JFET är Junction gate fält-effekt transistor. Normal transistor är en strömstyrd enhet som behöver ström för förspänning, medan JFET är en spänningsstyrd enhet. Samma som MOSFET, som vi har sett i vår tidigare handledning, har JFET tre terminaler Gate, Drain och Source.
JFET är en viktig komponent för precisionsnivåspänningsstyrda kontroller i analog elektronik. Vi kan använda JFET som spänningsstyrda motstånd eller som omkopplare, eller till och med skapa en förstärkare med JFET. Det är också en energieffektiv version för att ersätta BJT. JFET ger låg strömförbrukning och ganska låg effektförlust, vilket förbättrar kretsens totala effektivitet. Det ger också mycket hög ingångsimpedans vilket är en stor fördel jämfört med BJT.
Det finns olika typer av transistor, i FET-familjen finns det två undertyper: JFET och MOSFET. Vi har redan diskuterat om MOSFET i tidigare handledning, här lär vi dig om JFET.
Typer av JFET
Samma som MOSFET, den har två undertyper - N Channel JFET och P Channel JFET.
N-kanal JFET och P-kanal JFET schematisk modell visas i bilden ovan. Pilen anger vilka typer av JFET. Pilen som visar porten betecknar att JFET är N-kanal och å andra sidan betecknar pilen från porten P-kanal JFET. Denna pil anger också polariteten för PN-korsningen, som bildas mellan kanalen och grinden. Intressant är att en engelsk mnemonic är den här, att pilen på en N-Channel-enhet indikerar "Points i n ".
Strömmen som flyter genom avloppet och källan är beroende av spänningen som appliceras på portterminalen. För N-kanalen JFET är grindspänningen negativ och för P-kanalen JFET är grindspänningen positiv.
Konstruktion av JFET
I bilden ovan kan vi se den grundläggande konstruktionen av en JFET. N-kanal JFET består av P-typmaterial i N-typ substrat medan N-typmaterial används i p-typ substrat för att bilda en P-kanal JFET.
JFET är konstruerad med hjälp av den långa kanalen av halvledarmaterial. Beroende på konstruktionsprocessen, om JFET innehåller ett stort antal positiva laddningsbärare (refererar till hål) är en P-typ JFET, och om den har ett stort antal negativa laddningsbärare (kallas elektroner) kallas N-typ JFET.
I den långa kanalen med halvledarmaterial skapas ohmiska kontakter i varje ände för att bilda käll- och dräneringsanslutningarna. En PN-korsning bildas på en eller båda sidor av kanalen.
Arbeta med JFET
Ett bästa exempel för att förstå hur en JFET fungerar är att föreställa sig trädgårdsslangröret. Anta att en trädgårdsslang ger ett vattenflöde genom den. Om vi pressar slangen kommer vattenflödet att vara mindre och vid en viss punkt om vi klämmer den helt blir det inget vattenflöde. JFET fungerar exakt på det sättet. Om vi byter slangen med en JFET och vattenflödet med en ström och sedan konstruerar den strömförande kanalen kan vi styra strömmen.
När det inte finns någon spänning över grinden och källan blir kanalen en jämn bana som är vidöppen för elektroner att flöda. Men det omvända händer när en spänning appliceras mellan grinden och källan i omvänd polaritet, vilket gör PN-korsningen omvänd förspänd och gör kanalen smalare genom att öka utarmningsskiktet och kan sätta JFET i avskärning eller nypa av region.
I bilden nedan kan vi se mättnadsläget och nypa av-läget och vi kommer att kunna förstå utarmningsskiktet blev bredare och strömflödet blir mindre.
Om vi vill stänga av en JFET måste vi tillhandahålla en negativ grind till källspänningen betecknad som V GS för en N-typ JFET. För en P-typ JFET måste vi tillhandahålla positiv V GS.
JFET fungerar bara i utarmningsläget, medan MOSFET har utarmningsläge och förbättringsläge.
JFET-karaktäristikskurva
I bilden ovan är en JFET förspänd genom en variabel DC-matning, som kommer att styra V GS för en JFET. Vi applicerade också en spänning över avloppet och källan. Med hjälp av variabeln V GS kan vi plotta IV-kurvan för en JFET.
I IV-bilden ovan kan vi se tre grafer för tre olika värden på V GS- spänningar, 0V, -2V och -4V. Det finns tre olika regioner Ohmisk, mättnad och uppdelningsregion. Under det ohmiska området fungerar JFET som ett spänningsstyrt motstånd, där strömflödet styrs av spänning som appliceras på det. Därefter kommer JFET in i mättnadsområdet där kurvan är nästan rak. Det betyder att strömflödet är tillräckligt stabilt där V DS inte skulle störa strömflödet. Men när V DS är mycket mer än toleransen, kommer JFET in i uppdelningsläge där strömflödet är okontrollerat.
Denna IV-kurva är nästan densamma för P-kanalen JFET också, men det finns få skillnader. JFET går in i ett avstängningsläge när V GS och nypspänning eller (V P) är samma. Liksom i ovanstående kurva ökar dräneringsströmmen för N-kanal JFET när V GS ökar. Men för P-kanal JFET minskar avloppsströmmen när V GS ökar.
Förspänning av JFET
Olika typer av tekniker används för att förspänna JFET på ett korrekt sätt. Från olika tekniker används nedan tre i stor utsträckning:
- Fast DC-förspänningsteknik
- Självförspänningsteknik
- Potentiell delningsförspänning
Fast DC-förspänningsteknik
Vid fast DC-förspänningsteknik för en N-kanal JFET är JFET-grinden ansluten på ett sådant sätt att VF: n för JFET förblir negativ hela tiden. Eftersom en JFETs ingångsimpedans är mycket hög observeras inga belastningseffekter i insignalen. Strömmen genom motståndet R1 förblir noll. När vi applicerar en växelströmssignal över ingångskondensatorn C1, visas signalen över grinden. Om vi nu beräknar spänningsfallet över R1, så är det enligt Ohms-lagen V = I x R eller V- dropp = Grindström x R1. Eftersom strömmen som flyter till grinden är 0 förblir spänningsfallet över grinden noll. Så genom denna förspänningsteknik kan vi styra JFET-avloppsströmmen genom att bara ändra den fasta spänningen och därmed ändra V GS.
Självförspänningsteknik
Vid självförspänningsteknik läggs ett enda motstånd över källstiftet. Spänningsfallet över källmotståndet R2 skapar V GS för att förspänna spänningen. I denna teknik är grindströmmen noll igen. Källspänningen bestäms av samma ohm-lag V = I x R. Därför källspänning = Dräneringsström x källmotstånd. Nu kan grind till källspänning bestämmas av skillnaderna mellan grindspänning och källspänning.
Eftersom grindspänningen är 0 (eftersom grindströmmen är 0, enligt V = IR, grindspänning = Grindström x grindmotstånd = 0) är V GS = 0 - Grindström x Källmotstånd. Således behövs ingen extern förspänningskälla. Förspänningen skapas av själv genom att använda spänningsfallet över källmotståndet.
Potentiell delningsförspänning
I denna teknik används ett ytterligare motstånd och kretsen modifieras något från självförspänningstekniken, en potentiell spänningsdelare med R1 och R2 ger den nödvändiga DC-förspänningen för JFET. Spänningsfallet över källmotståndet behövs för att vara större än motståndsdelarens grindspänning. På ett sådant sätt förblir V GS negativ.
Så detta är hur JFET är konstruerat och partiskt.