JFET

Spojni kapijski tranzistor sa efektom polja (en. junction gate field-effect transistor, skraćeno JFET) je najjednostavniji tip tranzistora sa efektom polja.^[1] Može da se koristi kao elektronski kontrolisan prekidač ili kao naponski kontrolisan otpor. Naelektrisanja protiču kroz poluprovodnički kanal između „sors“ i „drejn“ kontakata. Primenom negativnog napona na kontakt „gejta“, kanal se „uštine“, tako da je „struja“ ograničena ili je potpuno nema.

JFET

Struja od „sorsa“ ka „drejnu“ u P-kanalnom JFETu je ograničena kada postoji napon na „gejtu“.
Tip komponente	Aktivna
Pinovi	drain, gate, source
Elektronski simbol

Struktura

JFET je dugačak kanal poluprovodničkog materijala , dopiran kako bi sadržao obilje pozitivnih nosiocanaelektrisanja ili rupa (P-tipa), ili od negativnih nosioca elektrona (N-tipa). Omski kontakt na svakom kraju čini sors (S) i drejn (D). P-N spoj se formira na jednoj ili obe strane kanala, ili ga okružuje, koristeći oblast dopiranu suprotno od kanala, i balansiran koristeći omski gejt kontakt (G).

Funkcija

I–V karakteristika i izlazni grafik N-kanalnog JFETa

Način rada JFETa je sličan baštenskom crevu. Protok vode kroz crevo može da se kontroliše stiskanjem creva kako bi se smanjio poprečni presek; protok naelektrisanja kroz JFET je kontrolisan ograničavanjem kanala koji prenosi struju. Struja takođe zavisi od električnog polja između sorsa i drejna (analogno razlici pritisaka na krajevima creva).

Proizvodnja provodnog kanala je izvedena pomoću efekta polja: napon između gejta i sorsa se primeni tako da je negativno orijentisan u odnosu na gejt-sors P-N spoj, što dovodi do proširenja sloja za trošenje ovog spoja (pogledati sliku), obuhvatajući provodni kanal i smanjujući njegov poprečni presek. Sloj za trošenje se zato što on gubi prenosnike naelektrisanja i postaje električno neprovodan u praktičnim primenama.^[2]

Kada sloj trošenja zauzme celu širinu provodnog kanala, „uštinuće“ je postignuto i provodljivost između drejna i sorsa nestaje. Uštinuće se dešava pri određenom negativnom naponu gejta prema sorsu (V_GS). Napon uštinuća (V_p) značajno varira, čak i između uređaja istog tipa. Na primer, V_GS(off) za tranzistor Temic J202, se menja u rasponu -0,8 V do -4 V.^[3] Uobičajene vrednosti se menjaju u rasponu -0.3V do -10V.

Da bi se isključio N-kanalni tranzistor, potrebno je dovesti negativan drejn-sors napon (V_GS). Takođe, da bi se isključio P-kanalni tranzistor, potreban je pozitivan napon V_GS.

Pri normalnom funkcionisanju, električno polje koje se stvara oko gejta blokira provodnost sors-drejn spoja do neke mere.

Neki JFET uređaji su simetrični u smislu sors-drejn kanala.

Šematski simboli

Električni simbol N-kanalnog JFETa

Električni simbol P-kanalnog JFETa

Gejt JFETa se ponekada crta na sredini kanala (umesto na drejn ili sors elektrodi kao u ovim primerima). Ova simetrija sugeriše da su „drejn“ i „sors“ međusobno zamenljivi, tako da bi takav simbol trebalo da se primenjuje samo za onaj tip JFETova gde su zaista zamenljivi drejn i sors.ble.

Zvanično, oblik simbola treba da prikaže komponentu unutar kruga (koji predstavlja okvir uređaja). Ovo važi i u americi i u evropi. Simbol se često crta bez kruga kada se crtaju šematski dijagrami integrisanih kola. U poslednje vreme, simbol se često crta bez kruga čak i u diskretnim uređajima.

U svakom slučaju. vrh strelice pokazuje polaritet P-N spoja koji nastaje između kanala i gejta. Kao i sa običnom diodom, strelica prikazuje od P ka N, smer struje pri pozitivnom naponu gejta.

Poređenje sa drugim tranzistorima

Na sobnoj temperaturi, struja gejta JFETa (obrnuto curenje od gejt-kanal spoja) je uporediva sa strujom MOSFETa (koji ima izolacioni oksid između gejta i kanala), ali je dosta manja od struje bipolarnog tranzistora. JFET ima veću transkonduktansu od MOSFETa, kao i manji šum, pa se zbog toga koristi u nekim operacionim pojačavačima niskog nivoa šuma sa velikim ulaznim otporom.

Istorija JFETa

JFET je predvideo Džulijus Lilinfild 1925. godine i do polovine 1930-ih teorija rada JFET-a je bila dovoljno poznata da bi se opravdao patent. Ali, nije bilo moguće napraviti dopirane kristale sa dovoljno preciznosti kako bi se prikazao efekat još mnogo narednih godina. 1947. godine, istraživači Džon Bardin, Valter Hauzer Bratejn, i Vilijam Šokli su pokušavali da naprave JFET ali su otkrili tranzistor sa tačkastim kontaktom. Prvi praktični JFETovi su napravljeni mnogo godina kasnije, uprkos njihovom začeću mnogo pre spojnih tranzistora. U nekoj meri, mogu se razmatrati kao hibrid MOSFETa (metal oksid poluprovodničkog tranzistora sa efektom polja) i Bipolarnog tranzistora (BJT) iako izolovan gejt bipolarni tranzistor (IGBT) više liči na karakteristike hibridnog rada.

Matematički model

Struja u N-JFETu usled malog napona V_DS je data sa:

${\displaystyle I_{DSS}=(2a){\frac {W}{L}}qN_{d}\mu _{n}V_{DS}}$

gde su

• I_DSS = drejn-sors struja zasićenja
• 2a = debljina kanala
• W = širina
• L = dužina
• q = naelektrisanje = 1.6 x 10⁻¹⁹ C
• μ_n = pokretnost elektrona
• N_d = koncentracija N-tipa dopiranja

U oblasti zasićenosti:

${\displaystyle I_{DS}=I_{DSS}\left[1-{\frac {V_{GS}}{V_{P}}}\right]^{2}}$

U linearnoj oblasti

${\displaystyle I_{D}=(2a){\frac {W}{L}}qN_{d}{{\mu }_{n}}\left[1-{\sqrt {\frac {V_{GS}}{V_{P}}}}\right]V_{DS}}$

ili (u odnosu na ${\displaystyle I_{DSS}}$):

${\displaystyle I_{D}={\frac {2I_{DSS}}{V_{P}^{2}}}(V_{GS}-V_{P}-{\frac {V_{DS}}{2}})V_{DS}}$

gde je ${\displaystyle {V_{P}}}$ napon uštinuća, minimalni napon kroz gejt-sors koji je potreban da bi se potpuno prekinula provodljivost. Kada je ${\displaystyle V_{DS}}$ mali u poređenju sa ${\displaystyle V_{GS}}$ - ${\displaystyle V_{P}}$, uređaj se ponaša kao naponski kontrolisani otpornik.

Povezano

Portal Elektronika

• FET
• Dioda sa konstantnom strujom

Reference

1. Hall, John. „Discrete JFET”. linearsystems.com. Arhivirano iz originala na datum 2018-07-01. Pristupljeno 2020-09-12.
2. Za dalje čitanje od strukturi i načinu rada JFETa, pogledati npr.D. Chattopadhyay (2006). „§13.2 Junction field-effect transistor (JFET)”. Electronics (fundamentals and applications). New Age International. str. 269 ff. ISBN 978-81-224-1780-7.
3. J201 data sheet

Vanjske veze

JFET na Wikimedijinoj ostavi

• Physics 111 Laboratory — JFET Circuits I pdf
• Interactive Explanation of n-channel JFET