3. Спојни транзистор са ефектом поља (ЈФЕТ)
СТРУЈА – 3. спојни транзистор са ефектом поља (ЈФЕТ)
ПРЕТХОДНИ- 2. Метал-оксид полупроводнички ФЕТ (МОСФЕТ)
Спојни транзистор са ефектом поља (ЈФЕТ)
МОСФЕТ има бројне предности у односу на спојни транзистор са ефектом поља (ЈФЕТ). Приметно је да је улазни отпор МОСФЕТ-а већи од отпора ЈФЕТ-а. Из тог разлога, МОСФЕТ је изабран у корист ЈФЕТ-а за већину апликација. Без обзира на то, ЈФЕТ се и даље користи у ограниченим ситуацијама, посебно за аналогне апликације.
Видели смо да МОСФЕТ-и за побољшање захтевају напон гејта који није нула да би формирали канал за проводљивост. Ниједна струја већинског носиоца не може да тече између извора и одвода без овог примењеног напона на капији. Насупрот томе, ЈФЕТ контролише проводљивост струје већине носиоца у постојећем каналу између два омска контакта. То ради мењањем еквивалентне капацитивности уређаја.
Иако приступамо ЈФЕТ-овима без коришћења резултата добијених раније за МОСФЕТ-ове, видећемо многе сличности у раду ова два типа уређаја. Ове сличности су сажете у одељку 6: „Поређење МОСФЕТ-а са ЈФЕТ-ом“.
Шема физичке структуре ЈФЕТ-а је приказана на слици 13. Као и БЈТ, ЈФЕТ је уређај са три терминала. У основи има само једну pn спој између капије и канала, а не два као код БЈТ (иако изгледа да постоје два pn спојеви приказани на слици 13, они су повезани паралелно спајањем прикључака капије заједно. Стога се могу третирати као један спој).
n-канални ЈФЕТ, приказан на слици 14(а), је конструисан коришћењем траке од n-тип материјала са два p-типа материјала распршених у траку, по један са сваке стране. Тхе p-канал ЈФЕТ има траку од p-тип материјала са два n-типа материјала дифундираних у траку, као што је приказано на слици 13(б). Слика 13 такође приказује симболе кола.
Да бисмо стекли увид у рад ЈФЕТ-а, спојимо n-канал ЈФЕТ у екстерно коло као што је приказано на слици 14(а). Позитиван напон напајања, VDD, се примењује на одвод (ово је аналогно VCC напон напајања за БЈТ) и извор је прикључен на заједнички (уземљење). Напон напајања капије, VGG, се примењује на капију (ово је аналогно VBB за БЈТ).
Слика 13-Физичка структура ЈФЕТ-а
VDD обезбеђује напон одвод-извор, vDS, што изазива струју одвода, iD, да тече од одвода до извора. Пошто је спој гејт-извор реверзно пристрасан, резултује се струја нулте капије. Струја одвода, iD, која је једнака струји извора, постоји у каналу окруженом p-тип капије. Напон од капије до извора, vGS, што је једнако , ствара а отцепљена регија у каналу што смањује ширину канала. Ово, заузврат, повећава отпор између одвода и извора.
Слика 14 – н-канални ЈФЕТ спојен на екстерно коло
Сматрамо ЈФЕТ операцију са vGS = 0, као што је приказано на слици 14(б). Струја одвода, iD, кроз n-канал од дрена до извора изазива пад напона дуж канала, са већим потенцијалом на споју дрејн-гејт. Овај позитивни напон на споју дрејн-гејта реверзно пристрасује pn спој и производи област исцрпљивања, као што је приказано тамном осенченом површином на слици 14(б). Када повећамо vDS, струја одвода, iD, такође расте, као што је приказано на слици 15.
Ова акција доводи до већег региона исцрпљивања и повећаног отпора канала између одвода и извора. Као vDS се даље повећава, достиже се тачка где област исцрпљивања пресеца цео канал на ивици одвода и струја одвода достиже тачку засићења. Ако повећамо vDS после ове тачке, iD остаје релативно константан. Вредност засићене струје одвода са VGS = 0 је важан параметар. То је струја засићења извора одвода, IДСС. Открили смо да јесте KVT2 за режим исцрпљивања МОСФЕТ. Као што се може видети са слике 15, повећање vDS изван овог такозваног канала пинцх-офф тачка (-VP, IДСС) изазива веома благи пораст у iD, i iD-vDS карактеристична крива постаје скоро равна (тј. iD остаје релативно константан као vDS се даље повећава). Сећам се да VT (сада означена VP) је негативан за ан n-канални уређај. Рад изван тачке прекида (у региону засићења) се постиже када напон одвода, VDS, је већи од -VP (види слику 15). Као пример, рецимо VP = -4В, то значи да је напон одвода, vDS, мора бити већи или једнак –(-4В) да би ЈФЕТ остао у засићењу (нормалан рад) региону.
Овај опис указује да је ЈФЕТ уређај типа исцрпљивања. Очекујемо да ће његове карактеристике бити сличне карактеристикама МОСФЕТ-а за исцрпљивање. Међутим, постоји важан изузетак: иако је могуће радити са МОСФЕТ-ом типа исцрпљивања у режиму побољшања (применом позитивног vGS ако је уређај n-канал) ово није практично код уређаја типа ЈФЕТ. У пракси, максимум vGS је ограничен на приближно 0.3В од pn-спој остаје у суштини прекинут са овим малим предњим напоном.
Слика 15 –– iD против vDS карактеристично за n-канал ЈФЕТ (VGS = КСНУМКСВ)
3.1 Варијација напона од врата до извора ЈФЕТ
У претходном одељку смо развили iD-vDS карактеристична крива са VGS = 0. У овом одељку разматрамо комплетну iD-vDS карактеристике за различите вредности од vGS. Имајте на уму да у случају БЈТ, карактеристичне криве (iC-vCE) имати iB као параметар. ФЕТ је уређај који се контролише напоном где vGS врши контролу. Слика 16 приказује iD-vDS карактеристичне криве за обе n-канал и p-канал ЈФЕТ.
Слика КСНУМКС-iD-vDS карактеристичне криве за ЈФЕТ
Како се повећава 
(vGS је негативније за ан n-канал и позитивнији за а p-канал) формира се област исцрпљивања и постиже се пинцх-офф за ниже вредности од iD. Отуда за n-канални ЈФЕТ са слике 16(а), максимум iD смањује од IДСС as vGS се чини негативнијим. Ако vGS се даље смањује (негативније), вредност од vGS долази се након чега iD биће нула без обзира на вредност vDS. Ова вредност од vGS се зове VГС(ОФФ), Или напон штипања (Vp). Вредност Vp је негативан за ан n-канални ЈФЕТ и позитиван за а p-канал ЈФЕТ. Vp може се упоредити са VT за режим исцрпљивања МОСФЕТ.
3.2 ЈФЕТ карактеристике преноса
Преносна карактеристика је дијаграм струје одвода, iD, као функција напона одвод-извор, vDS, Са vGS једнак скупу константних напона (vGS = -3В, -2, -1В, 0В на слици 16(а)). Карактеристика преноса је скоро независна од вредности vDS пошто ЈФЕТ достигне прекид, iD остаје релативно константан за повећање вредности од vDS. Ово се може видети из iD-vDS криве на слици 16, где свака крива постаје приближно равна за вредности од vDS>Vp.
На слици 17 приказане су карактеристике преноса и iD-vDS карактеристике за ан n-канал ЈФЕТ. Планирамо ове са заједничким iD осе да покаже како да добијете једно од другог. Карактеристике преноса се могу добити из проширења iD-vDS криве приказане испрекиданим линијама на слици 17. Најкориснији метод за одређивање карактеристике преноса у области засићења је следећи однос (Шоклијева једначина):
(16)
Дакле, само треба да знамо IДСС Vp да се одреди целокупна карактеристика. Технички листови произвођача често дају ова два параметра, тако да се може конструисати преносна карактеристика. Vp у спецификацији произвођача приказана је као VГС(ОФФ). Напоменути да iD засићује, (тј. постаје константан) као vDS прелази напон неопходан да би се канал искључио. Ово се може изразити као једначина за vДС, суб за сваки крива, како следи:
(17)
As vGS постаје негативнији, одвајање се јавља при нижим вредностима од vDS а струја засићења постаје мања. Корисна област за линеарни рад је изнад напона прекида и испод пробојног напона. У овом региону, iD је засићено и његова вредност зависи од vGS, према једначини (16) или преносној карактеристици.
Слика 17 – Криве преносних карактеристика ЈФЕТ-а
Трансфер и iD-vDS карактеристичне криве за ЈФЕТ, које су приказане на слици 17, разликују се од одговарајућих кривих за БЈТ. БЈТ криве се могу представити као равномерно распоређене за уједначене кораке базне струје због линеарног односа између iC iB. ЈФЕТ и МОСФЕТ немају струју аналогну базној струји јер су струје гејта нула. Стога смо принуђени да покажемо породицу кривих iD вс vDS, а односи су веома нелинеарни.
Друга разлика се односи на величину и облик омског подручја карактеристичних кривих. Подсетимо се да коришћењем БЈТ-а избегавамо нелинеарни рад избегавањем нижих 5% вредности vCE (тј регион засићења). Видимо да је ширина омске области за ЈФЕТ функција напона од капије до извора. Охмски регион је прилично линеаран све док се колено не појави близу да се укљешти. Овај регион се зове омска област јер када се транзистор користи у овој области, он се понаша као омски отпорник чија је вредност одређена вредношћу vGS. Како се величина напона од капије до извора смањује, ширина омског подручја се повећава. Такође примећујемо са слике 17 да је пробојни напон функција напона од капије до извора. У ствари, да бисмо добили разумно линеарно појачање сигнала, морамо користити само релативно мали сегмент ових кривих – област линеарне операције је у активном региону.
As vDS расте од нуле, на свакој кривој се јавља тачка прекида иза које се струја одвода веома мало повећава као vDS наставља да расте. При овој вредности напона одвод-извор долази до прекида. Пинцх-офф вредности су означене на слици 17 и повезане су испрекиданом кривом која одваја омску област од активног региона. Као vDS наставља да расте након прекида, достиже се тачка у којој напон између одвода и извора постаје толико велики да аваланцхе бреакдовн јавља. (Ова појава се такође јавља у диодама и у БЈТ-овима). На тачки слома, iD нагло расте уз занемарљиво повећање у vDS. Овај квар се дешава на одводном крају споја капија-канал. Дакле, када напон дренажне капије, vDG, прелази пробојни напон (BVЦонстант за pn спој), настаје лавина [за vGS = 0 В]. У овом тренутку, iD-vDS карактеристика показује необичан облик приказан на десном делу слике 17.
Подручје између пинч-офф напона и слома лавине назива се активни регион, радни регион појачавача, регион засићења, Или пинч-офф регион. Охмска област (пре одвајања) се обично назива триоде регион, али се понекад назива и напонски контролисан регион. ЈФЕТ ради у омском региону и када је пожељан променљиви отпорник и у апликацијама за пребацивање.
Пробојни напон је функција од vGS као и вDS. Како се величина напона између капије и извора повећава (негативнији за n-канал и позитивније за p-канал), пробојни напон се смањује (види слику 17). Витх vGS = Vp, струја одвода је нула (осим мале струје цурења), а са vGS = 0, струја одвода се засићује на вредности,
(18)
IДСС је струја засићења одвод-извор.
Између прекида и квара, струја одвода је засићена и не мења се значајно као функција vDS. Након што ЈФЕТ прође радну тачку одвајања, вредност од iD може се добити из карактеристичних кривих или из једначине
(19)
Тачнија верзија ове једначине (узимајући у обзир благи нагиб карактеристичних кривих) је следећа:
(20)
λ је аналогно са λ за МОСФЕТ и до 1/VA за БЈТс. Од λ је мала, претпостављамо да 
. Ово оправдава изостављање другог фактора у једначини и коришћење апроксимације за пристрасност и анализу великог сигнала.
струја засићења од одвода до извора, IДСС, је функција температуре. Утицај температуре на Vp нису велике. Међутим, IДСС смањује се како температура расте, смањење је чак 25% за 100o повећање температуре. Још веће варијације се јављају у Vp IДСС због малих варијација у производном процесу. То се може видети ако погледате Додатак за 2Н3822 где је макс IДСС је 10 мА, а минимум је 2 мА.
Струје и напони у овом одељку су приказани за ан n-канал ЈФЕТ. Вредности за а p-канални ЈФЕТ су обрнути од оних датих за n-канал.
3.3 ЈФЕТ модел наизменичне струје малог сигнала
ЈФЕТ модел малог сигнала може се извести пратећи исте процедуре које се користе за МОСФЕТ. Модел је заснован на односу једначине (20). Ако узмемо у обзир само ac компоненту напона и струја, имамо
(21)
Параметри у једначини (21) дати су парцијалним дериватима,
(22)
Добијени модел је приказан на слици 18. Имајте на уму да је модел идентичан МОСФЕТ моделу који је претходно изведен, осим што су вредности gm ro израчунавају се помоћу различитих формула. У ствари, формуле су идентичне ако Vp је замењено VT.
Слика 18 – ЈФЕТ модел наизменичне струје малог сигнала
Да бисте дизајнирали ЈФЕТ појачало, К-тачка за dc струја преднапона може се одредити или графички, или коришћењем анализе кола уз претпоставку режима прекидања за транзистор. Тхе dc струја пристрасности у К-тачки треба да буде између 30% и 70% од IДСС. Ово лоцира К-тачку у најлинеарнијем региону карактеристичних кривих.
Однос између iD vGS може се нацртати на бездимензионалном графикону (тј. нормализованој кривој) као што је приказано на слици 20.
Вертикална оса овог графикона је iD/IДСС а хоризонтална оса је vGS/Vp. Нагиб кривине је gm.
Разумна процедура за лоцирање мирне вредности близу центра линеарног оперативног региона је да изаберете и . Имајте на уму са слике 6.20 да је ово близу средине криве. Затим бирамо. Ово даје широк распон вредности за vds који држе транзистор у режиму штипања.
Слика КСНУМКС -iD/IДСС против vGS/Vp
Транскондуктивност у К-тачки можемо пронаћи било из нагиба криве са слике 20 или помоћу једначине (22). Ако користимо ову процедуру, параметар транспроводљивости је дат као,
(23)
Запамтите да је ова вредност од gm зависи од претпоставке да ID постављено је на половину IДСС VGS . КСНУМКСVp. Ове вредности обично представљају добру полазну тачку за постављање вредности мировања за ЈФЕТ.