JFET is een veldeffecttransistor met junction gate. Normale transistor is een stroomgestuurd apparaat dat stroom nodig heeft voor voorspanning, terwijl JFET een spanningsgestuurd apparaat is. Hetzelfde als MOSFET's, zoals we hebben gezien in onze vorige tutorial, heeft JFET drie terminals Gate, Drain en Source.
JFET is een essentieel onderdeel voor nauwkeurige spanningsgestuurde regelaars in analoge elektronica. We kunnen JFET gebruiken als spanningsgestuurde weerstanden of als schakelaar, of zelfs een versterker maken met de JFET. Het is ook een energiezuinige versie ter vervanging van de BJT's. JFET biedt een laag stroomverbruik en vrij lage vermogensdissipaties, waardoor de algehele efficiëntie van het circuit wordt verbeterd. Het biedt ook een zeer hoge ingangsimpedantie, wat een groot voordeel is ten opzichte van een BJT.
Er zijn verschillende soorten transistors, in de FET-familie zijn er twee subtypen: JFET en MOSFET. We hebben het al gehad over MOSFET in de vorige tutorial, hier leer je over JFET.
Soorten JFET
Hetzelfde als MOSFET, het heeft twee subtypen: N-kanaal JFET en P-kanaal JFET.
N-kanaal JFET en P-kanaal JFET schematisch model worden getoond in de bovenstaande afbeelding. De pijl geeft de typen JFET aan. De pijl die naar de poort wijst, geeft aan dat de JFET een N-kanaal is en aan de andere kant geeft de pijl vanaf de poort P-kanaal JFET aan. Deze pijl geeft ook de polariteit aan van de PN-overgang, die wordt gevormd tussen het kanaal en de poort. Interessant is dat een Engels geheugensteuntje dit is, die pijl van een N-Channel-apparaat geeft "Points i n " aan.
De stroom die door de afvoer en bron stroomt, is afhankelijk van de spanning die op de poortaansluiting wordt toegepast. Voor het N-kanaal JFET is de poortspanning negatief en voor het P-kanaal JFET is de poortspanning positief.
Bouw van JFET
In de bovenstaande afbeelding kunnen we de basisconstructie van een JFET zien. De N-Channel JFET bestaat uit P-type materiaal in N-type substraat, terwijl N-type materialen worden gebruikt in het p-type substraat om een P-kanaal JFET te vormen.
JFET is gemaakt met behulp van het lange kanaal van halfgeleidermateriaal. Afhankelijk van het constructieproces, als de JFET een groot aantal positieve ladingsdragers bevat (verwijst als gaten), is het een P-type JFET, en als het een groot aantal negatieve ladingsdragers heeft (verwijst als elektronen) wordt het N-type genoemd JFET.
In het lange kanaal van halfgeleidermateriaal worden aan elk uiteinde ohmse contacten gemaakt om de source- en drain-verbindingen te vormen. Een PN-overgang wordt gevormd in een of beide zijden van het kanaal.
Werking van JFET
Een goed voorbeeld om de werking van een JFET te begrijpen, is door je een tuinslang voor te stellen. Stel dat een tuinslang ervoor zorgt dat er water doorheen stroomt. Als we in de slang knijpen, zal de waterstroom minder zijn en op een bepaald punt, als we hem volledig knijpen, zal er geen waterstroom zijn. JFET werkt precies op die manier. Als we de slang met een JFET verwisselen en de waterstroom met stroom en dan het stroomvoerende kanaal construeren, kunnen we de stroom regelen.
Als er geen spanning is over de poort en de bron, wordt het kanaal een glad pad dat wijd open staat voor elektronen om te stromen. Maar het omgekeerde gebeurt wanneer een spanning wordt aangelegd tussen poort en bron in omgekeerde polariteit, waardoor de PN-overgang omgekeerd wordt voorgespannen en het kanaal smaller wordt door de uitputtingslaag te vergroten en de JFET in het afgesneden of afknijpgebied kan plaatsen.
In de onderstaande afbeelding kunnen we de verzadigingsmodus en de pinch off-modus zien en we zullen kunnen begrijpen dat de uitputtingslaag breder werd en de huidige stroom minder wordt.
Als we een JFET willen uitschakelen, moeten we een negatieve poort naar de bronspanning leveren, aangeduid als V GS voor een N-type JFET. Voor een P-type JFET moeten we positieve V GS leveren.
JFET werkt alleen in de uitputtingsmodus, terwijl MOSFET's uitputtingsmodus en verbeteringsmodus hebben.
JFET-karakteristieken Curve
In de bovenstaande afbeelding wordt een JFET voorgespannen via een variabele DC-voeding, die de V GS van een JFET zal besturen. We hebben ook een spanning aangelegd over de afvoer en de bron. Met behulp van de variabele V GS kunnen we de IV-curve van een JFET plotten.
In de bovenstaande IV-afbeelding kunnen we drie grafieken zien voor drie verschillende waarden van V GS- spanningen, 0V, -2V en -4V. Er zijn drie verschillende regio's: Ohms, Saturation en Breakdown. Tijdens het ohmse gebied werkt de JFET als een spanningsgestuurde weerstand, waar de stroom wordt geregeld door de spanning die erop wordt toegepast. Daarna komt de JFET in het verzadigingsgebied waar de curve bijna recht is. Dat betekent dat de stroom stabiel genoeg is waar de V DS de stroom niet zou hinderen. Maar wanneer de V DS veel meer is dan de tolerantie, komt de JFET in de breakdown-modus waar de stroom ongecontroleerd is.
Deze IV-curve is ook bijna hetzelfde voor de P-kanaal JFET, maar er zijn weinig verschillen. De JFET gaat in een uitschakelmodus wanneer V GS en Pinch-spanning of (V P) hetzelfde zijn. Net als in de bovenstaande curve, neemt voor N-kanaal JFET de afvoerstroom toe wanneer de V GS toeneemt. Maar voor de P-kanaal JFET neemt de afvoerstroom af wanneer de V GS toeneemt.
Biasing van JFET
Er worden verschillende soorten technieken gebruikt om de JFET op de juiste manier te vertekenen. Van verschillende technieken worden hieronder drie veel gebruikt:
- Vaste DC Biasing-techniek
- Zelfaanjagende techniek
- Potentiële vertekeningsverschillen
Vaste DC Biasing-techniek
Bij een vaste DC-voorspanningstechniek van een N-kanaal JFET, is de poort van de JFET zodanig verbonden dat de V GS van de JFET altijd negatief blijft. Omdat de ingangsimpedantie van een JFET erg hoog is, worden er geen belastingseffecten waargenomen in het ingangssignaal. De stroom die door de weerstand R1 vloeit, blijft nul. Wanneer we een AC-signaal over de ingangscondensator C1 toepassen, verschijnt het signaal over de poort. Als we nu de spanningsval over de R1 berekenen, is dit volgens de wet van Ohm V = I x R of V drop = Gate-stroom x R1. Aangezien de stroom die naar de poort vloeit 0 is, blijft de spanningsval over de poort nul. Dus door deze voorspanningstechniek kunnen we de JFET-afvoerstroom regelen door alleen de vaste spanning te veranderen en dus de V GS te veranderen.
Zelfaanjagende techniek
Bij zelfinstellende techniek wordt een enkele weerstand toegevoegd over de bronpen. De spanningsval over de bronweerstand R2 creëert de V GS om de spanning voor te stellen. Bij deze techniek is de poortstroom weer nul. De bronspanning wordt bepaald door dezelfde ohm-wet V = I x R. Daarom bronspanning = afvoerstroom x bronweerstand. Nu kan de gate-to-source-spanning worden bepaald door de verschillen tussen gate-spanning en source-spanning.
Aangezien de poortspanning 0 is (aangezien de poortstroom 0 is, volgens V = IR, poortspanning = poortstroom x poortweerstand = 0) de V GS = 0 - poortstroom x bronweerstand. Er is dus geen externe voorspanningsbron nodig. De voorspanning wordt door zichzelf gecreëerd, met behulp van de spanningsval over de bronweerstand.
Potentiële vertekeningsverschillen
Bij deze techniek wordt een extra weerstand gebruikt en wordt het circuit enigszins gewijzigd ten opzichte van de zelfinstellende techniek, een potentiaalspanningsdeler die R1 en R2 gebruikt, zorgt voor de vereiste gelijkstroomvoorspanning voor de JFET. De spanningsval over de bronweerstand moet groter zijn dan de poortspanning van de weerstandsdeler. Op die manier blijft de V GS negatief.
Dit is dus hoe JFET is geconstrueerd en bevooroordeeld.