Felteffekt-transistorer (FET)

Prøv Instrumentet Vårt For Å Eliminere Problemer





De felt-effekt transistor (FET) er en elektronisk enhet der en elektrisk felt brukes til å regulere strømmen av strøm. For å implementere dette påføres en potensiell forskjell over porten og kildeterminalene på enheten, som endrer ledningsevnen mellom avløp og kildeterminaler som får en kontrollert strøm til å strømme over disse terminalene.

FETs kalles unipolare transistorer fordi disse er designet for å fungere som enheter med én bærer. Du vil finne forskjellige typer felteffekttransistorer tilgjengelig.



Symbol

De grafiske symbolene for n-kanal og p-kanal JFET kan visualiseres i følgende figurer.

Du kan tydelig merke at pilmarkeringene som peker innover for n-kanalenheten for å indikere retningen jegG(portstrøm) skal strømme når p-n-krysset var forspent.



I tilfelle av en p-kanal enhet er forholdene identiske bortsett fra forskjellen i retningen til pilsymbolet.

Forskjellen mellom FET og BJT

Felteffekt-transistoren (FET) er en tre-terminal enhet designet for et bredt spekter av kretsapplikasjoner som utfyller, til et stort nivå, BJT-transistoren.

Mens du finner betydelige avvik mellom BJT og JFET, er det faktisk flere samsvarende egenskaper som det vil bli snakket om i de følgende diskusjonene. Hovedforskjellen mellom disse enhetene er at BJT er en strømstyrt enhet som vist i figur 5.1a, mens JFET-transistoren er en spenningsstyrt enhet som indikert i figur 5.1b.

Enkelt sagt, den nåværende jegCi figur 5.1a er en umiddelbar funksjon av nivået på IB. For FET er strømmen I en funksjon av spenningen V.GSgitt til inngangskretsen som vist i figur 5.1b.

I begge tilfeller vil strømmen til utgangskretsen bli styrt av en parameter for inngangskretsen. I den ene situasjonen et strømnivå og i den andre en påført spenning.

Akkurat som npn og pnp for bipolare transistorer, vil du finne n-kanal og p-kanal felt-effekt transistorer. Men husk at BJT-transistoren er en bipolar enhet, prefikset bi- som indikerer at ledningsnivået er en funksjon av to ladningsbærere, elektroner og hull.

FET derimot er en unipolar enhet som bare avhenger av enten ledning av elektron (n-kanal) eller hull (p-kanal).

Uttrykket 'felteffekt' kan forklares slik: alle av oss er klar over kraften til en permanent magnet for å tiltrekke metallfiler mot magneten uten fysisk kontakt. Ganske på samme måte i FET dannes et elektrisk felt av de eksisterende ladningene som påvirker ledningsbanen til utgangskretsen uten å ha direkte kontakt mellom de kontrollerende og kontrollerte mengdene. Sannsynligvis en av de viktigste faktorene i FET er dens høye inngangsimpedans.

Fra en størrelse på 1 til mange hundre megohms overgår den de normale inngangsmotstandsområdene til BJT-konfigurasjonene, en ekstremt viktig egenskap mens du utvikler lineære vekselstrømsforsterkermodeller.

Imidlertid har BJT en større følsomhet for variasjoner i inngangssignalet. Betydning, endringen i utgangsstrøm er ofte betydelig mer for BJT enn FET for samme mengde endring i inngangsspenningene.

På grunn av dette kan standard vekselspenningsgevinster for BJT-forsterkere være mye høyere sammenlignet med FET.

Generelt sett er FET-er betydelig mer termisk elastiske enn BJT-er, og har også ofte mindre struktur i forhold til BJT-er, noe som gjør dem spesielt egnet for innebygging som integrert krets (IC)chips.

De strukturelle egenskapene til noen FET, derimot, kan tillate dem å være ekstra følsomme for fysiske kontakter enn BJT.

Mer BJT / JFET-forhold

  • For en BJT VVÆRE= 0,7 V er den viktige faktoren for å starte en analyse av konfigurasjonen.
  • Tilsvarende er parameteren IG= 0 A er ofte det første som vurderes for analysen av en JFET-krets.
  • For BJT-konfigurasjonen, IBer ofte den første faktoren som blir nødvendig å bli bestemt.
  • På samme måte er det for JFET vanligvis VGS.

I denne artikkelen vil vi fokusere på JFET-er eller kryssfelteffekt-transistorer. I neste artikkel skal vi diskutere metall-oksid-halvleder felt-effcet-transistor eller MOS-FET.

KONSTRUKSJON OG EGENSKAPER AV JFET

Som vi lærte earliet har en JFET tre potensielle kunder. En av dem styrer strømmen mellom de to andre.

Akkurat som BJT, brukes også i JFETs n-kanal-enheten mer fremtredende enn p-kanal-kolleger, siden n-enheter har en tendens til å være mer effektive og brukervennlige sammenlignet med p-enheten.

I figuren nedenfor kan vi se den grunnleggende strukturen eller konstruksjonen til en n-kanal JFET. Vi kan se at n-type sammensetning danner hovedkanalen over p-type lag.

Den øvre delen av n-typen kanalen er forbundet gjennom en ohmsk kontakt med en terminal som heter avløpet (D), mens den nedre delen av samme kanal også er koblet gjennom en ohmisk kontakt med en annen terminal som heter kilden (S).

Paret av p-type materialer er sammenkoblet med terminalen referert til som porten (G). I det vesentlige finner vi at drenerings- og kildeterminalene er forbundet med endene av n-typen kanal. Portterminalen er koblet til et par p-kanal materiale.

Når det ikke er spenning påført over en jfet, er de to p-n-kryssene uten forspenningsforhold. I denne situasjonen eksisterer det en uttømmingsregion på hvert kryss som angitt i figuren ovenfor, som ser ganske ut som en diode p-n-region uten forspenning.

Vannanalogi

Arbeids- og kontrolloperasjonene til en JFET kan forstås gjennom følgende vannanalogi.

Her kan vanntrykket sammenlignes med den påførte spenningsstørrelsen fra avløp mot kilde.

Strømmen av vann kan sammenlignes med strømmen av elektroner. Munnen på kranen etterligner JFETs kildeterminal, mens den øvre delen av kranen der vannet tvinges inn, viser JFETs avløp.

Trykknappen fungerer som porten til JFET. Ved hjelp av et inngangspotensial kontrollerer den strømmen av elektroner (ladning) fra avløp til kilde, akkurat som kranbryteren kontrollerer strømmen av vann på munnåpningen.

Fra JFET-strukturen kan vi se at avløpet og kildeterminalene er i motsatte ender av n-kanalen, og da begrepet er basert på elektronstrøm, kan vi skrive:

VGS= 0 V, V.DSNoe positiv verdi

I figur 5.4 kan vi se en positiv spenning V.DSpåført over n-kanalen. Portterminalen er direkte koblet til kilden for å skape en tilstand VGS= 0V. Dette gjør det mulig for porten og kildeterminalene å ha et identisk potensial, og resulterer i et nedbrytningsområde for nedre enden av hvert p-materiale, nøyaktig som vi ser i det første diagrammet ovenfor, uten forspenningstilstand.

Så snart en spenning VDD(= VDS) påføres, trekkes elektronene mot avløpsterminalen, og genererer den konvensjonelle strømmen av strøm-ID, som indikert i figur 5.4.

Retningen på strømningen av ladningen avslører at avløpet og kildestrømmen er lik i størrelse (ID= JegS). I henhold til forholdene avbildet i figur 5.4, ser strømmen av ladningen ganske ubegrenset ut, og påvirkes bare av motstanden til n-kanalen mellom avløp og kilde.

JFET i VGS = 0V og VDS = 0V

Du kan se at uttømningsområdet er større rundt den øvre delen av begge p-type materialer. Denne forskjellen i regionens region forklares ideelt gjennom figur 5.5. La oss forestille oss å ha en jevn motstand i n-kanalen, dette kan deles opp til seksjonene angitt i figur 5.5.

Varierende revers-bias potensial over p-n krysset til en n-kanal JFET

Den nåværende jegDkan bygge spenningsområdene gjennom kanalen som påpekt i samme figur. Som et resultat vil det øvre området av p-typen materiale være omvendt forspent med et nivå på rundt 1,5 V, med det nedre området bare omvendt forspent med 0,5 V.

Punktet at p-n-krysset er forspent bakover langs hele kanalen gir opphav til en portstrøm med null ampere som vist i samme figur. Denne egenskapen som fører til jegG= 0 A er en viktig egenskap ved JFET.

Som VDSpotensialet økes fra 0 til noen volt, øker strømmen i henhold til Ohms lov og plottet av jegDlinje 5DSkan se ut som påvist i fig. 5.6.

Den komparative rettheten til tegningen viser at for lavverdiregionene til VDS, motstanden er i utgangspunktet ensartet. Som VDSstiger og nærmer seg et nivå kjent som VP i figur 5.6, utvides uttømmingsregionene som gitt i figur 5.4.

Dette resulterer i en tilsynelatende senking av kanalbredden. Den reduserte ledningsveien fører til økningen i motstand som gir kurven i figur 5.6.

Jo mer horisontal kurven blir, jo høyere er motstanden, noe som indikerer at motstanden blir mot 'uendelige' ohm i det horisontale området. Når VDSøker i en grad der det ser ut til at de to utarmingsregionene kan 'komme i kontakt' som vist i figur 5.7, gir opphav til en situasjon kjent som pinch-off.

Beløpet som VDSutvikler denne situasjonen kalles klemme av spenning og den er symbolisert av VPsom presentert i figur 5.6. Generelt er ordet pinch-off misvisende fordi det innebærer det nåværende jegDblir 'klemt av' og faller til 0 A. Som vist i figur 5.6, ser dette neppe tydelig ut i dette tilfellet. JegDbeholder et metningsnivå karakterisert som jegDSSi figur 5.6.

Sannheten er at en veldig liten kanal fortsetter å eksistere, med en strøm med betydelig høy konsentrasjon.

Poenget som ID ikke faller av på klemme av og bevarer metningsnivået som angitt i figur 5.6, bekreftes med følgende bevis:

Siden det ikke er noen dreneringsstrøm, elimineres muligheten for forskjellige potensielle nivåer gjennom n-kanalsmaterialet for å bestemme de skiftende mengder omvendt forspenning langs p-n-krysset. Sluttresultatet ble tap av distribusjonen av utarmningsregionen som utløste klemme av til å begynne med.

avklemming VGS = oV, VDS = Vp

Når vi øker VDSover VP, nærkontaktområdet der de to uttømmingsregionene vil møte hverandre, øker lengden langs kanalen. ID-nivået fortsetter imidlertid å være i hovedsak uendret.

Dermed øyeblikket VDSer høyere enn Vs, JFET tilegner seg kjennetegnene til den nåværende kilden.

Som bevist i figur 5.8 blir strøm i en JFET bestemt ved ID= JegDSS, men spenning VDShøyere enn VP er etablert av tilkoblet belastning.

Valget av IDSS-notasjon er basert på det faktum at det er Drain to Source-strømmen som har en kortsluttet kobling over gate til kilde.

Videre undersøkelse gir oss følgende evaluering:

JegDSSer den høyeste dreneringsstrømmen for en JFET og er etablert av forholdene VGS= 0 V og V.DS> | VP |.

Legg merke til at i figur 5.6 VGSer 0V for hele strekningen av kurven. I de følgende avsnittene vil vi lære hvordan figur 5.6-attributtene blir påvirket som nivået på VGSer variert.

VGS <0V

Volatinen som brukes over porten og kilden er betegnet som VGS, som er ansvarlig for å kontrollere JFET-operasjonene.

Hvis vi tar eksemplet med en BJT, akkurat som kurvene til jegCmot VDETTEer bestemt for forskjellige nivåer av jegB, tilsvarende kurvene til jegDmot VDSfor forskjellige nivåer av VGSkan opprettes for en JFET-motpart.

For dette er portterminalen satt til et fortsatt lavere potensial under kildepotensialets nivå.

Med henvisning til figur 5.9 nedenfor påføres en -1V over port- / kildeterminalene for redusert VDSnivå.

påføring av en negativ spenning til porten til JFET

Målet med negativ potensiell forspenning VGSer å utvikle utarmingsregioner som ligner situasjonen til VGS= 0, men ved betydelig redusert VDS.

Dette fører til at porten oppnår et metningspunkt med lavere nivåer av VDSsom angitt i figur 5.10 (VGS= -1V).

Tilsvarende metatnivå for IDkan bli funnet å være redusert og fortsetter faktisk å synke som VGSblir gjort mer negativt.

Du kan tydelig se i figur 5.10 hvordan klypespenningen fortsetter å falle med en parabolsk form som VGSblir mer og mer negativt.

Endelig, når VGS= -Vsblir det tilstrekkelig negativt til å etablere et metningsnivå som til slutt er 0 mA. På dette nivået er JFET helt 'slått AV'.

n-kanal JFET-egenskaper med IDSS = 8 mA

Nivået på VGSsom forårsaker jegDfor å nå 0 mA er preget av VGS= VPhvor VPer en negativ spenning for n-kanal enheter og en positiv spenning for p-kanal JFET.

Vanligvis kan det hende du finner de fleste JFET-datablad som vises klemme av spenning spesifisert som VGS (av)i stedet for VP.

Området på høyre side av avklemmingslokalet i figuren ovenfor er stedet som vanligvis brukes i lineære forsterkere for å oppnå forvrengningsfritt signal. Denne regionen kalles vanligvis konstantstrøm, metning eller lineær forsterkningsregion.

Spenningsstyrt motstand

Området som er på venstre side av nøkkel lokus i samme figur, kalles ohmisk område eller det spenningsstyrte motstandsområdet.

I denne regionen kan innretningen faktisk betjenes som en variabel motstand (for eksempel i automatisk forsterkningskontrollapplikasjon), med sin motstand styrt gjennom det påførte port- / kildepotensialet.

Du kan se at skråningen til hver av kurvene som også indikerer avløps- / kildemotstanden til JFET for VDS Ptilfeldigvis er en funksjon av den påførte VGSpotensiell.

Når vi gjør VGS høyere med negativt potensial, blir hellingen til hver kurve mer og mer horisontal og viser proporsjonalt økende motstandsnivåer.

Vi er i stand til å få en god innledende tilnærming til motstandsnivået i forhold til VGS-spenningen, gjennom følgende ligning.

p-Channel JFET Working

Den interne utformingen og konstruksjonen av en p-kanal JFET er nøyaktig identisk med n-kanal motstykket, bortsett fra at p- og n-type materialregioner er omvendt, som vist nedenfor:

p-kanal JFET

Retningene for strømmen kan også sees som omvendt, sammen med de faktiske polaritetene til spenningen VGS og VDS. I tilfelle av en p-kanal JFET, vil kanalen bli begrenset som svar på økende positivt potensial over porten / kilden.

Notasjonen med dobbelt abonnement for VDSvil gi opphav til negativ spenning for VDS, som vist på egenskapene til fig. 5.12. Her kan du finne megDSSved 6 mA, mens en klemmespenning ved V.GS= + 6V.

Ikke vær forvirret på grunn av tilstedeværelsen av deg minustegn for VDS. Det indikerer ganske enkelt at kilden har et høyere potensial enn avløpet.

p-kanal JFET-egenskaper

Du kan se at kurvene for høy VDSnivåer brått stige til verdier som ser ubegrenset ut. Den angitte stigningen som er vertikal symboliserer en sammenbruddssituasjon, noe som betyr at strømmen gjennom kanalanordningen styres fullstendig av de eksterne kretsene på dette tidspunktet.

Selv om dette ikke er tydelig i figur 5.10 for n-kanalanordning, kan det være en mulighet under tilstrekkelig høy spenning.

Denne regionen kan elimineres hvis VDS (maks)er notert fra databladet til enheten, og enheten er konfigurert slik at den faktiske VDSverdien er lavere enn denne noterte verdien for enhver VGS.




Forrige: 5 beste 40 Watt forsterkerkretser utforsket Neste: 2N3055 Dataark, Pinout, Application Circuits