JFET הוא טרנזיסטור אפקט שדה בצומת שער. טרנזיסטור רגיל הוא מכשיר מבוקר זרם אשר זקוק לזרם לצורך הטיה, ואילו JFET הוא מכשיר מבוקר מתח. כמו MOSFET, כפי שראינו במדריך הקודם שלנו, ל- JFET יש שלושה מסופים שער, ניקוז ומקור.
JFET הוא מרכיב חיוני לבקרות המופעלות ברמת דיוק באלקטרוניקה אנלוגית. אנו יכולים להשתמש ב- JFET כנגדים מבוקרי מתח או כמתג, או אפילו ליצור מגבר באמצעות ה- JFET. זו גם גרסה חסכונית באנרגיה להחלפת ה- BJT. JFET מספק צריכת חשמל נמוכה ופיזור מתח נמוך למדי, ובכך משפר את היעילות הכוללת של המעגל. זה גם מספק עכבת קלט גבוהה מאוד וזה יתרון גדול על פני BJTs.
ישנם סוגים שונים של טרנזיסטור, במשפחת FETs ישנם שני תת-סוגים: JFET ו- MOSFET. כבר דנו בנושא MOSFET במדריך הקודם, כאן נלמד על JFET.
סוגי JFET
אותו דבר כמו MOSFET יש לו שני תת-סוגים - ערוץ N JFET ו- P ערוץ JFET.
מודל סכמטי JFET של ערוץ J וערוץ P מוצג בתמונה לעיל. החץ מציין את סוגי ה- JFET. החץ המציג לשער מציין כי ה- JFET הוא ערוץ N ומצד שני החץ מהשער מציין את ה- JFET של ערוץ P. חץ זה מציין גם את הקוטביות של צומת PN שנוצר בין הערוץ לשער. מעניין, תרגיל שינון אנגלית היא זו, כי החץ של מכשיר ערוץ N- מציין "נקודות i n ".
הזרם הזורם דרך הניקוז והמקור תלוי במתח המופעל על מסוף השער. עבור ערוץ N JFET מתח השער הוא שלילי ועבור ערוץ P JFET מתח השער חיובי.
בניית JFET
בתמונה שלעיל אנו יכולים לראות את הבנייה הבסיסית של JFET. ה- JFET של ערוץ N מורכב מחומר מסוג P במצע מסוג N ואילו חומרים מסוג N משמשים במצע מסוג P ליצירת JFET של ערוץ P.
JFET בנוי באמצעות הערוץ הארוך של חומר מוליך למחצה. בהתאם לתהליך הבנייה, אם ה- JFET מכיל מספר רב של נושאות מטען חיוביות (מתייחס לחורים) הוא JFET מסוג P, ואם יש לו מספר רב של נושאות מטען שליליות (מתייחס לאלקטרונים) נקרא N-type. JFET.
בערוץ הארוך של חומר מוליך למחצה, נוצרים מגעים אוחמיים בכל קצה ליצירת חיבורי המקור והניקוז. צומת PN נוצר בצד אחד או בשני הערוצים.
עבודה של JFET
אחת הדוגמאות הטובות ביותר להבין את פעולתו של JFET היא לדמיין את צינור צינור הגן. נניח שצינור גן מספק זרימת מים דרכו. אם נלחץ את הצינור זרימת המים תהיה פחותה ובנקודה מסוימת אם נסחט אותה לחלוטין תהיה אפס זרימת מים. JFET עובד בדיוק בצורה כזו. אם נחליף את הצינור עם JFET ואת זרימת המים בזרם ואז נבנה את הערוץ הנושא זרם, נוכל לשלוט בזרימת הזרם.
כשאין מתח מעבר לשער ולמקור, הערוץ הופך לנתיב חלק שפתוח לרווחה עבור אלקטרונים לזרום. אך הדבר ההפוך קורה כאשר מתח מוחל בין שער למקור בקוטביות הפוכה, מה שהופך את צומת PN להפוך מוטה והופך את הערוץ לצר יותר על ידי הגדלת שכבת הדלדול ויכול להכניס את ה- JFET לניתוק או צביטה באזור.
בתמונה למטה אנו יכולים לראות את מצב הרוויה ואת מצב הצביטה ונוכל להבין שכבת הדלדול התרחבה והזרם הנוכחי הופך להיות פחות.
אם אנו רוצים לכבות JFET עלינו לספק שער שלילי למקור המקור המסומן כ- V GS עבור JFET מסוג N. עבור JFET מסוג P, עלינו לספק V GS חיובי.
JFET פועל רק במצב דלדול, ואילו ל- MOSFET יש מצב דלדול ומצב שיפור.
עקומת מאפייני JFET
בתמונה לעיל, JFET מוטה באמצעות אספקת DC משתנה, שתשלוט ב- V GS של JFET. הפעלנו גם מתח על פני הניקוז והמקור. בעזרת המשתנה V GS נוכל לשרטט את עקומת ה- IV של JFET.
בתמונה IV לעיל, אנו יכולים לראות שלושה גרפים, לשלושה ערכים שונים של מתח V GS, 0V, -2V ו- -4V. ישנם שלושה אזורים שונים באזור אומי, רוויה והתמוטטות. במהלך האזור האומני, ה- JFET מתנהג כמו נגד מבוקר מתח, שבו זרימת הזרם נשלטת על ידי מתח המופעל עליו. לאחר מכן, ה- JFET נכנס לאזור הרוויה שבו העקומה כמעט ישרה. כלומר זרימת הזרם יציבה מספיק במקום בו ה- V DS לא יפריע לזרימת הזרם. אבל כאשר ה- V DS הוא הרבה יותר מהסובלנות, ה- JFET נכנס למצב התמוטטות שבו הזרימה הנוכחית אינה נשלטת.
עקומת IV זו כמעט זהה גם עבור ערוץ P JFET, אך ישנם מעט הבדלים. ה- JFET יעבור למצב ניתוק כאשר V GS ומתח קמצוץ או (V P) זהים. כמו כן בעקומה שלעיל, עבור ערוץ N JFET זרם הניקוז עולה כאשר V GS גדל. אבל עבור ה- JFET של ערוץ P זרם הניקוז יורד כאשר V GS גדל.
הטיית JFET
סוגים שונים של טכניקות משמשים להטיית ה- JFET בצורה נכונה. מטכניקות שונות, להלן שלוש נפוצות:
- טכניקת הטיה קבועה של DC
- טכניקת הטיה עצמית
- הטיית חלוקה פוטנציאלית
טכניקת הטיה קבועה של DC
בטכניקת הטיה קבועה של DC של ערוץ JFET, השער של ה- JFET מחובר בצורה כזו ש- V GS של ה- JFET נשאר שלילי כל הזמן. מכיוון שעכבת הקלט של JFET גבוהה מאוד, אין השפעות טעינה שנצפו באות הקלט. זרם הזרם דרך הנגד R1 נשאר אפס. כאשר אנו מחילים אות AC על פני קבל הקלט C1, האות מופיע מעבר לשער. כעת, אם אנו מחשבים את ירידת המתח על פני ה- R1, בהתאם לחוק אוהם זה יהיה V = I x R או V drop = זרם שער x R1. מכיוון שהזרם הזורם לשער הוא 0 ירידת המתח על פני השער נותרה אפס. לכן, על ידי טכניקת הטיה זו, אנו יכולים לשלוט על זרם הניקוז JFET על ידי שינוי המתח הקבוע ובכך לשנות את ה- V GS.
טכניקת הטיה עצמית
בטכניקה של הטיה עצמית, מתווסף נגד יחיד על פני סיכת המקור. ירידת המתח על פני נגן המקור R2 יוצרת את ה- V GS כדי להטות את המתח. בטכניקה זו, זרם השער הוא שוב אפס. מתח המקור נקבע על פי אותו חוק אוהם V = I x R. לכן מתח מקור = זרם ניקוז x נגן מקור. כעת, ניתן לקבוע את שער השער למקור על ידי ההבדלים בין מתח השער למתח המקור.
מכיוון שמתח השער הוא 0 (שכן זרם השער הוא 0, לפי V = IR, מתח השער = שער הנוכחי x הנגד שער = 0) ה- V GS = 0 - זרם השער x התנגדות המקור. לפיכך אין צורך במקור הטיה חיצוני. ההטיה נוצרת על ידי עצמי תוך שימוש בירידת המתח על פני נגדי המקור.
הטיית חלוקה פוטנציאלית
בטכניקה זו משתמשים בנגד נוסף והמעגל שונה מעט מטכניקת ההטייה העצמית, מחלק מתח פוטנציאלי המשתמש ב- R1 ו- R2 מספק את הטיה DC הנדרשת עבור ה- JFET. נפילת המתח על פני נגן המקור נדרשת כדי להיות גדולה יותר ממתח שער מחיצת הנגד. באופן כזה ה- V GS נשאר שלילי.
אז ככה JFET בנוי ומוטה.