Sankryžos lauko efekto tranzistoriai arba JFET pamoka

Sankryzos Lauko Efekto Tranzistoriai Arba Jfet Pamoka



Iš įtampos valdomų tranzistorių šeimos Junction Field Effect tranzistoriai priklauso lauko efekto tranzistorių šeimai. Šiems tranzistoriams veikti nereikia įstrižinės srovės, o standartiniams PN jungtims pagrįstiems tranzistoriams veikti reikalinga bazinė srovė. Šiame straipsnyje išsamiai aprašomi JFET.

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.