Jfet транзистор: Введение в полевые транзисторы (JFET)

Содержание

Введение в полевые транзисторы (JFET)

Добавлено 24 марта 2018 в 15:35

Сохранить или поделиться

Транзистор представляет собой линейное полупроводниковое устройство, которое управляет током с помощью электрического сигнала меньшей мощности. Транзисторы можно грубо сгруппировать в два основных типа: биполярные и полевые. В предыдущей главе мы изучили биполярные транзисторы, которые используют малый ток для управления большим током. В данной главе мы введем основное понятие полевого транзистора (устройства, использующего малое напряжение для управления током), а затем сосредоточимся на одном конкретном типе: полевой транзистор с управляющим PN переходом. В следующей главе мы рассмотрим еще один тип полевых транзисторов, полевой транзистор с изолированным затвором.

Все полевые транзисторы являются однополярными, а не биполярными устройствами. То есть основной ток через них состоит из электронов в полупроводнике N-типа или из дырок в полупроводнике P-типа. Это становится более очевидным, если посмотреть на физическую структуру устройства:

N-канальный полевой транзистор

В полевом транзисторе с управляющим PN-переходом (JFET) управляемый ток проходит от истока к стоку или от стока к истоку в зависимости от полярности. Управляющее напряжение подается между затвором и истоком. Обратите внимание, что ток не должен проходить через PN-переход на своем пути между истоком и стоком: путь (называемый каналом) является непрерывным блоком полупроводникового материала. На показанном изображении этот канал является полупроводником N-типа. Также производятся полевые транзисторы с каналом P-типа:

P-канальный полевой транзистор

Как правило, N-канальные полевые транзисторы используются чаще, чем P-канальные. Причины этого связаны с некоторыми деталями в теории полупроводников, которые я бы предпочел не обсуждать в этой главе. Как и в случае с биполярными транзисторами, я считаю, что лучший способ первоначального изучения полевых транзисторов – избегать теории, когда это возможно, и сосредоточиться вместо этого на рабочих характеристиках.

Единственное практическое различие между N- и P-канальными полевыми транзисторами, которое вам необходимо сейчас знать, – это смещение PN-перехода, образованного между материалом затвора и каналом.

При отсутствии напряжения между затвором и истоком канал представляет собой широко открытый путь для потока электронов. Однако, если между затвором и истоком приложено напряжение такой полярности, что PN-переход смещен в обратном направлении, поток между истоком и стоком начинает ограничиваться или регулироваться, так же как это было и с биполярными транзисторами при установке тока базы. Максимальное напряжение затвор-исток «передавливает» весь ток от истока к стоку, тем самым заставляя полевой транзистор работать в режиме отсечки. Это поведение связано с тем, что область истощения PN-перехода расширяется под воздействием напряжения обратного смещения, в конечном счете занимая всю ширину канала, если напряжение достаточно велико. Это воздействие можно сравнить с уменьшением потока жидкости через гибкий шланг при его сжимании: при применении достаточной силы шланг будет пережат достаточно, чтобы полностью блокировать поток.

Сравнение работы полевого транзистора с передавливанием гибкого шланга

Обратите внимание на то, как это поведение полностью противоположно биполярному транзистору. Биполярные транзисторы являются нормально выключенными устройствами: если нет тока через базу, то нет тока через коллектор или эмиттер. Полевые транзисторы, наоборот, являются

нормально включенными устройствами: отсутствие напряжения, приложенного к затвору, допускает протекание максимального тока между истоком и стоком. Кроме того, обратите внимание, что величина тока через полевой транзистор определяется сигнальным напряжением, а не сигнальным током, как у биполярных транзисторов. Фактически, когда PN-переход затвор-исток смещен в обратном направлении, ток через затвор должен быть близок к нулю. По этой причине мы классифицируем полевой транзистор как устройство, управляемое напряжением, а биполярный транзистор как устройство, управляемое током.

Если PN-переход затвор-исток смещен небольшим напряжением в прямом направлении, канал полевого транзистора «открывается» немного больше, чтобы пропустить больший ток.

Тем не менее, PN-переход полевого транзистора не предназначен для обработки какой-либо существенной величины тока, и поэтому ни при каких обстоятельствах не рекомендуется использовать прямое смещение перехода.

Это очень сжатый обзор работы полевого транзистора. В следующем разделе мы рассмотрим использование полевого транзистора в качестве коммутационного устройства.

Оригинал статьи:

Теги

PN переходОбучениеПолевой транзисторЭлектроника

Сохранить или поделиться

Полевой транзистор с управляющим PN-переходом JFET

Полевой транзистортранзистор, в котором сила проходящего через него тока регулируется внешним электрическим полем, т.е напряжением. Это принципиальное различие между ним и биполярным транзистором, где сила основного тока регулируется управляющим током.

Поскольку у полевого транзистора нет управляющего тока, то у него очень высокое входное сопротивление, достигающее сотен ГигаОм и даже ТерраОм (против сотен КилоОм у биполярного транзистора).

Еще полевые транзисторы иногда называют униполярными, поскольку носителями электрического заряда в нем выступают только электроны или только дырки. В работе же биполярного транзистора, как следует из названия, участвует одновременно два типа носителей заряда – электроны и дырки.

Классификация полевых транзисторов

Полевые транзисторы (FET: Field-Effect-Transistors) разделяются на два типа – полевой транзистор с управляющим PN-переходом

(JFET: Junction-FET) и полевой транзистор с изолированным затвором (MOSFET: Metal-Oxid-Semiconductor-FET).

Каждый из типов может быть как с N–каналом, так и с P-каналом. У транзисторов с N-каналом в роли носителей электрического заряда выступают электроны. У транзисторов с P-каналом – дырки. В этой статье речь пойдет о полевом транзисторе с управляющим PN-переходом JFET c N-каналом. Принцип работы транзистора P-типа аналогичен, только меняется полярность источников напряжения.

Устройство полевого транзистора JFET с N-каналом

Как показано на рисунке ниже, область полупроводника N-типа формирует канал между зонами P-типа. Электроды, подключаемые к концам N-канала, называются

сток и исток. Полупроводники P-типа электрически соединяются между собой (закорачиваются), и представляют собой один электрод – затвор.

Вблизи стока и истока находятся области повышенного легирования N+. T. e. зоны с повышенной концентрацией электронов. Это улучшает проводимость канала. Кроме этого, наличие областей N+ ослабляет эффект появления паразитических PN-переходов в случае присоединения проводников из трехвалентного алюминия.

Имена электродов сток и исток носят условный характер. Если взять отдельный полевой транзистор, не подключенный к какой-либо схеме, то не будет иметь значения какая ножка корпуса сток, а какая исток. Имя электрода будет зависеть от его расположения в электрической цепи.

Работа полевого транзистора JFET с N-каналом

1. Напряжение на затворе Uзи = 0

Подключим источник положительного напряжения к стоку, землю к истоку. Затвор также подсоединим к земле (Uзи = 0). Начнем постепенно повышать напряжение на стоке Uси. Пока Uси низкое, ширина канала максимальна. В таком состоянии полевой транзистор ведет себя как обычный проводник. Чем больше напряжение между стоком и истоком Uси, тем больше ток через канал между стоком и истоком Iси. Это состояние еще называют омическая область.

При повышении Uси, в полупроводнике N-типа в зонах PN-перехода постепенно снижается количество свободных электронов – появляется обедненный слой. Этот слой растет несимметрично – больше со стороны стока, поскольку туда подключен источник напряжения. В результате канал сужается настолько, что при дальнейшем повышении Uси, Iси будет расти очень незначительно.

Это состояние называют режим насыщения.

2. Напряжение на затворе Uзи

Когда транзистор находится в режиме насыщения, канал относительно узкий. Достаточно подать небольшое отрицательное напряжение на затвор Uзи, для того чтобы еще сильнее сузить канал и значительно уменьшить ток Iси (для транзистора с P-каналом на затвор подается положительное напряжение ). Если продолжить понижать Uзи, канал будет сужаться, пока полностью не закроется, и ток Iси не прекратится. Значение Uзи, при котором ток Iси останавливается, называется напряжение отсечки (Uотс).

Для усиления сигнала полевой транзистор JFET используют в режиме насыщения, так как в этом состоянии вследствие небольших изменений Uзи сильно меняется Iси. Параметр усилительной способности JFET – это крутизна стоко-затворной характеристики (Mutual Transconductance). Обозначается gm или S, и измеряется в mA/V (милиАмпер/Вольт).

Преимущества и недостатки полевого транзистора JFET

Высокое входное сопротивление

Одно из важнейших свойств полевых транзисторов, как уже упоминалось выше, это очень высокое входное сопротивление Rвх (Rin). Причем у полевых транзисторов с изолированным затвором MOSFET, Rin в среднем еще на несколько порядков выше, чем у JFET. Благодаря этому, полевые транзисторы практически не потребляют ток у источников сигнала, который надо усилить.

Например, цифровая схема микроконтроллера генерирует сигнал, управляющий работой электромотора. Такого рода схема обычно располагает очень малым током на выходе, что явно недостаточно для двигателя. Здесь потребуется усилитель, потребляющий крайне мало тока на входе, и выдающий на выходе сигнал такой же формы и частоты как на выходе у микроконтроллера, только уже с большим выходным током. Здесь как раз и подойдет усилитель, основанный на JFET транзисторе с высоким входным сопротивлением.

Низкий коэффициент усиления по напряжению

Значительным недостатком JFET по сравнению с биполярным транзистором является очень низкий коэффициент усиления по напряжению. Если построить усилитель на основе одного прибора JFET, можно добиться Vout/Vin в лучшем случае около 20. При аналогичном использовании биполярного транзистора с высокой β (коэффициент усиления биполярного транзистора – ток коллектора/ток базы) можно достигнуть Vout/Vin в несколько сотен.

Поэтому для качественных усилителей нередко используются совместно оба типа транзисторов. Например, благодаря очень высокому Rin полевого транзистора, добиваются большого усиления сигнала по току. А уже потом, с помощью биполярного транзистора усиливают сигнал по напряжению.

О других преимуществах и недостатках полевых транзисторов, вы можете почитать здесь

Полевой транзистор с управляющим PN-переходом (JFET-транзистор)

Полевой транзистор с управляющим PN-переходом – это очень мутная тема для многих начинающих электронщиков.

Электрическое поле

Как вы знаете, поле бывает разным. Бывает такое:

А бывает и такое))

Но речь пойдет совсем о других полях: невидимых… Мы их не видим, не слышим, но можем почувствовать. Например, гравитационное поле Земли тянет нас к центру Земли, хотим мы этого или нет. Некоторые виды полей без специальных приборов мы даже и не заметим. Это электрическое и магнитное поле. В данной статье мы с вами разберем электрическое поле.

Представьте себе, что мы взяли пару металлических пластинок. На одну из них мы подаем плюс питания, а на другую – минус.

В результате, они заряжаются, и между этими двумя пластинами создается однородное электрическое поле, которое характеризуется таким параметром, как напряженность. По идее, чем больше мы подадим напряжения между пластинами, тем напряженнее стает поле между этими пластинами.  Физика, 7-8 класс 😉

Но самое интересное, что это поле может влиять непосредственно на электроны. Если электрон пролетит между этими двумя пластинами, плюсовая пластина  начнет притягивать его к себе и траектория полета электрона будет уже искривлена. Чем больше напряженность поля, тем больше оно будет влиять на траекторию движения электрона. На этом принципе основана работа кинескопных телевизоров.

Какой вывод можно сделать из всего этого? Электрическое поле влияет на электроны и не только на электроны, но и на другие частицы, обладающие положительным, либо отрицательным зарядом. Это утверждение запомним. Оно нам еще пригодится.

Также вы со школы должны помнить еще одно утверждение: одноименные заряды отталкиваются, а разноименные  притягиваются:

Взаимодействие полупроводников

Мы с вами  знаем из статьи Биполярный транзистор, что есть два типа искусственных легированных полупроводников. Это полупроводник N-типа и полупроводник P-типа. Как вы помните, в полупроводнике N-типа у нас избыток электронов (там их ОЧЕНЬ много):

А в полупроводнике P-типа избыток дырок:

Если вы не забыли, электроны у нас обладают отрицательным зарядом ( – ), а дырки – положительным зарядом ( + ). Поэтому, на картинках мы заполнили наши бруски полупроводников соответствующими зарядами.

А что будет, если соединить их друг с другом?

Так как электроны и дырки постоянно находятся в хаотическом движении, на границе соединения P и N полупроводников начнется диффузия. Что такое диффузия? Как говорит нам Википедия, диффузия – это процесс взаимного проникновения молекул или атомов одного вещества между молекулами или атомами другого вещества.

Пример:

Если пустить шептуна на парах, то в этом случае ваши вонючие молекулы из пукана будут смешиваться с молекулами воздуха и сосед через парту учует ваш запах пельменей, которые вы съели на ужин.

На границе полупроводников происходит то же самое! Электроны и дырки начинают смешиваться.

Но если ваши вонючие молекулы, выпущенные из пукана, могут спокойно смешиваться с воздухом пока не займут все пространство кабинета, то на границе P-N перехода есть камень преткновения. И он заключается в том, что электроны и дырки обладают зарядом и начинают взаимодействовать с друг другом. Начинает работать правило, одноименные заряды отталкиваются, а разноименные притягиваются. Так как электроны и дырки разноименных зарядов, они начинают притягиваться к друг другу. То есть с одной стороны идет диффузия, а с другой стороны взаимодействие зарядов. Когда все это устаканивается, получается вот такая картинка:

Что такое запирающий слой


Область, которая возникает между этими зарядами, называется запирающим слоем. Его также называют обедненным, от слова “бедный”, так как в нем нет основных носителей. Как вы помните, основные носители в N полупроводнике – это электроны, а в P полупроводнике – дырки. А раз нет свободных зарядов, то и электрический ток течь не может, так как электрический ток – это не что иное, как упорядоченное движение заряженных частиц в одном направлении. Получается, эта область по сути стает  диэлектриком , то есть областью, которая не проводит электрический ток.

Ну а теперь самое интересное. Оказывается, мы можем управлять толщиной этого запирающего слоя! Для этого достаточно увеличить напряженность электрического поля с помощью источника питания, то есть увеличить подаваемое напряжение, соблюдая необходимую полярность. Плюс источника напряжения подаем на N полупроводник, а минус источника – на P полупроводник.

Вот что у нас получится:

Электроны стремятся всей толпой к плюсовой клемме батареи, а дырки – к минусовой. В результате этого, запирающий слой стает намного шире. Это равносильно тому, что мы подаем обратное смещение на P-N переход. Чем больше напряжения мы подаем на P и N полупроводник, тем больше ширина запирающего слоя. Все элементарно и просто 😉

[quads id=1]

Если бы мы подали на P полупроводник  плюс, а на N  – минус, то у нас бы запирающий слой равнялся бы нулю и электрический ток прошел бы беспрепятственно через P-N переход. Как вы помните, это называется прямым включением P-N перехода. Но в этом случае мы должны подать напряжение больше, чем контактная разность потенциалов на границе переходов. Она равняется 0,6-0,7 Вольт, если используется материал кремний. Как только напряжение стает больше, чем 0,6-0,7 Вольт, начинается движение электрических зарядов. Диффузия усиливается еще тем, что электроны бегут к плюсовой клемме, а дырки – к минусовой.

Применение запирающего слоя в JFET транзисторах


Но где же можно применить свойство “изменение толщины диэлектрика под воздействием напряженности электрического поля”? А давайте рассмотрим небольшой пример. Может быть вам потом станет ясно, где можно применить это свойство 😉

Итак, провинциальный городок X. Обычный будний день. Поток людей спешит по своим делам. Около тротуара стоит лавка с хот-догами. Пока что она еще не открылась, так как продавец сладко спит,  поэтому все проходят мимо этой лавки:

Но вот она открывается, и первые зеваки начинают “тусить” возле нее, чтобы отведать позавчерашних холодных протухших хот-догов)).

Продавец видит, что дела идут в гору и начинает еще быстрее обслуживать клиентов. То есть он вкладывает всю свою энергию, чтобы выдержать темп. Он начинает работать напряженнее. Чем напряженнее он обслуживает клиентов, тем их становиться больше. Зевакам ведь интересно, что за тусовка там намечается. А раз все покупают, то и они тоже хотят. Народу становится чуток больше.

Народ тихонько подваливает и продавец, чтобы не упустить выгоду, начинает работать изо всех сил. Наш бедный продавец работает, как белка в колесе. Тут уже не расслабишься, иначе народ уйдет к продавцу пончиков. На лбу у него выступил пот, напряжен так, что вот-вот уже лопнет от усталости! Но гляньте на тротуар… Движение ПЕРЕКРЫЛИ зеваки, которые жить не быть хотят купить эти протухшие хот-доги.

Мораль сей басни такова:

Коль хочешь жрать, готовь с утра).

Теперь давайте представим, что тротуар – это проводник. Люди – это электроны. Продавец – это какой-либо заряд, который если захочет, может работать либо напряженнее, либо вообще закрыть лавку.

Итак, что у нас тогда получается. Пока лавка закрыта, толпа зевак спокойно идет по своим делам в одном направлении. Продавца нет на месте. То есть заряд ноль. Это значит, что в данном направлении у нас спокойно течет электрический ток,  так как упорядоченное движение заряженных частиц – это и есть электрический ток

Как только продавец открыл лавку и стал работать,  некоторые зеваки стали толпиться у лавки. Но эта кучка зевак теперь мешается на тротуаре людям, которые действительно куда-то спешат по делам. То есть эта кучка зевает оказывает сопротивление потоку людей, спешащим по делам. Уже интереснее. Раз мешаются, значит меньше людей сможет пройти ниже толпы зевак за какое-то время. А что у нас значит этот параметр? Не силу тока ли случайно? Вот именно! Сила тока стала меньше!

Итак, теперь главный вопрос: от чего зависит поток людей? Да от продавца, мать его за ногу!

Как только он начинает орать: “Свежие хот-доги, бери, налетай, теще покупай!”, народу стает больше. То есть как только он начинает работать напряженнее, так и толпа зевак начинает больше заграждать тротуар. И все может закончится тем, что движение на тротуаре встанет колом. И да, кстати. Стоящая толпа зевак – это уже не электроны. Это обедненный слой, диэлектрик)

И вот ученые инженеры, которые поняли, что можно менять силу тока, управляя напряженностью электрического поля, создали радиоэлемент, который назвали в честь электрического поля, и имя его полевой транзистор.

Схема полевого JFET-транзистора с управляющим PN-переходом


В нашем примере мы тоже будем использовать вместо “тротуара” полупроводник N-типа. То есть мы имеем какой-либо брусочек из N полупроводника. В нем преобладают электроны. Конечно, их не так много, как в проводниках, но все же их достаточно, чтобы через этот брусок  мало-мальски тёк электрический ток.

Что будет, если на него подать напряжение? Как я уже сказал, хотя в  N полупроводнике избыток электронов, но их все равно не так много, как в проводниках. Поэтому через этот кусок N полупроводника побежит электрический ток, если мы приложим к нему постоянное или переменное напряжение.

Вы ведь не забыли, что хотя электроны и бегут к плюсу, но за направление электрического тока  во всем мире принято движение от плюса к минусу источника напряжения?

А теперь давайте впаяем в этот брусок полупроводник P-типа. Получится что-то типа этого:

Можно сказать, что у нас уже получился полевой транзистор.

На границе касания теперь образовался PN-переход с небольшим запирающим слоем!

Итого, у нас получился “кирпич” с тремя выводами.

Что такое сток, исток и затвор


Полевой транзистор имеет три вывода. Вывод, с которого начинают свой путь электроны (основные носители) называется ИСТОКОМ. От слова “источник”. В разговорной речи мы источником называем родник, из которого бьет чистая вода. Поэтому нетрудно будет запомнить, что ИСТОК – это тот вывод, откуда начинают свой путь основные носители заряда. В данном случае это электроны. Место, куда они стекаются, называются СТОКОМ.

Эти два понятия нетрудно будет запомнить, если вспомнить водосточную систему с крыш ваших домов.

Истоком будет труба, которая собирает всю капли дождя с шифера или профнастила

А стоком будет конец  трубы, из которой вся дождевая вода будет выбегать на землю:

Но опять же, не забывайте, что мы говорим об электронах! А электроны бегут к плюсу. То есть по-нашенски получается что на СТОК мы подаем плюс, а на ИСТОК – минус.

А для чего нужен третий вывод?

Так, а давайте по приколу где-нибудь обрежем нашу водосточную трубу и воткнем туда вот такой прибамбас:

Называется он дисковым затвором. Чего бы мы добились, если бы воткнули этот дисковый затвор в нашу водосточную трубу? Да покрутив за баранку, мы могли бы регулировать поток воды! Мы можем вообще полностью перекрыть трубу, тогда в этом случае на стоке не стоит ждать дождевую водичку. А можем открыть наполовину, и регулировать поток воды со стока, чтобы при ливне у нас поток воды не смыл грядки и не сделал большую яму в земле. Удобно? Удобно.

[quads id=1]

Так вот, третий вывод полевого транзистора, который соединяется с P полупроводником называется тоже ЗАТВОРОМ и служит как раз для того, чтобы регулировать силу тока в бруске, через который бежит электрический ток 😉 Для этого достаточно подать на него напряжение, чтобы P-N переход был включен в обратном направлении, то есть в нашем случае подать МИНУС относительно ИСТОКА. Вся картина в целом будет выглядеть как-то вот так:

Канал полевого JFET-транзистора

В этом случае, как вы видите на рисунке выше, запрещенный слой увеличивается в глубину бруска и начинает перекрывать дорогу электронам. В результате получается, что ширина “тротуара” для электронов стает меньше, и только некоторые электроны могут достичь назначенной цели, то есть СТОКА. Этот “тротуар” в полевом транзисторе называют каналом.

Так как у нас брусок сделан из N-полупроводника, следовательно и канал тоже у нас N-проводимости. Следовательно, такой  полевой транзистор называется N-канальным полевым транзистором с управляющим P-N переходом. На буржуйский манер это звучит как Junction Field-Effect-Transistors или просто JFET. Также неплохо было бы запомнить английские название выводов: Drain – сток, Source – исток, Gate – затвор.

А что будет, если на Bat2 мы еще больше добавим напряжения? То есть мы сделаем так, чтобы U2>U1. В этом случае у нас запирающий слой еще больше уйдет в брусок. Канал станет еще тоньше. Следовательно, увеличится сопротивление канала, что в свою очередь вызовет уменьшение силы тока через канал:

Если мы еще увеличим напряжение (U3>U2), то заметим, что при каком-то напряжении U3 у нас вообще перестанет течь ток через канал. Запирающий слой ПОЛНОСТЬЮ его перекроет:

Все, приехали… В этом случае мы ПОЛНОСТЬЮ перекрыли канал для дальнейшего движения электронов. А раз движуха электронов закончилась, то  откуда взяться электрическому току?  Ведь электрический ток – упорядоченное движение заряженных частиц, не так ли? Поэтому через исток-сток электрический бежать не будет.

Как работает полевой JFET-транзистор на практике


Ну что же, приступаем к практике.

В гостях у нас полевой N-канальный полевой транзистор с управляющим P-N переходом 2N5485:

Его распиновка будет выглядеть вот так:

В живую он выглядит вот так:

Для того, чтобы проверить писанину, которую вы прочитали,  соберем  вот такую схемку по рисункам выше:

Для удобства восприятия я нарисовал полевой транзистор, как он выглядит визуально.

Какие же напряжения допускаются при его эксплуатации? Если кому интересно, вот  на него даташит . Оттуда я взял безопасное напряжение для его проверки 15 Вольт, поэтому на Bat1 выставляю напряжение в 15 Вольт:

На Bat2 пока что устанавливаю 0 Вольт.

То есть это значит, что напряжение на Затвор-Истоке UЗИ=0 Вольт. А раз 0 Вольт, то канал у нас полностью открыт и электрончики в N полупроводнике спокойно бегут в одном направлении по своим делам. Но опять же, N полупроводник считается плохим проводником, так как в нем мало электронов. Поэтому, сила тока полностью открытого канала у нас будет 6,2 мА при напряжении в 15 Вольт. Сейчас даже можно вычислить сопротивление канала из закона Ома. R=U/I=15/6,2×10-3=2,42 КилоОма.

Если сравнивать эту ситуацию с продавцом хот-догов, то у нас это аналогично моменту, когда продавец еще дрыхнет дома:

А давайте добавим напряжение на Bat2 до полувольта.

Смотрим на миллиамперметр

Видели да? Сила тока через сток-исток уменьшилась!

Этот момент аналогичен тому, когда продавец только открыл свою лавку, и первые зеваки начинают тусить возле нее

А давайте еще добавим напряжение на Bat2 до 1 вольта:

Что мы видим на миллиамперметре?

Сила тока через Сток-Исток стала еще меньше! Но почему она стает меньше? Да дело в том, что запирающий слой стает все более толще от напряжения, тем самым уменьшая токопроводящий канал.

Это аналогично, когда продавец начинает уже тихонька напрягаться:

Давайте еще добавим полвольта на Bat2:

Смотрим на миллиамперметр:

Сила тока через канал стала еще меньше!

До какого же значения можно добавлять напряжение на Bat2? Уже при напряжении 2,3 Вольта

Электрический ток через канал полностью перестает бежать.

Канал стает полностью перекрытым.

Ну а этот момент аналогичен, когда продавец настолько напрягся, что перекрыл весь тротуар зеваками:

Дальнейшее увеличение напряжения на Bat2 уже ни к чему не приведет. Всегда можно подобрать такое обратное напряжение на ЗАТВОРЕ, при котором токопроводящий канал СТОК-ИСТОК будет полностью перекрыт.

Минуточку внимания. Все, что написано выше, мы применяли к N-канальному транзистору. Почему N-канальный, я думаю, вы уже догадались. Его внутреннее строение, как вы уже читали выше в статье, выглядит вот так:

И на схемах такой транзистор изображается вот так:

Р-канальный JFET-транзистор с изолированным PN-переходом


Но есть также и P-канальный полевой транзистор с управляющим P-N переходом. Как вы уже догадались из названия, его канал сделан и полупроводника P-типа. Его внутреннее строение выглядит вот так:

На схемах обозначается так:

Обратите внимания на стрелочку по сравнению с N-канальным транзистором.

Принцип его действия точно такой же, просто основными носителями заряда будут являться уже дырки. Следовательно, все напряжения в схеме  меняем на противоположные:

Также не забываем, что вывод, откуда начинают движение основные носители (как вы помните в P полупроводнике это дырки), называется ИСТОКОМ.

Внутреннее строение транзистора с управляющим PN-переходом

Для того, чтобы проверить полевой транзистор с управляющим PN-переходом, достаточно вспомнить его внутреннее строение.

N-канальный выглядит вот так:

А P-канальный вот так:

Теперь давайте вспомним, какой радиоэлемент у нас состоит из PN-перехода? Все верно, это диод. Получается что Затвор и Исток образуют один диод, а Затвор и Сток – другой диод. Сам канал обладает каким-то сопротивлением, а это есть нечто иное как резистор.

Для N-канального транзистора

Эквивалентная схема будет выглядеть вот так:

Для P-канального

Эквивалентная схема будет выглядеть вот так:

Получается, для того, чтобы узнать целостность транзистора, нам достаточно проверить все эти три элемента 😉

[quads id=1]

Как проверить транзистор с управляющим PN-переходом с помощью мультиметра

У нас в гостях уже знакомый вам из прошлой статьи N-канальный полевой транзистор с PN-переходом 2N5485

Сейчас мы будем проверять его на работоспособность.

Впрочем, не так быстро! Полевые транзисторы больше всего боятся статического электричества, особенно МОП-транзисторы. Поэтому, прежде чем начинать проверку, стоит снять статику с себя (и с того, чем ещё можем его коснуться). Можно заземлить себя, скажем, с помощью водосточной или отопительной трубы (коснувшись металлической части трубы без лакокрасочного покрытия). Но лучше всего для этого дела подойдет антистатический браслет.

Для этого нам понадобится мультиметр:

Для проверки полевого транзистора с управляющим PN-переходом первым делом качаем на него даташит и смотрим расположение его выводов (цоколевку).

Вот кусочек даташита моего транзистора с цоколевкой:

Если его повернуть задом к нам, как в даташите, то слева-направо у нас идет Затвор, Исток, Сток

Там же в даташите указано, что он N-канальный.

Ну что же? Начнем проверку?

Так как транзистор N-канальный, следовательно, встаем на Затвор красным щупом мультиметра и проверяем диоды. Проверяем диод Затвор-Исток:

Норм.

Проверяем  диод Затвор-Сток:

Норм.

Как вы помните, диод пропускает электрический ток только в одном направлении. Поэтому, когда мы поменяем полярность и снова проверим диоды, то увидим на экране мультиметра очень большое сопротивление:

Ну а теперь остается проверить сопротивление между Истоком и Стоком. Для того, чтобы его замерить, мы должны подать на Затвор 0 Вольт. Будет большим заблуждением, если мы оставим Затвор болтаться в воздухе, так как в этом случае вывод Затвора – это как маленькая антенна, которая ловит различные наводки, а следовательно имеет уже какой-то потенциал, что конечно же, сказывается на сопротивлении Исток-Сток. Поэтому, цепляемся мультиметром к Стоку и Истоку, а Затвор берем в руку. В идеале, хорошо было бы взяться другой рукой за отопительную батарею, чтобы полностью заземлить Затвор. На мультике должно высветится какое-либо сопротивление:

Что-то показывает? Значит все ОК ;-). Транзистор жив и здоров.

Как проверить транзистор с управляющим PN-переходом с помощью RLC-транзисторметра

Также есть второй способ проверки транзистора с управляющим PN-переходом. Но для этого нам понадобиться транзисторметр, прибор который умеет замерять почти всё. Вставляем транзистор в кроватку и зажимаем рычажком. Нажимаем зеленую кнопку “Пуск” и прибор нам выдает схемотехническое обозначение нашего подопечного с обозначением выводов:

Ну разве не чудо?

N-JFET – N-канальный транзистор с управляющим P-N переходом. G-Gate-Затвор, D-Drain-Сток, S-Source-Исток. Также навскидку даются два параметра: Ugs и IUgs – это напряжение между Затвором и Истоком (Gate-Source). I – сила тока через канал, то есть через Исток-Сток. Следовательно, прибор показывает, какая сила тока будет течь через Исток-Сток, при таком-то напряжении на Затворе. По идее, эти два параметры на практике не нужны. Они вам просто показывают, что транзистор живой и что с него можно выжать.

Все те же самые операции касаются и P-канального транзистора. Только  в этом случае “диоды” меняют свое направление на противоположное.

Заключение

P-канальный транзистор используется еще реже, чем N-канальный. Да и вообще, полевой транзистор с PN- переходом давно уже канул в лету, но все таки кое-где до сих пор применяются. На смену им пришли полевые транзисторы (MOSFET, МОП) , о которых я поведу речь в следующих статьях.

Базовая электроника — JFET — CoderLessons.com

JFET сокращенно обозначен как транзистор с полевым контактом . JFET так же, как обычный FET. Типами JFET являются N-канальный FET и P-канальный FET. Материал p-типа добавляют к подложке n-типа в полевом транзисторе с n-каналом, тогда как материал n-типа добавляют к подложке p-типа в полевом транзисторе с каналом. Следовательно, достаточно обсудить один тип FET, чтобы понять оба.

N-канальный FET

N-канальный полевой транзистор является наиболее часто используемым полевым транзистором. Для изготовления N-канального полевого транзистора взят узкий стержень из полупроводника N-типа, на котором материал P-типа образован диффузией на противоположных сторонах. Эти две стороны соединены, чтобы нарисовать единственное соединение для терминала ворот. Это можно понять из следующего рисунка.

Эти два осаждения затвора (материалы р-типа) образуют два диода PN. Область между воротами называется каналом . Большинство перевозчиков проходят через этот канал. Следовательно, форма поперечного сечения FET понимается как следующий рисунок.

Омические контакты выполнены на двух концах полупроводниковой шины n-типа, которые образуют исток и сток. Клеммы истока и стока могут быть взаимозаменяемы.

Работа N-канального FET

Прежде чем приступить к работе полевого транзистора, следует понять, как формируются истощающие слои. Для этого предположим, что напряжение на клемме затвора, скажем, V GG, смещено в обратном направлении, в то время как напряжение на клемме стока, например, V DD , не приложено. Пусть это будет случай 1.

  • В случае 1 , когда V GG имеет обратное смещение и V DD не применяется, области истощения между слоями P и N имеют тенденцию к расширению. Это происходит, когда приложенное отрицательное напряжение притягивает отверстия от слоя p-типа к клемме затвора.

  • В случае 2 , когда прикладывается V DD (положительный вывод к стоку и отрицательный вывод к источнику), а V GG не применяется, электроны текут от источника к стоку, что составляет ток I D стока .

В случае 1 , когда V GG имеет обратное смещение и V DD не применяется, области истощения между слоями P и N имеют тенденцию к расширению. Это происходит, когда приложенное отрицательное напряжение притягивает отверстия от слоя p-типа к клемме затвора.

В случае 2 , когда прикладывается V DD (положительный вывод к стоку и отрицательный вывод к источнику), а V GG не применяется, электроны текут от источника к стоку, что составляет ток I D стока .

Давайте теперь рассмотрим следующий рисунок, чтобы понять, что происходит, когда даются оба запаса.

Подача питания на клемму затвора приводит к увеличению истощающего слоя, а напряжение на клемме стока позволяет току стока от источника к клемме стока. Предположим, что точка на клемме истока — B, а точка на стоке стока — A, тогда сопротивление канала будет таким, что падение напряжения на клемме A будет больше, чем падение напряжения на клемме B.

V A > V B

Следовательно, падение напряжения прогрессивно по всей длине канала. Таким образом, эффект обратного смещения сильнее на выводе стока, чем на выводе источника. Вот почему слой истощения имеет тенденцию проникать больше в канал в точке A, чем в точке B, когда применяются как V GG, так и V DD . На следующем рисунке это объясняется.

Теперь, когда мы поняли поведение FET, давайте пройдемся по реальной операции FET.

Режим истощения

Поскольку ширина слоя истощения играет важную роль в работе полевого транзистора, подразумевается название режима истощения. У нас есть другой режим, называемый расширенным режимом работы, который будет обсуждаться при работе с MOSFET. Но JFET имеют только режим работы истощения .

Давайте рассмотрим, что между клеммами затвора и истока не приложен потенциал, а между стоком и истоком приложен потенциал V DD . Теперь ток I D течет от стока к клемме истока на максимуме, когда ширина канала больше. Пусть напряжение, прикладываемое между затвором и клеммой V GG источника, является обратным смещением. Это увеличивает ширину истощения, как обсуждалось выше. По мере роста слоев поперечное сечение канала уменьшается, и, следовательно, ток I D стока также уменьшается.

Когда этот ток стока дополнительно увеличивается, возникает стадия, когда оба обедненных слоя касаются друг друга и предотвращают протекание тока I D. Это ясно показано на следующем рисунке.

Напряжение, при котором оба этих обедненных слоя буквально «соприкасаются», называется « напряжение снятия напряжения ». Это обозначается как VP. На этом этапе ток утечки буквально равен нулю. Следовательно, ток стока является функцией напряжения обратного смещения на затворе.

Поскольку напряжение затвора контролирует ток стока, полевой транзистор называется устройством, контролируемым напряжением . Это более понятно из кривой характеристик стока.

Сливные характеристики JFET

Попробуем обобщить функцию полевого транзистора, с помощью которой мы можем получить характеристическую кривую утечки полевого транзистора. Схема полевого транзистора для получения этих характеристик приведена ниже.

Когда напряжение между затвором и истоком V GS равно нулю или они замкнуты, ток I D от источника к стоку также равен нулю, так как V DS не подается. Когда напряжение между стоком и истоком V DS увеличивается, ток I D тока от источника к стоку увеличивается. Это увеличение тока линейно до определенной точки A , известной как напряжение колена .

Терминалы затвора будут находиться в состоянии обратного смещения, и по мере увеличения I D области истощения имеют тенденцию к сжатию. Это сужение имеет неодинаковую длину, что приводит к смещению этих областей на стоке и дальше на стоке, что приводит к обрыву напряжения. Напряжение отсечки определяется как минимальное напряжение сток-исток, при котором ток стока приближается к постоянному значению (значению насыщения). Точка, в которой возникает это напряжение отключения, называется точкой отключения , обозначенной как B.

При дальнейшем увеличении V DS сопротивление канала также увеличивается таким образом, что I D практически остается постоянным. Область BC известна как область насыщения или область усилителя. Все это вместе с точками A, B и C показано на графике ниже.

Характеристики стока приведены для тока стока I D в зависимости от напряжения V DS стока для различных значений напряжения VGS затвора. Общие характеристики стока для таких различных входных напряжений приведены ниже.

Поскольку отрицательное напряжение затвора контролирует ток стока, FET называется устройством, управляемым напряжением. Характеристики стока указывают на производительность FET. Приведенные выше характеристики стока используются для получения значений сопротивления слива, коэффициента трансдуктивности и коэффициента усиления.

6. Сравнение MOSFET с JFET

Сравнение MOSFET с JFET

Прежде чем мы увидим, как использовать FET в конфигурации усилителя, остановимся, чтобы рассмотреть существенное сходство между двумя широкими классами FET. Мы рассмотрели МОП-транзистор в разделе 2 и JFET в разделе 4. Внутри каждого класса находятся n-канальные и p-канальные устройства. Классификация MOSFET подразделяется на транзисторы с повышением и понижением.

Эти комбинации приводят к шести возможным типам устройств:

● n-канальное расширение MOSFET (улучшение NMOS)
● n-канальный истощающий МОП-транзистор (истощение NMOS)
● N-канальный JFET
● P-канал улучшения MOSFET (улучшение PMOS)
● истощение p-канала MOSFET (истощение PMOS)
● р-канал JFET

На рисунке 28 суммированы условные обозначения для этих шести типов устройств. Стрелки в символе JFET иногда перемещаются на терминал источника.

Рисунок 28 — Условные обозначения схем полевых транзисторов

Канал создается, и транзистор включается, когда напряжение затвор-истощает пороговое напряжение (VT для МОП-транзисторов и Vp для JFETs). Для троих n-канальные устройства, канал создается при

 (33)

В качестве альтернативы для p-канальные устройства, канал создается при

 (34)

Порог является положительным для усиления NMOS, истощения PMOS и p-канал JFET. Это отрицательно для истощения NMOS, усиления PMOS и nканал JFET.

Для того, чтобы транзистор работал в область триодынапряжение сток-исток должно соответствовать следующим неравенствам:

Для того, чтобы получить n-канальные МОП-транзисторы или JFET,

 (35)

Для того, чтобы получить p-канальные МОП-транзисторы или JFET, верно и обратное. То есть для работы в триодной области,

 (36)

В любом случае, если неравенство не соблюдается, транзистор работает в области насыщения, когда он включен.

Эти отношения суммированы в таблице 1.

Таблица 1 — Взаимосвязи полевых транзисторов

Теперь мы покажем сходство в уравнениях для тока стока для полевых МОП-транзисторов и полевых транзисторов. В области насыщения ток стока для полевого МОП-транзистора равен [Уравнение 8 (Глава: «2. Металлооксидный полупроводниковый полевой транзистор (МОП-транзистор)»)],

 (37)

в котором K дан кем-то,

В случае JFET эквивалентом является [Уравнение 20 (Глава: «3. Переходный полевой транзистор (JFET)»)].

 (38)

Это идентично уравнению для MOSFET, если мы установим VT равно Vpи приравнять константы,

 (39)

Такая же эквивалентность верна и для триодной области. Мы представили уравнение тока стока для полевого МОП-транзистора [см. Уравнение 4 (глава: «2. Металлооксидный полупроводниковый полевой транзистор (МОП-транзистор)»]

 (40)

Это идентичное уравнение справедливо для JFET с заменой Vp для VTи значение K дано в уравнении (39).

Таким образом, единственная разница в уравнениях для MOSFET и JFET — это значения постоянной Kи тот факт, что пороговое напряжение в полевом МОП-транзисторе эквивалентно напряжению отрыва в JFET.

 

ПРЕДЫДУЩАЯ — 5. MOSFET Интегральные схемыСЛЕДУЮЩАЯ — 7. FET Модели для компьютерного моделирования

вид и обозначение, достоинства и недостатки, принцип работы для чайников

В электронике и радиотехнике очень часто применяются полупроводниковые приборы, к которым относятся и транзисторы. Полевые транзисторы (ПТ) потребляют значительно меньше электрической энергии, благодаря чему они применяются в различных маломощных устройствах. Кроме того, существуют модели, работающие на больших токах при малом потреблении питающего напряжения (U).

Общие сведения

FET или ПТ — полупроводниковый прибор, который при изменении управляющего U, регулирует I (силу тока). Этот тип транзистора называется еще униполярным. Появился он позже обычного транзистора (биполярного), но с ростом технологии получил широкое распространение среди цифровых устройств благодаря низкому энергопотреблению. Основное отличие заключается в методе регулирования I. В биполярном — регулирование I происходит при помощи управляющего I, а полевом — при помощи U (Рисунок 1).

Рисунок 1 — Отличие полевого от биполярного Т.

У ПТ нет I управления, и он обладает высоким входным сопротивлением (R), которое достигает несколько сотен ГОм (ГигаОм) или ТОм (ТерраОм). Для того чтобы узнать сферы применения ПТ, нужно внимательно изучить его. Носителями заряда являются электроны или дырки, а у биполярного — электроны и дырки.

Классификация и устройство

ПТ бывают нескольких видов, обладают различными характеристиками и устройством. Они делятся на 2 типа:

  1. С управляющим p-n — переходом (JFET).
  2. С изолированным затвором (MOSFET).

Кроме того, каждый из типов бывает с N и P каналами. У ПТ с N-каналом носителями заряда являются электроны, а у P-канального — дырки. Принцип работы для P и N аналогичен, отличие лишь в подаче U другой полярности в качестве управляющего.

Устройство JFET ПТ (рисунок 2) простое. Область N образовывает канал между зонами P. К концам канала N подключаются электроды, которые называются условно стоком (С) и истоком (И), так как все зависит от схемы подключения. Затвор (З) — тип электрода, который образовывается при закорачивании полупроводников P. Это обусловлено электрическим соединением при воздействии U. Возле С и И находится область повышенной концентрации или легирование (N+) электронов, что приводит к улучшению проводимости канала. Наличие зоны легирования значительно понижает образование паразитных p-n — переходов, образующихся при присоединении алюминия.

Рисунок 2 — Схематическое устройство ПТ типа JFET.

MOFSET называется МОП или МДП, также делятся на типы — со встроенным и индуцируемым каналами. В каждом из этих типов есть модели с P и N каналами. Полевой транзистор, обозначение которого представлено на рисунке 3, иногда обладает 4 выводами.

Рисунок 3 — Обозначение МДП-транзистора.

Устройство довольно простое и показано на рисунке 4. Для ПТ с N-каналом подложка (покрывается SiO2) обладает электропроводимостью P-типа. Через слой диэлектрика проводятся электроды стока и истока от зон с легированием, а также вывод, который закорачивается с истоком. Слой затвора находится над диэлектриком.

Рисунок 4 — Типичное устройство ПТ с индуцированным каналом.

Принцип работы JFET

JFET работает в 2 режимах. Эта особенность связана с тем, что подается на затвор напряжение положительной и отрицательной составляющей (рис. 5). При подключении U > 0 к стоку, а земли к истоку необходимо подсоединить затвор к земле (Uзи = 0). Во время постепенного повышения U между С и И (Uис) ПТ является обыкновенным проводником. При низких значениях Uис ширина канала является максимальной.

При высоких значениях Uис через канал протекают большие значения силы тока между истоком и стоком (Iис). Это состояние получило название омической области (ОО). В полупроводнике N-типа, а именно в зонах p-n — перехода происходит снижение концентрации свободных электронов. Несимметричное разрастание слоя снижения концентрации свободных электронов называется обедненным слоем. Разрастание случается со стороны подключенного источника питания. Происходит сильное сужение канала при повышении Uис, вследствие которого Iис растет незначительно. Работа ПТ в этом режиме называется насыщением.

Рисунок 5 — Схема работы JFET (Uзи = 0).

При подаче низкого отрицательного U на затворе происходит сильное сужение канала и уменьшение Iис. При уменьшении U произойдет закрытие канала, и ПТ будет работать в режиме отсечки, а U, при котором прекращается подача Iис, называется напряжением отсечки (Uотс). На рисунке 6 изображено графическое представление работы ПТ при Uзи < 0:

Рисунок 6 — Графическое представление принципа работы полевого транзистора типа JFET.

При использовании в режиме насыщения происходит усиление сигнала (рис. 7), так как при незначительных изменениях Uис происходит значительное изменение Iис:

Рисунок 7 — Пример S JFET.

Этот параметр является усилительной способностью JFET и называется крутизной стоко-затворной характеристики (S). Единица измерения — mA/В (милиАмпер/Вольт).

Особености работы MOFSET

При подключении U между электродами С и И любой полярности к MOFSET с индуцированным N-каналом ток не потечет, так как между легитивным слоем находится слой с проводимостью P, которая не пропускает электроны. Принцип работы с каналом P-типа такой же, только необходимо подавать отрицательное U. Если подать положительное Uзи на затвор, то возникнет электрическое поле, выталкивающее дырки из зоны P в направлении подложки (рис. 8).

Под затвором концентрация свободных носителей заряда начнет уменьшаться, а их место займут электроны, которые притягиваются положительным зарядом затвора. При достижении Uзи порогового значения концентрация электронов будет значительно больше концентрации дырок. В результате этого произойдет формирование между С и И канала с проводимостью N-типа, по которому потечет Iис. Можно сделать вывод о прямо пропорциональной зависимости Iис от Uзи: при повышении Uзи происходит расширение канала и увеличение Iис. Этот процесс является одним из режимов ПТ — обогащения.

Рисунок 8 — Иллюстрация работы ПТ с индуцированным каналом (тип N).

ВАХ ПТ с изолированным затвором примерно такой же, как и с управляющим переходом (рис. 9). Участок, на котором Iис растет прямо пропорционально росту Uис, является омической областью (насыщения). Участок при максимальном расширении канала, на котором Iис не растет, является активной областью.

При превышении порогового значения U переход типа p-n пробивается, и ПТ является обычным проводником. В этом случае радиодеталь выходит из строя.

Рисунок 9 — ВАХ ПТ с изолированным затвором.

Отличие между ПТ со встроенным и индуцируемым каналами заключается в наличии между С и И канала проводящего типа. Если к ПТ со встроенным каналом подключить между стоком и истоком U разной полярности и оставить затвор включенным (Uзи = 0), то через канал потечет Iис (поток свободных носителей заряда — электронов). При подключении к затвору U < 0 возникает электрическое поле, выталкивающее электроны в направлении подложки. Произойдет уменьшение концентрации свободных носителей заряда, а сопротивление увеличится, следовательно, Iис — уменьшится. Это состояние является режимом обеднения.

При подключении к затвору U > 0 возникает электромагнитное поле, которое будет притягивать электроны из стока, истока и подложки. В результате этого произойдет расширение канала и повышение его проводимости, а Iис увеличится. ПТ начнет работать в режиме обогащения. Вольт-амперная характеристика (ВАХ) представлена на рисунке 10.

Рисунок 10 — ВАХ ПТ со встроенным каналом.

Несмотря на свою универсальность, ПТ обладают преимуществами и недостатками. Эти недостатки следуют из устройства, способа исполнения и ВАХ приборов.

Преимущества и недостатки

Преимущества и недостатки являются условными понятиями, взятыми из сравнения полевых и биполярных транзисторов. Одним из свойств ПТ является высокое сопротивление Rвх. Причем у MOFSET его значение на несколько порядков выше, чем у JFET. ПТ практически не потребляют ток у источника сигнала, который нужно усилить.

Например, если взять обыкновенную схему, генерирующую сигнал на базе микросхемы-микроконтроллера. Эта схема управляет работой электродвигателя, но обладает низким значением тока, которого недостаточно для этих целей. В этом случае необходим усилитель, потребляющий малое количества I и генерирующий на выходе ток высокой величины. В усилителе такого типа и следует применить JFET, обладающий высоким Rвх. JFET обладает низким коэффициентом усиления по U. При построении усилителя на JFET (1 шт.) максимальный коэффициент усиления будет около 20, при использовании биполярного — несколько сотен.

В усилителях высокого качества применяются оба типа транзистора. При помощи ПТ происходит усиление по I, а затем, при помощи биполярного происходит усиление сигнала по U. Однако ПТ обладают рядом преимуществ перед биполярными. Эти преимущества заключаются в следующем:

  1. Высокое Rвх, благодаря которому происходит минимальное потребление I и U.
  2. Высокое усиление по I.
  3. Надежность работы и помехоустойчивость: при отсутствии протекания I через затвор, в результате чего управляющая цепь затвора изолирована от стока и истока.
  4. Высокое быстродействие перехода из одного состояния в другое, что позволяет применять ПТ на высоких частотах.

Кроме того, несмотря на широкое применение, ПТ обладают несколькими недостатками, не позволяющими полностью вытеснить с рынка биполярные транзисторы. К недостаткам относятся следующие:

  1. Повышенное падение U.
  2. Температура разрушения прибора.
  3. Потребление большего количества энергии на высоких частотах.
  4. Возникновение паразитного транзистора биполярного типа (ПБТ).
  5. Чувствительность к статическому электричеству.

Повышенное падение U возникает из-за высокого R между стоком и истоком во время открытого состояния. ПТ разрушается при превышении температуры по Цельсию 150 градусов, а биполярный — 200. ПТ обладает низким энергопотреблением только на низких частотах. При превышении частоты 1,6 ГГц энергопотребление возрастает по экспоненте. Исходя из этого, частоты микропроцессоров перестали расти, а делается упор на создании машин с большим количеством ядер.

При использовании мощного ПТ в его структуре образовывается ПБТ, при открытии которого ПТ выходит из строя. Для решения этой проблемы подложку закорачивают с И. Однако это не решает проблему полностью, так как при скачке U может произойти открытие ПБТ и выход из строя ПТ, а также цепочки из деталей, которые подключены к нему.

Существенным недостатком ПТ является чувствительность к статическому электричеству. Этот недостаток исходит от конструктивной особенности ПТ. Слой диэлектрика (изоляционный) тонкий, и его очень легко разрушить при помощи заряда статического электричества, который может достигать сотен или тысяч вольт. Для предотвращения выхода из строя при воздействии статического электричества предусмотрено заземление подложки и закорачивание ее с истоком. Кроме того, в некоторых типах ПТ между стоком и истоком стоит диод. При работе с интегральными микросхемами на ПТ следует применять антистатические меры: специальные браслеты и транспортировка в вакуумных антистатических упаковках.

Схемы подключения

ПТ подключается примерно так же, как и обыкновенный, но есть некоторые особенности. Существует 3 схемы включения полевых транзисторов: с общими истоком (ОИ), стоком (ОС) и затвором (ОЗ). Чаще всего применяется схема подключения с ОИ (схема 1). Это подключение позволяет получить значительное усиление по мощности. Однако подключение с ОИ используется в низкочастотных усилителях, а также обладает высокой входной емкостной характеристикой.

Схема 1 — Включение с ОИ.

При включении с ОС (схема 2) получается каскад с повторителем, который называется истоковым. Преимуществом является низкая входная емкость. Его применяют для изготовления буферных разделительных каскадов (например, пьезодатчик).

Схема 2 — Подключение с ОС.

При подключении с ОЗ (схема 3) не происходит значительного усиления по току, коэффициент усиления по мощности ниже, чем при подключениях с ОИ и ОС. Однако при помощи этого типа подключения возможно полностью избежать эффекта Миллера. Эта особенность позволяет увеличить максимальную частоту усиления (усиление СВЧ).

Схема 3 — Включение с ОЗ.

Таким образом, ПТ получили широкое применение в области информационных технологий. Однако не смогли вытеснить с рынка радиодеталей биполярные транзисторы. Это связано, прежде всего, с недостатками ПТ, которые кроются в принципе работы и конструктивной особенности. Главным недостатком является высокая чувствительность к полям статического электричества.

jfet — с английского на русский

  • JFET —   [jɔt fet, englisch dʒeɪfet; Abkürzung für Junction field effect transistor »Sperrschicht Feldeffekttransistor«], ein Feldeffekttransistor …   Universal-Lexikon

  • JFET — Junction Field Effect Transistor Un transistor de type JFET (Junction Field Effect Transistor) est un transistor à effet de champ dont la grille est directement en contact avec le canal. On distingue les JFET avec un canal de type N, et ceux avec …   Wikipédia en Français

  • JFET — The junction gate field effect transistor (JFET or JUGFET) is the simplest type of field effect transistor. Like other transistors, it can be used as an electronically controlled switch. It is also used as a voltage controlled resistance. An… …   Wikipedia

  • JFET — Der Sperrschicht Feldeffekttransistor (SFET, engl. junction fet, JFET bzw. non insulated gate fet, NIGFET) ist der am einfachsten aufgebaute Unipolartransistor aus der Gruppe der Feldeffekttransistoren; man unterscheidet zwischen n Kanal und p… …   Deutsch Wikipedia

  • JFET — Esquema interno del transistor JFET canal P. los JFET (Junction Field Effect Transistor, en español transistor de efecto de campo de juntura o unión) es un dispositivo electrónico, esto es, un circuito que, según unos valores eléctricos de… …   Wikipedia Español

  • JFET — Junction Field Effect Transistor (Academic & Science » Electronics) Junction Field Effect Transistor (Governmental » NASA) …   Abbreviations dictionary

  • JFET — junction field effect transistor …   Medical dictionary

  • JFET — El transistor de efecto de campo de juntura es un dispositivo semiconductor que basa su funcionamiento en la estrangulacion de un canal por la penetracion de la zona de carga espacial de las junturas vecinas. Por este motivo, la polarizacion del… …   Enciclopedia Universal

  • JFET — Junction Field Effect Transistor …   Acronyms

  • JFET — Junction Field Effect Transistor …   Acronyms von A bis Z

  • JFET — • junction field effect transistor …   Dictionary of medical acronyms & abbreviations

  • Junction Field Effect Transistor (JFET)

    В этом руководстве мы узнаем о разновидности полевых транзисторов (FET), называемых Junction Field Effect Transistor или просто JFET. Мы увидим символы схемы, основное условие смещения, ВАХ, простую схему усилителя и несколько приложений.

    Введение

    Полевые транзисторы представляют собой устройства, управляемые напряжением, тогда как транзисторы BJT являются устройствами с регулируемым током. Полевые транзисторы имеют в основном три вывода, такие как сток (D), исток (S) и затвор (G), которые эквивалентны выводам коллектора, эмиттера и базы в соответствующем транзисторе BJT.

    В транзисторах BJT выходной ток регулируется входным током, который прикладывается к базе, но в транзисторах FET выходной ток регулируется входным напряжением, приложенным к клемме затвора.

    В полевых транзисторах выходной ток проходит между выводами стока и истока, и этот путь называется каналом, и этот канал может быть выполнен из полупроводниковых материалов P-типа или N-типа. В транзисторе BJT малый входной ток воздействует на большую нагрузку, но в полевом транзисторе небольшое входное напряжение действует на большую нагрузку на выходе.

    Биполярные транзисторы являются «биполярными» устройствами, потому что они работают с обоими типами носителей заряда, такими как электроны и дырки, но полевые транзисторы являются «униполярными» устройствами, поскольку они работают с носителями заряда любого из электронов (для N-канала) или отверстия (для П-канала).

    Полевые транзисторы можно сделать меньше по размеру по сравнению с BJT-транзисторами, а также они имеют меньшую рассеиваемую мощность. Благодаря такой высокой эффективности полевые транзисторы используются во многих электронных схемах, заменяя соответствующие транзисторы BJT.Эти полевые транзисторы очень полезны при проектировании микросхем из-за их низкого энергопотребления. Как и BJT, полевые транзисторы также доступны как с P-каналом, так и с N-каналом.

    Полевые транзисторы имеют высокое входное сопротивление, тогда как у BJT относительно низкое. Из-за такого высокого импеданса полевые транзисторы очень чувствительны к небольшим входным напряжениям. Транзисторы FET в основном подразделяются на два типа; они представляют собой полевой транзистор с переходным полевым эффектом (JFET) и полевой транзистор с изолированным затвором (IG-FET) или полевой транзистор на основе оксида металла и полупроводника (MOSFET).

    Обозначения полевого транзистора

    ВЕРНУТЬСЯ В НАЧАЛО

    Переходный полевой транзистор (JFET)

    Переходный полевой транзистор (JFET) является одним из типов полевых транзисторов. JFET — это простейшая форма полевых транзисторов с тремя выводами. Транзисторы JFET используются в качестве переключателей с электронным управлением, резисторов с регулируемым напряжением и в качестве усилителей.

    BJT-транзисторы построены с PN-переходами, но JFET-транзисторы имеют канал вместо PN-переходов.Этот канал сформирован из полупроводниковых материалов P-типа или N-типа.

    Символы полевого транзистора и конструкция канала

    Транзисторы JFET подразделяются на два типа; это N-канальный JFET и P-канальный JFET. В полевом транзисторе с N-каналом канал легирован донорными примесями из-за этого ток, проходящий через канал, отрицательный (т. Е. Из-за электронов), но в полевых транзисторах с P-каналом канал легирован акцепторными примесями из-за этого ток, протекающий по этому каналу, положительный (т.е.е. из-за дыр).

    N-канальный JFET имеет большую проводимость по току, чем JFET с P-каналом, потому что подвижность электронов больше, чем подвижность дырок. Таким образом, N-канальные JFET широко используются, чем P-канальные JFET. Небольшое напряжение на выводе затвора (G) контролирует ток в канале (между стоком и истоком) полевого транзистора.

    Клеммы эмиттера и коллектора соединены с помощью PN-переходов в BJT, но в JFET клеммы стока и источника соединены с каналом.Небольшое напряжение, приложенное к выводу затвора, регулирует ток в канале между стоком и истоком полевого транзистора. Это напряжение затвора отрицательно в N-канальном JFET и положительно в P-канальном JFET.

    Одно из основных различий между транзисторами BJT и JFET заключается в том, что, когда JFET имеет обратносмещенный переход, ток затвора может быть равен нулю, но в BJT базовый ток всегда должен быть больше нуля. Сравнение символов между BJT и JFET показано на рисунках ниже.

    Символы сравнения между JFET и BJT Сравнение между различными каналами BJT и JFET

    НАЗАД В НАЧАЛО

    Смещение N-канального JFET

    Внутренняя диаграмма N-канального JFET-транзистора показана ниже. Это транзистор с каналом N-типа и с материалами P-типа области. Если затвор рассеивается в канал N-типа, то образуется обратный смещенный PN-переход, который приводит к обедненной области вокруг вывода затвора, когда на транзистор не подается внешнее питание.Обычно полевые транзисторы JFET называются устройствами режима истощения.

    Схема смещения N-канального JFET

    Эта область истощения создает градиент потенциала с изменением толщины вокруг PN-перехода. Этот PN-переход препятствует прохождению тока через канал за счет уменьшения ширины канала и увеличения сопротивления канала.

    Теперь канал JFET работает с нулевым напряжением смещения, подаваемым на вход. Из-за большой части обедненной области, образованной между затвором-стоком, и небольшой части обедненной области между затвором и истоком.

    Если небольшое напряжение (V DS ) приложено между стоком-истоком с нулевым напряжением затвора (V G ), то через этот канал будет протекать ток (I DS ). Теперь, если мы приложим небольшое количество отрицательного напряжения (-V GS ) (т.е. состояние обратного смещения), тогда ширина обедненной области увеличится, что приведет к уменьшению части длины канала и уменьшению проводимости канала.

    Этот процесс называется «эффект сжатия». Если мы увеличим отрицательное напряжение на выводе затвора, это уменьшит ширину канала до тех пор, пока через канал не перестанет течь ток.Говорят, что в этом состоянии JFET «отключен». Приложенное напряжение, при котором канал полевого транзистора закрывается, называется «напряжением отсечки (V P )».

    ВЕРНУТЬСЯ В НАЧАЛО

    Эффект отсечки Цепь смещения N-канального JFET для состояния отсечки

    Полевой транзистор с N-канальной структурой показан выше. В первую очередь, если напряжение затвора равно нулю, тогда сопротивление канала также равно нулю и проводимость канала высокая.Если напряжение затвора (то есть отрицательное напряжение) увеличивается до значения выше нуля, тогда сопротивление канала также увеличивается, и через канал будет протекать небольшой ток.

    Если мы подадим большое отрицательное напряжение на вывод затвора, то канал полностью заблокирует прохождение тока через него. В этом состоянии через канал не протекает ток, и теперь полевой транзистор действует как идеальный резистор.

    Состояние JFET, в котором канал закрывается, называется «отсеченным», а напряжение, приложенное к затвору в этой ситуации, называется «отсеченным напряжением (V P )».В состоянии отсечки напряжение затвора (V GS ) управляет током в канале. Работа P-канального JFET такая же, как и у N-канального JFET с некоторыми изменениями, например, ток в канале положительный из-за проводимости из-за отверстий, и для подачи напряжения затвора требуется обратная полярность.

    НАЗАД В начало

    V-I характеристики JFET

    V-I характеристики N-канального JFET показаны ниже. В этой N-канальной структуре JFET напряжение затвора (V GS ) управляет током между стоком истока. JFET — это устройство, управляемое напряжением, поэтому ток через затвор не течет, тогда ток истока (I S ) равен току стока (I D ), то есть I D = I S .

    В этой характеристике V-I напряжение V GS представляет напряжение, приложенное между затвором и истоком, а напряжение V DS представляет напряжение, приложенное между стоком и истоком.

    ВАХ JFET-транзистора

    JFET имеет разные характеристики на разных этапах работы в зависимости от входных напряжений, а характеристики JFET в различных областях поясняются ниже.В основном JFET работает в омических областях, областях насыщения, отсечки и пробоя.

    Омическая область: Если V GS = 0, то область обеднения канала очень мала, и в этой области JFET действует как резистор, управляемый напряжением.

    Область отсечения: Это также называется областью отсечения. JFET входит в эту область, когда напряжение на затворе является большим отрицательным, тогда канал закрывается, т. Е. Через канал не течет ток.

    Насыщенность или активная область: В этой области канал действует как хороший проводник, который контролируется напряжением затвора (V GS ).

    Область пробоя: Если напряжение сток-исток (V DS ) достаточно велико, то канал JFET выходит из строя, и в этой области через устройство проходит неконтролируемый максимальный ток.

    Характеристические кривые V-I P-канального JFET-транзистора также такие же, как и для N-канального JFET, за некоторыми исключениями, например, если напряжение затвор-исток (V GS ) увеличивается положительно, то ток стока уменьшается.

    Ток стока I D , протекающий через канал, равен нулю, когда приложенное напряжение V GS равно напряжению отсечки V P .При нормальной работе JFET приложенное напряжение затвора V GS находится в диапазоне от 0 до V P . В этом случае ток стока I D , протекающий через канал, можно рассчитать следующим образом.

    I D = I DSS (1- (V GS / V P )) 2

    Где

    I D = Ток стока

    I DSS = максимальное насыщение ток

    В GS = напряжение затвор-исток

    В P = напряжение отсечки

    Сопротивление сток-исток равно отношению скорости изменения напряжения сток-исток и скорости изменения ток стока.

    R DS = Δ V DS / Δ I D = 1 / g м

    Где

    R DS = сопротивление сток-исток

    В DS = напряжение сток-исток

    I D = ток стока

    G m = усиление прозрачной проводимости

    ВЕРНУТЬСЯ В НАЧАЛО

    JFET Common Source Amplifier

    Как и BJT-транзисторы, FET-транзисторы также используются при проектировании одноступенчатые усилители класса А.Усилитель с общим истоком JFET аналогичен усилителю с общим эмиттером BJT-транзистора. Преимущество JFET перед BJT заключается в их высоком входном импедансе.

    Схема усилителя с общим истоком с цепью смещения, образованной резисторами R 1 и R 2 , приведена ниже.

    Схема усилителя с общим истоком JFET

    Это схема усилителя с общим истоком, которая смещена в режиме класса A. Требуемое напряжение затвора рассчитывается с использованием значения R S .Обычно напряжение на истоковом резисторе устанавливается в четверть от V DD , то есть V S = V DD /4. Нам нужно установить постоянное напряжение покоя путем правильного выбора резисторов R 1 и R 2.

    Здесь ток стока регулируется отрицательным напряжением затвора. В N-канальном JFET-транзисторе затвор никогда не содержит положительного напряжения, потому что ток стока протекает через затвор, а не через исток, и приводит к повреждению JFET.

    Схема усилителя P-канального JFET-транзистора также работает аналогично N-канальному JFET-транзистору при обратной полярности напряжения. Уравнения для расчета различных параметров схемы усилителя с общим источником приведены ниже.

    V S = I D R S = V DD /4

    V S = V G — V GS

    V G = (R 2 / (R 1 + R 2 )) * V DD

    I D = V S / R S = (V G — V GS ) / R S

    Где

    В S = напряжение истока

    I D = ток стока

    R S = сопротивление истока

    В DD = напряжение питания на стоке

    В G = затвор напряжение

    В GS = напряжение затвор-источник

    R 1 и R 2 = резисторы смещения

    НАЗАД В НАЧАЛО

    JFET Applications
    • JFET используется в качестве переключателя.
    • JFET используется как прерыватель.
    • Используется как усилитель.
    • Используется как буфер.
    • Используется в колебательных цепях из-за низкого дрейфа частоты.
    • Используется в цифровых схемах, таких как компьютеры, жидкокристаллические дисплеи и схемы памяти из-за их небольшого размера.
    • Используется в коммуникационном оборудовании, таком как FM- и ТВ-приемники, из-за их низкого искажения модуляции.
    • Используются в качестве резисторов с регулируемым напряжением в операционных усилителях.
    • JFET используются в каскадных усилителях и ВЧ усилителях.

    НАЗАД

    ПРЕДЫДУЩАЯ — КОНФИГУРАЦИИ ТРАНЗИСТОРОВ

    СЛЕДУЮЩАЯ — MOSFET

    Что такое JFET-транзистор и как он работает

    Эта статья о структуре, параметрах и свойствах JFET транзистора.

    Транзистор

    JFET представляет собой трехконтактное устройство, в котором один из выводов может управлять током между двумя другими. Клеммы JFET-транзистора — сток (D), исток (S) и затвор (G).Здесь ток между D и S может регулироваться напряжением затвор-исток.

    Конструкция JFET-транзистора изображена на рисунке ниже. JFET-транзистор N-типа состоит из полупроводника n-типа с сильно легированными областями p-типа, как показано на рисунке. Области P-типа образуют затвор, области p-типа и область n-типа снабжены тонкими слоями контактов.

    JFET n-типа

    JFET р-типа

    Электрические символы JFET

    Рассмотрим JFET-транзистор n-типа.Здесь полупроводник n-типа соединен со стоком и истоком с помощью омических контактов, полупроводники p-типа соединены с затвором и соединены друг с другом.

    JFET-транзистор находится в режиме отсечки и не проводит никакого тока, когда оба потенциала исток-затвор и сток-исток равны нулю. Вокруг областей p-типа JFET образуются тонкие обедненные области. В регионах истощения нет свободных профессий, поэтому нет тока через области истощения.

    Оставим vGS = 0 и приложим напряжение сток-исток vDS> 0.Текущий ID будет течь из стока и истока (обратите внимание, что электроны будут двигаться в противоположном направлении). Здесь JFET-транзистор работает в омическом режиме . Область истощения вокруг областей p-типа шире вблизи стока из-за распределения напряжения между стоком и истоком. Когда vDS растет, увеличивается и ширина истощенных областей, закрывающих дренаж. В какой-то момент напряжение сток-исток достигнет уровня vP, когда эти области истощения будут очень близко друг к другу. Напряжение vP называется напряжением отсечки .После этого транзистор JFET перейдет в режим насыщения . Здесь будет существовать небольшой канал между двумя областями истощения с постоянным током через IDSS.

    Если vGS <0, области истощения все еще растут вокруг областей p-типа JFET-транзистора. Чтобы поддерживать регионы истощения, vGS должен быть меньше vDS. Понизьте vGS. нижнее напряжение отсечки vP. Наконец, когда vGS = –vP, IDSS = 0. JFET выключен.

    JFET транзистор JFET-транзистор

    Омический режим

    JFET транзистор

    Режим насыщения

    Когда JFET-транзистор работает в омическом режиме, сопротивлением n-канала можно управлять с помощью напряжения vGS, поэтому JFET ведет себя как резистор, управляемый напряжением . Первое приближение сопротивления JFET в этом случае будет rDS = v2P2IDSS (vGS + Vp) 2.

    И, наконец, уравнения, описывающие поведение JFET-транзистора:

    VGS <–Vp для области отсечки; vDS> Vbreak на пробивное напряжение; vDS –vp, iD = iDSRDS, RDS = vp22IDsS (vGS + vp) для омической области; iD = IDSSvp2 (vGS + vp) 2, vDS> vGS + vp, vGS> –vp для области насыщения. Здесь IDSS — максимальный ток, когда vGS = 0 и vDS> vP.

    Если vGS

    Если 0

    Передаточная функция JFET-транзистора

    Передаточная характеристика — это соотношение между выходным током ID и управляющим напряжением VGS. Самый простой способ получить передаточную характеристику — применить уравнение Шокли ID = IDS (1 – vGSvP) 2 = f (vGS). Это дает нам ID = IDSS, когда vGS = 0 и ID = 0, когда vGS = vp. Здесь у нас есть важная взаимосвязь между vGS и vP: vGS = vP (1 – IDIDSS).

    Чтобы описать передаточную функцию, мы должны рассчитать ток идентификатора для различных ключевых уровней vGS.

    Передаточная функция может быть получена из характеристик ID (vDS), как показано на рисунке ниже.

    JFET-транзистор

    Конфигурация JFET с фиксированным смещением

    Три наиболее важных соотношения для работы устройств на полевых транзисторах: IG = 0, ID = IS и уравнение Шокли ID = IDSS (1 – VGSvP) 2.

    Здесь vin и vout — уровни переменного тока.

    JFET транзистор

    vDS = vDD – IDRD, vG = vGS, vD = vDS, потому что vS = 0V. ID = IDSS (1 – vGSvP) 2.

    Конфигурация самосмещенного JFET-транзистора

    JFET транзистор

    Здесь vRS = –vGS, а с другой стороны vRS = ISRS, ID = IS, затем vGS = –IDRS и vDS = vDD – IDRS – IDRD.vG = 0, vS = IDRS и vD = VDD + IDRS,

    В соответствии с уравнением Шокли ID = IDSS (1 + IDRSvP) 2, тогда мы имеем уравнение второго порядка, которое приведет нас к квадратичной функции.

    Полевой транзистор с JFET-переходом, конструкция, символ, эксплуатация

    Как уже упоминалось в Полевые транзисторы (FET) , JFET бывают двух типов, а именно N-канальные JFET и P-канальные JFET. Обычно N-канальные полевые транзисторы более предпочтительны, чем P-каналы.N-канальные и P-канальные полевые транзисторы JFET показаны на рисунках ниже.

    JFET — переходные полевые транзисторы

    Базовая конструкция.

    Конструкция довольно простая. В N-канальном JFET кремниевый стержень N-типа, называемый каналом, имеет два меньших куска кремниевого материала P-типа, рассеянных на противоположных сторонах его средней части, образуя P-N-переходы, как показано на рисунке. Два P-N перехода, образующие диоды или затворы, соединены внутри, и общий вывод, называемый выводом затвора, выведен наружу.Омические контакты (прямые электрические соединения) выполняются на двух концах канала — один вывод называется клеммой источника S, а другой — клеммой стока D.

    Силиконовая полоса ведет себя как резистор между двумя своими выводами D и S. Вывод затвора аналогичен базе обычного транзистора (BJT). Он используется для управления потоком тока от истока к стоку. Таким образом, выводы истока и стока аналогичны выводам эмиттера и коллектора, соответственно, BJT.

    На рисунке выше затвор является P-областью, а исток и сток — N-областями.Из-за этого JFET похож на два диода. Затвор и исток образуют один из диодов, а сток — другой диод. Эти два диода обычно называют диодом затвор-исток и диодом затвор-сток. Поскольку JFET представляет собой кремниевое устройство, требуется всего 0,7 В для прямого смещения, чтобы получить значительный ток в любом из диодов.

    Когда клемма затвора не подключена, и приложен потенциал (+ ve на стоке и — ve на истоке), ток, называемый током стока, ID течет через канал, расположенный между двумя P-областями. Этот ток в данном случае состоит только из основных носителей — электронов. P-канальный JFET аналогичен по конструкции N-канальному JFET, за исключением того, что полупроводниковый материал P-типа зажат между двумя переходами N-типа, как показано на рисунке. В этом случае основными носителями являются дыры.

    Стандартные обозначения в FET:

    Источник — Терминал, через который большинство несущих входят в канал, называется источником , терминал S , а условный ток, поступающий в канал в точке S, обозначается как I g .

    Сток — Вывод, через который большинство несущих покидает канал, называется стоком , выводом D , а обычный ток, покидающий канал в точке D, обозначается как I D .

    Напряжение сток-исток называется V DS и положительно, если D более положительно, чем исток S

    .

    Затвор — Имеются две соединенные внутри сильно легированные примесные области, образованные легированием, диффузией или любым другим доступным способом для создания двух P-N-переходов. Эти примесные области называются затвором G. Между затвором и истоком прикладывается напряжение V GS в направлении обратного смещения P-N перехода. Обычный ток, поступающий в канал в точке G, обозначается как I G .

    Канал — Область между истоком и стоком, зажатая между двумя затворами, называется каналом , и большинство несущих перемещаются от истока к стоку через этот канал.

    Условные обозначения JFET

    Условные обозначения для полевых транзисторов N-типа и P-типа показаны на рисунке ниже.Вертикальную линию в символе можно представить как канал, исток S и сток D, подключенные к линии.

    Обратите внимание, что направление стрелки на затворе указывает направление, в котором течет ток затвора, когда переход затвора смещен в прямом направлении. Таким образом, для N-канального JFET стрелка на стыке затвора указывает на устройство, а в P-канальном JFET — от устройства.

    Соглашения о полярности JFET

    Соглашения о полярности-JFET

    Полярность для N-канального и P-канального JFET показана на рисунках.В обоих случаях напряжение между затвором и истоком таково, что затвор имеет обратное смещение. Это обычный метод подключения полевых транзисторов. Клеммы стока и истока взаимозаменяемы, то есть любой конец может использоваться как исток, а другой конец — как сток. Вывод истока всегда подключается к тому концу источника напряжения стока, который обеспечивает необходимые носители заряда, то есть в N-канальном выводе истока JFET S подключается к отрицательному концу источника напряжения стока для получения.

    Схема смещения для JFET

    Работа JFET

    Давайте рассмотрим N-канальный JFET для обсуждения его работы.

    1. Когда к затвору не приложено никакого смещения (т.е. когда V GS = 0), ни какое-либо напряжение на стоке относительно. Источник (то есть , когда V DS = 0), обедненные области вокруг P-N переходов имеют одинаковую толщину и симметричны.

    2. При подаче положительного напряжения на вывод стока D w.r.t. клемма источника S без подключения клеммы G затвора к источнику питания, как показано на рис. 9.4, электроны (которые являются основными носителями) текут от клеммы S к клемме D, тогда как обычный ток стока I D течет по каналу от D к S. Из-за протекания этого тока на канале возникает равномерное падение напряжения. сопротивление при перемещении от клеммы D к клемме S. Это падение напряжения смещает диод в обратном направлении. Гейт более «отрицателен» по отношению к тем точкам в канале, которые ближе к D, чем к S.Следовательно, слои истощения проникают более глубоко в канал в точках, лежащих ближе к D, чем к S. Таким образом, образуются клиновидные области истощения, как показано на рисунке. когда применяется Vd s . Размер сформированного обедненного слоя определяет ширину канала и, следовательно, величину тока I D , протекающего через канал.

    Чтобы увидеть, как ширина канала изменяется с изменением напряжения затвора, предположим, что затвор имеет отрицательное смещение относительно истока, в то время как сток прикладывается с положительным смещением относительно истока.Это показано на рисунке выше. Затем P-N-переходы смещаются в обратном направлении и образуются обедненные области. P-области сильно легированы по сравнению с N-каналом, поэтому обедненные области глубоко проникают в канал. Поскольку обедненная область — это область, обедненная носителями заряда, она ведет себя как изолятор. В результате канал сужается, сопротивление увеличивается, а ток стока I D уменьшается. Если отрицательное напряжение на затворе снова увеличивается, обедненные слои встречаются в центре, и ток стока полностью прекращается.Если отрицательное смещение затвора уменьшается, ширина обедняющих слоев уменьшается, вызывая уменьшение сопротивления и, следовательно, увеличение тока стока I D (напряжение затвор-исток V GS , при котором ток стока I D полностью отключен (защемлен), это называется напряжением отсечки V p . Следует также отметить, что величина обратного смещения неодинакова по всей длине PN-перехода. Когда ток стока течет по каналу, по его длине происходит падение напряжения.В результате обратное смещение на конце стока больше, чем на конце истока, в результате чего ширина обедненного слоя больше на стоке. Чтобы увидеть, как ширина канала меняется с изменением ворот, просмотрите рисунок выше.

    Что такое переходной полевой транзистор (JFET)? Определение, конструкция, работа и применение

    Определение : JFET — это сокращенная форма для J unction F ield E ffect T ransistor.Это 3-выводное полупроводниковое устройство , в котором проводимость тока происходит только за счет потока основных носителей заряда. Таким образом, это униполярный транзистор .

    Три клеммы JFET — исток, сток и затвор. В отличие от BJT, JFET — это устройство , управляемое напряжением, , поскольку здесь потенциал, приложенный к выводу затвора, управляет током стока.

    JFET в основном классифицируется как n-канальный и p-канал . Эти два в основном классифицируются на основе основного полупроводникового материала, используемого во время производства.Или мы можем сказать, большинство носителей, которые отвечают за протекание тока через устройство.

    Как и в n-канальном JFET, берется кремниевая подложка n-типа и на ней рассеиваются 2 полупроводниковых стержня p-типа. Тем самым создается канал для потока электронов. Таким образом известен как n-канальный JFET.

    В то время как в полевом транзисторе с p-каналом используется кремниевая подложка p-типа, и на ней рассеиваются 2 полупроводниковых материала n-типа. Следовательно, создание канала для прохождения тока, называемого полевым транзистором с р-каналом.

    Конструкция JFET

    Как мы уже обсуждали здесь, JFET классифицируется как n-канальный и p-канальный в зависимости от изготовления. Итак, в этом разделе мы обсудим детали конструкции n-канального JFET.

    Для построения n-канального JFET используется полупроводниковая подложка n-типа (обычно используется кремний). Над стержнем n-типа рассеиваются 2 небольших кремниевых стержня p-типа. Но здесь следует отметить, что эти маленькие полоски должны рассеиваться на двух противоположных сторонах подложки.

    На рисунке ниже представлена ​​конструкция n-канального JFET :

    .

    После диффузии материала p-типа по материалу n-типа оставшаяся область в n-подложке называется каналом , по которому протекают основные носители заряда (то есть электроны). Как только канал сформирован, выполняется металлизация обоих концов канала, чтобы сформировать выводы истока и стока.

    Кроме того, две диффузные кремниевые планки, которые образуют pn-переходы в канале, соединены вместе, чтобы сформировать вывод затвора структуры.

    Давайте теперь посмотрим на структурное представление JFET :

    Символ JFET

    Давайте посмотрим на символическое представление n-канального и p-канального JFET :

    Работа JFET

    Давайте теперь предположим 3 случая, чтобы понять работу n-канального JFET:

    Случай 1 : Когда нет внешнего потенциала ни на затвор, ни на сток, соответствующий клемме истока.Это означает

    В GS = V DS = 0

    Итак, в этом случае два pn-перехода будут иметь обедненные области одинаковой толщины. Поскольку никакого внешнего смещения не предусмотрено, это означает, что из-за колебаний температуры основные носители заряда (электроны) перемещаются от истока к выводу стока.

    Благодаря этому проводимость происходит в направлении от стока к истоку, т.е. противоположно направлению потока носителей.Следовательно, ток называется током стока.

    Здесь следует отметить, что в несмещенном состоянии существует тонкая обедненная область между двумя pn-переходами, которые четко показаны на приведенном выше рисунке.

    Случай 2 : Когда между клеммой затвор-исток подается небольшое напряжение. Это означает

    В GS ≠ 0

    Итак, в этом состоянии, когда между затвором и истоком имеется небольшой обратный потенциал, обратное напряжение увеличивает (увеличивает) ширину обеднения pn-переходов.
    Кроме того, мы знаем, что n канал имеет резистивную природу. Итак, в канале наблюдается падение напряжения. Это происходит из-за тока, протекающего между выводами сток и исток.

    Из-за падения напряжения на двух переходах возникает большее обратное смещение, в результате чего обедненная область больше проникает в канал.

    На рисунке ниже показано неравномерное проникновение 2 областей истощения в канал :

    Как видно из вышеприведенного рисунка, ширина обедненной области больше ближе к стороне стока, чем к стороне истока.Это происходит потому, что падение напряжения на стоке сравнительно выше, чем на стороне истока.

    Это явно означает, что обратное смещение, подаваемое на вывод, неоднородно по каналу, то есть оно ближе к стоку, чем к истоку.

    Из-за увеличения ширины обеднения область канала для потока электронов уменьшается. Это приводит к уменьшению тока, протекающего от стока к клемме истока.

    Случай 3 : Когда применяется высокий обратный потенциал затвор-исток.

    Итак, в этом случае из-за высокого обратного напряжения затвор-исток ширина обеднения еще больше увеличивается. При более высоком напряжении между затвором и истоком достигается точка, в которой два обедненных слоя встречаются друг с другом.

    На рисунке ниже четко показано соединение обедненного слоя с высоким напряжением затвора :

    Это приведет к полной блокировке некоторой области канала, тем самым блокируя движение основных носителей заряда.

    Благодаря этому полностью прекращается прохождение тока через канал.Таким образом, конкретное напряжение затвор-источник, которое полностью останавливает проводимость через устройство, известно как напряжение отсечки или отсечки.

    Примечательно, что с уменьшением обратного приложенного напряжения на выводе затвора сопротивление канала также уменьшается. В результате увеличивается ток стока.

    Преимущества JFET

    1. Переходный полевой транзистор производит на меньше шума во время работы, поскольку только основные носители заряда отвечают за его проводимость.
    2. JFET во время работы потребляет меньше энергии.
    3. Таким образом, устройство небольшого размера занимает меньше места.
    4. Он имеет большое входное сопротивление.

    Недостатки JFET

    1. В случае JFET произведение коэффициента усиления на полосу пропускания невелико.
    2. Стоимость высока.
    3. Небольшой размер устройства иногда вызывает трудности в обращении.

    Применение JFET

    • В операционном усилителе : поскольку это устройство, управляемое напряжением.Таким образом, он находит применение в качестве резистора переменного напряжения в операционных усилителях.
    • В ВЧ усилителях : Уровень генерации шума JFET очень низкий по сравнению с другими электронными устройствами. Таким образом, они широко используются для усиления радиочастот.
    • В схемах переключения : Поскольку ток через устройство зависит от затвора, приложенного к напряжению, в случае полевых транзисторов. Таким образом, они используются в приложениях переключения.
    • В цифровых схемах : Небольшая конструкция устройства позволяет использовать его в цифровых схемах и блоках памяти компьютерных систем.

    Ключевые термины, относящиеся к JFET

    1. Источник : это терминал, который формирует соединение с одним концом канала. По сути, терминал источника обеспечивает большинство носителей заряда, движение которых генерирует ток через устройство.
    2. Дренаж : Дренажный терминал находится на противоположном конце терминала источника. Большинство носителей заряда перемещаются от одного конца к другому и собираются на выводе стока транзистора.
    3. Затвор : этот вывод образован комбинированным соединением двух сильно рассеянных областей на подложке. Напряжение, регулирующее уровень тока, подается на вывод затвора.
    4. Канал : это область между затвором и исходным терминалом, через которую происходит движение основных несущих.
    5. Напряжение отсечки : это максимальное обратное напряжение, приложенное к затвору к выводу истока, которое в конечном итоге приводит к нулевому току затвора.

    Итак, из приведенного выше обсуждения становится ясно, почему устройство называется переходным полевым транзистором. Как и здесь, электрическое поле, создаваемое обратным напряжением затвора, отвечает за управление током стока.

    Руководство по выбору полевых транзисторов с переходом

    (JFET): типы, характеристики, применение


    Полевые транзисторы (JFET) — это тип полевых транзисторов, в которых проводящий канал находится между одним или несколькими p-n-переходами.

    Как и все транзисторы, полевые транзисторы JFET имеют три вывода: исток (S), сток (D) и затвор (G). Все полевые транзисторы JFET имеют токопроводящий канал, идущий от истока к стоку. Канал зажат между двумя областями противоположной полярности; например, в n-канальном JFET — наиболее распространенном типе — канал состоит из материала n-типа, а две внешние области — из материалов p-типа. Каждая p-область окружена тонким обедняющим слоем. Контакт затвора находится на одной из p-областей.На изображении ниже показаны схематический символ и базовая диаграмма n-канального JFET.

    Изображение предоставлено: CircuitsToday

    Полевые транзисторы

    часто используются в качестве переключателей или резисторов, управляемых напряжением, и их работу можно легко сравнить с работой крана. Если мы рассмотрим, что мы можем контролировать поток воды через кран, регулируя клапан, мы можем затем сравнить JFET, назначив клемму источника как источник воды, затвор как клапан и сток как физический сток.Это означает, что контакт истока обеспечивает электроны, которые проходят через проводящий канал к выводу стока. Подавая напряжение на затвор, канал становится меньше и эффективно ограничивает поток электронов; это показывает использование полевого транзистора в качестве резистора, управляемого напряжением, операция, которая будет описана более подробно ниже.

    Изображение предоставлено: Bolestad & Nashewski; Пирсон Паблишинг

    Полевые транзисторы

    , как и родственные им биполярные переходные транзисторы (BJT), используются во множестве современных электронных устройств, таких как усилители, переключающие устройства и схемы согласования импеданса.Полевые транзисторы (FET) имеют ряд отличий по сравнению с BJT, в том числе:

    • Полевые транзисторы управляются напряжением; БЮТ с управлением по току
    • полевые транзисторы имеют более высокое входное сопротивление; BJT имеют больший прирост
    • Полевые транзисторы менее чувствительны к колебаниям температуры
    • полевые транзисторы однополярные, а биполярные транзисторы

    Принципы работы

    Условия работы полевого транзистора определяются значениями и изменениями двух различных напряжений: напряжения затвор-исток ( В, GS ) и напряжения сток-исток ( В, DS ).

    В

    GS = 0; V DS Увеличение

    Если напряжение затвор-исток равно нулю (В GS = 0) и напряжение сток-исток увеличивается, в транзисторе происходят три изменения:

    • Область истощения между n- и p-областями увеличивается в размерах.
    • Канал n становится меньше, а сопротивление увеличивается.
    • Несмотря на повышенное сопротивление, ток от истока к стоку увеличивается из-за увеличения напряжения сток-исток.

    Если напряжение затвора остается равным нулю, а напряжение сток-исток продолжает увеличиваться, транзистор в конечном итоге испытает отсечку , , при которой слои истощения станут настолько толстыми, что закроют канал. Основываясь на изображениях ниже, может показаться, что отсечка приведет к падению тока стока до нуля, но в этом состоянии ток стока просто остается постоянным, несмотря на дальнейшее увеличение напряжения стока. В точке отсечки ток стока может обозначаться как насыщенный, (или максимальный) и может быть задан с использованием значения I DSS .

    Два условия, описанные выше: VGS = 0 (слева) и отсечка.

    Изображение предоставлено: Болестад и Нашевски; Пирсон Паблишинг

    Некоторые другие характеристики полезны при рассмотрении работы JFET:

    • В P представляет напряжение отсечки или напряжение, необходимое для возникновения условия отсечки. Полевые транзисторы JFET обычно имеют относительно низкие напряжения отсечки.
    • Если V DS продолжает увеличиваться после того, как произошло насыщение стока, ток стока (I D ) в конечном итоге начинает уменьшаться.Напряжение затвор-исток, необходимое для уменьшения тока стока до нуля, обозначается как В GS (Off ) .

    • В DSmax указывает максимальное напряжение сток-исток. Если это значение превышено, ток стока будет бесконтрольно увеличиваться, что приведет к поломке и вероятному физическому повреждению или разрушению.

    Работа в качестве резистора, управляемого напряжением

    Возвращаясь к сравнению JFET-транзисторов и водопроводных кранов, можно изменить напряжение затвор-исток, чтобы отрегулировать сопротивление канала.График ниже показывает взаимосвязь между всеми ранее обсуждавшимися переменными. Обратите внимание, что область графика слева от напряжения отсечки (V P ) известна как омическая область.

    Изображение предоставлено: Болестад и Нашевски; Пирсон Паблишинг

    Приложения

    Полевые транзисторы

    используются во многих из тех же приложений, которые включают переключение или усиление, как и другие полевые транзисторы, включая металлооксидные полупроводниковые полевые транзисторы (MOSFET).Из-за их относительно более высоких характеристик крутизны JFET особенно подходят для малошумящих операционных усилителей.

    Стандарты

    SMD 5962-98636 — Операционный усилитель JFET

    SMD 5962-87718 — Мультиплексор JFET

    Список литературы

    Калифорнийский университет в Беркли — Цепи JFET


    Объясните устройство и работу JFET. В чем разница между JFET и BJT?

    Соединительный полевой транзистор (JEFT)

    Полевой транзистор — это устройство, управляемое напряжением i.е. выходные характеристики устройства регулируются входным напряжением. Есть два основных типа полевых транзисторов:

    1. Переходный полевой транзистор (JFET)
    2. Металлооксидный полупроводниковый полевой транзистор (MOSFET)

    Соединительный полевой транзистор (JFET)

    JFET — это трехконтактный полупроводниковый прибор, в котором токопроводимость осуществляется одним типом носителя, то есть электронами или дырками.

    Токопроводимость регулируется с помощью электрического поля между затвором и проводящим каналом устройства.

    JFET имеет высокое входное сопротивление и низкий уровень шума.

    Сведения о конструкции:

    JFET состоит из кремниевого стержня p-типа или n-типа, содержащего два p-n перехода по бокам, как показано на рис.1.

    Рис.1 (i) Рис.1 (ii)

    Брусок образует проводящий канал для носителей заряда.

    Если полоса p-типа, она называется p-канальным JFET, как показано на рис.1 (i), и если стержень n-типа, он называется n-канальным JFET, как показано на рис. 1 (ii).

    Два pn перехода, образующие диоды, соединены внутри, а общая клемма, называемая затвором, удалена.

    Остальные клеммы истока и стока выведены из шины, как показано на рис.1.

    Таким образом, JFET имеет три клеммы, такие как затвор (G), исток (S) и сток (D).

    Полярность JFET

    На рис. 2 (i) показаны полярности n-канального полевого транзистора, а на рис.2 (ii) показаны полярности полевого транзистора с р-каналом.

    Рис.2 (i)

    Рис. 2 (ii)

    В каждом случае напряжение между затвором и истоком таково, что затвор имеет обратное смещение.

    Клеммы истока и стока взаимозаменяемы.

    Можно отметить следующие моменты:

    1. Входная цепь (т.е. затвор-исток) полевого транзистора имеет обратное смещение. Это означает, что устройство имеет высокое входное сопротивление.
    2. Сток настолько смещен по отношению к исток, ток стока I D течет от истока к стоку.
    3. Во всех полевых транзисторах JFET ток истока I S равен току стока, то есть I S = I D .

    Принцип и работа JFET
    Принцип JEFT

    На рис.3 показана схема n-канального полевого транзистора с нормальной полярностью.

    Два pn перехода по бокам образуют два обедненных слоя.

    Носители заряда (т.е. электроны) проводят ток через канал между двумя обедненными слоями и выходят из стока.

    Шириной и, следовательно, сопротивлением этого канала можно управлять, изменяя входное напряжение V GS .

    Чем больше обратное напряжение V GS , тем шире будет обедненный слой и уже будет проводящий канал.

    Более узкий канал означает большее сопротивление и, следовательно, уменьшается ток истока.

    Обратный ход произойдет, когда V GS уменьшится.

    Таким образом, JFET работает по принципу, согласно которому ширину и, следовательно, сопротивление проводящего канала можно изменять, изменяя обратное напряжение V GS .

    Другими словами, величина тока стока I D может быть изменена путем изменения V GS .

    Работа JEFT

    Работу JFET можно объяснить следующим образом:

    Кейс-i:

    Когда напряжение V DS приложено между выводами стока и истока и напряжение на затворе равно нулю, как показано на рис.3 (i), два pn перехода по бокам стержня образуют обедненные слои.

    Рис.3 (i)

    Электроны будут течь от истока к стоку через канал между обедненными слоями.

    Размер обедняющих слоев определяет ширину канала и, следовательно, проводимость тока через стержень.

    Кейс-ii:

    Когда обратное напряжение V GS приложено между выводами затвора и истока, как показано на рис.3 (ii) ширина истощающего слоя увеличивается.

    Рис. 3 (ii)

    Это уменьшает ширину проводящего канала, тем самым увеличивая сопротивление стержня n-типа.

    Следовательно, ток от истока к стоку уменьшается.

    С другой стороны, когда обратное смещение затвора уменьшается, ширина обедненного слоя также уменьшается.

    Это увеличивает ширину проводящего канала и, следовательно, ток от истока к стоку.

    P-канальный JFET работает так же, как и n-канальный JFET, за исключением того, что носителями тока в канале будут дырки, а не электроны, а полярности V GS и V DS поменялись местами.

    Схематическое обозначение JFET

    На рис.4 показано схематическое обозначение полевого транзистора.

    Рис.4

    Разница между JFET и BJT

    JFET отличается от обычного BJT следующим образом:

    1. В JFET есть только один тип несущей, т.е.е. дырки в канале p-типа и электроны в канале n-типа. По этой причине его также называют униполярным транзистором. Однако в обычном BJT и электроны, и дырки играют роль в проводимости. Поэтому его называют биполярным транзистором.
    2. Поскольку входная цепь полевого транзистора JFET имеет обратное смещение, она имеет высокий входной импеданс. Однако входная цепь BJT смещена в прямом направлении и, следовательно, имеет низкий входной импеданс.
    3. Основное функциональное различие между JFET и BJT заключается в том, что на затвор JFET не поступает ток.Однако в типичном BJT ток базы может составлять несколько мкА.
    4. BJT использует ток в своей базе для управления большим током между коллектором и эмиттером. В то время как JFET использует напряжение на выводе затвора для управления током между стоком и истоком.
    5. В JFET нет перехода. Следовательно, уровень шума в JFET очень мал.

    Преимущества JFET

    JFET — это устройство постоянного тока, управляемое напряжением, в котором изменение входного напряжения управляет выходным током.Некоторые из преимуществ JFET:

    1. Он имеет очень высокое входное сопротивление. Это обеспечивает высокую степень изоляции между входными и выходными цепями.
    2. Работа JFET зависит от носителей тока в массивном материале, которые не пересекают переходы. Следовательно, собственный шум ламп и транзисторов отсутствует в полевом транзисторе.
    3. JFET имеет отрицательный температурный коэффициент сопротивления. Это позволяет избежать риска теплового разгона.
    4. JFET имеет очень высокий коэффициент усиления по мощности.Это устраняет необходимость использования ступеней драйвера.
    5. JFET имеет меньший размер, более длительный срок службы и высокую эффективность

    Вам могут понравиться следующие статьи

    1. Что такое транзистор? Подробно опишите действие транзистора. Объясните работу транзистора как усилителя
    2. Объясните устройство и работу JFET. В чем разница между JFET и BJT
    3. Опишите выходные характеристики и передаточные характеристики JFET.Объясните различные методы смещения JFET
    4. .
    5. Объясните устройство и работу полевого МОП-транзистора
    6. Однопереходный транзистор
    7. Обсудите основы транзисторного генератора. Объясните действие настроенного коллекторного генератора, генератора Колпитта и генератора Хартли
    8. .
    Сасмита

    Привет! Я Сасмита. В ElectronicsPost.com я преследую свою любовь к преподаванию. Я магистр электроники и телекоммуникаций.И, если вы действительно хотите узнать обо мне больше, посетите мою страницу «О нас». Узнать больше

    Shahram Marivani — ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭФФЕКТИВНОГО ТРАНЗИСТОРА ПЕРЕХОДНОГО ПОЛЯ

    ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРАНЗИСТОРА ПЕРЕХОДНОГО ПОЛЯ

    ЗАДАЧИ:

    Ознакомиться с теорией работы переходных полевых транзисторов. (JFET) и изучить V-I характеристики JFET.

    ВВЕДЕНИЕ:

    На рисунке 1 показана структура N-канального JFET. Как показано на этом рисунке, N-канальный JFET изготовлен из полупроводника N-типа. материал с двумя островками материалов P-типа, встроенными в средние стороны этого материал. Один конец канала N-типа называется «Источником», а противоположный конец — называется «Слив». Два материала P-типа в середине имеют внутреннее соединение и называются «Ворота». Обратите внимание на узкий канал между двумя P-областями JFET на рисунке 1.Именно через этот узкий канал свободные электроны N-типа материал должен проходить по мере продвижения от источника к стоку. Таким образом, когда отрицательное напряжение приложено к затвору, индуцированное электрическое поле в этом P-материале (затвор) будет управлять потоком электронов между истоком и стоком. Следовательно, JFET — это устройство, управляемое напряжением.


    Рисунок 1 — Символ и структура переходного полевого транзистора (JFET)

    При смещении N-канального JFET положительное напряжение V DD подключается между стоком. и источник, таким образом, позволяя свободным электронам течь от источника к осушать.Поскольку эти электроны должны проходить через область затвора (канал), это будет предоставить средства для управления током от стока к истоку. Это выполняется путем приложения отрицательного напряжения к области затвора, чтобы препятствовать перемещению электроны, проходящие через него. Рисунок 2 (а) иллюстрирует смещение N-канала JFET.


    Рисунок 2 — Смещение N-канального JFET

    Обратите внимание, что отрицательный источник питания затвора V GG подключен между затвором и источник.Это стандарт для всех приложений JFET. Затвор JFET всегда должен быть смещенным в обратном направлении, чтобы предотвратить прохождение электрического тока в затвор. Тем не менее обратное смещение вводит слои истощения вокруг области затвора (P-области), как показано на Рисунок 2 (б). Таким образом, увеличение отрицательного напряжения на затворе приведет к канал проводимости через затвор уже. Чем больше отрицательное напряжение затвора, тем канал становится более узким, потому что слои истощения сближаются.Когда напряжение затвора делается достаточно отрицательным, обедненные слои в области затвора коснитесь, и проводящий канал исчезнет (PINCH OFF). В этом случае сток-исток ток отключен. Напряжение затвора в этом случае называется напряжением отсечки. (В п-офф ). Типичное значение такого напряжения в полевых транзисторах слабого сигнала составляет от -3 до -4 В постоянного тока.

    С другой стороны, когда V GG установлен в ноль, область отсечки исчезнет и ток от стока к источнику будет свободно течь, только контролируемый сопротивление материалов N-типа, образующих канал N-типа (см. рисунок 1).В результате это ток — это максимальный ток стока, который JFET может произвести для данного стока-истока. напряжение до того, как транзистор выйдет из строя. Этот ток обычно называют как я DSS .

    Характеристика проводимости JFET представляет собой набор графиков, относящихся к стоку ток к напряжению затвора, то есть I D по сравнению с V GS . В аналитической форме это соотношение имеет вид универсально обозначается как,

    I D = I DSS {1-V GS / V p-off } 2

    Уравнение 1

    Это уравнение применимо к любому полевому транзистору JFET независимо от полярности канала.

    РАБОТА В ЛАБОРАТОРИИ:

    В этом эксперименте для измерения будет использоваться полевой транзистор JFET N-типа 2N5457. Контактный Схема подключения транзистора 2N5457 приведена на рисунке 3.


    Рисунок 3 — Схема подключения выводов полевого транзистора 2N5457

    Для данного транзистора измерить сопротивление постоянному току между стоком и истоком. терминалы с открытыми воротами. Поменяйте полярность датчика цифрового мультиметра. и снова измерить сопротивление канала сток-исток.Сравните два измеренные значения.

    1. Постройте схему, показанную на рисунке 4. Начните с V GG и V DD при нулевом напряжении. Подключите цифровой мультиметр между стоком и истоком транзистора. Удерживайте V GG при 0 В и медленно увеличивайте V DD , пока V DS не станет 1,0 В. (V DS — напряжение между стоком и истоком транзистора.)
    2. С помощью V DS при 1,0 В измерьте напряжение на R2 (V R2 ).Вычислите ток стока, I D , применив закон Ома к R2. Обратите внимание, что ток в R2 такой же, как у I D для транзистора. Введите вычисленное значение I D в Таблицу 1 под столбцом, обозначенным «Напряжение затвора» = 0 В.
    3. Не нарушая настройки V GG , медленно увеличивайте V DD до тех пор, пока V DS не станет 2,0 В. Измерьте и запишите V R2 для этой настройки. Вычислите I D , как и раньше, и введите вычисленный ток в таблицу.
    4. Повторите шаг 3 для каждого значения V DS , указанного в таблице 1.
    5. Отрегулируйте V GG на -1,0 В. Это применяется к напряжению -1,0 В между затвором и истоком, потому что в полевом транзисторе почти нет тока затвора и почти нет падения напряжения на R1. Сбросьте V DD до V DS = 1,0 В. Измерьте V R2 и внесите его в таблицу. Вычислите I D и введите вычисленный ток в таблицу под столбцами, обозначенными Gate Voltage = -1.0V.
    6. Не меняя настройки V GG , отрегулируйте V DD для каждого значения V DS , указанного в таблице, как и раньше. Вычислите ток стока при каждой настройке и введите его в таблицу под столбцами, обозначенными как «Напряжение затвора» = -1,0 В.
    7. Отрегулируйте V GG на -2,0 В. Повторите шаги 5 и 6, введя данные в столбцы с надписью Gate Voltage = -2.0V.
    8. Данные в таблице 1 представляют три кривые характеристики стока для вашего JFET.Характеристическая кривая стока представляет собой график зависимости I D от V DS для постоянного напряжения затвора. Используйте MS Excel, чтобы построить все кривые на одном листе.
    9. По графикам определите I DSS и V p-Off и сравните их со значениями в таблице данных.

    Рисунок 4 — Схема подключения характеристик JFET-транзистора

    Напряжение затвора = 0 В

    Напряжение затвора = -1.0В

    Напряжение затвора = -2,0 В

    V DS (измерено) В R2 (Измерено) I D (вычислено) В R2 (Измерено) I D (вычислено) В R2 (Измерено) I D (вычислено)
    1,0 В
    2.0V
    3,0 В
    4,0 В
    5,0 В
    6.0V
    8,0 В

    Таблица 1 .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *