Ristmiku väljatransistorid
Junction Field Effect Transistorid on pingega juhitavad pooljuhttransistorid. Need on kolme klemmiga ühesuunalised transistorid; äravool, allikas ja värav. JFET-idel pole PN-ühendusi, kuid need koosnevad pooljuhtmaterjalide kanalitest.
Ehitus ja klassifikatsioonid
JFET-idel on suur kanal enamuslaengukandjate voo jaoks. Seda kanalit tuntakse substraadina. Substraat võib olla P-tüüpi või N-tüüpi materjalist. Kaks välist kontakti, mida nimetatakse oomilisteks kontaktideks, on paigutatud kanali kahte otsa. JFET-id klassifitseeritakse nende ehituses oleva substraadi pooljuhtmaterjali alusel.
N-kanali JFET transistorid
Kanal on valmistatud N-tüüpi lisandimaterjalist, väravad aga P-tüüpi lisandimaterjalist. N-tüüpi materjal tähendab, et viievalentsed lisandid on legeeritud ja enamik laengukandjaid on kanalis olevad vabad elektronid. N-kanali JFET-ide põhikonstruktsioon ja sümboolne esitlus on näidatud allpool:
P-kanali JFET transistorid
Kanal koosneb P-tüüpi lisandimaterjalist, väravad aga N-tüüpi lisandimaterjalist. P-kanal tähendab, et kanalisse on legeeritud kolmevalentsed lisandid ja enamus laengukandjad on augud. P-Channel JFETi põhikonstruktsioon ja sümboolne esitlus on näidatud allpool:
JFET-ide töö
JFET-e kirjeldatakse sageli veevooliku toru analoogiga. Vee vool läbi torude on analoogne elektronide vooluga läbi JFET-i kanalite. Veetoru pigistamine määrab vee vooluhulga. Sarnaselt otsustab JFET-ide puhul pinge rakendamine paisu klemmide vahel kanali kitsendamise või laiendamise, et laengud liiguksid allikast äravoolu.
Kui paisule ja allikale rakendatakse vastupidise eelpinge pinget, siis kanal kitseneb, samal ajal kui tühjenduskiht suureneb. Seda töörežiimi nimetatakse pigistamise režiimiks. Sellist kanali käitumist on kirjeldatud allpool:
JFET-i karakteristikute kõver
JFET-id on tühjendusrežiimi seadmed, mis tähendab, et need töötavad tühjenduskihtide laiendamisel või kitsendamisel. Täielike töörežiimide analüüsimiseks rakendatakse N-kanali JFET-i jaoks järgmist kallutamise korraldust.
JFET-i klemmidele rakendatakse kahte erinevat eelpingepinget. VDS-i rakendatakse äravoolu ja allika vahele, VGS-i aga värava ja allika vahele, nagu on näidatud ülaltoodud joonisel.
JFET töötab neljas erinevas töörežiimis, nagu allpool kirjeldatud.
1: Ohmic režiim
Ohmiline režiim on normaalne olek, mille klemmidele ei rakendata eelpingeid. Seetõttu VGS = 0 oomilises režiimis. Tühjenduskiht peab olema väga õhuke ja JFET toimib nagu oomiline element, näiteks takisti.
2: pigistamise režiim
Väljalülitusrežiimis rakendatakse paisule ja allikale piisav eelpinge. Rakendatud pöördpinge venitab ammendumise piirkonna maksimaalse tasemeni ja seetõttu käitub kanal nagu avatud lüliti, mis takistab vooluvoolu.
3: küllastusrežiim
Värava ja allika eelpinge juhib voolu voolu läbi JFET-i kanali. Vool muutub sõltuvalt eelpinge muutumisest. Äravoolu ja allika eelpinge mõju selles režiimis on tühine.
4: jaotusrežiim
Äravoolu ja allika eelpinge tõuseb tasemeni, mis lõhub JFET-ide kanalis ammendumise kihi. See viib kanali maksimaalse vooluni.
JFET-i parameetrite matemaatilised avaldised
Küllastusrežiimides sisenevad JFET-id juhirežiimidesse, kus pinge muudab voolu. Seetõttu saab äravoolu voolu hinnata. Äravooluvoolu hindamise avaldis saadakse järgmiselt:
Kanal laieneb või kitseneb paisupinge rakendamisel. Kanali takistust äravooluallika pinge rakendamisel väljendatakse järgmiselt:
RDS-i saab arvutada ka läbijuhtivuse võimenduse, gm:
JFET-i konfiguratsioonid
JFET-e saab sisendpingetega ühendada mitmel viisil. Neid konfiguratsioone tuntakse ühise allika, ühise värava ja tavaliste äravoolukonfiguratsioonidena.
Ühise allika konfiguratsioon
Tavalise allika konfiguratsioonis on JFET-i allikas maandatud ja sisend on ühendatud värava klemmiga, samal ajal kui väljund võetakse äravoolust. See konfiguratsioon pakub suure sisendtakistuse ja pinge võimendamise funktsioone. See võimendirežiimi konfiguratsioon on kõigist JFET-i konfiguratsioonidest kõige levinum. Saadud väljund on sisendiga 180 kraadi faasist väljas.
Ühise värava konfiguratsioon
Tavalise väravakonfiguratsiooni korral on värav maandatud, kui sisend on ühendatud allikaga ja väljund võetakse äravoolust. Kuna värav on ühendatud maandusega, on konfiguratsioonil madal sisendtakistus, kuid suurem väljundtakistus. Saadud väljund on sisendiga faasis:
Ühise äravoolu konfiguratsioon
Ühises äravoolus on sisend ühendatud väravaga, samas kui väljund on ühendatud allika terminalist. See konfiguratsioon pakub ka madalat sisendtakistust ja suuremat väljundtakistust nagu tavaline paisu konfiguratsioon, kuid pinge võimendus on siin ligikaudu ühtlane.
See konfiguratsioon sobib ka ühise allikaga, kus sisend on ühendatud väravaga, kuid ühise allika konfiguratsiooni võimendus on väiksem kui ühtsus.
Rakendus – JFET-i võimendi konfigureerimine
JFET-id saab panna töötama A-klassi võimendina, kui paisuklemm on ühendatud pingejaguri võrguga. Allikklemmile rakendatakse välist pinget, mis on enamasti konfigureeritud allolevas ahelas ühele neljandikule VDD-st.
Seetõttu saab allika pinget väljendada järgmiselt:
Samuti saab allika pinget arvutada alloleva avaldise abil:
Äravooluvoolu saab arvutada ülaltoodud konfiguratsioonist järgmiselt:
Paisupinge on võimalik saada funktsioonina takistite R1 ja R2 väärtustest, nagu allpool toodud.
Näide 1: V arvutamine DD
Kui V GS (väljas) =-8 V, I DSS =24mA JFET-i jaoks allolevas konfiguratsioonis, arvutage V DD nagu on näidatud joonisel, kui R D =400.
Alates
Ülaltoodud väärtus on VDS-i minimaalne väärtus, et JFET töötaks püsivoolu piirkonnas, seega:
Samuti
Rakendades KVL-i äravooluringile:
Näide 2: Määrake äravooluvoolu väärtus
Määrake äravoolu voolu väärtus, kui VGS = 3 V, VGS (Väljas) = -5 V, IDSS = 2 mA madalama JFET konfiguratsiooni korral.
Äravoolu voolu avaldis on:
Järeldus
Junction Field Effect Transistorid on kolm terminali pooljuhtseadet, mis töötavad tühjenduspiirkondade käitumisega erinevates töörežiimides. Neil pole PN-ühendusi, kuid need on valmistatud pooljuhtmaterjalide kanalitest.