JFET

JFET
	Strujaod „sorsa “ka „drejnu “u P-kanalnom JFETu je ograničena kada postojinaponna „gejtu “.
Tipkomponente	Aktivna
Pinovi	drain, gate, source
Elektronski simbol

Spojni kapijski tranzistor sa efektom polja(en.junction gate field-effect transistor,skraćenoJFET) je najjednostavniji tiptranzistora sa efektom polja.^[1]Može da se koristi kao elektronski kontrolisanprekidačili kao naponski kontrolisanotpor.Naelektrisanjaprotiču kroz poluprovodnički kanal između „sors “i „drejn “kontakata. Primenom negativnognaponana kontakt „gejta “, kanal se „uštine “, tako da je „struja “ograničena ili je potpuno nema.

Struktura

JFET je dugačak kanalpoluprovodničkogmaterijala,dopirankako bi sadržao obilje pozitivnih nosiocanaelektrisanjaili rupa (P-tipa), ili od negativnih nosiocaelektrona(N-tipa).Omski kontaktna svakom kraju čini sors (S) i drejn (D).P-N spojse formira na jednoj ili obe strane kanala, ili ga okružuje, koristeći oblast dopiranu suprotno od kanala, i balansiran koristeći omski gejt kontakt (G).

Funkcija

Način rada JFETa je sličanbaštenskom crevu.Protok vode kroz crevo može da se kontroliše stiskanjem creva kako bi se smanjiopoprečni presek;protoknaelektrisanjakroz JFET je kontrolisan ograničavanjem kanala koji prenosi struju. Struja takođe zavisi od električnog polja između sorsa i drejna (analogno razlicipritisakana krajevima creva).

Proizvodnja provodnog kanala je izvedena pomoćuefekta polja:napon između gejta i sorsa se primeni tako da je negativno orijentisan u odnosu na gejt-sors P-N spoj, što dovodi do proširenja sloja za trošenje ovog spoja (pogledati sliku), obuhvatajući provodni kanal i smanjujući njegov poprečni presek. Sloj za trošenje se zato što on gubi prenosnike naelektrisanja i postaje električno neprovodan u praktičnim primenama.^[2]

Kada sloj trošenja zauzme celu širinu provodnog kanala, „uštinuće “je postignuto i provodljivost između drejna i sorsa nestaje. Uštinuće se dešava pri određenom negativnom naponu gejta prema sorsu (V_GS). Napon uštinuća (V_p) značajno varira, čak i između uređaja istog tipa. Na primer, V_GS(off)za tranzistor Temic J202, se menja u rasponu -0,8 V do -4 V.^[3]Uobičajene vrednosti se menjaju u rasponu -0.3V do -10V.

Da bi se isključioN-kanalni tranzistor, potrebno je dovestinegativan drejn-sors napon (V_GS). Takođe, da bi se isključioP-kanalni tranzistor, potreban jepozitivan napon V_GS.

Pri normalnom funkcionisanju, električno polje koje se stvara oko gejta blokira provodnost sors-drejn spoja do neke mere.

Neki JFET uređaji su simetrični u smislu sors-drejn kanala.

Šematski simboli

Gejt JFETa se ponekada crta na sredini kanala (umesto na drejn ili sors elektrodi kao u ovim primerima). Ova simetrija sugeriše da su „drejn “i „sors “međusobno zamenljivi, tako da bi takav simbol trebalo da se primenjuje samo za onaj tip JFETova gde su zaista zamenljivi drejn i sors.ble.

Zvanično, oblik simbola treba da prikaže komponentu unutar kruga (koji predstavlja okvir uređaja). Ovo važi i u americi i u evropi. Simbol se često crta bez kruga kada se crtaju šematski dijagrami integrisanih kola. U poslednje vreme, simbol se često crta bez kruga čak i u diskretnim uređajima.

U svakom slučaju. vrh strelice pokazuje polaritet P-N spoja koji nastaje između kanala i gejta. Kao i sa običnomdiodom,strelica prikazuje od P ka N, smerstrujepri pozitivnom naponu gejta.

Poređenje sa drugim tranzistorima

Na sobnoj temperaturi, struja gejta JFETa (obrnuto curenje od gejt-kanal spoja) je uporediva sa strujomMOSFETa(koji ima izolacioni oksid između gejta i kanala), ali je dosta manja od strujebipolarnog tranzistora.JFET ima većutranskonduktansuod MOSFETa, kao i manji šum, pa se zbog toga koristi u nekimoperacionim pojačavačimaniskog nivoa šuma sa velikim ulaznim otporom.

Istorija JFETa

JFET je predvideoDžulijus Lilinfild 1925.godine i do polovine1930-ihteorija rada JFET-a je bila dovoljno poznata da bi se opravdao patent. Ali, nije bilo moguće napraviti dopirane kristale sa dovoljno preciznosti kako bi se prikazao efekat još mnogo narednih godina.1947.godine, istraživačiDžon Bardin,Valter Hauzer Bratejn,iVilijam Šoklisu pokušavali da naprave JFET ali su otkrilitranzistor sa tačkastim kontaktom.Prvi praktični JFETovi su napravljeni mnogo godina kasnije, uprkos njihovom začeću mnogo pre spojnih tranzistora. U nekoj meri, mogu se razmatrati kao hibridMOSFETa(metal oksid poluprovodničkog tranzistora sa efektom polja) iBipolarnog tranzistora(BJT) iakoizolovan gejt bipolarni tranzistor(IGBT) više liči na karakteristike hibridnog rada.

Matematički model

Struja u N-JFETu usled malog napona V_DSje data sa:

I_{DSS}=(2a){\frac {W}{L}}qN_{d}\mu _{n}V_{DS}

gde su

I_DSS= drejn-sors struja zasićenja
2a= debljina kanala
W= širina
L= dužina
q= naelektrisanje = 1.6 x 10⁻¹⁹C
μ_n=pokretnost elektrona
N_d= koncentracija N-tipa dopiranja

U oblasti zasićenosti:

I_{DS}=I_{DSS}\left[1-{\frac {V_{GS}}{V_{P}}}\right]^{2}

U linearnoj oblasti

I_{D}=(2a){\frac {W}{L}}qN_{d}{{\mu }_{n}}\left[1-{\sqrt {\frac {V_{GS}}{V_{P}}}}\right]V_{DS}

ili (u odnosu na $I_{DSS}$ ):

I_{D}={\frac {2I_{DSS}}{V_{P}^{2}}}(V_{GS}-V_{P}-{\frac {V_{DS}}{2}})V_{DS}

gde je ${V_{P}}$ napon uštinuća, minimalni napon kroz gejt-sors koji je potreban da bi se potpuno prekinula provodljivost. Kada je $V_{DS}$ mali u poređenju sa $V_{GS}$ - $V_{P}$ ,uređaj se ponaša kao naponski kontrolisani otpornik.

Povezano

Portal Elektronika

Reference

↑Hall, John.„Discrete JFET”.linearsystems. Arhivirano izoriginalana datum 2018-07-01.Pristupljeno 2020-09-12.
↑Za dalje čitanje od strukturi i načinu rada JFETa, pogledati npr.D. Chattopadhyay (2006).„§13.2 Junction field-effect transistor (JFET)”.Electronics (fundamentals and applications).New Age International. str. 269ff.ISBN 978-81-224-1780-7.
↑J201 data sheet

Spoljašnje veze

[1] Hall, John.„Discrete JFET”.linearsystems. Arhivirano izoriginalana datum 2018-07-01.Pristupljeno 2020-09-12.

[JFET-2] Za dalje čitanje od strukturi i načinu rada JFETa, pogledati npr.D. Chattopadhyay (2006).„§13.2 Junction field-effect transistor (JFET)”.Electronics (fundamentals and applications).New Age International. str. 269ff.ISBN 978-81-224-1780-7.

[3] J201 data sheet

[1]

[2]

[3]