JFET - JFET

JFET
	Elektrický proud z zdroj na vypustit v p-kanál JFET je omezeno, když a Napětí se aplikuje na brána.
Typ	Aktivní
Konfigurace kolíků	odtok, brána, zdroj
Elektronický symbol

The tranzistor s efektem pole spojovací brány (JFET) je jedním z nejjednodušších typů tranzistor s efektem pole.^[1] JFET jsou tři koncové polovodič zařízení, která lze použít jako elektronicky - řízené spínače, zesilovače nebo napěťově řízené odpory.

Na rozdíl od bipolárních spojovacích tranzistorů jsou JFET výhradně řízeny napětím, protože nepotřebují předpětí aktuální. Elektrický náboj protéká polovodičovým kanálem mezi zdroj a vypustit terminály. Použitím obráceného předpětí Napětí do a brána terminál, kanál je "sevřený", takže elektrický proud je blokován nebo zcela vypnut. JFET je obvykle NA když mezi jeho hradlem a zdrojovými svorkami není napětí. Pokud je mezi svorkou brány a zdrojem použit potenciální rozdíl správné polarity, bude JFET odolnější vůči proudu, což znamená, že v kanálu mezi svorkami zdroje a odtoku bude proudit méně proudu. JFET jsou někdy označovány jako režim vyčerpání zařízení, protože spoléhají na zásadu oblasti vyčerpání, která postrádá většinu nositelů poplatků; a oblast vyčerpání musí být uzavřena, aby umožnil tok proudu.

JFET mohou mít n-typ nebo p-typ kanál. V případě typu n, pokud je napětí aplikované na bránu záporné vzhledem ke zdroji, bude proud snížen (podobně jako u typu p, pokud je napětí aplikované na bránu kladné vzhledem ke zdroji). JFET má velkou vstupní impedanci (někdy řádově 10¹⁰ ohm), což znamená, že má zanedbatelný vliv na externí součásti nebo obvody připojené k jeho bráně.

Dějiny

Postupnost zařízení podobných FET byla patentována společností Julius Lilienfeld ve 20. a 30. letech. Věda o materiálech a technologie výroby by však vyžadovaly desetiletí pokroku, než by bylo možné FET skutečně vyrobit.

JFET byl poprvé patentován společností Heinrich Welker v roce 1945.^[2] Ve 40. letech 20. století vědci John Bardeen, Walter Houser Brattain, a William Shockley se pokoušeli vybudovat FET, ale při opakovaných pokusech selhali. Objevili tranzistor s bodovým kontaktem v průběhu pokusu diagnostikovat příčiny jejich selhání. Po Shockleyho teoretickém zpracování JFET v roce 1952 vytvořil funkční praktický JFET v roce 1953 George F. Dacey a Ian M. Ross.^[3] Japonští inženýři Jun-ichi Nishizawa a Y. Watanabe podali v roce 1950 žádost o patent na podobné zařízení Statický indukční tranzistor (SEDĚT). SIT je typ JFET s krátkou délkou kanálu.^[3]

Struktura

JFET je dlouhý kanál polovodič materiál, dopovaný obsahovat množství pozitivních nabít dopravci nebo díry (p-typ), nebo negativních nosičů nebo elektrony (n-typ). Ohmické kontakty na každém konci vytvořte zdroj (S) a odtok (D). A pn-křižovatka je vytvořen na jedné nebo obou stranách kanálu nebo jej obklopuje pomocí oblasti s dopingem opačným k oblasti kanálu a je předpjatý pomocí ohmického hradlového kontaktu (G).

Funkce

I – V charakteristiky a výstupní graf n-kanálového JFET

Provoz JFET lze přirovnat k operaci a kropící hadice. Průtok vody hadicí lze regulovat jejím stisknutím, aby se snížila průřez a tok elektrický náboj prostřednictvím JFET je řízen zúžením kanálu nesoucího proud. Proud také závisí na elektrickém poli mezi zdrojem a odtokem (analogicky k rozdílu v tlak na obou koncích hadice). Tato závislost na proudu není podporována charakteristikami zobrazenými na obrázku výše a určitým použitým napětím. To je oblast nasycení„a JFET je normálně provozován v této oblasti s konstantním proudem, kde proud zařízení není prakticky ovlivněn napětím odtokového zdroje. JFET sdílí tuto charakteristiku konstantního proudu s přechodovými tranzistory a s tetrodami a pentodami termionické trubice (ventilu).

Zúžení vodivého kanálu je dosaženo pomocí efekt pole: napětí mezi bránou a zdrojem je aplikováno na reverzní zkreslení pn-spojení brány a zdroje, čímž se rozšíří vyčerpání vrstvy tohoto spojení (viz horní obrázek), zasahuje do vodivého kanálu a omezuje jeho průřezovou plochu. Slabá vrstva se nazývá proto, že je ochuzena o mobilní nosiče, a proto je z praktických důvodů elektricky nevodivá.^[4]

Když vrstva vyčerpání překlenuje šířku vodivého kanálu, pinch-off je dosaženo a zastaví se vedení odtoku ke zdroji. Pinch-off nastává při konkrétním zpětném vychýlení (V_GS) křižovatky brány a zdroje. Pinch-off napětí (V_str) se značně liší, a to i mezi zařízeními stejného typu. Například V_{GS (vypnuto)} pro zařízení Temic J202 se liší od -0,8 V na -4 V.^[5] Typické hodnoty se liší od -0,3 V na -10 V.

Vypnutí n-kanálové zařízení vyžaduje negativní napětí zdroje brány (V_GS). Naopak k vypnutí a str-kanálové zařízení vyžaduje strositivní V_GS.

Za normálního provozu elektrické pole vyvinuté bránou do jisté míry blokuje vedení zdroj-odtok.

Některá zařízení JFET jsou symetrická vzhledem ke zdroji a odtoku.

Schematické symboly

Symbol obvodu pro n-kanálový JFET

Symbol obvodu pro p-Channel JFET

Brána JFET je někdy nakreslena uprostřed kanálu (místo u odtokové nebo zdrojové elektrody, jak je uvedeno v těchto příkladech). Tato symetrie naznačuje, že „odtok“ a „zdroj“ jsou zaměnitelné, takže symbol by měl být použit pouze pro ty JFET, kde jsou skutečně zaměnitelné.

Oficiálně by styl symbolu měl zobrazovat komponentu uvnitř kruhu^{[podle koho? ]} (představující obálku diskrétního zařízení). To platí jak v USA, tak v Evropě. Symbol je obvykle nakreslen bez kruhu při kreslení schémat integrovaných obvodů. V poslední době se symbol často kreslí bez kruhu i pro diskrétní zařízení.

V každém případě hlava šipky ukazuje polaritu spojení P-N vytvořeného mezi kanálem a bránou. Jako s obyčejným dioda, šipka ukazuje z P na N, směr konvenční proud při předpětí Angličan mnemotechnická pomůcka je to, že šipka zařízení N-kanálu „ukazuje in".

Srovnání s jinými tranzistory

Při pokojové teplotě proud brány JFET (zpětný únik brány-kanálu) křižovatka ) je srovnatelný s a MOSFET (který má izolační oxid mezi bránou a kanálem), ale mnohem menší než základní proud a bipolární spojovací tranzistor. JFET má vyšší zisk (transkonduktance ) než MOSFET, stejně jako nižší blikání, a proto se používá v některýchhluk, vysoká vstupní impedance operační zesilovače.

Matematický model

Proud v N-JFET kvůli malému napětí V_DS (tj. v lineární ohmické oblasti) je dán zpracováním kanálu jako obdélníkového pruhu materiálu z elektrická vodivost ${displaystyle qN_ {d} mu _ {n}}$ :^[6]

{displaystyle I_ {m {D}} = {frac {bW} {L}} qN_ {d} mu _ {n} V_ {m {DS}}}

kde

Já_D = odběr – proud zdroje

b = tloušťka kanálu pro dané hradlové napětí

Ž = šířka kanálu

L = délka kanálu

q = náboj elektronů = 1,6 x 10⁻¹⁹ C

μ_n = elektronová mobilita

N_d = koncentrace dopingu (dárce) typu n.

PROTI_P = odtrhávací napětí.

Lineární oblast

Poté vypouštěcí proud v lineární oblast lze aproximovat jako:

{displaystyle I_ {m {D}} = {frac {bW} {L}} qN_ {d} {{mu} _ {n}} V_ {DS} = {frac {aW} {L}} qN_ {d} {{mu} _ {n}} vlevo (1- {sqrt {frac {V_ {m {GS}}} {V_ {m {P}}}}} vpravo) V_ {m {DS}}}

Ve smyslu ${displaystyle I_ {m {DSS}}}$ , vypouštěcí proud lze vyjádřit jako:^{[Citace je zapotřebí ]}

{displaystyle I_ {m {D}} = {frac {2I_ {m {DSS}}} {V_ {m {P}} ^ {2}}} vlevo (V_ {m {GS}} - V_ {m {P }} - {frac {V_ {m {DS}}} {2}} přesně) V_ {m {DS}}}

Oblast s konstantním proudem

Vypouštěcí proud v oblast nasycení je často aproximován z hlediska předpětí brány jako:^[6]

{displaystyle I_ {m {DS}} = I_ {m {DSS}} vlevo (1- {frac {V_ {m {GS}}} {V_ {m {P}}}} vpravo) ^ {2}}

kde

Já_DSS je saturační proud při nulovém hradlovém napětí zdroje, tj. maximální proud, který může protékat FET z odtoku ke zdroji při jakémkoli (přípustném) napětí odtoku ke zdroji (viz např. Já-PROTI charakteristický diagram výše).

V oblast nasycení„je odtokový proud JFET nejvýznamněji ovlivněn napětím brány-zdroj a sotva ovlivněn napětím odtoku-zdroj.

Pokud je doping kanálu jednotný, takže tloušťka oblasti vyčerpání poroste úměrně s druhou odmocninou absolutní hodnoty napětí brány-zdroje, pak tloušťka kanálu b lze vyjádřit pomocí tloušťky kanálu s nulovým předpětím A tak jako:^{[Citace je zapotřebí ]}

{displaystyle b = aleft (1- {sqrt {frac {V_ {m {GS}}} {V_ {m {P}}}}} přesně)}

kde

PROTI_P je pinch-off napětí, napětí hradlového zdroje, při kterém tloušťka kanálu klesá na nulu

A je tloušťka kanálu při nulovém napětí hradlového zdroje.

Transconductance

Transkonduktance pro spojení FET je dána vztahem ${displaystyle g_ {m} = {frac {2I_ {DSS}} {left | {V_ {P}} ight |}} left ({1- {frac {V_ {GS}} {V_ {P}}}} right )}$ , kde V_P je pinchoff napětí a já_DSS je maximální vypouštěcí proud.

Viz také

Reference

^ Hall, Johne. „Diskrétní JFET“ (PDF). linearsystems.com.
^ Grundmann, Marius (2010). Fyzika polovodičů. Springer-Verlag. ISBN 978-3-642-13884-3.
^ ^A ^b Spojovací zařízení s efektem pole, Polovodičová zařízení pro úpravu energie, 1982
^ Diskuse o struktuře a provozu JFET viz například D. Chattopadhyay (2006). „§13.2 Tranzistor s efektem spojovacího pole (JFET)“. Elektronika (základy a aplikace). New Age International. 269 ff. ISBN 978-8122417807.
^ Datový list J201
^ ^A ^b Balbir Kumar a Shail B. Jain (2013). Elektronická zařízení a obvody. PHI Learning Pvt. Ltd. str. 342–345. ISBN 9788120348448.

externí odkazy

[1] Hall, Johne. „Diskrétní JFET“ (PDF). linearsystems.com.

[2] Grundmann, Marius (2010). Fyzika polovodičů. Springer-Verlag. ISBN 978-3-642-13884-3.

[sit-3] A ^b Spojovací zařízení s efektem pole, Polovodičová zařízení pro úpravu energie, 1982

[JFET-4] Diskuse o struktuře a provozu JFET viz například D. Chattopadhyay (2006). „§13.2 Tranzistor s efektem spojovacího pole (JFET)“. Elektronika (základy a aplikace). New Age International. 269 ff. ISBN 978-8122417807.

[5] Datový list J201

[kumar-6] A ^b Balbir Kumar a Shail B. Jain (2013). Elektronická zařízení a obvody. PHI Learning Pvt. Ltd. str. 342–345. ISBN 9788120348448.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

Tranzistor zesilovače
	Bipolární spojovací tranzistor:	Společný emitor Společný sběratel Společná základna
	Tranzistor s efektem pole:	Společný zdroj Společný odtok Společná brána
	Více tranzistorů:	Darlingtonův tranzistor Dvojice doplňkové zpětné vazby Cascode Dlouho sledovaný pár

Elektronický symbol
Elektrický proud z zdroj na vypustit v p-kanál JFET je omezeno, když a Napětí se aplikuje na brána.
Typ	Aktivní
Konfigurace kolíků	odtok, brána, zdroj