арналған схема 13 суретте көрсетілген. BJT сияқты, JFET - бұл үш терминал құрылғысы. Бұл негізінен тек бір ғана pn BJT-дегі сияқты қақпақ пен арна арасындағы қатынас (бірақ екеуі де көрінеді) pn 13 фигурасында көрсетілген түйіндер, олар параллель қосылыстарымен біріктіріледі. Осылайша, олар жалғыз түйіспе ретінде қарастырыла алады).

The n- 14 (a) суретте көрсетілген JFET-арнасы жолақ жолымен құрастырылған nекі үлгідегі материал pжолақтарға таралған, әр жағынан бір-біріне ұқсас материалдар. The pJFET арнасының жолағы бар pекі үлгідегі материал n13 (b) -бапта көрсетілгендей, жолақ түрінде бөлінген материалдар. Сурет 13 да схеманың таңбаларын көрсетеді.

JFET жұмысын түсіну үшін, бізге қосылыңыз n- 14 (a) суретте көрсетілгендей сыртқы тізбекке JFET арнасы. Оң кернеу, VDD, ағызу үшін қолданылады (бұл ұқсастығы VCC BJT үшін қорек кернеуі) және көзі жалпыға (жерге) бекітіледі. Қақпақты жеткізу кернеуі, VGG, қақпаға қолданылады (бұл ұқсас VBB BJT үшін).

JFET физикалық құрылымы

Сурет 13 - JFET-ның физикалық құрылымы

VDD ағызу көзінің кернеуін қамтамасыз етеді, vDS, бұл ағынды ағымды тудырады, iD, ағызудан көзге дейін ағып кету. Енгізу көзі торабы кері бағытта болғандықтан, нөлдік қақпақ ағымдағы нәтиже. Су төгетін ток, iD, қайнар көзіне тең болатын арнамен қоршалған pтипті қақпасы. Қуат көзіне кернеу, vGS, бұл тең сарқылу аймағы арнаның енін азайтатын арнада. Бұл, өз кезегінде, ағызу мен көздің арасындағы қарсылықты арттырады.

n-арна JFET

14 сурет - n-канал JFET сыртқы тізбекке қосылған

Біз JFET операциясын қарастырамыз vGS = 0, 14 (b) суретте көрсетілгендей. Су төгетін ток, iDарқылы n- каналдың ағызудан бастап көзге дейін арна бойымен кернеудің төмендеуіне әкеп соқтырады, бұл дренаждық қақпаның үлкен әлеуеті. Дренаж бекетінде бұл оң кернеу кері бағытта болады pn түйісу және 14 (b) суреттегі көлеңкеленген көлеңкеленген аймақта көрсетілгендей, таусылған аймақты шығарады. Біз ұлғайған кезде vDS, ағызу тогы, iDақ 15 суретте көрсетілгендей артады.

Бұл іс-қимыл үлкенірек сарқылу аймағына әкеледі және ағызу мен көздің арасындағы арна қарсылығын арттырады. As қалай vDS одан әрі жоғарылайды, онда сарқылу аймағы ағызу жиегіндегі бүкіл арнаны кесіп тастайды, ал ағынды ағым қанықтыру нүктесіне жетеді. Егер біз көбейсек vDS Осыдан кейін, iD тұрақты болып қалады. Қаныққан ағызу тогының мәні VGS = 0 маңызды параметр. Бұл ағызу көзінің қаныққан ток, IDSS. Біз оны таптық KVT2 MOSFET режимінің тозуы үшін. Сурет 15-ден көріп отырғандай, өседі vDS бұл аталған арнадан тыс шымшу нүкте (-VP, IDSS) өте аз өсімге әкеледі iD, және iD-vDS тән қисық дерлік жалпақ болады (яғни, iD тұрақты болып қалады vDS одан әрі ұлғайтылады). Естеріңде болсын VT (қазір тағайындалған VP) теріс nарналы құрылғы. Кесу нүктесінің шегінен тыс (қаныққан аймақта) жұмыс ағынды кернеу, VDS, үлкенірек -VP (15 суретін қараңыз). Мысалы, келейік VP = -4V, бұл ағызу кернеуі, vDS, JFET қанықтылықта (қалыпты) жұмыс істеу аймағында қалуы үшін - (- 4V) артық немесе тең болуы керек.

Бұл сипаттама JFET құрылғысының таусылған түрі болып табылады. Біз оның сипаттамалары MOSFET-дің тозуына ұқсас болуы күтеміз. Дегенмен, маңызды ерекшелік бар: жақсарту режимінде таусылса типті MOSFET-ды басқаруға болатын болса (позитивті қолдану арқылы) vGS егер құрылғы болса n- канал) бұл JFET типті құрылғыда қолданылмайды. Іс жүзінде максимум vGS бастап шамамен 0.3V шектелген pnбұл кіші форвардтық кернеумен айтарлықтай қиылысқан.

Сурет 15 - iD қарсы vDS сипаттамасы n-JFET-каналыVGS = 0V)

3.1 JFET қақпақ көзіне кернеудің өзгеруі

Алдыңғы бөлімде біз әзірледік iD-vDS сипаттамалы қисық VGS = 0. Бұл бөлімде толық деп санаймыз iD-vDS түрлі құндылықтарға арналған сипаттамалар vGS. Айтуынша, BJT жағдайда, тән қисық (iC-vCE) бар iB параметр ретінде. FET - кернеуді басқаратын құрылғы vGS бақылауды жүзеге асырады. Сурет 16 көрсетеді iD-vDS сипаттамалық қисықтар n- арналы және p- JFET арнасы.

Сурет 16-iD-vDS JFET үшін тән қисықтар

Артқан сайын  (vGS анағұрлым теріс n- арналы және оң жағында p- канал) таусылған аймақ қалыптасады және төменгі мәндер үшін қысып-қояды iD. Осыдан үшін n- 16 (а) форматындағы JFET арнасының ең жоғары мәні iD азаяды IDSS as vGS теріс әсер етеді. Егер болса vGS одан әрі азаяды (неғұрлым теріс), құндылығы vGS оған қол жеткізілді iD мәніне қарамастан нөлге тең болады vDS. Бұл мән vGS аталады VGS (OFF)немесе қысқа тұйықталу кернеуі (Vp). Мәні Vp теріс n- JFET арнасы және оң p- JFET арнасы. Vp салыстыруға болады VT MOSFET режимінің тозуы үшін.

3.2 JFET тасымалдау сипаттамалары

Трансмиссия сипаттамасы - ағызу токының учаскесі, iD, көзі кернеуінің функциясы ретінде, vDSотырып, vGS тұрақты кернеулер жиынтығына тең (vGS = -3V, -2, -1V, 0 (16) -де XNUMXV). Трансферттің сипаттамасы мәннің шамасынан тәуелсіз vDS JFET қысқа мерзімге жеткеннен кейін, iD құндылықтарды жоғарылату үшін тұрақты болып қалады vDS. Мұны көруге болады iD-vDS Сурет 16 қисықтары, онда әрбір қисық шамамен мәндер үшін тегіс болады vDS>Vp.

17 суретте трансфер сипаттамаларын және iD-vDS сипаттамалары n- JFET арнасы. Біз оларды жалпыға жоспарлап отырмыз iD ось, екіншісін қалай алуға болады. Ауыстыру сипаттамалары кеңейтілімнен алынуы мүмкін iD-vDS 17-суреттегі үзік сызықтармен көрсетілгендей қисықтар. Қанықтылық аймағындағы тасымалдау сипаттамасын анықтаудың ең пайдалы әдісі келесі қатынаспен байланысты (Шокли теңдеуі):


(16)

Сондықтан біз тек білуіміз керек IDSS және Vp бүкіл сипаттамасын анықтау үшін. Өндірушілердің ақпараттық парақтары осы екі параметрді жиі береді, сондықтан тасымалдау сипаттамасын жасауға болады. Vp өндірушінің техникалық парағында келесідей көрсетілген VGS (OFF). Ескертіп қой iD қанықтырады, (яғни тұрақты болады) vDS арна кернеуі асып кетеді. Бұл теңдеу ретінде көрінуі мүмкін vDS, сат үшін әрбір төмендегідей қисығы бар:


(17)

As vGS неғұрлым теріс болса, онда шегініс төменгі мәндерде болады vDS және қанықтылық ток азаяды. Сызықтық пайдалану үшін пайдалы аймақ қысқа тұйықталудан және бұзылу кернеуінен жоғары. Бұл аймақта, iD қаныққан және оның мәніне байланысты vGS, теңдеуге (16) немесе тасымалдау сипаттамасына сәйкес.

Сурет 17 - JFET сипаттамасының қисығы

Аудару және т.б. iD-vDS JFET үшін тән қисықтар, олар 17 суретте көрсетілген, BJT үшін сәйкес қисықтардан ерекшеленеді. BJT қисықтары арасындағы сызықтық қарым-қатынасқа байланысты біркелкі қадамдар үшін біркелкі бөлінген болуы мүмкін iC және iB. JFET және MOSFET базалық токқа ұқсас болмайды, себебі қақпақ ағындары нөлге тең. Сондықтан қисықтардың отбасын көрсетуіміз керек iD vs. vDS, ал қатынастар өте сызықты емес.

Екінші айырмашылық омический аймақтың өлшемі мен нысанын сипаттайды. Естеріңізге сала кетейік, BJT-ді пайдалану кезінде біз төменгі 5% мәндерінен аулақ бола отырып сызықты емес операциядан аулақ боламыз vCE (яғни қанықтыру аймағы). JFET үшін омическим аймақтың ені шығу көзінен кернеудің функциясы болып табылады. Омическая аймақ өте сызықты, әзірге тізе қысқа дейін созылады. Бұл аймақ деп аталады омический аймақ өйткені транзистор осы аймақта қолданылғанда, ол құндылықтың мәнімен анықталатын омический резистор сияқты әрекет етеді. vGS. Құлыптан көзге дейінгі кернеудің шамасы төмендеген сайын, омдық аймақтың ені артады. Сондай-ақ 17-суреттен үзіліс кернеуі қақпадан-көзге дейінгі кернеудің функциясы екенін ескереміз. Шындығында, сызықтық сигнал күшейту үшін біз осы қисықтардың салыстырмалы түрде аз сегментін ғана пайдалануымыз керек - сызықтық жұмыс аймағы белсенді аймақта.

As vDS нөлден артады, әр қисықта үзіліс нүктесі пайда болады, оның үстіне ағызу ағымы өте аз өседі vDS өсуде. Сигнал көзінен кернеудің бұл мәнінде шымшу өшеді. Қысқартылған мәндер 17 суретте көрсетілген және омический аймақты белсенді аймақтан бөлетін қиылысқан қисық сызықпен байланысады. As қалай vDS суды ағызып, көзі арасындағы кернеу соншалықты үлкен болғанда, нүктеге дейін жетеді көшкін сынуы орын алады. (Бұл құбылыс диодтарда және БЖТ-да орын алады). Үзіліс кезінде, iD күрт артуы байқалады vDS. Бұл үзіліс қақпақ каналы торабының төгілген соңында орын алады. Демек, су төгетін тордың кернеуі, vDG, асқын кернеуінен асып түседі (BVGDS үшін pn қиылысу), көшкін жүреді vGS = 0 V]. Осы сәтте iD-vDS сипаттамасы 17 суреттің оң жағында көрсетілген өзіндік пішінді көрсетеді.

Қысқартылған кернеу мен көшкін сынуы арасындағы аймақ деп аталады белсенді аймақ, күшейткіштің жұмыс аймағы, қаныққан аймақнемесе шұңқыр аймағы. Омикалақ аймақ (әдетте, шырмаудан бұрын) әдетте деп аталады триодтық аймақ, бірақ ол кейде деп аталады кернеуді басқаратын аймақ. JFET ауыспалы резистор қажет болғанда және бағдарламаларды ауыстырғанда да омическом аймақта жұмыс істейді.

Зақымдалу кернеуі - бұл функция vGS сондай-ақ vDS. Қақпа мен көздің арасындағы кернеудің шамасы ұлғайған сайын, n- арналы және одан да оң p- канал), сыну кернеуі төмендейді (17 суретін қараңыз). С vGS = Vp, ағызу тогы нөлге тең (кішкене ағып кету токынан басқа) және vGS = 0, ағызу тогы мәнде қаныққан,


(18)

IDSS болып табылады қаныққан ағызу көзінен ток.

Үзілу және бұзылудың арасындағы ағызу ток толы және функция ретінде айтарлықтай өзгермейді vDS. JFET шиеленісті өшіру нүктесін өткізгеннен кейін, мәні iD сипаттамалы қисықтардан немесе теңдеуден алуға болады


(19)

Бұл теңдеудің неғұрлым дәл нұсқасы (тән қисықтардың аздап көлбеуін ескере отырып):


(20)

λ ұқсас λ MOSFET үшін және 1 /VA BJT үшін. Өйткені λ кішкентай, біз оны қабылдаймыз  . Бұл теңдеуде екінші факторды елемеуді және биіктеу мен үлкен сигнал талдауы үшін жуықтауды пайдалануды ақтайды.

Қаныққан ағызудағы көзден ток, IDSS, температура функциясы. Температураның әсері Vp үлкен емес. Алайда, IDSS температура жоғарылауы кезінде азаяды, төмендеу 25 үшін 100% -ды құрайдыo температураны көтеру. Тіпті үлкен өзгерістер орын алады Vp және IDSS өндірістік үрдістің шамалы өзгеруіне байланысты. Бұны 2N3822 үшін қосымшаны көру арқылы көруге болады, мұнда максимум IDSS 10 мА, ал минимум - 2 мА.

Осы бөлімдегі токтар мен кернеулер n- JFET арнасы. A. Үшін маңызы p- JFET арнасы - берілгендердің кері нұсқасы n- канал.

3.3 JFET Small Signal Ac моделі

JFET кіші сигнал үлгісін MOSFET үшін қолданылатын бірдей рәсімдерден кейін алуға болады. Үлгі теңдік (20) қатынасына негізделген. Егер біз тек қана қарастыратын болсақ ac кернеу мен токтардың компоненттері


(21)

Параметрлер теңдеулер (21) ішінара туындылармен берілген,


(22)

Алынған модель 18 суретте көрсетілген. Назар аударыңыз, бұл үлгі бұрынғыдан алынған MOSFET үлгісімен бірдей, тек қана маңызы gm және ro түрлі формулалар бойынша есептеледі. Шындығында формулалар бірдей болса Vp алмастырылады VT.

Сурет 18 - JFET шағын сигналды айнымалы ток моделі

JFET күшейткішін жасау үшін Q-нүктесі dc биттік ток графикалық түрде анықталуы немесе транзистор үшін қысқа тұйықтау режимін қабылдайтын схема талдауы арқылы анықталуы мүмкін. The dc Q-нүктесіндегі биттік ток 30% және 70% арасында болуы керек IDSS. Бұл Q-нүктесін тән қисық сызықтарының ең сызықты аймағында анықтайды.

Арасындағы байланыс iD және vGS Сурет 20-де көрсетілгендей, өлшемсіз графаға (яғни қалыпты қисық сызба) сызылады.

Осы графиктің тік осі болып табылады iD/IDSS көлденең ось болып табылады vGS/Vp. Қисық беткейі gm.

Тыныштық мәнін сызықтық жұмыс аймағының ортасына жақын орналастырудың орынды процедурасы - таңдау және. 6.20-суреттен бұл қисықтың орта нүктесіне жақын екеніне назар аударыңыз. Әрі қарай, біз таңдаймыз. Бұл үшін кең мәндер беріледі vds транзисторды қысу режимінде сақтайды.

Сурет 20 -iD/IDSS қарсы vGS/Vp

Q-нүктесіндегі транскредуктивтілікті немесе 20 сызбасының қисық сызығынан немесе теңдік (22) арқылы табуға болады. Егер біз осы процедураны қолданатын болсақ, трансфективтіклік параметрі,


(23)

Есіңізде болсын, бұл құндылығы gm бұл болжамға байланысты ID жартысына тең IDSS және VGS . 0.3Vp. Бұл мәндер, әдетте, JFET үшін күңгірт мәндерді орнатудың жақсы бастау нүктесін білдіреді.