Terepi tranzisztorok (FET)

A terepi tranzisztor (FET) olyan elektronikus eszköz, amelyben egy elektromos mező az áram áramlásának szabályozására szolgál. Ennek megvalósításához potenciálkülönbséget alkalmaznak az eszköz kapuján és forráskivezetésein, ami megváltoztatja a lefolyó és a forrás kivezetések közötti vezetőképességet, aminek következtében szabályozott áram folyik ezeken a kapcsokon.

FET-eket hívnak unipoláris tranzisztorok mert ezeket úgy tervezték, hogy egyvivős típusú készülékként működjenek. Különféle típusú terepi tranzisztorok állnak rendelkezésre.

Szimbólum

Az n-csatornás és a p-csatornás JFET-ek grafikus szimbólumai a következő ábrákon láthatók.

Világosan észreveheti, hogy az n csatornás eszköz felé befelé mutató nyíl jelzi az I irányt_G(kapuáram) állítólag akkor áramlik, amikor a p-n csomópont előre volt torzítva.

P-csatornás készülék esetén a feltételek azonosak, kivéve a nyíl szimbólum irányának eltérését.

Különbség a FET és a BJT között

A terepi tranzisztor (FET) egy három terminálos eszköz, amelyet áramköri alkalmazások széles körére terveztek, és amelyek nagymértékben kiegészítik a BJT tranzisztorét.

Noha jelentős eltéréseket talál a BJT-k és a JFET-ek között, valójában számos egyeztetési jellemző létezik, amelyekről a következő beszélgetésekben szó lesz. Ezen eszközök között a fő különbség a BJT egy áramvezérelt eszköz, amelyet az 5.1a. Ábra mutat, míg a JFET tranzisztor feszültségvezérelt eszköz, amint azt az 5.1b. Ábra mutatja.

Leegyszerűsítve: a jelenlegi I_Caz 5.1a ábrán az I szint azonnali függvénye_B. A FET esetében az I áram a V feszültség függvénye_GSa bemeneti áramkörnek adjuk, amint azt az 5.1b. ábra mutatja.

Mindkét esetben a kimeneti áram áramát a bemeneti áramkör egyik paramétere szabályozza. Az egyik helyzetben áramszint, a másikban alkalmazott feszültség.

Csakúgy, mint a bipoláris tranzisztoroknál az npn és a pnp, itt is megtalálhatók az n csatornás és a p csatornás terepi tranzisztorok. De ne feledje, hogy a BJT tranzisztor egy bipoláris eszköz, a két előtag jelzi, hogy a vezetési szint két töltéshordozó, elektron és lyuk függvénye.

A FET viszont a unipoláris eszköz amely kizárólag az elektron (n-csatornás) vagy a lyuk (p-csatorna) vezetésétől függ.

A „mezőhatás” kifejezés így magyarázható: mindannyian tisztában vagyunk azzal az állandó mágnes erejével, amely fizikai érintkezés nélkül vonzza a fémreszelőket a mágnes felé. A FET belsejében hasonló módon elektromos teret hoznak létre a meglévő töltések, amelyek befolyásolják a kimeneti áramkör vezetési útját anélkül, hogy közvetlen érintkezésük lenne a vezérlő és a vezérelt mennyiség között. Valószínűleg a FET egyik legfontosabb jellemzője a magas bemeneti impedancia.

1 és sok száz mega közötti nagyságrenddel jelentősen meghaladja a BJT konfigurációk normál bemeneti ellenállási tartományát, ami rendkívül fontos tulajdonság, miközben lineáris váltakozó áramú erősítő modelleket fejlesztenek ki.

A BJT azonban nagyobb érzékenységet mutat a bemeneti jel változásaival szemben. Ez azt jelenti, hogy a kimeneti áram változása általában nagyobb a BJT-knél, mint a FET-eknél, ugyanolyan mértékű változás esetén a bemeneti feszültségüknél.

Emiatt a BJT erősítők szokásos váltakozó feszültség-növekedése sokkal nagyobb lehet a FET-ekhez képest.

Általánosságban elmondható, hogy a FET-ek lényegesen hőállóbbak, mint a BJT-k, és gyakran kisebb méretűek is a szerkezetük, mint a BJT-k, ami kifejezetten alkalmassá teszi őket integrált áramkörként történő beágyazásra (I_C)hasábburgonya.

Néhány FET szerkezeti jellemzői viszont lehetővé teszik számukra, hogy fokozottan érzékenyek legyenek a fizikai kontaktusokra, mint a BJT-k.

További BJT / JFET kapcsolat

• Egy BJT V-hez_LENNI= 0,7 V a fontos tényező a konfigurációjának elemzéséhez.
• Hasonlóképpen az I paraméter_G= 0 A általában az első dolog, amelyet egy JFET áramkör elemzésénél figyelembe kell venni.
• A BJT konfigurálásához I_Bgyakran az első tényező, amelynek meghatározása szükségessé válik.
• Hasonlóképpen, a JFET esetében tipikusan a V_GS.

Ebben a cikkben a JFET-ekre vagy az elágazási mező hatású tranzisztorokra fogunk összpontosítani, a következő cikkben a fém-oxid-félvezető mező-effekt tranzisztorokról vagy a MOS-FET-ről beszélünk.

A JFET - ek ÉPÍTÉSE ÉS JELLEMZŐI

Amint megtudtuk, a JFET 3 vezetõvel rendelkezik. Egyikük szabályozza a másik kettő közötti áramlást.

Csakúgy, mint a BJT-k, a JFET-ekben is az n-csatornás eszközt használják hangsúlyosabban, mint a p-csatornás társait, mivel n eszköz általában hatékonyabb és felhasználóbarátabb a p-eszközhöz képest.

A következő ábrán láthatjuk az n csatornás JFET alapszerkezetét vagy felépítését. Láthatjuk, hogy az n típusú kompozíció képezi a fő csatornát a p típusú rétegeken.

Az n típusú csatorna felső részét egy ohmos kontaktuson keresztül egy lefolyó (D) nevű terminállal kapcsolják össze, míg ugyanezen csatorna alsó szakasza szintén egy ohmos kontaktuson keresztül kapcsolódik egy másik forráshoz (S).

A p típusú anyagok együtt vannak összekötve a kapunak (G) nevezett terminállal. Lényegében azt találjuk, hogy a lefolyó és a forrás kivezetések az n típusú csatorna végeihez vannak csatlakoztatva. A kapu terminál egy p-csatornás anyagpárhoz van csatlakoztatva.

Ha a jfet-en nincs feszültség, akkor annak két p-n csomópontja semmilyen torzítási feltétel nélkül van. Ebben a helyzetben mindegyik csomóponton van egy kimerülési régió, amint azt a fenti ábra mutatja, amely úgy néz ki, mint egy dióda p-n régió, előfeszítés nélkül.

Víz analógia

A JFET működési és vezérlési műveleteit a következő víz-analógia útján lehet megérteni.

Itt a víznyomás összehasonlítható a lefolyástól a forrásig alkalmazott feszültség nagyságával.

A víz áramlása összehasonlítható az elektronok áramlásával. A csap szája a JFET forrás terminálját utánozza, míg a csap felső része, ahol a víz be van kényszerítve, a JFET lefolyóját ábrázolja.

A csapgomb úgy működik, mint a JFET kapuja. A bemeneti potenciál segítségével szabályozza az elektronok (töltés) áramlását a lefolyástól a forrásig, ugyanúgy, mint a csapgomb a szájnyíláson a víz áramlását.

A JFET struktúrából láthatjuk, hogy a lefolyó és a forrás terminálok az n-csatorna ellentétes végén vannak, és mivel a kifejezés az elektronáramláson alapul, írhatunk:

V_GS= 0 V, V_DSNéhány pozitív érték

Az 5.4. Ábrán pozitív V feszültséget láthatunk_DSaz n-csatornán keresztül alkalmazva. A kapu terminál közvetlenül csatlakozik a forráshoz egy V feltétel létrehozása érdekében_GS= 0V. Ez lehetővé teszi a kapu és a forrás terminálok azonos potenciálját, és az egyes p-anyagok alsó végének kimerülési régióját eredményezi, pontosan úgy, ahogy a fenti első ábrán láthatjuk, torzításmentes feltételekkel.

Amint egy V feszültség_DD(= V_DS) alkalmazzuk, az elektronokat a lefolyócsatlakozó felé húzzuk, ezáltal létrehozva a jelenlegi áram azonosító áramlását, az 5.4. ábra szerint.

A töltés áramlásának irányából kiderül, hogy a lefolyó és a forrás áram egyenlő nagyságú (I_D= I_S). Az 5.4. Ábrán bemutatott körülményeknek megfelelően a töltés áramlása meglehetősen korlátlan, és csak a lefolyó és a forrás közötti n-csatorna ellenállása befolyásolja.

Megfigyelheti, hogy a kimerülési régió nagyobb mindkét p-típusú anyag felső része körül. A régió méretbeli különbségét ideális módon az 5.5. Ábra magyarázza. Képzeljük el, hogy az n-csatornában egyenletes ellenállás áll fenn, ezt fel lehet osztani az 5.5. Ábrán látható szakaszokra.

A jelenlegi I_Dmegépítheti a csatornán keresztüli feszültségtartományokat, ahogyan az ugyanazon az ábrán látható. Ennek eredményeként a p-típusú anyag felső tartománya kb. 1,5 V-os szinttel lesz fordított előfeszítéssel, az alsó régió pedig csak 0,5 V-os fordított előfeszítéssel.

Az a pont, amelynél a p-n kereszteződés az egész csatorna mentén fordított előfeszítéssel rendelkezik, kapuáramot eredményez, aminek értéke nulla amper, ugyanabban az ábrán látható. Ez a jellemző, amely az I-hez vezet_G= 0 A fontos jellemzője a JFET-nek.

Ahogy V_DSa potenciál 0-ról néhány voltra nő, az áram Ohm törvényének és az I diagramjának megfelelően növekszik_D5. sor_DSaz 5.6. ábrán bevált módon nézhet ki.

Az ábrázolás összehasonlító egyenessége azt mutatja, hogy a V alacsony értékű régiói esetében_DS, az ellenállás alapvetően egyenletes. Ahogy V_DSemelkedik és megközelíti az 5.6. ábrán VP néven ismert szintet, a kimerülési régiók kiszélesednek az 5.4. ábra szerint.

Ez a csatorna szélességének látszólagos csökkenését eredményezi. A csökkent vezetési út az ellenállás növekedéséhez vezet, ami az 5.6. Ábra görbéjét eredményezi.

Minél vízszintesebbé válik a görbe, annál nagyobb az ellenállás, ami azt jelzi, hogy az ellenállás a vízszintes tartományban „végtelen” ohm felé halad. Amikor V_DSolyan mértékben növekszik, ahol úgy tűnik, hogy a két kimerülési régió „érintkezhet”, amint az az 5.7. ábrán látható, felcsigázásnak nevezett helyzethez vezet.

Az az összeg, amellyel V_DSfejleszti ezt a helyzetet nevezzük lecsíp feszültség és azt V jelképezi_Pahogy az 5.6. Általában a csipkedés szó félrevezető, mert magában foglalja a jelenlegi I-t_D„lecsípett” és 0 A-ra esik. Amint az 5.6. ábra bizonyítja, ez ebben az esetben aligha tűnik evidensnek. én_Dmegtartja az I jellemzésű telítettségi szintet_DSSaz 5.6.

Az igazság az, hogy továbbra is nagyon kevés csatorna létezik, jelentősen magas koncentrációjú árammal.

Az a pont, amelynél az azonosító nem esik le lecsíp és megőrzi az 5.6. ábrán látható telítettségi szintet, a következő bizonyítékkal igazoljuk:

Mivel nincs lefolyóáram, az n-csatornás anyag révén kiküszöböli a különféle potenciálszintek lehetőségét a fordított előfeszítés változó mennyiségének meghatározására a p-n kereszteződés mentén. A végeredmény a kiváltott kimerülési régió eloszlásának elvesztése lecsíp kezdeni.

Ahogy növeljük az V-t_DSV felett_P, a szoros érintkezési régió, ahol a két kimerülési régió egymással fog találkozni, a csatorna mentén megnő. Az azonosító szint azonban továbbra is lényegében változatlan.

Így a V_DSmagasabb, mint V_o, a JFET megszerzi az áramforrás jellemzőit.

Amint azt az 5.8. Ábra bizonyítja, a JFET áramát I-nél határozzuk meg_D= I_DSS, de V feszültség_DSa VP-nél magasabbat a csatlakoztatott terhelés állapítja meg.

Az IDSS jelölés kiválasztása azon a tényen alapul, hogy a Drain to Source áramnak van egy rövidzárlatos kapcsolata a kapu és a forrás között.

A további vizsgálatok a következő értékelést adják nekünk:

én_DSSa JFET legnagyobb lefolyóárama, amelyet az V. feltételek állapítanak meg_GS= 0 V és V_DS> | Alelnök |

Figyeljük meg, hogy az 5.6. Ábra V_GS0V a görbe teljes szakaszán. A következő szakaszokban megtudhatjuk, hogyan befolyásolják az 5.6. Ábra attribútumai a V szintjét_GSváltozatos.

V_GS <0V

A kapun és a forráson át alkalmazott volatage-t VGS-ként jelöljük, amely a JFET-műveletek irányításáért felel.

Ha a BJT példáját vesszük, ugyanúgy, mint az I görbéit_Cvs V._EZaz I különböző szintjeire vannak meghatározva_B, hasonlóan az I görbéi_Dvs V._DSkülönféle V szintekre_GSlétrehozható egy JFET-partner számára.

Ehhez a kapu terminál továbbra is alacsonyabb potenciálra van állítva a forráspotenciál szintje alatt.

Az alábbi 5.9. Ábrára hivatkozva a kapu / forrás terminálokon -1 V feszültséget alkalmazunk egy csökkentett V értékre_DSszint.

A negatív potenciális torzítás célja V_GSaz V. helyzetéhez hasonló kimerülési régiók fejlesztése_GS= 0, de szignifikánsan csökkent V mellett_DS.

Ez azt eredményezi, hogy a kapu telítettségi pontot ér el alacsonyabb V-szinttel_DSahogy az 5.10. ábra mutatja (V_GS= -1 V).

A megfelelő szaturációs szint az I-hez_Dmegállapítható, hogy csökkent, és valójában csak csökken tovább, mint V_GSnegatívabbá válik.

Az 5.10. Ábrán jól látható, hogy a levágási feszültség parabolikus alakban csökken V_GSegyre negatívabbá válik.

Végül, amikor V_GS= -V_o, eléggé negatív lesz ahhoz, hogy megállapítson egy telítési szintet, amely végül 0 mA. Ezen a szinten a JFET teljesen „kikapcsolt”.

A V szintje_GSami miatt én_D0 mA elérésére V jellemzi_GS= V_Pahol V_Pnegatív feszültség az n-csatornás készülékeknél és pozitív feszültség a p-csatornás JFET-eknél.

Általában a legtöbb JFET-adatlap megjelenhet lecsíp V-ként megadott feszültség_{GS (ki)}V helyett_P.

A fenti ábrán a lehúzási hely jobb oldalán lévő terület az a hely, amelyet lineáris erősítőkben szokásosan használnak torzításmentes jel elérésére. Ezt a régiót általában úgy hívják állandó áram, telítettség vagy lineáris amplifikációs régió.

Feszültségvezérelt ellenállás

Az a terület, amely ugyanazon az ábrán látható a lehúzható lókusz bal oldalán található, az ohmos tartomány vagy a feszültség által vezérelt ellenállási régió.

Ezen a területen az eszköz valójában változó ellenállásként működtethető (például automatikus erősítésszabályozó alkalmazásban), ellenállását az alkalmazott kapu / forrás potenciálján keresztül lehet szabályozni.

Láthatja, hogy az egyes görbék meredeksége, amely a JFET V_DS Ptörténetesen az alkalmazott V függvénye_GSlehetséges.

Ahogy negatív potenciállal magasabbra emeljük a VGS-t, az egyes görbék meredeksége egyre vízszintesebbé válik, arányosan növekvő ellenállási szinteket mutatva.

A következő egyenlet segítségével jó kezdeti közelítést tudunk elérni az ellenállás szintjéhez a VGS feszültséghez viszonyítva.

p-Channel JFET Working

A p-csatornás JFET belső elrendezése és felépítése pontosan megegyezik az n-csatornás megfelelőjével, azzal a különbséggel, hogy a p- és n-típusú anyagrégiók megfordulnak, az alábbiak szerint:

Az áramlás irányai fordítottnak is tekinthetők, a VGS és VDS feszültség tényleges polaritásával együtt. P-csatornás JFET esetén a csatorna korlátozott lesz, reagálva a kapun / forráson keresztüli pozitív potenciál növekedésére.

A kettős indexű jelölés az V._DSnegatív feszültséget ad V-re_DS, amint azt az 5.12. ábra jellemzői mutatják. Itt találsz engem_DSS6 mA-nél, míg a feszültség feszültsége V-nál_GS= + 6V.

Kérjük, ne értsen zavart a V mínuszjel jelenléte miatt_DS. Egyszerűen azt jelzi, hogy a forrás nagyobb potenciállal rendelkezik, mint a lefolyó.

Láthatja, hogy a magas V görbéi_DSa szintek hirtelen korlátok nélküli értékekre emelkednek. A jelzett függőleges emelkedés meghibásodást jelképez, ami azt jelenti, hogy a csatorna eszközön átáramló áramot ebben az időpontban teljes egészében a külső áramkör vezérli.

Noha ez az n-csatornás eszközök esetében az 5.10. Ábrán nem látszik, lehet, hogy kellően nagy feszültség alatt.

Ez a régió megszüntethető, ha a V_{DS (max)}megjegyzi az eszköz adatlapján, és az eszközt úgy konfigurálják, hogy a tényleges V_DSértéke alacsonyabb, mint bármelyik V értéke_GS.