Junction Field efekto tranzistorius (JFET): kaip jis veikia ir kur jis naudojamas

„Junction Field Effect“ tranzistorius (JFET) yra pagrindinis šiuolaikinės elektronikos komponentas, plačiai naudojamas dėl didelės įvesties varžos, mažo triukšmo charakteristikos ir efektyvus energijos suvartojimas.Skirtingai nuo bipolinių jungčių tranzistorių (BJT), JFET veikia kaip įtampos kontroliuojami įtaisai, todėl jie yra idealūs amplifikavimui, perjungimui ir varžos buferiui.Šiame straipsnyje nagrinėjamos JFETS konstrukcijos, darbo principai, pagrindinės veiklos charakteristikos ir realaus pasaulio pritaikymas, siūlantis išsamų supratimą, kaip šie komponentai veikia elektroninėse grandinėse.

Katalogas

Įvadas į JFET

Tranzistoriai sudaro pagrindinę šiuolaikinių elektroninių sistemų pagrindą, kvėpuodami į daugybę grandinių, nesvarbu, ar jie yra tiesmukiški buferiai, siūlantys subtilius patobulinimus, ar sudėtingus stiprintuvus, kurie radikaliai transformuoja signalus.Egzistuoja įvairių tipų tranzistoriai, kiekvienas iš jų su savo žavesiu, tačiau „Junction Field Effect“ tranzistorius (JFET) atkreipia dėmesį į jo išskirtines savybes ir pritaikomumą, kuris, atrodo, šnabžda pasakas apie naujoves.Šis išsamus vadovas iškeliamas į kelionę per žavią JFET sferą, išaiškindamas jų konstrukcijos meną, jų veikimo painiavą ir jų praktinio naudojimo plotį, atspindintį entuziastingą žinių ir taikymo sritį.

Įgyja įžvalgos apie „P-N“ sankryžus

Prieš tyrinėdami JFET painiavą, mes pasineriame į P-N sankryžų sritį, pagrindiniai elementai, kuriais kyla kelias į puslaidininkių technologiją.

P-N sankryžos apibrėžimas

Puslaidininkinių medžiagų centre yra P-N sankryža, riba, kurioje susitinka P tipo ir N tipo medžiagos.Vyraujanti medžiaga, silicia, dažnai patiria sąmoningą priemaišų infuziją, kad būtų lengviau sukurti šių skirtingų tipų:

- P tipo: užpiltas III grupės elementais, tokiais kaip boronas ar aliuminis, kad būtų pasiektos norimos elektrinės savybės.

- N-tipo: patobulintas V grupės elementais, tokiais kaip fosforas ir arsenas, kad būtų pritaikytos elektroninės laidumo charakteristikos.

Išeikvojimo zona

Kai P tipo ir N tipo kolegų pasauliai vienija, atsiranda tarpinė sritis, žinoma kaip išeikvojimo regionas.Ši zona, pašalinta iš bet kokių mobiliųjų įkrovimo laikiklių, veikia kaip nelaidžioji barikada.

Šališkumo įtaka

- Į priekinis šališkumas: Energijos suderintos, kad suspaustų išeikvojimo zoną.

- Atvirkštinis šališkumas: žaidimo jėgos išplečia išeikvojimo zonos plotį.

1 paveikslas. P-N sankryžos ir jos išeikvojimo srities iliustracija

JFET struktūra ir pobūdis

Junction lauko efekto tranzistorius (JFET) atsiskleidžia kaip trijų galų puslaidininkio konstrukcija, kurią sudaro vartai, kanalizacija ir šaltinis.Srovė keliauja tarp kanalizacijos ir šaltinio gnybtų per praėjimą, žinomą kaip kanalas, kurį galima sukurti iš N tipo arba P tipo puslaidininkinės medžiagos.Įdomu tai, kad nors vartų srovės praktiškai nėra, įtampa, taikoma prie vartų, daro įtaką srovei tekantiems iš kanalizacijos į šaltinį.

JFET variantai

Kanalo tipas diktuoja JFET pobūdį, pasireiškiantį kaip n-tipo arba p tipo, kiekvienas turi savo atskirą simbolį, kaip pavaizduota žemiau:

2 paveikslas. N-kanalo ir P-kanalo JFET simboliai

JFET skerspjūvis

JFET funkcionavimas kaip įtampos kontroliuojamas srovės aparatas leidžia entuziastingai manipuliuoti kanalizacija, kad būtų galima šaltinio srovei pakitus vartų įtampos pokyčiams.Žemiau yra išsamus N-kanalo JFET iliustracija:

3 paveikslas. N-kanalo JFET skerspjūvis

N-kanalo JFET sudaro N tipo puslaidininkinės medžiagos, kuriai būdingi du ominiai kontaktai priešinguose šonuose.Iliustracijoje aukštesnis kontaktas prisiima kanalizacijos vaidmenį, o žemesnis kontaktas yra nurodytas kaip šaltinis.Erdvė tarp šių taškų yra N kanalas, kuriame gausu laisvų elektronų, norinčių laidumo.

Kanalo flankavimas yra du p tipo regionai, kurių kiekvienas yra pririštas prie vartų gnybto, kulminacija, atsirandanti atsiradus išeikvojimo sričiai.Šis regionas, potencialių laukų mūšio laukas, storio ir kontūro morfai, remiantis taikoma įtampa prie vartų ir atitinkamų gnybtų.

Kaip JFET veikia

Kad JFET veiksmingai veiktų, reikia tinkamo šališkumo.Tai reiškia, kad reikia naudoti nutekėjimo iki šaltinio įtampą (VDS) ir nuo vartų iki šaltinio įtampos (VGS).N-kanalo JFET atveju šaltinis paprastai yra įžemintas, kuris yra bendras abiejų įtampų atskaitos taškas.Norėdami suvokti JFET veikimą, pasinerkime į šių taikomų įtampų poveikį.

1 atvejis: VDS teigiamas, VGS = 0

Pagal šį scenarijų vartai yra sujungti tiesiai prie šaltinio gnybto, o kanalizacijai taikoma teigiama įtampa.Kai vartų įtampa laikoma nuliui, o VDS nustatyta teigiama vertė, N-kanalo elektronai nukreipiami link kanalizacijos.Tai lemia elektronų srautą iš šaltinio į kanalizaciją, o tai gali būti aiškinama kaip įprasta srovė, judanti nuo kanalizacijos į šaltinį.Didėjant VD, kanalizacijos srovė atitinkamai didėja.

Tokiu atveju per N kanalą vyksta teigiamas įtampos kritimas, o p tipo vartai išlieka žemės potencialu (nulinė įtampa).Taigi P-N sankryža, susidariusi tarp vartų ir kanalo, yra atvirkštinė.Atsižvelgiant į tai, kad teigiama įtampa yra ryškesnė nei kanalizacija, nei šaltinyje, atvirkštinis šališkumo efektas sustiprėja į kanalizacijos pusę.Tai lemia, kad išeikvojimo regionai tampa ryškesni prie kanalizacijos, palaipsniui sklindančios, artėjant prie šaltinio.

2 atvejis: VDS teigiamas, VGS šiek tiek neigiamas

Kadangi VDS vis dar teigiama, srovė tęsia srautą iš kanalizacijos į šaltinį.Tačiau įvedus mažą neigiamą VGS įtampą, padidėja atvirkštinis poslinkis per P-N sankryžą.Tai lemia išeikvojimo srities išplėtimą, ypač prie kanalizacijos.Didėjant kanalizacijos iki šaltinio įtampai, kanalizacijos srovė taip pat padidėja.

3 atvejis: VDS teigiamas, VG padidėjo neigiamas

Didėjant neigiamoms VG, išeikvojimo regionai, ypač arti kanalizacijos, toliau plečiasi, kol jie beveik suartės.Šiuo metu kanalizacijos srovė stabilizuojasi.Ši specifinė vartų įtampa vadinama kišenės įtampa (VP), taikliai pavadinta, nes kanalas atrodo susiaurėjęs artėjančiais išeikvojimo sritimis.Be šios ribos, bet koks tolesnis kanalizacijos iki šaltinio įtampos padidėjimas nepadidina kanalizacijos srovės.

4 paveikslas. JFET darbas

Pagrindinė JFET terminija

Gilus šių terminų supratimas praturtina praktinį JFET taikymą, leidžiantį labiau niuansuoti ir efektyviai naudoti:

Nulio vartų įtampos nutekėjimo srovė (IDSS)

Šis terminas reiškia srovę, kuri kerta JFET, kai ant vartų netaikoma įtampa.Tai reiškia didžiausią kanalizacijos į šaltinį srovę, galinčią tekėti per JFET.Esant tokioms sąlygoms, išeikvojimo regionas yra minimalus, todėl krūvio vežėjai gali laisvai judėti iš šaltinio į kanalizaciją, sukuriant išsivadavimo jausmą srovės sraute.

Plunks-išjungimo įtampa (VP)

Įspūdžio įtampa apibrėžiama kaip nuo vartų iki šaltinio įtampa, kurioje beveik suartėja išeikvojimo sritys, todėl stabilizuojasi srovė.Šis reiškinys atsiranda tada, kai atrodo, kad laidumo kanalas suvaržo, panašus į susiaurėjantį kelią, dėl kurio pastovus srovės srautas sukelia pastovų srovės srautą, suteikdamas pusiausvyros jausmą prietaiso veikimo metu.

Absoliutus maksimalus reitingai

Šios specifikacijos nurodo viršutines įtampų ir srovių ribas, kurias JFET gali ištverti nerizikuodamas žala.Paprastai šie įvertinimai apima:

- Absoliuti maksimali kanalizacijos šaltinio įtampa

- Absoliuti maksimali vartų šaltinio įtampa

- Absoliuti maksimali į priekį nutekėjimo srovė

- Veikimo ir saugojimo sankryžos temperatūros diapazonai

Būtina užtikrinti, kad veikimo metu nė vienas iš šių parametrų neviršytų jų apibrėžtų absoliučių ribų, apsaugodamas įrenginio vientisumą.

Šiluminės charakteristikos

Ši kategorija apima specifikacijas, kuriose išsamiai aprašomos įrenginio veikimo temperatūros ir galios išsklaidymo galimybės.Kritinis aspektas yra bendras galios išsisklaidymas, paprastai įvertintas Milliwatts (MW).Suprasti šias šilumines charakteristikas yra gyvybiškai svarbi norint išlaikyti optimalų našumą ir užkirsti kelią perkaitimui, o tai gali sukelti prietaiso gedimą.

Mažos signalo charakteristikos

Ši specifikacijų grupė pabrėžia įrenginio parametrus, kai jos veikiamos nedidelės įtampos ir srovės.Pagrindinės charakteristikos yra:

- Transkonduktyvumas

- Įvesties pasipriešinimas ir talpa

- Išvesties atsparumas (arba laidumas)

- Mažos signalo įtampos padidėjimas

Šie parametrai yra būtini analizuojant JFET elgseną mažų signalų programose, leidžiančias tiksliai valdyti ir manipuliuoti signalais įvairiose elektroninėse grandinėse.

JFET programos

JFET yra pritaikomi komponentai, turintys įvairių praktinių naudojimo būdų.Susipažinimas su šiomis programomis gali padėti įvertinti galimą įrenginio poveikį.Čia yra kelios pastebimos programos:

Pastovi srovės šaltinis

Kai JFET pasiekia prispaudimą, per ją teka pastovi srovė.Ši charakteristika yra panaudota, kad būtų sukurtas patikimas nuolatinis srovės šaltinis, kuris yra būtinas įvairiose elektroninėse grandinėse, kur stabilumas yra svarbiausias.

Įtampos kintamasis rezistorius

Scenarijuose, kai vartų šaltinio įtampa (VGS) yra žemiau prispaudimo slenksčio, JFET pasižymi tiesinės srovės ir įtampos (I-V) ryšiu.Iš esmės jis veikia kaip įtampos kontroliuojamas rezistorius.Ši unikali funkcija daro JFET populiarų pasirinkimą programoms, kurioms reikalingas reguliuojamas pasipriešinimas, atsižvelgiant į įtampos pokyčius.

Stiprintuvai ir buferiai

JFET veiksmingai tarnauja kaip bendras šaltinio stiprintuvas, užtikrinantis patenkinamą amplifikacijos lygį.Be to, bendroje kanalizacijos konfigūracijoje jis veikia kaip buferis, užtikrinantis varžos atitikimą ir signalo izoliaciją, kuri yra nepaprastai svarbi daugelyje signalų apdorojimo programų.

Privalumai ir trūkumai

JFET pranašumai

- Didelė įvesties varža: JFET įrenginiai pasižymi nepaprastai didele vartų varža.Ši savybė leidžia jiems efektyviai veikti naudojant minimalią srovę, nubrėžtą iš ankstesnio etapo, sukurdami vientisą sąveiką, kurią galima įvertinti jautriose programose.

- Žemas triukšmas: JFET įrenginių išvestis būdingas žemas triukšmo lygis.Ši kokybė užtikrina, kad jie įveda tik minimalų trukdymą į sistemas, su kuriomis jie yra integruoti, skatina aiškesnį signalą ir padidina bendrą našumą.

- Mažas energijos suvartojimas ir kompaktiškas dydis: JFET yra pastebimas dėl jų nereikšmingos vartų srovės, kuri reiškia mažesnę energijos suvartojimą.Jų mažos formos koeficientas leidžia jiems tilpti į sandarias erdves, todėl jie yra ypač patrauklūs pritaikymams, kur efektyvumas ir dydis yra svarbiausia.Be to, juos galima lengvai įtraukti į integruotas grandines, dar labiau optimizuoti erdvės panaudojimą.

JFETS trūkumai

- Ribotas taikymo dažnių diapazonas: JFET padidėjimo pralaidumas riboja jų naudojimą aukšto dažnio aplinkoje.Šis apribojimas gali sukelti nusivylimą inžinieriams, norintiems peržengti greičio ribas jų dizaine.

- Lėtesnis perjungimo greitis: JFET paprastai turi lėtesnį atsako laiką, palyginti su BJT, pirmiausia dėl jų turimų reikšmingų parazitinių talpų.Šis lėtesnis perjungimo greitis gali kliudyti programoms, reikalaujančioms greito signalo pakeitimų, našumas.