JFET là bóng bán dẫn hiệu ứng trường cổng Junction. Bóng bán dẫn bình thường là thiết bị điều khiển dòng điện cần dòng điện để phân cực, trong khi JFET là thiết bị điều khiển điện áp. Giống như MOSFET, như chúng ta đã thấy trong hướng dẫn trước của mình, JFET có ba thiết bị đầu cuối Gate, Drain và Source.
JFET là một thành phần thiết yếu cho các điều khiển hoạt động điện áp mức chính xác trong thiết bị điện tử tương tự. Chúng ta có thể sử dụng JFET làm điện trở điều khiển bằng điện áp hoặc làm công tắc, hoặc thậm chí tạo bộ khuếch đại bằng JFET. Nó cũng là một phiên bản tiết kiệm năng lượng để thay thế các BJT. JFET cung cấp mức tiêu thụ điện năng thấp và tiêu hao điện năng khá thấp, do đó cải thiện hiệu quả tổng thể của mạch. Nó cũng cung cấp trở kháng đầu vào rất cao, đây là một lợi thế lớn so với BJT.
Có nhiều loại Transistor khác nhau, trong họ FETs, có hai loại con: JFET và MOSFET. Chúng ta đã thảo luận về MOSFET trong hướng dẫn trước, ở đây chúng ta sẽ tìm hiểu về JFET.
Các loại JFET
Giống như MOSFET, nó có hai kiểu con - N Channel JFET và P Channel JFET.
Mô hình giản đồ JFET kênh N và JFET kênh P được thể hiện trong hình trên. Mũi tên biểu thị các loại JFET. Mũi tên hiển thị tới cổng biểu thị rằng JFET là kênh N và mặt khác, mũi tên từ cổng biểu thị JFET kênh P. Mũi tên này cũng chỉ ra cực của điểm nối PN, được hình thành giữa kênh và cổng. Thật thú vị, một cách ghi nhớ bằng tiếng Anh là thế này, mũi tên của thiết bị N- Channel cho biết “Điểm i n ”.
Dòng điện chạy qua Bộ thoát và Nguồn phụ thuộc vào điện áp đặt vào thiết bị đầu cuối Cổng. Đối với JFET kênh N, điện áp Cổng là âm và đối với JFET kênh P, Điện áp Cổng là dương.
Xây dựng JFET
Trong hình trên, chúng ta có thể thấy cấu trúc cơ bản của một JFET. JFET kênh N bao gồm vật liệu loại P trong nền loại N trong khi vật liệu loại N được sử dụng trong nền loại p để tạo thành JFET kênh P.
JFET được xây dựng bằng cách sử dụng kênh dài của vật liệu bán dẫn. Tùy thuộc vào quá trình xây dựng, nếu JFET chứa nhiều hạt mang điện tích dương (được gọi là lỗ trống) là JFET loại P, và nếu nó có một số lượng lớn hạt mang điện tích âm (được gọi là electron) được gọi là loại N GIẤY.
Trong kênh dài của vật liệu bán dẫn, các tiếp điểm Ohmic ở mỗi đầu được tạo ra để tạo thành kết nối Nguồn và Ống thoát. Một điểm nối PN được hình thành ở một hoặc cả hai bên của kênh.
Hoạt động của JFET
Một ví dụ tốt nhất để hiểu hoạt động của JFET là hình dung ống vòi trong vườn. Giả sử một vòi vườn đang cung cấp một dòng nước chảy qua nó. Nếu chúng ta bóp vòi thì lưu lượng nước sẽ ít hơn và đến một thời điểm nhất định nếu chúng ta bóp hoàn toàn thì sẽ không còn lưu lượng nước. JFET hoạt động chính xác theo cách đó. Nếu chúng ta thay đổi ống bằng JFET và dòng nước bằng dòng điện rồi xây dựng kênh dẫn dòng, chúng ta có thể kiểm soát dòng chảy.
Khi không có điện áp qua cổng và nguồn, kênh sẽ trở thành một con đường trơn, rộng mở cho các electron chạy qua. Nhưng điều ngược lại xảy ra khi một điện áp được đặt giữa cổng và nguồn theo cực tính ngược, điều này làm cho điểm nối PN bị phân cực ngược và làm cho kênh hẹp hơn bằng cách tăng lớp suy giảm và có thể đặt JFET trong vùng cắt hoặc vùng ngắt.
Trong hình ảnh dưới đây, chúng ta có thể thấy chế độ bão hòa và chế độ chụm lại và chúng ta sẽ có thể hiểu lớp suy giảm đã trở nên rộng hơn và dòng chảy hiện tại trở nên ít hơn.
Nếu chúng ta muốn tắt JFET, chúng ta cần cung cấp cổng âm cho điện áp nguồn được ký hiệu là V GS cho JFET loại N. Đối với JFET loại P, chúng ta cần cung cấp V GS tích cực.
JFET chỉ hoạt động ở chế độ cạn kiệt, trong khi MOSFET có chế độ cạn kiệt và chế độ nâng cao.
Đường cong đặc tính JFET
Trong hình trên, JFET được phân cực thông qua nguồn DC có thể thay đổi, nguồn này sẽ điều khiển V GS của JFET. Chúng tôi cũng áp dụng một điện áp trên Cống và Nguồn. Sử dụng biến V GS, chúng ta có thể vẽ đường cong IV của JFET.
Trong hình ảnh IV ở trên, chúng ta có thể thấy ba đồ thị, cho ba giá trị khác nhau của điện áp V GS, 0V, -2V và -4V. Có ba vùng khác nhau Ohmic, Saturation và Breakdown region. Trong vùng Ohmic, JFET hoạt động giống như một điện trở được điều khiển bằng điện áp, ở đó dòng điện được điều khiển bởi điện áp đặt vào nó. Sau đó, JFET đi vào vùng bão hòa nơi đường cong gần như thẳng. Điều đó có nghĩa là dòng hiện tại đủ ổn định nơi V DS sẽ không cản trở dòng hiện tại. Nhưng khi V DS lớn hơn nhiều so với dung sai, JFET sẽ chuyển sang chế độ đánh thủng nơi dòng hiện tại không được kiểm soát.
Đường cong IV này cũng gần giống như đối với JFET kênh P, nhưng có một vài khác biệt tồn tại. JFET sẽ chuyển sang chế độ cắt khi điện áp V GS và Pinch hoặc (V P) bằng nhau. Cũng như trong đường cong trên, đối với JFET kênh N, dòng cống tăng khi V GS tăng. Nhưng đối với JFET kênh P, dòng tiêu giảm khi tăng V GS.
Xu hướng của JFET
Các loại kỹ thuật khác nhau được sử dụng để thiên vị JFET một cách thích hợp. Từ các kỹ thuật khác nhau, ba kỹ thuật dưới đây được sử dụng rộng rãi:
- Kỹ thuật xu hướng DC cố định
- Kỹ thuật tự xu hướng
- Xu hướng dải phân cách tiềm năng
Kỹ thuật xu hướng DC cố định
Trong kỹ thuật phân cực DC cố định của JFET kênh N, cổng của JFET được kết nối theo cách sao cho V GS của JFET luôn luôn âm. Vì trở kháng đầu vào của JFET rất cao nên không có hiệu ứng tải nào được quan sát thấy trong tín hiệu đầu vào. Cường độ dòng điện qua điện trở R1 không đổi. Khi chúng tôi áp dụng một tín hiệu AC qua tụ điện đầu vào C1, tín hiệu sẽ xuất hiện qua cổng. Bây giờ, nếu chúng ta tính toán điện áp rơi trên R1, theo định luật Ohms, nó sẽ là V = I x R hoặc V drop = Gate current x R1. Khi dòng điện chạy đến cổng bằng 0, Điện áp rơi qua cổng vẫn bằng không. Vì vậy, bằng kỹ thuật phân cực này, chúng ta có thể điều khiển dòng tiêu JFET bằng cách chỉ thay đổi điện áp cố định do đó thay đổi V GS.
Kỹ thuật tự xu hướng
Trong kỹ thuật tự phân cực, một điện trở duy nhất được thêm vào qua chân nguồn. Điện áp giảm trên điện trở nguồn R2 tạo ra V GS để phân cực điện áp. Trong kỹ thuật này, dòng điện cổng lại bằng không. Điện áp nguồn được xác định theo cùng một định luật Ôm V = I x R. Do đó điện áp nguồn = Dòng tiêu thụ x điện trở nguồn. Bây giờ, cổng vào điện áp nguồn có thể được xác định bằng sự khác biệt giữa điện áp cổng và điện áp nguồn.
Vì điện áp cổng là 0 (vì dòng điện cổng là 0, theo V = IR, điện áp cổng = Dòng điện cổng x điện trở cổng = 0) nên V GS = 0 - Dòng điện cổng x Điện trở nguồn. Do đó không cần nguồn xu hướng bên ngoài. Xu hướng được tạo ra bởi chính nó, sử dụng điện áp rơi trên điện trở nguồn.
Xu hướng dải phân cách tiềm năng
Trong kỹ thuật này, một điện trở bổ sung được sử dụng và mạch được sửa đổi một chút từ kỹ thuật tự phân cực, một bộ phân áp tiềm năng sử dụng R1 và R2 cung cấp xu hướng DC cần thiết cho JFET. Điện áp rơi trên điện trở nguồn cần lớn hơn điện áp cổng bộ chia điện trở. Theo cách đó, V GS vẫn tiêu cực.
Vì vậy, đây là cách JFET được xây dựng và thiên vị.