JFET ist ein Junction-Gate-Feldeffekttransistor. Ein normaler Transistor ist ein stromgesteuertes Gerät, das zum Vorspannen Strom benötigt, während der JFET ein spannungsgesteuertes Gerät ist. Wie bei MOSFETs, wie wir in unserem vorherigen Tutorial gesehen haben, verfügt JFET über drei Terminals: Gate, Drain und Source.
JFET ist eine wesentliche Komponente für spannungsgesteuerte Präzisionssteuerungen in der analogen Elektronik. Wir können JFET als spannungsgesteuerte Widerstände oder als Schalter verwenden oder sogar einen Verstärker mit dem JFET herstellen. Es ist auch eine energieeffiziente Version, um die BJTs zu ersetzen. JFET bietet einen geringen Stromverbrauch und eine relativ geringe Verlustleistung, wodurch der Gesamtwirkungsgrad der Schaltung verbessert wird. Es bietet auch eine sehr hohe Eingangsimpedanz, was ein großer Vorteil gegenüber BJTs ist.
Es gibt verschiedene Arten von Transistoren. In der FET-Familie gibt es zwei Untertypen: JFET und MOSFET. Wir haben bereits im vorherigen Tutorial über MOSFET gesprochen. Hier erfahren Sie mehr über JFET.
Arten von JFET
Wie MOSFET hat es zwei Untertypen: N-Kanal-JFET und P-Kanal-JFET.
Das schematische Modell des N-Kanal-JFET und des P-Kanal-JFET ist in der obigen Abbildung dargestellt. Der Pfeil kennzeichnet die Arten von JFET. Der Pfeil, der zum Gate zeigt, zeigt an, dass der JFET ein N-Kanal ist, und andererseits bezeichnet der Pfeil vom Gate einen P-Kanal-JFET. Dieser Pfeil zeigt auch die Polarität des PN-Übergangs an, der zwischen dem Kanal und dem Gate gebildet wird. Interessanterweise eine englische mnemonic dies, dass Pfeil eines N - Kanal - Gerät zeigt „Punkte i n “.
Der durch Drain und Source fließende Strom ist abhängig von der an den Gate-Anschluss angelegten Spannung. Für den N-Kanal-JFET ist die Gate-Spannung negativ und für den P-Kanal-JFET ist die Gate-Spannung positiv.
Bau eines JFET
Im obigen Bild sehen wir den Grundaufbau eines JFET. Der N-Kanal-JFET besteht aus Material vom P-Typ in einem Substrat vom N-Typ, während Materialien vom N-Typ in dem Substrat vom p-Typ verwendet werden, um einen P-Kanal-JFET zu bilden.
JFET wird unter Verwendung des langen Kanals aus Halbleitermaterial konstruiert. Je nach Konstruktionsprozess ist der JFET, wenn er eine große Anzahl positiver Ladungsträger enthält (als Löcher bezeichnet), ein JFET vom P-Typ, und wenn er eine große Anzahl negativer Ladungsträger (als Elektronen bezeichnet) aufweist, wird er als N-Typ bezeichnet JFET.
In dem langen Kanal aus Halbleitermaterial werden an jedem Ende ohmsche Kontakte erzeugt, um die Source- und Drain-Verbindungen zu bilden. Ein PN-Übergang ist auf einer oder beiden Seiten des Kanals ausgebildet.
Arbeiten von JFET
Ein bestes Beispiel, um die Funktionsweise eines JFET zu verstehen, ist die Vorstellung der Gartenschlauchleitung. Angenommen, ein Gartenschlauch sorgt für einen Wasserfluss. Wenn wir den Schlauch zusammendrücken, ist der Wasserfluss geringer und an einem bestimmten Punkt, wenn wir ihn vollständig zusammendrücken, fließt kein Wasser mehr. JFET funktioniert genau so. Wenn wir den Schlauch gegen einen JFET und den Wasserfluss gegen einen Strom austauschen und dann den stromführenden Kanal konstruieren, können wir den Stromfluss steuern.
Wenn an Gate und Source keine Spannung anliegt, wird der Kanal zu einem glatten Pfad, der für den Elektronenfluss weit offen ist. Das Umgekehrte passiert jedoch, wenn eine Spannung zwischen Gate und Source in umgekehrter Polarität angelegt wird, wodurch der PN-Übergang in Sperrrichtung vorgespannt wird und der Kanal durch Erhöhen der Verarmungsschicht enger wird und der JFET in den Abschalt- oder Einklemmbereich versetzt werden kann.
Im folgenden Bild sehen wir den Sättigungsmodus und den Pinch-Off-Modus, und wir können verstehen, dass die Verarmungsschicht breiter und der Stromfluss geringer geworden ist.
Wenn wir einen JFET ausschalten wollen, müssen wir ein negatives Gate für die als V GS bezeichnete Quellenspannung für einen JFET vom N-Typ bereitstellen. Für einen JFET vom P-Typ müssen wir eine positive V GS bereitstellen.
JFET funktioniert nur im Verarmungsmodus, während MOSFETs im Verarmungsmodus und im Verbesserungsmodus arbeiten.
JFET-Charakteristikkurve
In dem obigen Bild ist ein JFET durch eine variable Gleichstromversorgung vorgespannt, die die V GS eines JFET steuert. Wir haben auch eine Spannung an Drain und Source angelegt. Mit der Variablen V GS können wir die IV-Kurve eines JFET zeichnen.
Im obigen IV-Bild sehen wir drei Diagramme für drei verschiedene Werte von V GS- Spannungen, 0 V, -2 V und -4 V. Es gibt drei verschiedene Regionen: Ohmsche, Sättigung und Aufteilung. Während des Ohmschen Bereichs wirkt der JFET wie ein spannungsgesteuerter Widerstand, bei dem der Stromfluss durch die an ihn angelegte Spannung gesteuert wird. Danach gelangt der JFET in den Sättigungsbereich, in dem die Kurve fast gerade ist. Das heißt, der Stromfluss ist stabil genug, wenn der V DS den Stromfluss nicht stören würde. Wenn der V DS jedoch viel größer als die Toleranz ist, wechselt der JFET in den Durchbruchmodus, in dem der Stromfluss unkontrolliert ist.
Diese IV-Kurve ist auch für den P-Kanal-JFET nahezu gleich, es gibt jedoch nur wenige Unterschiede. Der JFET geht in einen Abschaltmodus, wenn V GS und Pinch Voltage oder (V P) gleich sind. Ebenso wie in der obigen Kurve steigt für den N-Kanal-JFET der Drainstrom an, wenn die V GS ansteigt. Für den P-Kanal-JFET nimmt der Drainstrom jedoch ab, wenn die V GS zunimmt.
Vorspannung des JFET
Verschiedene Arten von Techniken werden verwendet, um den JFET in geeigneter Weise vorzuspannen. Von verschiedenen Techniken sind die folgenden drei weit verbreitet:
- Feste DC-Vorspannungstechnik
- Self-Biasing-Technik
- Potenzielle Teilervorspannung
Feste DC-Vorspannungstechnik
Bei der festen DC-Vorspannungstechnik eines N-Kanal-JFET ist das Gate des JFET so verbunden, dass die V GS des JFET die ganze Zeit negativ bleibt. Da die Eingangsimpedanz eines JFET sehr hoch ist, werden im Eingangssignal keine Belastungseffekte beobachtet. Der Stromfluss durch den Widerstand R1 bleibt Null. Wenn wir ein Wechselstromsignal an den Eingangskondensator C1 anlegen, erscheint das Signal über dem Gate. Wenn wir nun den Spannungsabfall über R1 nach dem Ohmschen Gesetz berechnen, ist dies V = I x R oder V- Abfall = Gate-Strom x R1. Da der zum Gate fließende Strom 0 ist, bleibt der Spannungsabfall über dem Gate Null. Durch diese Vorspannungstechnik können wir also den JFET-Drainstrom steuern, indem wir nur die feste Spannung ändern und so die V GS ändern.
Self-Biasing-Technik
Bei der Selbstvorspannungstechnik wird ein einzelner Widerstand über den Source-Pin hinzugefügt. Der Spannungsabfall über dem Quellwiderstand R2 erzeugt das V GS, um die Spannung vorzuspannen. Bei dieser Technik ist der Gate-Strom wieder Null. Die Quellenspannung wird durch das gleiche Ohmsche Gesetz V = I x R bestimmt. Daher ist die Quellenspannung = Drainstrom x Quellwiderstand. Nun kann die Gate-Source-Spannung durch die Unterschiede zwischen Gate-Spannung und Source-Spannung bestimmt werden.
Da die Gate-Spannung 0 ist (da der Gate-Stromfluss 0 ist, gemäß V = IR, Gate-Spannung = Gate-Strom x Gate-Widerstand = 0), ist V GS = 0 - Gate-Strom x Source-Widerstand. Somit wird keine externe Vorspannungsquelle benötigt. Die Vorspannung wird von selbst unter Verwendung des Spannungsabfalls über dem Quellenwiderstand erzeugt.
Potenzielle Teilervorspannung
Bei dieser Technik wird ein zusätzlicher Widerstand verwendet und die Schaltung ist gegenüber der Selbstvorspannungstechnik geringfügig modifiziert. Ein Potentialspannungsteiler unter Verwendung von R1 und R2 liefert die erforderliche Gleichstromvorspannung für den JFET. Der Spannungsabfall über dem Source-Widerstand muss größer sein als die Widerstandsteiler-Gate-Spannung. Auf diese Weise bleiben die V GS negativ.
So wird JFET aufgebaut und vorgespannt.