Τρανζίστορ εφέ πεδίου διακλάδωσης

Το τρανζίστορ είναι ένα γραμμικό όργανο ημιαγωγών που χρησιμοποιεί ένα ηλεκτρικό σήμα χαμηλότερης ισχύος για τον έλεγχο του ρεύματος. Τα διπολικά τρανζίστορ και τα τρανζίστορ φαινομένου πεδίου είναι οι δύο κύριοι τύποι τρανζίστορ. Εξετάσαμε τα διπολικά τρανζίστορ στο προηγούμενο κεφάλαιο, τα οποία χρησιμοποιούν ένα μικρό ρεύμα για τον έλεγχο ενός υψηλού ρεύματος. Σε αυτό το κεφάλαιο, θα καλύψουμε την ευρεία έννοια του τρανζίστορ φαινομένου πεδίου —μια συσκευή που διαχειρίζεται το ρεύμα με μέτρια τάση— πριν εστιάσουμε σε έναν συγκεκριμένο τύπο:το τρανζίστορ φαινομένου διασταύρωσης. Θα μελετήσουμε μια άλλη μορφή τρανζίστορ πεδίου, την ποικιλία της μονωμένης πύλης, στο επόμενο κεφάλαιο.

Τρανζίστορ εφέ πεδίου διασταύρωσης

Στα ηλεκτρονικά κυκλώματα, το τρανζίστορ εφέ πεδίου διακλάδωσης, ή JFET, χρησιμοποιείται συχνά. Το τρανζίστορ εφέ πεδίου σύνδεσης είναι ένα αξιόπιστο και χρήσιμο ηλεκτρονικό εξάρτημα που μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε ένα ευρύ φάσμα ηλεκτρονικών κυκλωμάτων, από ενισχυτές έως κυκλώματα μεταγωγής, με μεγάλη ευκολία.

Το τρανζίστορ εφέ πεδίου διακλάδωσης είναι μια απλή συσκευή ημιαγωγών που μπορεί να αγοραστεί με φτηνό κόστος. Αυτό τα καθιστά ιδανικά για χρήση σε μια ποικιλία ηλεκτρικών κυκλωμάτων όπου είναι επιθυμητή μια ισχυρή σχέση κόστους-απόδοσης.

Τα JFET υπάρχουν εδώ και πολύ καιρό και ενώ δεν έχουν τα ίδια υψηλά επίπεδα αντίστασης εισόδου DC με τα MOSFET, εξακολουθούν να είναι αρκετά αξιόπιστα, στιβαρά και απλά στη χρήση. Ως αποτέλεσμα, αυτά τα ηλεκτρονικά εξαρτήματα είναι μια εξαιρετική αντικατάσταση για ένα ευρύ φάσμα σχεδίων ηλεκτρονικών κυκλωμάτων. Επίσης, είναι προσβάσιμα εξαρτήματα σε διαμορφώσεις συσκευών με μόλυβδο και επιφανειακή τοποθέτηση.

                       Τυπική συσκευή ημιαγωγών JFET

JFET N-καναλιού

Το κατευθυνόμενο ρεύμα σε ένα τρανζίστορ φαινομένου πεδίου σύνδεσης ή JFET, ρέει από πηγή σε αποχέτευση ή αποχέτευση σε πηγή, ανάλογα με την κατάσταση. Μεταξύ της πύλης και της πηγής, εφαρμόζεται η τάση ρύθμισης. Αξίζει να σημειωθεί ότι το ρεύμα δεν χρειάζεται να περάσει μέσα από μια διασταύρωση PN στη διαδρομή του από την πηγή στην αποχέτευση:η διαδρομή (γνωστή ως κανάλι) είναι ένα συνεχές μπλοκ από υλικό ημιαγωγών. Αυτό το κανάλι είναι ένας ημιαγωγός τύπου Ν στο παραπάνω σχήμα. JFET με κανάλια τύπου P είναι επίσης διαθέσιμα:

JFET καναλιού P

Τα JFET N καναλιού χρησιμοποιούνται πιο συχνά από τα JFET καναλιού P. Οι λόγοι για αυτό έχουν να κάνουν με αιχμηρές πτυχές της θεωρίας ημιαγωγών που θα προτιμούσα να μην εξετάσω σε αυτό το κεφάλαιο. Πιστεύω ότι, όπως τα διπολικά τρανζίστορ, η καλύτερη μέθοδος για την εισαγωγή τρανζίστορ φαινομένου πεδίου είναι να αγνοήσουμε τη θεωρία όσο το δυνατόν περισσότερο και αντ' αυτού να εστιάσουμε σε πρακτικά χαρακτηριστικά. Η πόλωση της διασταύρωσης PN που δημιουργείται μεταξύ του υλικού της πύλης και του καναλιού είναι η μόνη πρακτική διάκριση μεταξύ των JFET καναλιών N και P που πρέπει να σκεφτείτε πλέον.

Το κανάλι είναι μια ευρέως ανοιχτή διαδρομή για τη διέλευση ρεύματος όταν δεν εφαρμόζεται τάση μεταξύ της πύλης και της πηγής. Ωστόσο, εάν μια τάση τέτοιας πολικότητας τοποθετηθεί μεταξύ πύλης και πηγής που πολώνει αντίστροφα τη διασταύρωση PN, η ροή μεταξύ των συνδέσεων πηγής και αποστράγγισης περιορίζεται ή ρυθμίζεται, όπως ακριβώς ήταν για τα διπολικά τρανζίστορ με σταθερό ρεύμα βάσης. Όλο το ρεύμα σε όλη την πηγή και την αποστράγγιση «αποκλείεται» από τη μέγιστη τάση της πύλης, αναγκάζοντας το JFET σε κατάσταση κοπής.

Βασικά στοιχεία του JFET

Ένα τρανζίστορ εφέ πεδίου, που συχνά αναφέρεται ως FET, είναι ένα τμήμα πυριτίου του οποίου η αγωγιμότητα ρυθμίζεται από ένα ηλεκτρικό πεδίο. Το κανάλι είναι ένα κομμάτι πυριτίου μέσω του οποίου ρέει ρεύμα και αποτελείται από μία από τις δύο κατηγορίες πυριτίου:τύπου N ή τύπου P.

Οι συνδέσεις πηγής και αποστράγγισης βρίσκονται στα δύο άκρα της συσκευής. Το ρεύμα ελέγχεται από ένα ηλεκτρικό πεδίο που παρέχεται σε ένα τρίτο ηλεκτρόδιο γνωστό ως πύλη.

Η συσκευή θεωρείται ότι λειτουργεί με τάση, καθώς μόνο το ηλεκτρικό πεδίο ελέγχει το ρεύμα που ρέει στο κανάλι. Έχει επίσης μεγάλη σύνθετη αντίσταση εισόδου, συνήθως πολλά megohm. Αυτό μπορεί να είναι ένα σημαντικό πλεονέκτημα σε σχέση με ένα διπολικό τρανζίστορ που λειτουργεί με ρεύμα και με σημαντικά χαμηλότερη αντίσταση εισόδου.

Λειτουργία JFET

Τα FET διασταύρωσης είναι τρανζίστορ ελεγχόμενης τάσης. Με άλλους όρους, οι τάσεις που εφαρμόζονται στην πύλη ελέγχουν τη λειτουργία της συσκευής.

Και οι δύο συσκευές καναλιού N και καναλιών P λειτουργούν με τον ίδιο τρόπο, με την εξαίρεση ότι οι φορείς φορτίου αναστρέφονται σε έναν, με αποτέλεσμα να δημιουργούνται ηλεκτρόνια στο ένα και οπές στο άλλο. Θα συζητηθεί η περίπτωση μιας συσκευής N-καναλιού καθώς είναι η πιο διαδεδομένη.

Το πάχος αυτού του στρώματος είναι ανάλογο με τον βαθμό της αντίστροφης πόλωσης της διασταύρωσης. Με άλλα λόγια, όταν η αντίστροφη πόλωση είναι μικρή, το στρώμα εξάντλησης εκτείνεται μόνο σε μικρή απόσταση μέσα στο κανάλι, αφήνοντας μια τεράστια περιοχή για τη διέλευση του νερού.

Όταν η πύλη υποβάλλεται σε σημαντική αρνητική προκατάληψη, το στρώμα εξάντλησης επεκτείνεται, φθάνοντας περαιτέρω στο κανάλι και ελαχιστοποιώντας την περιοχή πάνω από την οποία μπορεί να ρέει ρεύμα.

Εφαρμογές κυκλώματος JFET

Τα JFET είναι εξαιρετικά χρήσιμα ηλεκτρονικά εξαρτήματα και χρησιμοποιούνται σε διάφορα σχέδια τεχνολογικών κυκλωμάτων. Έχουν μια σειρά από ευδιάκριτα πλεονεκτήματα που μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε πολλά κυκλώματα.

• Απλή προκατάληψη

• Υψηλή αντίσταση εισόδου

• Χαμηλός θόρυβος

Τα JFET χρησιμοποιούνται σε ένα ευρύ φάσμα κυκλωμάτων, από ενισχυτές έως ταλαντωτές, λογικούς διακόπτες έως φίλτρα και πολλές άλλες εφαρμογές, λόγω των χαρακτηριστικών τους.

Δομή &κατασκευή JFET

Τα JFET είναι διαθέσιμα τόσο σε διαμορφώσεις καναλιών N όσο και σε P. Είναι αρκετά πανομοιότυπα μεταξύ τους, με τη διαφορά ότι οι περιοχές N και P στην παρακάτω δομή μεταφέρονται.

Η κατασκευή των FET μπορεί να γίνει με διάφορους τρόπους. Ένα υπόστρωμα με έντονη πρόσμιξη χρησιμεύει ως δεύτερη πύλη σε συσκευές πυριτίου.

Η ενεργή περιοχή τύπου n μπορεί στη συνέχεια να δημιουργηθεί με επιταξία, διάχυση ακαθαρσιών στο υπόστρωμα ή εμφύτευση ιόντων. Όταν χρησιμοποιείται αρσενίδιο του γαλλίου, ως υπόστρωμα χρησιμοποιείται ένα ημιμονωτικό εγγενές στρώμα. Αυτό ελαχιστοποιεί τα επίπεδα τυχόν αδέσποτων χωρητικοτήτων, επιτρέποντας καλή απόδοση υψηλής συχνότητας.

Χαρακτηριστικά JFET

Οι διάφοροι τύποι χαρακτηριστικών JFET.

1. Χαρακτηριστικό αποστράγγισης JFET με Shorted-Gate:Το χαρακτηριστικό εξόδου ενός τρανζίστορ φαινομένου πεδίου σύνδεσης μπορεί να περιγραφεί με δύο τρόπους. Το πρώτο είναι όταν η πύλη βραχυκυκλώνεται στα 0 βολτ. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα μια ενιαία καμπύλη για τη συσκευή ημιαγωγών, που δείχνει πώς λειτουργεί υπό αυτές τις συνθήκες.

2. Χαρακτηριστικά αποστράγγισης JFET με εξωτερική προκατάληψη:Είναι επίσης σημαντικό να γνωρίζετε πώς συμπεριφέρεται το FET διασταύρωσης όταν εκτίθεται σε διάφορες ποσότητες προκατάληψης. Μετά από αυτό, παρέχονται καμπύλες που αντιπροσωπεύουν τα χαρακτηριστικά σε διάφορα επίπεδα προκατάληψης.

3. Χαρακτηριστικό μεταφοράς JFET:Η πράξη μεταφοράς ενός τρανζίστορ φαινομένου πεδίου σύνδεσης δείχνει πώς οι διακυμάνσεις στην τάση πύλης, VGSM, επηρεάζουν το ρεύμα εξόδου ή αποστράγγισης, ID.

Συμπέρασμα

Το JFET σημαίνει τρανζίστορ εφέ πεδίου διακλάδωσης και είναι μια πηγή ρεύματος διαχειριζόμενης τάσης με εξαιρετικά υψηλή σύνθετη αντίσταση εισόδου. Σε αντίθεση με το BJT, το JFET είναι ένα τρανζίστορ μονοπολικής διασταύρωσης που χρησιμοποιείται ως ενισχυτής σε πολλά ηλεκτρονικά συστήματα.