Базовая электроника - JFET

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.

FET

Эти два осаждения затвора (материалы p-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.

N-канальный FET

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, необходимо понять, как формируются истощающие слои. Для этого предположим, что напряжение на клемме затвора, скажем, V GG, смещено в обратном направлении, тогда 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 применяется V DD (положительная клемма к стоку и отрицательная клемма к источнику), а V GG не применяется, электроны текут от источника к стоку, которые составляют ток I D стока .

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

N-Channel FET Operation

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 выводе истока B, а точка на выводе стока A, тогда сопротивление канала будет таким, что падение напряжения на выводе A будет больше, чем падение напряжения на выводе B. Что означает,

V A > V B

Следовательно, падение напряжения происходит постепенно 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.

Поведение FET

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, подаваемое 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.

Режим истощения

Напряжение, при котором оба этих обедненных слоя буквально «соприкасаются», называется « напряжение снятия напряжения ». Указывается 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.

Характеристики слива JFET

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 происходит 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.

N-канальная структура FET

Характеристики стока представлены 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.

Характеристики дренажных графиков

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