JFET je poljski tranzistor na spojnim vratima. Uobičajeni tranzistor je uređaj kojim se kontrolira struja kojem je potrebna struja za pristranost, dok je JFET uređaj pod naponom. Kao i MOSFET-ovi, kao što smo vidjeli u prethodnom tutorialu, JFET ima tri terminala Gate, Drain i Source.
JFET je bitna komponenta za precizne upravljačke sklopove naponske razine u analognoj elektronici. JFET možemo koristiti kao otpornike pod naponom ili kao prekidač, ili čak napraviti pojačalo pomoću JFET-a. To je također energetski učinkovita verzija koja zamjenjuje BJT-ove. JFET pruža nisku potrošnju energije i prilično nisko rasipanje snage, čime se poboljšava ukupna učinkovitost kruga. Također pruža vrlo visoku ulaznu impedansu što je glavna prednost u odnosu na BJT.
Postoje različite vrste tranzistora, u obitelji FET-ova postoje dvije podvrste: JFET i MOSFET. O MOSFET-u smo već razgovarali u prethodnom vodiču, ovdje ćemo saznati više o JFET-u.
Vrste JFET-a
Kao i MOSFET, ima dvije podvrste - N Channel JFET i P Channel JFET.
Shematski model N-kanala JFET i P-kanala JFET prikazani su na gornjoj slici. Strelica označava vrste JFET-a. Strelica koja pokazuje na ulaz označava da je JFET N-kanalni, a s druge strane strelica na vrata označava P-kanalni JFET. Ova strelica također ukazuje na polaritet PN spoja koji se formira između kanala i vrata. Zanimljivo je da je ovo engleski mnemotehnički podatak, ona strelica uređaja s N-kanalom označava "Points i n ".
Struja koja teče kroz odvod i izvor ovisna je o naponu primijenjenom na priključak vrata. Za N-kanalni JFET napon vrata je negativan, a za P-kanal JFET-napon je pozitivan.
Izgradnja JFET-a
Na gornjoj slici možemo vidjeti osnovnu konstrukciju JFET-a. N-Channel JFET sastoji se od materijala tipa P u supstratu tipa N, dok se materijali tipa N koriste u supstratu tipa p za oblikovanje kanala kanala JFET.
JFET je konstruiran pomoću dugog kanala poluvodičkog materijala. Ovisno o procesu konstrukcije, ako JFET sadrži velik broj nosača pozitivnog naboja (naziva se rupama), JFET je tipa P, a ako ima velik broj nosača negativnog naboja (naziva se elektroni) naziva se N-tip JFET.
U dugom kanalu poluvodičkog materijala stvaraju se omski kontakti na svakom kraju koji tvore izvornu i odvodnu vezu. PN spoj je formiran na jednoj ili obje strane kanala.
Rad JFET-a
Jedan od najboljih primjera za razumijevanje rada JFET-a je zamišljanje cijevi za vrtno crijevo. Pretpostavimo da vrtno crijevo omogućuje protok vode kroz njega. Ako stisnemo crijevo, protok vode bit će manji, a u određenom trenutku, ako ga potpuno stisnemo, neće doći do protoka vode. JFET djeluje upravo na taj način. Ako zamijenimo crijevo s JFET-om i protok vode s strujom i zatim konstruiramo strujni kanal, mogli bismo kontrolirati strujni tok.
Kad nema napona na vratima i izvoru, kanal postaje glatka staza koja je širom otvorena za protok elektrona. No, obrnuto se događa kada se napon između ulaza i izvora primijeni u obrnutom polaritetu, što čini PN spoj obrnutim pristranim i čini kanal užim povećavajući sloj iscrpljivanja i mogao bi JFET staviti u odsječeno ili odštežno područje.
Na donjoj slici možemo vidjeti način zasićenja i način priklještenja i moći ćemo shvatiti da je sloj iscrpljenja postao širi, a trenutni protok manji.
Ako želimo isključiti JFET, moramo osigurati negativni ulaz na napon izvora označen kao V GS za JFET tipa N. Za JFET tipa P moramo osigurati pozitivan V GS.
JFET radi samo u načinu iscrpljivanja, dok MOSFET-ovi imaju način iscrpljivanja i način poboljšanja.
JFET krivulja karakteristika
Na gornjoj slici, JFET je pristran kroz varijabilnu istosmjernu opskrbu, koja će kontrolirati V GS JFET-a. Također smo primijenili napon na odvodu i izvoru. Koristeći varijablu V GS, možemo ucrtati IV krivulju JFET-a.
Na gornjoj IV slici možemo vidjeti tri grafikona za tri različite vrijednosti napona V GS, 0V, -2V i -4V. Postoje tri različite regije: omska, saturacija i regija raspada. Tijekom omskog područja, JFET djeluje poput napona kontroliranog otpora, gdje se protok struje kontrolira naponom koji je na njega primijenjen. Nakon toga JFET ulazi u područje zasićenja gdje je krivulja gotovo ravna. To znači da je trenutni protok dovoljno stabilan tamo gdje V DS ne bi ometao trenutni tok. Ali kada je V DS mnogo više od dopuštenog odstupanja, JFET prelazi u način kvara gdje je trenutni protok nekontroliran.
Ova IV krivulja je gotovo ista i za P-kanal JFET, ali postoji malo razlika. JFET će prijeći u prekinut način rada kada su V GS i napon stezanja ili (V P) jednaki. Također kao u gornjoj krivulji, za N kanal JFET struja odvoda se povećava kada se povećava V GS. Ali za P-kanalni JFET odvodna struja smanjuje se kad se povećava V GS.
Pristrasnost JFET-a
Različite se tehnike koriste za pravilno prikrivanje JFET-a. Među raznim tehnikama, široko se koriste sljedeće tri:
- Tehnika fiksne jednosmjerne pristranosti
- Tehnika samo-pristranosti
- Potencijalna pristranost razdjelnika
Tehnika fiksne jednosmjerne pristranosti
U fiksnoj DC tehnici pristranosti N-kanalnog JFET-a, vrata JFET-a povezana su na takav način da V GS JFET-a ostaje cijelo vrijeme negativan. Kako je ulazna impedancija JFET-a vrlo velika, u ulaznom signalu nisu uočeni učinci opterećenja. Protok struje kroz otpor R1 ostaje nula. Kada primijenimo izmjenični signal na ulazni kondenzator C1, signal se pojavi preko vrata. Sada, ako izračunamo pad napona na R1, prema Ohmsovom zakonu to će biti V = I x R ili V pad = Vrijednost struje x R1. Kako je struja koja teče do vrata 0, pad napona na vratima ostaje nula. Dakle, ovom tehnikom pristranosti možemo kontrolirati odvodnu struju JFET-a samo promjenom fiksnog napona mijenjajući tako V GS.
Tehnika samo-pristranosti
U samopomičnoj tehnici, jedan otpor se dodaje preko izvorne iglice. Pad napona na otporu izvora R2 stvara V GS za prednapon. U ovoj tehnici, struja vrata je ponovno nula. Napon izvora određen je istim omskim zakonom V = I x R. Stoga je napon izvora = Odvod struje x otpornik izvora. Sada se napon vrata na izvoru može odrediti razlikama između napona vrata i napona izvora.
Budući da je napon na vratima 0 (pošto je protok struje na ulazu 0, prema V = IR, napon na vratima = struja na ulazu x otpornik na vratima = 0), V GS = 0 - struja na ulazu x otpor izvora. Stoga nije potreban vanjski izvor pristranosti. Prednapona se stvara samostalno, koristeći pad napona na otporu izvora.
Potencijalna pristranost razdjelnika
U ovoj se tehnici koristi dodatni otpor i sklop je malo modificiran u odnosu na samopomičnu tehniku, djelitelj potencijalnog napona koji koristi R1 i R2 pruža potrebnu istosmjernu pristranost za JFET. Pad napona na otporu izvora potreban je da bude veći od napona vratašca djelitelja otpora. Na taj način V GS ostaje negativan.
Tako je JFET konstruiran i pristran.