JFET je tranzistor s poljskimi efekti na križiščih. Običajni tranzistor je trenutno nadzorovana naprava, ki potrebuje tok za pristranskost, medtem ko je JFET napetostno krmiljena naprava. Tako kot MOSFET-ji, kot smo videli v prejšnji vadnici, ima JFET tri terminale Gate, Drain in Source.
JFET je bistvena komponenta za natančno krmiljenje napetosti v analogni elektroniki. JFET lahko uporabimo kot napetostno krmiljeni upori ali kot stikalo ali celo izdelamo ojačevalnik z uporabo JFET-a. Prav tako je energetsko učinkovita različica, ki nadomešča BJT. JFET zagotavlja nizko porabo energije in dokaj majhno odvajanje moči, s čimer se izboljša splošna učinkovitost vezja. Zagotavlja tudi zelo visoko vhodno impedanco, kar je velika prednost pred BJT-ji.
V družini FET obstajajo različne vrste tranzistorjev, obstajata dve podtipi: JFET in MOSFET. O MOSFET-u smo že razpravljali v prejšnji vadnici, tukaj bomo izvedeli več o JFET-u.
Vrste JFET
Tako kot MOSFET ima tudi dva podtipa - N Channel JFET in P Channel JFET.
Na zgornji sliki sta prikazana shematski model N-kanalov JFET in P-kanal JFET. Puščica označuje vrste JFET. Puščica, ki se kaže na vrata, pomeni, da je JFET N-kanalni, na drugi strani pa puščica na vratih označuje P-kanalni JFET. Ta puščica označuje tudi polarnost PN stika, ki je oblikovan med kanalom in vrati. Zanimivo je, da je angleška mnemonika to, da puščica naprave N-Channel označuje »Točke i n «.
Tok, ki teče skozi odtok in vir, je odvisen od napetosti, ki deluje na priključek vrat. Za N-kanalni JFET je napetost vhoda negativna, za P-kanalni JFET pa je napetost vhoda pozitivna.
Gradnja JFET
Na zgornji sliki lahko vidimo osnovno konstrukcijo JFET-a. N-Channel JFET je sestavljen iz materiala P-vrste v podlagi N-tipa, medtem ko se materiali N-tipa uporabljajo v substratu p-tipa, da tvorijo P-kanal JFET.
JFET je izdelan z dolgim kanalom polprevodniškega materiala. Če JFET vsebuje veliko število pozitivnih nosilcev naboja (se imenuje luknje), je JFET tipa P in če ima veliko število nosilcev negativnega naboja (se imenuje elektroni), se imenuje N-tip JFET.
V dolgem kanalu polprevodniškega materiala se na obeh koncih ustvarijo omski kontakti, ki tvorijo izvorne in odtočne povezave. Na eni ali obeh straneh kanala je tvorjen PN spoj.
Delovanje JFET
Eden najboljših primerov za razumevanje delovanja JFET je predstavljanje cevi za vrtno cev. Recimo, da vrtna cev zagotavlja pretok vode skozi njo. Če stisnemo cev, bo pretok vode manjši in na določeni točki, če jo stisnemo popolnoma, ne bo pretoka vode. JFET deluje natanko tako. Če zamenjamo cev z JFET in pretok vode s tokom in nato zgradimo tok, ki nosi tok, lahko nadzorujemo tok toka.
Ko na vratih in viru ni napetosti, kanal postane gladka pot, ki je na široko odprta za pretok elektronov. Toda obratno se zgodi, ko se napetost med vrati in izvorom napaja v obratni polarnosti, zaradi česar je PN spoj obrnjen pristransko in kanal oži s povečanjem izčrpajočega sloja in lahko JFET postavi v mejno ali odščipnjeno območje.
Na spodnji sliki lahko vidimo način nasičenja in način izklopa in lahko bomo razumeli, da je plast izčrpavanja postala širša in trenutni tok manjši.
Če želimo izklopiti JFET, moramo za NF tipa N zagotoviti negativni prehod na napetost vira, ki je označena kot V GS. Za JFET tipa P moramo zagotoviti pozitiven V GS.
JFET deluje samo v načinu izpraznitve, medtem ko imajo MOSFET-ji način izpraznitve in način izboljšanja.
Krivulja značilnosti JFET
Na zgornji sliki je JFET pristranski prek spremenljivega napajanja z enosmernim tokom, ki bo nadzoroval V GS JFET-a. Uporabili smo tudi napetost na odtoku in viru. S spremenljivko V GS lahko narišemo IV krivuljo JFET.
Na zgornji sliki IV lahko vidimo tri grafe za tri različne vrednosti napetosti V GS, 0V, -2V in -4V. Obstajajo tri različne regije ohmična, nasičena in razpadna regija. Med ohmično regijo JFET deluje kot napetostno krmiljen upor, kjer tok pretoka nadzira napetost, ki je nanj pritrjena. Po tem JFET pride v območje nasičenja, kjer je krivulja skoraj ravna. To pomeni, da je trenutni tok dovolj stabilen, kjer V DS ne bi motil trenutnega toka. Toda ko je V DS veliko več kot dovoljeno odstopanje, JFET preide v način razčlenitve, kjer trenutni tok ni nadzorovan.
Ta krivulja IV je skoraj enaka tudi za P-kanal JFET, vendar obstaja malo razlik. JFET preide v način ločitve, ko sta napetosti V GS in Pinch ali (V P) enake. Tako kot v zgornji krivulji se pri N-kanalu JFET odvodni tok poveča, ko se poveča V GS. Toda za P-kanalni JFET se odtočni tok zmanjša, ko se poveča V GS.
Nepristranskost JFET
Za pravilno pristranskost JFET se uporabljajo različne vrste tehnik. Med različnimi tehnikami se pogosto uporabljajo naslednje tri:
- Fiksna DC pristranska tehnika
- Tehnika samonaklona
- Potencialna ločitev delilnika
Fiksna DC pristranska tehnika
Pri fiksni DC-pristranski tehniki N-kanalnega JFET-a so vrata JFET-a povezana tako, da ostane V GS JFET-a ves čas negativen. Ker je vhodna impedanca JFET-a zelo velika, v vhodnem signalu niso opaženi učinki obremenitve. Tok toka skozi upor R1 ostane nič. Ko uporabimo izmenični signal preko vhodnega kondenzatorja C1, se signal prikaže čez vrata. Zdaj, če izračunamo padec napetosti na R1, bo po zakonu Ohmov V = I x R ali V padec = tok vhoda x R1. Ker je tok, ki teče do vrat, 0, padec napetosti na vratih ostane nič. S to tehniko pristranskosti lahko nadzorujemo odtočni tok JFET tako, da samo spremenimo fiksno napetost in tako spremenimo V GS.
Tehnika samonaklona
Pri samonapetostni tehniki se na izvorni zatič doda en upor. Padec napetosti na izvornem uporu R2 ustvari V GS za odklon napetosti. Pri tej tehniki je tok vrat spet enak nič. Napetost vira je določena po istem ohmskem zakonu V = I x R. Zato je napetost vira = odtok x upor vira Zdaj lahko napetost od vrat do vira določimo z razlikami med napetostjo vrat in napetostjo vira.
Ker je napetost vrat 0 (ker je tok toka vrat 0, glede na V = IR, napetost vrat = tok toka x upor vrat = 0), je V GS = 0 - tok toka x upor vira. Zato ni potreben zunanji vir pristranskosti. Prednapetost ustvari sam, z uporabo padca napetosti na uporu izvora.
Potencialna ločitev delilnika
Pri tej tehniki se uporablja dodaten upor in vezje je nekoliko spremenjeno od tehnike samonaklona, delilnik potencialne napetosti z uporabo R1 in R2 zagotavlja zahtevano enosmerno pristranskost za JFET. Padec napetosti na izvornem uporu mora biti večji od napetosti vrat delilnika upora. Na ta način V GS ostane negativen.
Tako je JFET zgrajen in pristranski.