JFET هو ترانزستور تأثير مجال بوابة التقاطع. الترانزستور العادي هو جهاز يتم التحكم فيه حاليًا ويحتاج إلى تيار للتحيز ، بينما JFET هو جهاز يتم التحكم فيه بالجهد. تمامًا مثل MOSFETs ، كما رأينا في برنامجنا التعليمي السابق ، لدى JFET ثلاث محطات طرفية ، بوابة ، استنزاف ، ومصدر.
يعد JFET مكونًا أساسيًا للتحكم في مستوى الدقة الذي يعمل بالجهد في الإلكترونيات التناظرية. يمكننا استخدام JFET كمقاومات يتم التحكم فيها بالجهد أو كمفتاح ، أو حتى صنع مكبر للصوت باستخدام JFET. إنها أيضًا نسخة موفرة للطاقة لتحل محل BJTs. توفر JFET استهلاكًا منخفضًا للطاقة وتبديد طاقة منخفضًا إلى حد ما ، وبالتالي تحسين الكفاءة الكلية للدائرة. كما أنه يوفر مقاومة عالية جدًا للمدخلات والتي تعد ميزة كبيرة على BJTs.
هناك أنواع مختلفة من الترانزستور ، في عائلة FETs ، هناك نوعان فرعيان: JFET و MOSFET. لقد ناقشنا بالفعل حول MOSFET في البرنامج التعليمي السابق ، هنا سوف نتعرف على JFET.
أنواع JFET
تمامًا مثل MOSFET ، فإنه يحتوي على نوعين فرعيين - N Channel JFET و P Channel JFET.
يظهر النموذج التخطيطي للقناة N JFET و P القناة JFET في الصورة أعلاه. يشير السهم إلى أنواع JFET. يشير السهم الذي يظهر على البوابة إلى أن JFET هي قناة N ومن ناحية أخرى يشير السهم من البوابة إلى P-channel JFET. يشير هذا السهم أيضًا إلى قطبية تقاطع PN ، والتي تتشكل بين القناة والبوابة. ومن المثير للاهتمام ، أن ذاكري اللغة الإنجليزية هو هذا ، هذا السهم لجهاز N- Channel يشير إلى "Points i n ".
يعتمد التيار المتدفق عبر الصرف والمصدر على الجهد المطبق على محطة البوابة. بالنسبة للقناة N JFET ، يكون جهد البوابة سالبًا وبالنسبة للقناة P JFET يكون جهد البوابة موجبًا.
بناء JFET
في الصورة أعلاه ، يمكننا أن نرى البناء الأساسي لـ JFET. يتكون N-Channel JFET من مادة من النوع P في الركيزة من النوع N بينما يتم استخدام المواد من النوع N في الركيزة من النوع p لتشكيل قناة P JFET.
تم إنشاء JFET باستخدام القناة الطويلة لمواد أشباه الموصلات. اعتمادًا على عملية البناء ، إذا كان JFET يحتوي على عدد كبير من حاملات الشحنة الموجبة (يُشار إليها بالثقوب) فهو نوع JFET من النوع P ، وإذا كان يحتوي على عدد كبير من حاملات الشحنة السالبة (يُشار إليها بالإلكترونات) يُسمى N-type JFET.
في القناة الطويلة لمواد أشباه الموصلات ، يتم إنشاء جهات اتصال أومية في كل طرف لتشكيل اتصالات المصدر والصرف. يتم تشكيل تقاطع PN في أحد جانبي القناة أو كلاهما.
عمل JFET
أحد أفضل الأمثلة لفهم عمل JFET هو تخيل أنبوب خرطوم الحديقة. افترض أن خرطوم الحديقة يوفر تدفقًا للمياه من خلاله. إذا ضغطنا على الخرطوم ، فسيكون تدفق الماء أقل وفي نقطة معينة إذا ضغطنا عليه تمامًا ، فلن يكون هناك تدفق للماء. يعمل JFET بهذه الطريقة بالضبط. إذا قمنا بتبديل الخرطوم مع JFET وتدفق الماء بتيار ثم أنشأنا قناة حاملة للتيار ، يمكننا التحكم في التدفق الحالي.
عندما لا يكون هناك جهد عبر البوابة والمصدر ، تصبح القناة مسارًا سلسًا مفتوحًا على مصراعيه لتدفق الإلكترونات. لكن الشيء العكسي يحدث عندما يتم تطبيق جهد بين البوابة والمصدر في قطبية عكسية ، مما يجعل تقاطع PN معكوسًا منحازًا ويجعل القناة أضيق عن طريق زيادة طبقة النضوب ويمكن أن يضع JFET في منطقة قطع أو قرص.
في الصورة أدناه ، يمكننا أن نرى وضع التشبع ووضع القرص المضغوط وسنكون قادرين على فهم أن طبقة النضوب أصبحت أوسع وأصبح التدفق الحالي أقل.
إذا أردنا إيقاف تشغيل JFET ، فنحن بحاجة إلى توفير بوابة سالبة لجهد المصدر يُشار إليه على أنه V GS لـ N-type JFET. بالنسبة لـ JFET من النوع P ، نحتاج إلى توفير V GS إيجابي.
يعمل JFET فقط في وضع النضوب ، في حين أن MOSFETs بها وضع استنفاد ووضع تحسين.
منحنى خصائص JFET
في الصورة أعلاه ، يتم تحيز JFET من خلال مصدر تيار مستمر متغير ، والذي سيتحكم في V GS لـ JFET. طبقنا أيضًا جهدًا عبر الصرف والمصدر. باستخدام المتغير V GS ، يمكننا رسم المنحنى الرابع لـ JFET.
في الصورة IV أعلاه ، يمكننا أن نرى ثلاثة رسوم بيانية ، لثلاث قيم مختلفة لجهد V GS ، 0V ، -2V و -4V. هناك ثلاث مناطق مختلفة أوميك ، وتشبع ، ومنطقة انهيار. خلال المنطقة الأومية ، يعمل JFET كمقاوم يتم التحكم فيه بالجهد ، حيث يتم التحكم في تدفق التيار بواسطة الجهد المطبق عليه. بعد ذلك ، تصل JFET إلى منطقة التشبع حيث يكون المنحنى مستقيماً تقريبًا. هذا يعني أن التدفق الحالي مستقر بدرجة كافية حيث لا يتداخل V DS مع التدفق الحالي. ولكن عندما يكون V DS أكثر من التسامح ، تدخل JFET في وضع الانهيار حيث يكون التدفق الحالي غير متحكم فيه.
هذا المنحنى الرابع هو نفسه تقريبًا بالنسبة لقناة P JFET أيضًا ، ولكن توجد اختلافات قليلة. ستدخل JFET في وضع القطع عندما يكون الجهد V GS و Pinch أو (V P) متماثلًا. أيضًا كما في المنحنى أعلاه ، بالنسبة لقناة N JFET ، يزداد تيار التصريف عندما تزيد V GS. ولكن بالنسبة للقناة P JFET ، ينخفض تيار التصريف عندما تزيد V GS.
انحياز JFET
يتم استخدام أنواع مختلفة من التقنيات لتحيز JFET بطريقة مناسبة. من بين التقنيات المختلفة ، يتم استخدام ثلاثة أدناه على نطاق واسع
- تقنية انحياز التيار المستمر
- تقنية التحيز الذاتي
- انحياز الحاجز المحتمل
تقنية انحياز التيار المستمر
في تقنية انحياز DC الثابت لقناة N JFET ، يتم توصيل بوابة JFET بطريقة تجعل V GS لـ JFET سالبة طوال الوقت. نظرًا لأن مقاومة الإدخال لـ JFET عالية جدًا ، فلا توجد تأثيرات تحميل ملحوظة في إشارة الإدخال. يظل التدفق الحالي عبر المقاوم R1 صفراً. عندما نطبق إشارة تيار متردد عبر مكثف الإدخال C1 ، تظهر الإشارة عبر البوابة. الآن ، إذا قمنا بحساب انخفاض الجهد عبر R1 ، وفقًا لقانون أومس ، فسيكون V = I x R أو V drop = تيار البوابة x R1. نظرًا لأن التيار المتدفق إلى البوابة يساوي 0 ، فإن انخفاض الجهد عبر البوابة يظل صفراً. لذلك ، من خلال تقنية التحيز هذه ، يمكننا التحكم في تيار تصريف JFET عن طريق تغيير الجهد الثابت وبالتالي تغيير V GS.
تقنية التحيز الذاتي
في تقنية التحيز الذاتي ، تتم إضافة مقاوم واحد عبر طرف المصدر. يؤدي انخفاض الجهد عبر المقاوم المصدر R2 إلى إنشاء V GS لتحيز الجهد. في هذه التقنية ، يكون تيار البوابة صفرًا مرة أخرى. يتم تحديد جهد المنبع من خلال نفس قانون أوم V = I x R. لذلك جهد المنبع = تيار التصريف × مصدر المقاومة. الآن ، يمكن تحديد جهد البوابة إلى المصدر من خلال الاختلافات بين جهد البوابة وجهد المصدر.
نظرًا لأن جهد البوابة هو 0 (نظرًا لأن تدفق تيار البوابة هو 0 ، وفقًا لـ V = IR ، جهد البوابة = تيار البوابة x مقاومة البوابة = 0) V GS = 0 - تيار البوابة x مقاومة المصدر وبالتالي ليس هناك حاجة إلى مصدر انحياز خارجي. يتم إنشاء التحيز عن طريق الذات ، باستخدام انخفاض الجهد عبر المقاوم المصدر.
انحياز الحاجز المحتمل
في هذه التقنية ، يتم استخدام المقاوم الإضافي وتعديل الدائرة بشكل طفيف من تقنية التحيز الذاتي ، يوفر مقسم الجهد المحتمل باستخدام R1 و R2 انحياز التيار المستمر المطلوب لـ JFET. يجب أن يكون انخفاض الجهد عبر المقاوم المصدر أكبر من جهد بوابة مقسم المقاوم. بهذه الطريقة تظل V GS سالبة.
هذه هي الطريقة التي يتم بها بناء وتحيز JFET.