Transistors d'efecte de camp (FET)

Proveu El Nostre Instrument Per Eliminar Problemes





El transistor d'efecte de camp (FET) és un dispositiu electrònic en què camp elèctric s’utilitza per regular el flux de corrent. Per implementar-ho, s’aplica una diferència de potencial a través dels terminals de la porta i la font del dispositiu, cosa que altera la conductivitat entre els terminals de drenatge i font fent que un corrent controlat flueix a través d’aquests terminals.

FETs are called transistors unipolars perquè estan dissenyats per funcionar com a dispositius de tipus portador únic. Trobareu diferents tipus de transistors d’efecte de camp disponibles.



Símbol

Els símbols gràfics dels JFET de canal n i canal p es poden visualitzar a les figures següents.

Podeu notar clarament que les marques de fletxa que apunten cap a l'interior del dispositiu de canal n indiquen la direcció en què joG(corrent de porta) se suposa que flueix quan la unió p-n estava esbiaixada cap endavant.



En el cas d’un dispositiu de canal p, les condicions són idèntiques, excepte la diferència en la direcció del símbol de fletxa.

Diferència entre FET i BJT

El transistor d'efecte de camp (FET) és un dispositiu de tres terminals dissenyat per a una àmplia gamma d'aplicacions de circuits que complementen, a un gran nivell, les del transistor BJT.

Tot i que trobareu variacions significatives entre els BJT i ​​els JFET, en realitat hi ha diverses característiques coincidents de les quals es parlarà en els debats següents. La principal distinció entre aquests dispositius és que BJT és un dispositiu controlat per corrent tal com es representa a la figura 5.1a, mentre que el transistor JFET és un dispositiu controlat per voltatge tal com s’indica a la figura 5.1b.

En poques paraules, el jo actualCa la figura 5.1a és una funció immediata del nivell d’IB. Per al FET, el corrent I és una funció de la tensió VGSdonat al circuit d’entrada tal com es mostra a la figura 5.1b.

En ambdós casos, el corrent del circuit de sortida es regirà per un paràmetre del circuit d'entrada. En una situació un nivell de corrent i en l’altra una tensió aplicada.

Igual que npn i pnp per als transistors bipolars, trobareu transistors d’efecte de camp de canal n i canal p. Però, heu de recordar que el transistor BJT és un dispositiu bipolar, el prefix bi- que indica que el nivell de conducció és una funció de dos portadors de càrrega, electrons i forats.

El FET en canvi és un dispositiu unipolar això depèn únicament de la conducció d'electrons (canal n) o de forat (canal p).

La frase 'efecte camp' es pot explicar així: tots som conscients de la potència d'un imant permanent per atraure llimadures metàl·liques cap a l'imant sense cap contacte físic. De manera similar dins de FET, es crea un camp elèctric per les càrregues existents que influeixen en el camí de conducció del circuit de sortida sense tenir cap contacte directe entre les quantitats controlades i controlades. Probablement una de les característiques més crucials del FET és la seva alta impedància d’entrada.

Des d’una magnitud d’1 fins a molts centenars de megohms, supera significativament els rangs de resistència d’entrada normals de les configuracions BJT, un atribut extremadament important mentre es desenvolupen models d’amplificadors de corrent altern.

No obstant això, el BJT té una sensibilitat més gran a les variacions del senyal d'entrada. És a dir, el canvi en el corrent de sortida sol ser significativament més per als BJT que els FET per la mateixa quantitat de canvi en les seves tensions d’entrada.

A causa d'això, els guanys de tensió estàndard de CA per als amplificadors BJT poden ser molt més grans en comparació amb els FET.

En termes generals, els FET són molt més resistents tèrmicament que els BJT, i també solen tenir una estructura més petita en comparació amb els BJT, que els fan específicament adequats per a la seva incorporació com a circuit integrat (IC)xips.

Les característiques estructurals d'alguns FET, d'altra banda, poden permetre que siguin més sensibles als contactes físics que els BJT.

Més relació BJT / JFET

  • Per a un BJT VSER= 0,7 V és el factor important per iniciar una anàlisi de la seva configuració.
  • De la mateixa manera, el paràmetre IG= 0 A sol ser el primer que es té en compte per a l'anàlisi d'un circuit JFET.
  • Per a la configuració de BJT, IBsovint és el primer factor que cal determinar.
  • De la mateixa manera, per al JFET, normalment és el VGS.

En aquest article ens centrarem en JFETs o transistors d'efecte de camp de connexió; en el següent article parlarem sobre el transistor de eficiència de camp d'òxid de metall-semiconductor o MOS-FET.

CONSTRUCCIÓ I CARACTERÍSTIQUES DELS JFET

Segons hem après, un JFET té 3 oportunitats. Un d’ells controla el flux de corrent entre els altres dos.

Igual que els BJT, també en els JFET, el dispositiu de canal n s’utilitza de manera més destacada que els homòlegs del canal p, ja que els dispositius n solen ser més eficients i fàcils d’utilitzar en comparació amb el dispositiu p.

A la següent figura podem veure l’estructura o construcció bàsica d’un JFET de canal n. Podem veure que la composició de tipus n forma el canal principal a través de les capes de tipus p.

La part superior del canal de tipus n s’uneix a través d’un contacte òhmic amb un termnal anomenat drenatge (D), mentre que la secció inferior del mateix canal també es connecta a través d’un contacte òhmic amb un altre terminal anomenat font (S).

El parell de materials de tipus p estan units al terminal anomenat porta (G). Bàsicament trobem que els terminals de drenatge i font estan units als extrems del canal de tipus n. El terminal de la porta s’uneix a un parell de material de canal p.

Quan no s’aplica cap tensió a través d’un jfet, les seves dues unions p-n estan sense condicions de polarització. En aquesta situació, hi ha una regió d’esgotament a cada unió, tal com s’indica a la figura anterior, que sembla una regió de díode p-n sense biaix.

Analogia de l’aigua

Les operacions de treball i control d’un JFET es poden entendre mitjançant la següent analogia d’aigua.

Aquí, la pressió de l'aigua es pot comparar amb la magnitud de tensió aplicada des del drenatge cap a la font.

El flux d’aigua es pot comparar amb el flux d’electrons. La boca de l'aixeta imita el terminal d'origen del JFET, mentre que la part superior de l'aixeta on es veu forçada l'aigua representa el desguàs del JFET.

El comandament del toc funciona com la porta del JFET. Amb l'ajut d'un potencial d'entrada, controla el flux d'electrons (càrrega) del desguàs a la font, de la mateixa manera que el comandament de l'aixeta controla el flux d'aigua a l'obertura de la boca.

Des de l'estructura JFET podem veure que el terminal de drenatge i la font es troben als extrems oposats del canal n i, com que el terme es basa en el flux d'electrons, podem escriure:

VGS= 0 V, VDSAlguns valors positius

A la figura 5.4 podem veure una tensió V positivaDSaplicat a través del canal n. El terminal de la porta s’uneix directament a la font per crear una condició VGS= 0V. Això permet que la porta i els terminals font tinguin un potencial idèntic i es tradueixi en una regió d’esgotament de l’extrem inferior de cada material p, exactament com veiem al primer diagrama anterior amb una condició sense biaix.

Tan aviat com una tensió VDD(= VDS) s’aplica, els electrons s’estiren cap al terminal de drenatge, generant el flux convencional de corrent ID, tal com s’indica a la figura 5.4.

La direcció del flux de la càrrega revela que el corrent de drenatge i font són iguals en magnitud (ID= JoS). Segons les condicions que es mostren a la figura 5.4, el flux de la càrrega sembla bastant lliure i només afectat per la resistència del canal n entre el desguàs i la font.

JFET a VGS = 0V i VDS = 0V

Podeu observar que la regió d’esgotament és més gran al voltant de la secció superior d’ambdós materials de tipus p. Aquesta diferència de mida de la regió s’explica idealment a través de la figura 5.5. Imaginem que tingui una resistència uniforme al canal n, que es pot dividir fins a les seccions indicades a la figura 5.5.

Potencials de polarització inversa variables a través de la unió p-n d’un JFET de canal n

L’actual IDpot construir els rangs de tensió a través del canal tal com s’assenyala a la mateixa figura. Com a resultat, la regió superior del material de tipus p serà polaritzada inversament per un nivell al voltant d’1,5 V, amb la regió inferior merament inversa en 0,5 V.

El punt que la unió p-n està esbiaixada inversament al llarg de tot el canal dóna lloc a un corrent de porta amb zero amperes tal com es mostra a la mateixa figura. Aquesta característica que condueix a IG= 0 A és una característica important del JFET.

Com VDSel potencial augmenta de 0 a alguns volts, el corrent augmenta segons la llei d’Ohm i la trama d’IDlínia 5DSes pot demostrar a la figura 5.6.

La rectitud comparativa del traçat mostra que per a les regions de valor baix de VDS, la resistència és bàsicament uniforme. Com VDSaugmenta i s’acosta al nivell conegut com a VP a la figura 5.6, les regions d’esgotament s’eixamplen tal com es mostra a la figura 5.4.

Això es tradueix en una reducció aparent de l'amplada del canal. La disminució del camí de conducció condueix a l'augment de la resistència donant lloc a la corba de la figura 5.6.

Com més horitzontal es fa la corba, més gran és la resistència, cosa que indica que la resistència s'aconsegueix cap a ohms 'infinits' a la regió horitzontal. Quan VDSaugmenta fins al punt que sembla que les dues regions d'esgotament podrien 'contactar', tal com es mostra a la figura 5.7, dóna lloc a una situació coneguda com pinch-off.

La quantitat per la qual VDSdesenvolupa aquesta situació es denomina pessigar tensió i està simbolitzat per VPàgtal com es presenta a la figura 5.6. En general, la paraula pinch-off és enganyosa perquè implica l’I actualDestà 'pinçat' i cau a 0 A. Com es demostra a la figura 5.6, això difícilment sembla evident en aquest cas. JoDmanté un nivell de saturació caracteritzat com IDSSa la figura 5.6.

La veritat és que continua existint molt poc canal, amb una intensitat de concentració significativament alta.

El punt en què l’identificador no cau pessigar i conserva el nivell de saturació tal com s’indica a la figura 5.6, es confirma amb la prova següent:

Com que no hi ha corrent de drenatge, s'elimina la possibilitat de diversos nivells potencials a través del material del canal n per determinar les quantitats canviants de polarització inversa al llarg de la unió p-n. El resultat final va ser la pèrdua de la distribució de la regió d’esgotament que es va activar pessigar començar amb.

pinch-off VGS = oV, VDS = Vp

A mesura que augmentem VDSper sobre de VPàg, la regió de contacte proper on es trobaran les dues regions d’esgotament augmenten de longitud al llarg del canal. Tanmateix, el nivell d'identificació continua essencialment sense canvis.

Així, el moment VDSés superior a Vpàg, el JFET adquireix les característiques de la font actual.

Com es demostra a la figura 5.8, el corrent en un JFET es determina a ID= JoDSS, però tensió VDSla càrrega connectada estableix un valor superior a VP.

La selecció de la notació IDSS es basa en el fet que és el corrent de drenatge a origen que té un enllaç curtcircuitat entre porta i font.

La investigació posterior ens proporciona la següent avaluació:

JoDSSés el corrent de drenatge més alt per a un JFET i s’estableix amb les condicions VGS= 0 V i VDS> | Vicepresident |.

Fixeu-vos que a la figura 5.6 VGSés 0V per al tram complet de la corba. A les seccions següents aprendrem com els atributs de la figura 5.6 es veuen influenciats com el nivell de VGSés variat.

VGS <0V

El volatge aplicat a través de la porta i la font es significa com el VGS, que s’encarrega de controlar les operacions JFET.

Si prenem l’exemple d’un BJT, igual que les corbes d’ICcontra VAIX.es determinen per a diversos nivells d’IB, de manera similar a les corbes de IDcontra VDSper a diversos nivells de VGSes pot crear per a una contrapart JFET.

Per a això, el terminal de la porta s'estableix a un potencial continu baix per sota del nivell del potencial d'origen.

En referència a la figura 5.9 següent, s’aplica un -1V a través dels terminals de porta / font per obtenir un V reduïtDSnivell.

aplicació d’una tensió negativa a la porta de JFET

L’objectiu del biaix potencial negatiu VGSés desenvolupar regions d’esgotament semblants a la situació de VGS= 0, però a V significativament reduïtDS.

Això fa que la porta aconsegueixi un punt de saturació amb nivells més baixos de VDStal com s’indica a la figura 5.10 (VGS= -1V).

El nivell de saturació corresponent per a IDes pot trobar reduït i, de fet, continua disminuint com a VGSes fa més negatiu.

Podeu veure clarament a la figura 5.10 com la tensió de pinçament continua caient amb una forma parabòlica com VGScada vegada és més negatiu.

Finalment, quan VGS= -Vpàg, es fa prou negatiu per establir un nivell de saturació que finalment és de 0 mA. En aquest nivell, el JFET està completament 'desactivat'.

Característiques JFET de canal n amb IDSS = 8 mA

El nivell de VGSque provoca IDper arribar a 0 mA es caracteritza per VGS= VPàg, en què VPàgés un voltatge negatiu per a dispositius de canal n i un voltatge positiu per a JFET de canal p.

Normalment, podeu trobar la majoria de fulls de dades JFET pessigar tensió especificada com a V.GS (desactivat)en lloc de VPàg.

L’àrea situada a la part dreta del locus pinch-off de la figura anterior és el lloc que s’utilitza convencionalment en els amplificadors lineals per aconseguir un senyal lliure de distorsió. Aquesta regió s’anomena generalment corrent constant, saturació o regió d'amplificació lineal.

Resistència controlada per tensió

La zona que es troba al costat esquerre del locus de pessic de la mateixa figura, s’anomena regió òhmica o la regió de resistència controlada per tensió.

En aquesta regió, el dispositiu es pot operar de fet com una resistència variable (per exemple, en aplicacions de control de guany automàtic), amb la seva resistència controlada a través del potencial aplicat de la porta / font.

Podeu veure que el pendent de cadascuna de les corbes que també significa la resistència de drenatge / font del JFET per VDS Pàgpassa a ser una funció de la V aplicadaGSpotencial.

A mesura que augmentem el VGS amb potencial negatiu, el pendent de cada corba es torna cada vegada més horitzontal, mostrant nivells de resistència proporcionalment creixents.

Podem obtenir una bona aproximació inicial al nivell de resistència respecte a la tensió VGS, mitjançant la següent equació.

P-Channel JFET Funcionant

El disseny intern i la construcció d’un canal JFET de canal p són exactament idèntics a l’equivalent de canal n, excepte que les regions de materials de tipus p i n s’inverteixen, com es mostra a continuació:

canal JFET

Les direccions del flux de corrent també es poden veure invertides, juntament amb les polaritats reals de la tensió VGS i VDS. En cas d'un canal JFET de canal p, el canal es restringirà en resposta a un potencial positiu creixent a través de la porta / font.

La notació amb un subíndex doble per a la VDSdonarà lloc a una tensió negativa per a VDS, tal com es mostra a les característiques de la figura 5.12. Aquí podeu trobar joDSSa 6 mA, mentre que una tensió de tensió a VGS= + 6V.

Si us plau, no us desconcerteu a causa de la presència del vostre signe menys per a la VDS. Simplement indica que la font té un potencial més alt que el desguàs.

Característiques JFET del canal p

Es pot veure que les corbes de V altDSels nivells augmenten bruscament fins a valors que semblen sense restriccions. La pujada indicada que és vertical simbolitza una situació de ruptura, la qual cosa significa que el corrent a través del dispositiu de canal està totalment controlat pels circuits externs en aquest moment.

Tot i que això no és evident a la figura 5.10 per a dispositius de canal n, pot ser una possibilitat amb una tensió prou alta.

Aquesta regió es pot eliminar si el VDS (màxim)s'observa a la fitxa tècnica del dispositiu i el dispositiu està configurat de manera que el V realDSel valor és inferior a aquest valor assenyalat per a qualsevol VGS.




Anterior: 5 millors circuits d'amplificació de 40 watts explorats Següent: Full de dades 2N3055, pinout, circuits d'aplicacions