تقاطع الترانزستورات تأثير المجال
ترانزستورات تأثير مجال الوصلة هي ترانزستورات قائمة على أشباه الموصلات يتم التحكم فيها بالجهد. هذه ترانزستورات أحادية الاتجاه بثلاثة أطراف؛ الصرف والمصدر والبوابة. لا تحتوي JFETs على وصلات PN، ولكنها تتكون من قنوات من مواد شبه موصلة.
البناء والتصنيفات
تمتلك JFETs قناة كبيرة لتدفق حاملات الشحن ذات الأغلبية. تُعرف هذه القناة باسم الركيزة. يمكن أن تكون الركيزة من مادة من النوع P أو النوع N. يتم وضع جهتي اتصال خارجيتين تعرفان باسم جهات الاتصال الأومية على طرفي القناة. يتم تصنيف JFETs على أساس مادة أشباه الموصلات للركيزة في بنائها.
ترانزستورات JFET ذات القناة N
القناة مصنوعة من مادة النجاسة من النوع N، بينما تتكون البوابات من مادة النجاسة من النوع P. تعني المادة من النوع N أن الشوائب الخماسية التكافؤ قد تم تخديرها، وأن معظم حاملات الشحنة عبارة عن إلكترونات حرة في القناة. يظهر أدناه البناء الأساسي والعرض الرمزي لـ N-Channel JFETs:
ترانزستورات JFET ذات القناة P
تتكون القناة من مادة شوائب من النوع P بينما تتكون البوابات من مادة شوائب من النوع N. تعني القناة P أن الشوائب الثلاثية التكافؤ قد تم تخديرها في القناة وأن معظم حاملات الشحنة عبارة عن ثقوب. يظهر أدناه البناء الأساسي والعرض الرمزي لقناة P-Channel JFET:
عمل JFETs
غالبًا ما يتم وصف JFETs بقياس أنبوب خرطوم المياه. يشبه تدفق الماء عبر الأنابيب تدفق الإلكترونات عبر قنوات JFETs. إن الضغط على أنبوب الماء يحدد كمية تدفق الماء. وبالمثل، في حالة JFETs، فإن تطبيق الفولتية عبر أطراف البوابة يقرر تضييق أو توسيع القناة لحركة الشحنات من المصدر إلى المصرف.
عند تطبيق جهد الانحياز العكسي عبر البوابة والمصدر، تضيق القناة بينما تزداد طبقة النضوب. يُسمى وضع التشغيل هذا بوضع الضغط. يتم تمثيل هذا النوع من سلوك القناة أدناه:
منحنى خصائص JFET
JFETs هي أجهزة وضع الاستنفاد، مما يعني أنها تعمل على توسيع أو تضييق طبقات الاستنفاد. لتحليل أوضاع التشغيل الكاملة، يتم تطبيق ترتيب الانحياز التالي عبر N-Channel JFET.
يتم تطبيق جهدين متحيزين مختلفين في أطراف JFET. يتم تطبيق VDS بين المصرف والمصدر بينما يتم تطبيق VGS بين البوابة والمصدر كما هو موضح في الشكل أعلاه.
يجب أن تعمل JFET في أربعة أوضاع تشغيل مختلفة، كما هو موضح أدناه.
1: وضع أومي
الوضع الأومي هو حالة طبيعية دون تطبيق أي جهد متحيز عبر أطرافه. ولذلك، VGS=0 في الوضع الأومي. يجب أن تكون طبقة الاستنفاد رقيقة جدًا وأن يعمل JFET كعنصر أومي مثل المقاوم.
2: وضع الضغط على القرص
في وضع القطع، يتم تطبيق جهد انحياز كافٍ عبر البوابة والمصدر. يعمل جهد التحيز العكسي المطبق على تمديد منطقة النضوب إلى المستوى الأقصى وبالتالي تتصرف القناة مثل مفتاح مفتوح يقاوم تدفق التيار.
3: وضع التشبع
يتحكم جهد انحياز البوابة والمصدر في التدفق الحالي عبر قناة JFET. يتغير التيار مع التغير في جهد الانحياز. إن جهد التصريف وتحيز المصدر له تأثير ضئيل في هذا الوضع.
4: وضع الانهيار
يزداد جهد التصريف وانحياز المصدر إلى مستوى يكسر طبقة الاستنفاد في قناة JFETs. وهذا يؤدي إلى أقصى تدفق للتيار عبر القناة.
التعبيرات الرياضية لمعلمات JFETs
في أوضاع التشبع، تدخل JFETs في أوضاع الموصل حيث يتغير الجهد مع التيار. ولذلك، يمكن تقييم تيار الصرف. يتم التعبير عن تقييم تيار الصرف بواسطة:
تتسع القناة أو تضيق مع تطبيق جهد البوابة. يتم التعبير عن مقاومة القناة فيما يتعلق بتطبيق جهد مصدر التصريف على النحو التالي:
يمكن أيضًا حساب RDS من خلال كسب الموصلية، جم:
تكوينات JFET
يمكن توصيل JFETs بعدة طرق مع الفولتية المدخلة. تُعرف هذه التكوينات بالمصدر المشترك والبوابة المشتركة وتكوينات الصرف المشتركة.
تكوين المصدر المشترك
في تكوين المصدر المشترك، يتم تأريض مصدر JFET ويتم توصيل الإدخال بمحطة البوابة بينما يتم أخذ الإخراج من المصرف. يوفر هذا التكوين وظائف مقاومة عالية للمدخلات وتضخيم الجهد. يعد تكوين وضع مكبر الصوت هذا هو الأكثر شيوعًا بين جميع تكوينات JFETs. الناتج الذي تم الحصول عليه هو 180 درجة خارج الطور مع الإدخال.
تكوين البوابة المشتركة
في تكوين البوابة العامة، يتم تأريض البوابة أثناء توصيل الإدخال بالمصدر ويتم أخذ الإخراج من المصرف. نظرًا لأن البوابة متصلة بالأرض، فإن التكوين له مقاومة دخل منخفضة ولكن مقاومة أعلى عند الإخراج. المخرجات التي تم الحصول عليها تكون في الطور مع المدخلات:
تكوين الصرف المشترك
في الصرف المشترك، يتم توصيل الإدخال بالبوابة بينما يتم توصيل الإخراج من محطة المصدر. يوفر هذا التكوين أيضًا ممانعة دخل منخفضة ومعاوقة خرج أعلى تمامًا مثل تكوين البوابة العامة، لكن كسب الجهد يساوي الوحدة تقريبًا هنا.
يتطابق هذا التكوين أيضًا مع المصدر المشترك حيث يكون الإدخال متصلاً بالبوابة، لكن تكوين المصدر المشترك له مكاسب أقل من الوحدة.
التطبيق - تكوين مكبر للصوت JFETs
يمكن جعل JFETs تعمل كمكبرات صوت من الفئة A عندما تكون محطة البوابة متصلة بشبكة مقسم الجهد. يتم تطبيق جهد خارجي عبر طرف المصدر، والذي تم تكوينه في الغالب ليكون ربع VDD في الدائرة أدناه.
وبالتالي يمكن التعبير عن جهد المصدر على النحو التالي:
كما يمكن حساب جهد المصدر من خلال التعبير التالي:
يمكن حساب تيار الصرف من التكوين أعلاه على النحو التالي:
يمكن الحصول على جهد البوابة كدالة لقيم المقاومات R1 و R2 كما هو موضح أدناه.
مثال 1: حساب V د
إذا كان V ع (إيقاف) =-8 فولت، أنا مفاجآت صيف دبي =24mA لـ JFET في التكوين أدناه، احسب V د كما هو مبين في الشكل عندما R د =400.
منذ
يجب أن يكون ما ورد أعلاه هو الحد الأدنى لقيمة VDS لكي يعمل JFET في منطقة التيار الثابت، وبالتالي:
أيضًا،
من خلال تطبيق KVL في دائرة الصرف:
مثال 2: تحديد قيمة تيار التصريف
حدد قيمة تيار التصريف عندما يكون VGS=3V، VGS(Off)=-5V، IDSS=2mA لتكوين JFET أدناه.
التعبير عن تيار الصرف هو:
خاتمة
ترانزستورات تأثير مجال الوصلات هي ثلاثة أجهزة طرفية من أشباه الموصلات تعمل مع سلوك مناطق النضوب في أوضاع تشغيل مختلفة. لا تحتوي على وصلات PN، ولكنها مصنوعة من قنوات من مواد شبه موصلة.