3. Junction lauka efekta tranzistors (JFET)
CURRENT - 3. Savienojuma lauka tranzistors (JFET)
PREVIOUS- 2. Metāla oksīda pusvadītājs FET (MOSFET)
Junction lauka efekta tranzistors (JFET)
MOSFET ir vairākas priekšrocības salīdzinājumā ar savienojuma lauka efekta tranzistoru (JFET). Jo īpaši MOSFET ieejas pretestība ir augstāka nekā JFET. Šī iemesla dēļ MOSFET lielākajā daļā programmu tiek izvēlēts par labu JFET. Tomēr JFET joprojām tiek izmantots ierobežotās situācijās, jo īpaši analogās lietojumprogrammās.
Mēs esam redzējuši, ka uzlabošanas MOSFETs prasa bez nulles vārtu spriegumu, lai veidotu kanālu vadīšanai. Starp avotu un aizplūdi bez šīs pielietotās sprieguma nav plūsmas plūsmas no vairākuma nesēja. Turpretī JFET kontrolē vairākuma nesēja strāvas vadību esošajā kanālā starp diviem ohmiskiem kontaktiem. Tas tiek darīts, mainot ierīces ekvivalento kapacitāti.
Lai gan mēs tuvojamies JFET, neizmantojot MOSFET iepriekš iegūtos rezultātus, mēs redzēsim daudz līdzību divu veidu ierīču darbībā. Šīs līdzības ir apkopotas 6. sadaļā: “MOSFET un JFET salīdzinājums”.
JFET fiziskās struktūras shēma parādīta 13 attēlā. Tāpat kā BJT, JFET ir trīs galiekārtas. Tā pamatā ir tikai viena pn savienojums starp vārtiem un kanālu, nevis divi, kā BJT (lai gan šķiet, ka divi pn 13 attēlotie krustojumi ir savienoti paralēli, savienojot vārtu termināļus kopā. Tādējādi tos var uzskatīt par vienu krustojumu).
Jūsu darbs IR Klientu apkalpošana n- kanāla JFET, kas parādīts 14 (a) attēlā, ir konstruēts, izmantojot n- materiāls ar diviem p- sloksnē izkliedēti materiāli, viens katrā pusē. The p-kanālu JFET ir sloksne no p- materiāls ar diviem n- sloksnē izkliedēti materiāli, kā parādīts 13 (b) attēlā. Attēls 13 parāda arī ķēdes simbolus.
Lai iegūtu priekšstatu par JFET darbību, savienosim n-kanālu JFET uz ārējo ķēdi, kā parādīts 14 (a) attēlā. Pozitīvs barošanas spriegums, VDD, tiek pielietots drenāžai (tas ir līdzīgs. \ t VCC BJT barošanas spriegums) un avots ir pievienots kopējam (zemes). Vārtu spriegums, VGG, tiek pielietots vārtiem (tas ir līdzīgs VBB BJT).
13 attēls - JFET fiziskā struktūra
VDD nodrošina strāvas avota spriegumu, vDS, kas izraisa drenāžas strāvu, iD, lai izplūst no drenāžas uz avotu. Tā kā vārtu avota krustojums ir apgriezti nobīdīts, nulles vārti pašreizējie rezultāti. Noteces strāva, iD, kas ir vienāds ar avota strāvu, pastāv kanālā, kuru ieskauj p-tipa vārti. Spriegums no vārtiem līdz avotam, vGS, kas ir vienāds ar, rada a izsīkšanas reģions kanālā, kas samazina kanāla platumu. Tas savukārt palielina pretestību starp drenāžu un avotu.
14. attēls - n-kanālu JFET, kas savienots ar ārējo shēmu
Mēs uzskatām JFET darbību ar vGS = 0, kā parādīts 14 (b) attēlā. Noteces strāva, iD, caur n- kanāls no drenāžas līdz avotam izraisa sprieguma kritumu pa kanālu, ar lielāku potenciālu drenāžas vārtu savienojumā. Šis pozitīvais spriegums pie drenāžas vārtu krustojuma ir pretējs pn savienojums un rada izsīkuma reģionu, kā parādīts tumšās ēnainās zonas 14 (b) attēlā. Kad mēs palielinām vDS, drenāžas strāva, iD, arī palielinās, kā parādīts 15 attēlā.
Šī darbība rada lielāku noplūdes apgabalu un palielinātu kanāla pretestību starp drenāžu un avotu. Kā vDS tiek palielināts, tiek sasniegts punkts, kur noplūdes apgabals aizvāc visu kanālu pie drenāžas malas un drenāžas strāva sasniedz piesātinājuma punktu. Ja mēs palielinām vDS ārpus šī punkta, iD saglabājas relatīvi nemainīgs. Piesātinātās drenāžas strāvas vērtība ar VGS = 0 ir svarīgs parametrs. Tas ir drenāžas avota piesātinājuma strāva, IDSS. Mēs to atradām KVT2 izsmidzināšanas režīmam MOSFET. Kā redzams 15 attēlā, pieaug vDS ārpus tā saucamā kanāla saspiežot punkts (-VP, IDSS) izraisa ļoti nelielu pieaugumu. \ t iD, Kā arī iD-vDS raksturlīkne ir gandrīz līdzena (ti, iD paliek relatīvi nemainīgs kā vDS tiek palielināts). Atgādiniet, ka VT (tagad ir izraudzīta VP) ir negatīvs n-kanālu ierīce. Darbību ārpus saspiešanas punkta (piesātinājuma apgabalā) iegūst, kad drenāžas spriegums, \ t VDS, ir labāks par -VP (sk. 15 attēlu). Piemēram, teiksim VP = -4V, tas nozīmē, ka drenāžas spriegums, vDS, jābūt lielākiem vai vienādiem ar - (- 4V), lai JFET paliktu piesātinājuma (normālā darbības) reģionā.
Šis apraksts norāda, ka JFET ir izsmelšanas tipa ierīce. Mēs sagaidām, ka tā īpašības būs līdzīgas MOSFET izsīkuma pazīmēm. Tomēr ir svarīgs izņēmums: lai gan uzlabošanas režīmā ir iespējams izmantot izsīkuma tipa MOSFET (piemērojot pozitīvu vGS ja ierīce ir n- kanāls) tas nav praktiski piemērots JFET tipa ierīcē. Praksē maksimums vGS ir ierobežots līdz aptuveni 0.3V kopš pn-junkts paliek būtībā izslēgts ar šo mazo priekšu spriegumu.
Attēls 15 –– iD pret vDS raksturīga n-kanālu JFET (VGS = 0V)
3.1 JFET vārtu un avotu sprieguma izmaiņas
Iepriekšējā sadaļā mēs izstrādājām iD-vDS raksturlīkne ar VGS = 0. Šajā sadaļā mēs uzskatām, ka tas ir pilnīgs iD-vDS raksturlielumi dažādām vGS. Ņemiet vērā, ka BJT gadījumā raksturīgās līknes (iC-vCE) ir iB kā parametru. FET ir sprieguma vadības ierīce, kur vGS kontrolē. Attēls 16 parāda iD-vDS raksturīgās līknes gan n-kanālu un p-kanālu JFET.
Attēls 16-iD-vDS JFET raksturīgās līknes
Palielinoties 
(vGS ir negatīvāks n-kanālu un vairāk pozitīvu a p-kanālu) ir izveidojies izsīkuma apgabals un tiek sasniegts saspiešanas režīms zemākām vērtībām iD. Līdz ar to n- kanāla JFET attēls 16 (a), maksimālais iD samazinās no IDSS as vGS tiek padarīts negatīvāks. Ja vGS vēl vairāk samazinās (negatīvāks), vērtība ir vGS tiek sasniegts iD būs nulle neatkarīgi no vērtības vDS. Šī vērtība ir vGS tiek saukts VGS (OFF), vai spriegums (Vp). Vērtība Vp ir negatīvs n-kanālu JFET un pozitīvu a p-kanālu JFET. Vp var salīdzināt ar VT izsmidzināšanas režīmam MOSFET.
3.2 JFET pārsūtīšanas raksturlielumi
Pārneses raksturlielums ir drenāžas strāvas paraugs, iD, kā funkciju no drenāžas līdz avotam, vDS, ar vGS vienāds ar pastāvīgu spriegumu kopumu (vGS = -3V, -2, -1V, 0V 16 (a) attēlā). Pārsūtīšanas raksturlielums ir gandrīz neatkarīgs no vērtības vDS kopš JFET sasniegšanas, iD saglabājas relatīvi nemainīga, palielinot vērtības vDS. To var redzēt no iD-vDS 16 attēla līknes, kur katra līkne ir aptuveni vienāda ar vērtību vDS>Vp.
17 attēlā ir parādīti pārsūtīšanas raksturlielumi un iD-vDS raksturlielumi n-kanālu JFET. Mēs tos kopējam ar kopīgu iD lai parādītu, kā to iegūt no otras puses. Pārsūtīšanas raksturlielumus var iegūt no iD-vDS līknes, kā parādīts punktveida līnijās 17. attēlā. Visnoderīgākā metode pārneses raksturojuma noteikšanai piesātinājuma reģionā ir ar šādu sakarību (Šoklija vienādojums):
(16)
Tāpēc mums ir tikai jāzina IDSS un Vp lai noteiktu visu raksturlielumu. Ražotāju datu lapas bieži norāda šos divus parametrus, tāpēc var konstruēt pārsūtīšanas raksturlielumu. Vp ražotāja specifikācijas lapā ir parādīts kā VGS (OFF). Pieraksti to iD piesātina, (ti, kļūst nemainīgs) kā vDS pārsniegs spriegumu, kas nepieciešams, lai kanāls tiktu saspiests. To var izteikt kā vienādojumu vDS, sēd forums katrs līkne:
(17)
As vGS kļūst negatīvāka, saspiešana notiek pie zemākām vērtībām vDS un piesātinājuma strāva kļūst mazāka. Līnijas darbības lietderīgais apgabals ir virs saspiešanas un zem sprieguma. Šajā reģionā iD ir piesātināts un tā vērtība ir atkarīga vGS, saskaņā ar vienādojumu (16) vai pārsūtīšanas raksturlielumu.
Attēls 17 - JFET pārsūtīšanas raksturlīknes
Pārsūtīšana un iD-vDS raksturīgās līknes JFET, kas redzamas 17 attēlā, atšķiras no BJT atbilstošajām līknēm. BJT līknes var attēlot kā vienmērīgi izvietotas vienādos posmos bāzes strāvā, jo starp lineārajām attiecībām iC un iB. JFET un MOSFET nav strāvas, kas ir analoga bāzes strāvai, jo vārtu strāvas ir nulle. Tāpēc mēs esam spiesti parādīt līkņu ģimeni iD vs vDSun attiecības ir ļoti nelineāras.
Otrā atšķirība attiecas uz raksturīgo līkņu ohmiskā apgabala lielumu un formu. Atgādiniet, ka, izmantojot BJT, mēs izvairāmies no nelineāras darbības, izvairoties no zemākas 5% vērtības vCE (ti, piesātinājuma reģions). Mēs redzam, ka JFET ohmiskā apgabala platums ir sprieguma no vārtiem līdz avotam funkcija. Ohmiskais apgabals ir diezgan lineārs, līdz ceļgala parādīšanās ir tuvu saspiešanai. Šo reģionu sauc par ohmiskais reģions jo, ja šajā reģionā tiek izmantots tranzistors, tas darbojas kā ohmisks rezistors, kura vērtību nosaka vērtības vGS. Samazinoties vārtu-avotu sprieguma lielumam, palielinās omas apgabala platums. No 17. attēla mēs arī atzīmējam, ka sadalījuma spriegums ir vārtu-avotu sprieguma funkcija. Faktiski, lai iegūtu pietiekami lineāru signāla pastiprinājumu, mums jāizmanto tikai salīdzinoši neliels šo līkņu segments - lineārās darbības laukums atrodas aktīvajā reģionā.
As vDS palielinās no nulles, katrai līknei rodas pārtraukuma punkts, pēc kura aizplūdes strāva palielinās ļoti maz vDS turpina pieaugt. Pie šīs izplūdes-avota sprieguma vērtības notiek saspiešana. Saspiestās vērtības tiek apzīmētas 17 attēlā, un tās ir savienotas ar pārtrauktu līkni, kas atdala ohmisko apgabalu no aktīvā reģiona. Kā vDS turpina pieaugt, ja tas tiek pārtraukts, tiek sasniegts punkts, kur spriegums starp drenāžu un avotu kļūst tik liels, ka lavīnu sadalījums notiek. (Šī parādība notiek arī diodēs un BJT). Sadalījuma punktā iD strauji palielinās ar nelielu pieaugumu. \ t vDS. Šis sadalījums notiek vārtu kanāla krustojuma drenāžas galā. Līdz ar to, kad aizplūdes vada spriegums, vDG, pārsniedz bojājuma spriegumu (BVGDS priekš pn krustojums), lavīna rodas [par vGS = 0 V]. Šajā brīdī iD-vDS raksturojums uzrāda īpašo formu, kas parādīta 17 attēla labajā pusē.
Reģionu starp saspiešanas spriegumu un lavīnu sadalījumu sauc par aktīvais reģions, pastiprinātāja darbības reģions, piesātinājuma reģions, vai saspiežams reģions. Ohmisko apgabalu (pirms saspiešanas) parasti sauc par triode reģions, bet dažreiz to sauc par sprieguma kontrolēts reģions. JFET darbojas ohmiskajā reģionā gan tad, ja ir vēlams mainīgs rezistors, gan pārslēdzot lietojumprogrammas.
Sadalīšanās spriegums ir funkcija vGS kā arī vDS. Tā kā sprieguma lielums starp vārtiem un avotu ir palielināts (vairāk negatīvs n-kanālu un vairāk pozitīvu p-kanālu), bojājuma spriegums samazinās (sk. 17 attēlu). Ar vGS = Vp, drenāžas strāva ir nulle (izņemot nelielu noplūdes strāvu) un vGS = 0, drenāžas strāva piesātina ar vērtību,
(18)
IDSS ir piesātinājuma drenāžas-avota strāva.
Starp saspiešanu un bojājumu, drenāžas strāva ir piesātināta un būtiski nemainās vDS. Pēc tam, kad JFET ir nokļuvis nospiešanas darbības punktā, vērtība iD var iegūt no raksturlīknēm vai no vienādojuma
(19)
Precīzāka šīs vienādojuma versija (ņemot vērā raksturīgo līkņu nelielo slīpumu) ir šāda:
(20)
λ ir līdzīgs λ MOSFETs un 1 /VA BJT. Kopš tā laika λ ir mazs, mēs pieņemam, ka 
. Tas attaisno otrā faktora neiekļaušanu vienādojumā un, izmantojot tuvinājumu, lielai signālu analīzei.
Piesātinājuma drenāžas-avota strāva, IDSS, ir temperatūras funkcija. Temperatūras ietekme uz Vp nav lieli. Tomēr IDSS samazinās, palielinoties temperatūrai, 25 samazinājums ir tikpat liels kā 100%o temperatūras paaugstināšanās. Vēl lielākas variācijas notiek Vp un IDSS nelielas atšķirības ražošanas procesā. To var redzēt, aplūkojot 2N3822 pielikumu, kur ir maksimums IDSS ir 10 mA un minimums ir 2 mA.
Šajā nodaļā norādītās strāvas un spriegumi ir parādīti n-kanālu JFET. Vērtības a p-kanālu JFET ir pretēji tiem, kas paredzēti n-kanālu.
3.3 JFET maza signāla maiņstrāvas modelis
JFET mazo signālu modeli var iegūt pēc tām pašām procedūrām, ko izmanto MOSFET. Modelis balstās uz vienādojuma (20) attiecībām. Ja mēs uzskatām tikai ac ir spriegumu un strāvu sastāvdaļa
(21)
Parametri vienādojumā (21) tiek sniegti ar daļējiem atvasinājumiem,
(22)
Iegūtais modelis ir parādīts 18 attēlā. Ņemiet vērā, ka modelis ir identisks iepriekš iegūtajam MOSFET modelim, izņemot to, ka gm un ro aprēķina, izmantojot dažādas formulas. Faktiski formulas ir identiskas, ja Vp aizstāj ar VT.
18. attēls - JFET mazā signāla maiņstrāvas modelis
Izstrādāt JFET pastiprinātāju, Q-punktu dc slīpuma strāvu var noteikt vai nu grafiski, vai izmantojot ķēdes analīzi, pieņemot, ka tranzistors ir ieslēgts. The dc Q-punktam vajadzētu būt starp 30% un 70% no IDSS. Tas nosaka Q punktu raksturīgāko līkņu lineārajā reģionā.
Attiecības starp iD un vGS var attēlot bez dimensijas diagrammas (ti, normalizēta līkne), kā parādīts 20 attēlā.
Šīs diagrammas vertikālā ass ir iD/IDSS un horizontālā ass ir vGS/Vp. Līknes slīpums ir gm.
Saprātīga procedūra mierīgas vērtības noteikšanai netālu no lineārā darbības reģiona centra ir izvēlēties un. No 6.20. Attēla ņemiet vērā, ka tas atrodas tuvu līknes viduspunktam. Tālāk mēs izvēlamies. Tas dod plašu vērtību diapazonu vds kas tur tranzistoru saspiešanas režīmā.
20 attēls -iD/IDSS pret vGS/Vp
Mēs varam atrast transconductance Q-punktā vai nu no attēla 20 līknes slīpuma, vai izmantojot vienādojumu (22). Ja mēs izmantojam šo procedūru, transconductance parametru sniedz,
(23)
Atcerieties, ka šī vērtība ir gm atkarīgs no pieņēmuma, ka ID ir noteikts uz pusi IDSS un VGS . 0.3Vp. Šīs vērtības parasti ir labs sākumpunkts, lai iestatītu JFET lielās vērtības.