Inleiding tot Junction Field-effect Transistors (JFET)

Een transistor is een lineair halfgeleiderapparaat dat de stroom regelt met de toepassing van een elektrisch signaal met een lager vermogen. Transistors kunnen grofweg worden onderverdeeld in twee hoofdafdelingen:bipolair en veldeffect. In het laatste hoofdstuk hebben we bipolaire transistoren bestudeerd, die een kleine stroom gebruiken om een ​​grote stroom te regelen. In dit hoofdstuk introduceren we het algemene concept van de veldeffecttransistor - een apparaat dat een kleine spanning gebruikt om de stroom te regelen - en richten we ons vervolgens op één bepaald type:de junctieveldeffecttransistor. In het volgende hoofdstuk zullen we een ander type veldeffecttransistor onderzoeken, de variant met geïsoleerde poorten.

Alle veldeffecttransistoren zijn unipolaire in plaats van bipolaire apparaten. Dat wil zeggen dat de hoofdstroom erdoorheen bestaat uit ofwel elektronen door een N-type halfgeleider of gaten door een P-type halfgeleider. Dit wordt duidelijker wanneer een fysiek diagram van het apparaat wordt gezien:

N-kanaals JFET

In een junction-veldeffecttransistor of JFET gaat de gecontroleerde stroom van source naar drain, of van drain naar source, naargelang het geval. De stuurspanning wordt aangelegd tussen de gate en source. Merk op hoe de stroom niet door een PN-overgang hoeft te gaan op zijn weg tussen source en drain:het pad (een kanaal genoemd) is een ononderbroken blok halfgeleidermateriaal. In de zojuist getoonde afbeelding is dit kanaal een N-type halfgeleider. P-type kanaal JFET's worden ook vervaardigd:

P-kanaal JFET

Over het algemeen worden N-kanaal JFET's vaker gebruikt dan P-kanaal. De redenen hiervoor hebben te maken met obscure details van de halfgeleidertheorie, die ik in dit hoofdstuk liever niet bespreek. Net als bij bipolaire transistors, geloof ik dat de beste manier om het gebruik van veldeffecttransistors te introduceren, is om waar mogelijk theorie te vermijden en in plaats daarvan te concentreren op operationele kenmerken. Het enige praktische verschil tussen N- en P-kanaal JFET's waar u zich nu zorgen over moet maken, is de bias van de PN-overgang gevormd tussen het gate-materiaal en het kanaal.

Zonder spanning tussen poort en bron, is het kanaal een wijd open pad om stroom te laten vloeien. Als er echter een spanning wordt aangelegd tussen gate en source met een zodanige polariteit dat deze de PN-junctie in tegengestelde richting voorspant, wordt de stroom tussen source- en drain-verbindingen beperkt of gereguleerd, net zoals bij bipolaire transistors met een ingestelde hoeveelheid basisstroom. Maximale gate-source spanning "knijpt" alle stroom door source en drain af, waardoor de JFET in de cutoff-modus wordt gedwongen. Dit gedrag is te wijten aan het uitputtingsgebied van de PN-overgang die uitzet onder invloed van een sperspanning, en uiteindelijk de gehele breedte van het kanaal inneemt als de spanning groot genoeg is. Deze actie kan worden vergeleken met het verminderen van de stroom van een vloeistof door een flexibele slang door erin te knijpen:met voldoende kracht zal de slang voldoende worden vernauwd om de stroom volledig te blokkeren.

Merk op hoe dit operationele gedrag precies het tegenovergestelde is van de bipolaire junctietransistor. Bipolaire transistors zijn normaal gesproken uitgeschakelde apparaten:geen stroom door de basis, geen stroom door de collector of de emitter. JFET's daarentegen zijn normaal ingeschakelde apparaten:geen spanning op de poort zorgt voor maximale stroom door de source en drain. Houd er ook rekening mee dat de hoeveelheid stroom die door een JFET wordt toegestaan, wordt bepaald door een spanningssignaal in plaats van een stroomsignaal zoals bij bipolaire transistors. In feite zou er, met de gate-source PN-overgang in omgekeerde richting, bijna nul stroom door de gate-verbinding moeten zijn. Om deze reden classificeren we de JFET als een spanningsgestuurd apparaat en de bipolaire transistor als een stroomgestuurd apparaat.

Als de gate-source PN-junctie voorwaarts is voorgespannen met een kleine spanning, zal het JFET-kanaal iets meer "openen" om grotere stromen door te laten. De PN-junctie van een JFET is echter niet gebouwd om zelf substantiële stroom te verwerken, en daarom wordt het onder geen enkele omstandigheid aanbevolen om de junctie voor te buigen.

Dit is een zeer beknopt overzicht van de werking van JFET. In het volgende gedeelte zullen we het gebruik van de JFET als schakelapparaat onderzoeken.

GERELATEERDE WERKBLAD:

• Junction field-effect transistors (JFET) werkblad
• Werkblad JFET-versterkers