ทรานซิสเตอร์สนามผลทางแยก
ทรานซิสเตอร์สนามผลทางแยกเป็นทรานซิสเตอร์ที่ใช้เซมิคอนดักเตอร์ควบคุมแรงดันไฟฟ้า เหล่านี้เป็นทรานซิสเตอร์แบบทิศทางเดียวที่มีสามขั้ว ท่อระบายน้ำ แหล่งที่มา และประตู JFET ไม่มีจุดเชื่อมต่อ PN แต่ประกอบด้วยช่องของวัสดุเซมิคอนดักเตอร์
การก่อสร้างและการจำแนกประเภท
JFET มีช่องทางขนาดใหญ่สำหรับการไหลของผู้ให้บริการขนส่งส่วนใหญ่ ช่องนี้เรียกว่าสารตั้งต้น วัสดุพิมพ์อาจเป็นวัสดุชนิด P หรือชนิด N หน้าสัมผัสภายนอกสองตัวที่เรียกว่าหน้าสัมผัสแบบโอห์มมิกวางอยู่ที่ปลายทั้งสองด้านของช่อง JFET ถูกจำแนกตามวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ของสารตั้งต้นในการก่อสร้าง
ทรานซิสเตอร์ JFET แบบ N-Channel
ช่องนี้ทำจากวัสดุเจือปนชนิด N ในขณะที่ประตูประกอบด้วยวัสดุเจือปนชนิด P วัสดุประเภท N หมายถึงสิ่งเจือปนเพนตะวาเลนต์ถูกเจือ และตัวพาประจุส่วนใหญ่เป็นอิเล็กตรอนอิสระในช่อง โครงสร้างพื้นฐานและการนำเสนอเชิงสัญลักษณ์ของ N-Channel JFET มีดังต่อไปนี้:
ทรานซิสเตอร์ JFET แบบ P-Channel
ช่องนี้ประกอบด้วยวัสดุเจือปนประเภท P ในขณะที่ประตูประกอบด้วยวัสดุเจือปนประเภท N P-Channel หมายความว่ามีสิ่งเจือปนแบบไตรวาเลนท์เจือปนอยู่ในช่องและตัวพาประจุส่วนใหญ่จะเป็นรู โครงสร้างพื้นฐานและการนำเสนอเชิงสัญลักษณ์ของ P-Channel JFET มีดังต่อไปนี้:
การทำงานของ JFET
JFET มักถูกอธิบายด้วยการเปรียบเทียบกับท่อท่อน้ำ การไหลของน้ำผ่านท่อจะคล้ายคลึงกับการไหลของอิเล็กตรอนผ่านช่องทางของ JFET การบีบท่อน้ำจะเป็นตัวกำหนดปริมาณการไหลของน้ำ ในทำนองเดียวกัน ในกรณีของ JFET การใช้แรงดันไฟฟ้าข้ามขั้วประตูจะตัดสินให้แคบลงหรือกว้างขึ้นของช่องสำหรับการเคลื่อนย้ายประจุจากแหล่งกำเนิดไปยังท่อระบายน้ำ
เมื่อใช้แรงดันไบแอสย้อนกลับข้ามเกตและแหล่งกำเนิด ช่องแคบลงในขณะที่ชั้นพร่องเพิ่มขึ้น โหมดการทำงานนี้เรียกว่าโหมดบีบออก พฤติกรรมของช่องประเภทนี้มีดังต่อไปนี้:
เส้นโค้งลักษณะ JFET
JFET เป็นอุปกรณ์โหมดการพร่อง ซึ่งหมายความว่าอุปกรณ์เหล่านี้จะทำงานในการขยายหรือลดชั้นการพร่องให้แคบลง เพื่อวิเคราะห์โหมดการทำงานที่สมบูรณ์ ระบบจะใช้การจัดเรียงการให้น้ำหนักต่อไปนี้กับ N-Channel JFET
แรงดันไบแอสที่แตกต่างกันสองค่าจะถูกใช้ที่เทอร์มินัล JFET VDS ถูกใช้ระหว่างท่อระบายน้ำและแหล่งที่มา ในขณะที่ VGS ถูกใช้ระหว่างเกตและแหล่งที่มา ดังแสดงในรูปด้านบน
JFET จะต้องดำเนินการในโหมดการทำงานที่แตกต่างกันสี่โหมด ตามที่กล่าวไว้ด้านล่าง
1: โหมดโอห์มมิก
โหมดโอห์มมิกเป็นสถานะปกติโดยไม่มีแรงดันไบอัสที่จ่ายไปยังขั้วต่อ ดังนั้น VGS=0 ในโหมดโอห์มมิก ชั้นพร่องจะต้องบางมากและ JFET ทำงานเหมือนกับองค์ประกอบโอห์มมิก เช่น ตัวต้านทาน
2: โหมดบีบนิ้วออก
ในโหมดคัทออฟ แรงดันไบแอสที่เพียงพอทั่วทั้งเกตและแหล่งกำเนิดจะถูกใช้ แรงดันไบแอสย้อนกลับที่ใช้จะขยายขอบเขตการพร่องไปยังระดับสูงสุด ดังนั้นช่องสัญญาณจึงมีพฤติกรรมเหมือนสวิตช์เปิดที่ต้านทานการไหลของกระแส
3: โหมดความอิ่มตัว
แรงดันไบอัสของเกตและแหล่งกำเนิดจะควบคุมการไหลของกระแสข้ามช่องของ JFET กระแสจะแปรผันตามการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไบแอส แรงดันไบอัสของเดรนและแหล่งกำเนิดมีผลกระทบเล็กน้อยในโหมดนี้
4: โหมดพังทลาย
แรงดันไบอัสของเดรนและแหล่งกำเนิดจะเพิ่มขึ้นจนถึงระดับที่จะทำลายชั้นการพร่องในช่องของ JFET สิ่งนี้นำไปสู่การไหลของกระแสสูงสุดทั่วทั้งช่อง
นิพจน์ทางคณิตศาสตร์สำหรับพารามิเตอร์ JFET
ในโหมดความอิ่มตัว JFET จะเข้าสู่โหมดตัวนำซึ่งแรงดันไฟฟ้าจะแปรผันตามกระแส ดังนั้นจึงสามารถประเมินกระแสท่อระบายน้ำได้ นิพจน์สำหรับการประเมินกระแสเดรนได้รับจาก:
ช่องจะกว้างหรือแคบลงตามการใช้แรงดันไฟฟ้าของเกต ความต้านทานของช่องที่เกี่ยวข้องกับการใช้แรงดันไฟฟ้าจากแหล่งระบายแสดงเป็น:
RDS ยังสามารถคำนวณได้จากอัตราขยายของทรานส์คอนดักเตอร์ gm:
การกำหนดค่าของ JFET
JFET สามารถเชื่อมต่อได้หลายวิธีด้วยแรงดันไฟฟ้าขาเข้า การกำหนดค่าเหล่านี้เรียกว่าการกำหนดค่าแหล่งที่มาทั่วไป ประตูร่วม และการกำหนดค่าท่อระบายน้ำทั่วไป
การกำหนดค่าแหล่งที่มาทั่วไป
ในการกำหนดค่าแหล่งทั่วไป แหล่งที่มาของ JFET จะถูกต่อสายดินและอินพุตจะเชื่อมต่อกับเทอร์มินัลเกตในขณะที่เอาต์พุตถูกนำมาจากท่อระบายน้ำ การกำหนดค่านี้มีฟังก์ชันอิมพีแดนซ์อินพุตสูงและฟังก์ชันการขยายแรงดันไฟฟ้า การกำหนดค่าโหมดเครื่องขยายเสียงนี้เป็นการกำหนดค่าทั่วไปของการกำหนดค่า JFET ทั้งหมด เอาต์พุตที่ได้รับคือ 180 องศานอกเฟสพร้อมอินพุต
การกำหนดค่าเกตทั่วไป
ในการกำหนดค่าเกตทั่วไป ประตูจะต่อสายดินในขณะที่อินพุตเชื่อมต่อกับแหล่งกำเนิด และเอาต์พุตจะถูกดึงออกจากท่อระบายน้ำ เนื่องจากเกตเชื่อมต่อกับกราวด์ การกำหนดค่าจึงมีอิมพีแดนซ์อินพุตต่ำ แต่มีอิมพีแดนซ์สูงกว่าที่เอาต์พุต ผลลัพธ์ที่ได้รับอยู่ในเฟสพร้อมอินพุต:
การกำหนดค่าท่อระบายน้ำทั่วไป
ในท่อระบายน้ำทั่วไป อินพุตจะเชื่อมต่อกับเกตในขณะที่เอาต์พุตจะเชื่อมต่อจากขั้วต่อต้นทาง การกำหนดค่านี้ยังมีอิมพีแดนซ์อินพุตต่ำและอิมพีแดนซ์เอาต์พุตที่สูงกว่าเช่นเดียวกับการกำหนดค่าเกตทั่วไป แต่แรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นจะมีความสอดคล้องกันโดยประมาณที่นี่
การกำหนดค่านี้ยังตรงกับแหล่งที่มาทั่วไปที่อินพุตเชื่อมต่อกับเกตด้วย แต่การกำหนดค่าแหล่งที่มาทั่วไปได้รับน้อยกว่าเอกภาพ
แอปพลิเคชัน – การกำหนดค่าแอมพลิฟายเออร์ JFET
JFET สามารถทำงานเป็นเครื่องขยายเสียง Class-A ได้เมื่อเชื่อมต่อเทอร์มินัลเกตกับเครือข่ายตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้าภายนอกถูกจ่ายไปที่ขั้วต่อต้นทาง ซึ่งส่วนใหญ่กำหนดค่าให้เป็นหนึ่งในสี่ของ VDD ในวงจรด้านล่าง
แรงดันไฟฟ้าต้นทางจึงสามารถแสดงเป็น:
นอกจากนี้ แรงดันไฟฟ้าต้นทางสามารถคำนวณได้ผ่านนิพจน์ด้านล่าง:
กระแสไฟเดรนสามารถคำนวณได้จากการกำหนดค่าด้านบนดังนี้:
แรงดันเกตสามารถได้รับเป็นฟังก์ชันของค่าของตัวต้านทาน R1 & R2 ตามที่ระบุด้านล่าง
ตัวอย่างที่ 1: การคำนวณ V วว
ถ้าวี GS(ปิด) =-8V ฉัน ดีเอสเอส =24mA สำหรับ JFET ในการกำหนดค่าด้านล่าง คำนวณ V วว ดังแสดงในรูปเมื่อ R ดี =400.
เนื่องจาก
ค่าข้างต้นจะเป็นค่าต่ำสุดของ VDS เพื่อให้ JFET ทำงานในพื้นที่กระแสคงที่ ดังนั้น:
อีกด้วย,
โดยการใช้ KVL ที่วงจรเดรน:
ตัวอย่างที่ 2: กำหนดค่าของกระแสเดรน
กำหนดค่าของกระแสเดรนเมื่อ VGS=3V, VGS(ปิด)=-5V, IDSS=2mA สำหรับการกำหนดค่า JFET ที่ต่ำกว่า
การแสดงออกของกระแสระบายคือ:
บทสรุป
ทรานซิสเตอร์สนามผลทางแยกเป็นอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์เทอร์มินัลสามตัวที่ทำงานกับพฤติกรรมของบริเวณพร่องในโหมดการทำงานที่แตกต่างกัน พวกเขาไม่มีทางแยก PN แต่ทำมาจากช่องทางของวัสดุเซมิคอนดักเตอร์