Sankryžos lauko efekto tranzistoriai
Jungties lauko efekto tranzistoriai yra įtampa valdomi puslaidininkiniai tranzistoriai. Tai vienkrypčiai tranzistoriai su trimis gnybtais; kanalizacija, šaltinis ir vartai. JFET neturi PN jungčių, tačiau jie sudaryti iš puslaidininkinių medžiagų kanalų.
Konstrukcija ir klasifikacijos
JFET turi didelį kanalą daugumos krūvininkų srautui. Šis kanalas žinomas kaip substratas. Pagrindas gali būti P tipo arba N tipo medžiagos. Du išoriniai kontaktai, žinomi kaip ominiai kontaktai, dedami abiejuose kanalo galuose. JFET klasifikuojami pagal puslaidininkinę substrato medžiagą jų konstrukcijoje.
N kanalo JFET tranzistoriai
Kanalas pagamintas iš N tipo priemaišų, o vartai iš P tipo priemaišų medžiagos. N tipo medžiaga reiškia, kad penkiavalentės priemaišos buvo legiruotos, o dauguma krūvininkų yra laisvieji elektronai kanale. Žemiau parodyta pagrindinė N kanalo JFET konstrukcija ir simbolinis pristatymas:
P kanalo JFET tranzistoriai
Kanalas sudarytas iš P tipo priemaišų, o vartai iš N tipo priemaišų. P kanalas reiškia, kad kanale buvo legiruotos trivalentės priemaišos, o dauguma krūvininkų yra skylės. Žemiau parodyta pagrindinė P-Channel JFET konstrukcija ir simbolinis pristatymas:
JFET darbas
JFET dažnai aprašomi pagal vandens žarnos vamzdžio analogiją. Vandens srautas vamzdžiais yra analogiškas elektronų srautui JFET kanalais. Vandens vamzdžio suspaudimas lemia vandens srauto kiekį. Panašiai, JFET atveju, taikant įtampą tarp vartų gnybtų, susiaurėja arba išplečiamas kanalas, skirtas krūviams perkelti iš šaltinio į kanalizaciją.
Kai taikoma atvirkštinė įtampa tarp vartų ir šaltinio, kanalas susiaurėja, o išeikvojimo sluoksnis didėja. Šis veikimo režimas vadinamas suspaudimo režimu. Toks kanalo elgesys pavaizduotas toliau:
JFET charakteristikų kreivė
JFET yra išeikvojimo režimo įrenginiai, o tai reiškia, kad jie veikia plečiant arba susiaurinant išeikvojimo sluoksnius. Norint išanalizuoti visus veikimo režimus, N kanalo JFET taikomas toks poslinkio išdėstymas.
JFET gnybtuose taikomos dvi skirtingos poslinkio įtampos. VDS taikomas tarp kanalizacijos ir šaltinio, o VGS taikomas tarp vartų ir šaltinio, kaip parodyta aukščiau esančiame paveikslėlyje.
JFET veiks keturiais skirtingais veikimo režimais, kaip aptarta toliau.
1: Ohminis režimas
Ohminis režimas yra normali būsena, kai jo gnybtuose netaikoma įtampa. Todėl VGS = 0 ominiu režimu. Išsekimo sluoksnis turi būti labai plonas, o JFET veikia kaip ominis elementas, pvz., rezistorius.
2: Suspaudimo režimas
Atjungimo režimu užtvarai ir šaltiniui taikoma pakankama poslinkio įtampa. Taikoma atvirkštinio poslinkio įtampa ištempia išeikvojimo sritį iki didžiausio lygio, todėl kanalas elgiasi kaip atviras jungiklis, priešinantis srovės srautui.
3: Sodrumo režimas
Vartų ir šaltinio poslinkio įtampa kontroliuoja srovės srautą per JFET kanalą. Srovė kinta keičiantis poslinkio įtampai. Nutekėjimo ir šaltinio poslinkio įtampa šiuo režimu turi nereikšmingą poveikį.
4: Suskirstymo režimas
Nutekėjimo ir šaltinio šališkumo įtampa padidėja iki tokio lygio, kuris suardo išeikvojimo sluoksnį JFET kanale. Tai lemia didžiausią srovės srautą kanale.
JFET parametrų matematinės išraiškos
Soties režimais JFET patenka į laidininko režimus, kai įtampa keičia srovę. Todėl galima įvertinti nutekėjimo srovę. Išleidimo srovės įvertinimo išraiška pateikiama taip:
Naudojant vartų įtampą, kanalas išsiplečia arba susiaurėja. Kanalo varža, atsižvelgiant į nutekėjimo šaltinio įtampą, išreiškiama taip:
RDS taip pat gali būti apskaičiuojamas pagal translaidumo padidėjimą, gm:
JFET konfigūracijos
JFET galima įvairiais būdais prijungti naudojant įvesties įtampą. Šios konfigūracijos yra žinomos kaip bendro šaltinio, bendrų vartų ir bendrų nutekėjimo konfigūracijų.
Bendrojo šaltinio konfigūracija
Įprasto šaltinio konfigūracijoje JFET šaltinis yra įžemintas, o įvestis prijungiama prie vartų gnybto, o išėjimas paimamas iš kanalizacijos. Ši konfigūracija siūlo didelės įėjimo varžos ir įtampos stiprinimo funkcijas. Ši stiprintuvo režimo konfigūracija yra labiausiai paplitusi iš visų JFET konfigūracijų. Gautas išėjimas yra 180 laipsnių nefazinis su įėjimu.
Bendra vartų konfigūracija
Įprastoje vartų konfigūracijoje vartai įžeminami, kai įvestis yra prijungta prie šaltinio, o išėjimas paimamas iš kanalizacijos. Kadangi vartai yra sujungti su įžeminimu, konfigūracija turi mažą įėjimo varžą, bet didesnę išėjimo varžą. Gautas išėjimas yra fazėje su įėjimu:
Bendra kanalizacijos konfigūracija
Bendrame nutekėjime įvestis yra prijungta prie vartų, o išėjimas yra prijungtas iš šaltinio gnybto. Ši konfigūracija taip pat siūlo mažą įėjimo varžą ir didesnę išėjimo varžą, kaip ir įprasta vartų konfigūracija, tačiau čia įtampos padidėjimas yra maždaug vienodas.
Ši konfigūracija taip pat atitinka bendrą šaltinį, kai įvestis yra prijungta prie vartų, tačiau bendro šaltinio konfigūracija turi mažiau nei vienetą.
Taikymas – JFET stiprintuvo konfigūracija
JFET gali būti priversti veikti kaip A klasės stiprintuvai, kai vartų terminalas yra prijungtas prie įtampos skirstytuvo tinklo. Išorinė įtampa yra tiekiama per šaltinio gnybtą, kuris dažniausiai sukonfigūruotas taip, kad būtų viena ketvirtoji VDD žemiau esančioje grandinėje.
Todėl šaltinio įtampa gali būti išreikšta taip:
Be to, šaltinio įtampą galima apskaičiuoti pagal šią išraišką:
Drenažo srovę galima apskaičiuoti pagal aukščiau pateiktą konfigūraciją, kaip nurodyta toliau:
Vartų įtampą galima gauti kaip rezistorių R1 ir R2 verčių funkciją, kaip nurodyta toliau.
1 pavyzdys: V apskaičiavimas DD
Jeigu V GS (išjungta) =-8V, I DSS = 24mA JFET toliau nurodytoje konfigūracijoje, apskaičiuokite V DD kaip parodyta paveikslėlyje, kai R D = 400.
Nuo
Pirmiau nurodyta yra mažiausia VDS vertė, kad JFET veiktų nuolatinės srovės srityje, todėl:
Taip pat
Taikant KVL kanalizacijos kontūre:
2 pavyzdys: Nustatykite išleidimo srovės vertę
Nustatykite nutekėjimo srovės vertę, kai VGS = 3 V, VGS (Išjungta) = -5 V, IDSS = 2 mA, esant žemesnei JFET konfigūracijai.
Nutekėjimo srovės išraiška yra tokia:
Išvada
Sankryžos lauko efekto tranzistoriai yra trys galiniai puslaidininkiniai įtaisai, kurie veikia su išeikvotų sričių elgesiu skirtingais veikimo režimais. Jie neturi PN sandūrų, bet yra pagaminti iš puslaidininkinių medžiagų kanalų.