JFET是结栅场效应晶体管。普通晶体管是需要电流偏置的电流控制器件,而JFET是电压控制器件。就像MOSFET一样,正如我们在上一教程中看到的那样,JFET具有三个端子Gate,Drain和Source。
JFET是模拟电子产品中精确电平电压控制的重要组件。我们可以将JFET用作压控电阻或开关,甚至可以使用JFET制成放大器。它也是替代BJT的节能版本。JFET提供低功耗和相当低的功耗,从而提高了电路的整体效率。它还提供了很高的输入阻抗,这是优于BJT的主要优势。
FET系列中有不同类型的晶体管,有两种子类型:JFET和MOSFET。我们已经在上一教程中讨论了MOSFET,这里将学习JFET。
JFET的类型
与MOSFET一样,它具有两个子类型-N沟道JFET和P沟道JFET。
上图显示了N沟道JFET和P沟道JFET的原理图模型。箭头表示JFET的类型。显示给栅极的箭头表示JFET是N沟道,另一方面,来自栅极的箭头表示P沟道JFET。此箭头还指示在沟道和栅极之间形成的PN结的极性。有趣的是,这是一个英文助记符,N通道设备的箭头指示“ Points i n ”。
流过漏极和源极的电流取决于施加到栅极端子的电压。对于N沟道JFET,栅极电压为负,而对于P沟道JFET,栅极电压为正。
JFET的建设
在上图中,我们可以看到JFET的基本结构。N沟道JFET由N型衬底中的P型材料组成,而N型材料用于p型衬底中以形成P沟道JFET。
JFET使用半导体材料的长沟道构造。根据构造过程,如果JFET包含大量正电荷载流子(称为空穴),则为P型JFET,如果其具有大量负电荷载流子(称为电子),则称为N型。 JFET。
在半导体材料的长通道中,在两端均形成欧姆接触,以形成源极和漏极连接。PN结形成在沟道的一侧或两侧。
JFET的工作
理解JFET的工作的一个最好的例子是想象花园软管。假设花园软管正在通过其中提供水流。如果我们挤压软管,水流量将会减少,如果完全挤压软管,则在特定点的水流量将为零。JFET正是以这种方式工作的。如果我们将软管与JFET互换,将水流与电流互换,然后构造载流通道,则可以控制电流。
当栅极和源极之间没有电压时,该通道将成为一条平滑的路径,该路径将敞开,以便电子流动。但是相反的情况发生在栅极和源极之间施加极性相反的电压时,这会使PN结反向偏置,并通过增加耗尽层使沟道变窄,并使JFET处于截止或夹断区域。
在下图中,我们可以看到饱和模式和夹断模式,并且我们将能够了解耗尽层变得更宽,电流减小。
如果要关闭JFET,则需要为N型JFET提供一个负栅极至源极电压,表示为V GS。对于P型JFET,我们需要提供正V GS。
JFET仅在耗尽模式下工作,而MOSFET具有耗尽模式和增强模式。
JFET特性曲线
在上图中,JFET通过可变直流电源偏置,这将控制JFET的V GS。我们还在漏极和源极之间施加了电压。使用变量V GS,我们可以绘制JFET的IV曲线。
在上面的IV图像中,对于三个不同的V GS电压值,0V,-2V和-4V ,我们可以看到三个图表。存在三个不同的区域:欧姆,饱和和击穿区域。在欧姆区域中,JFET就像一个压控电阻,其电流由施加在其上的电压控制。之后,JFET进入饱和区域,在该区域曲线几乎是笔直的。这意味着在V DS不会干扰电流的情况下,电流足够稳定。但是,当V DS大于容差时,JFET进入击穿模式,此时电流不受控制。
对于P沟道JFET,该IV曲线也几乎相同,但几乎没有差异。当V GS和夹点电压或(V P)相同时,JFET将进入截止模式。同样如上曲线所示,对于N沟道JFET,当V GS增加时,漏极电流也增加。但是对于P沟道JFET,当V GS增加时,漏极电流减小。
JFET的偏置
使用不同类型的技术以适当的方式偏置JFET。从各种技术中,以下三种被广泛使用:
- 固定直流偏置技术
- 自偏压技术
- 潜在的分频器偏向
固定直流偏置技术
在N沟道JFET的固定DC偏置技术中,JFET的栅极以这样的方式连接:JFET的V GS始终保持为负。由于JFET的输入阻抗非常高,因此在输入信号中没有观察到负载效应。流经电阻器R1的电流保持为零。当我们在输入电容器C1上施加一个交流信号时,该信号就会在栅极上出现。现在,如果按照欧姆定律计算R1两端的电压降,则将为V = I x R或V drop =栅极电流x R1。当流向栅极的电流为0时,跨栅极的压降保持为零。因此,通过这种偏置技术,我们可以通过仅改变固定电压从而改变V GS来控制JFET漏极电流。
自偏压技术
在自偏置技术中,在源极引脚之间添加一个电阻。源极电阻器R2两端的压降产生V GS以偏置电压。在这种技术中,栅极电流再次为零。源电压由相同的欧姆定律V = I x R确定。因此,源电压=漏极电流x源电阻。现在,可以通过栅极电压和源极电压之间的差异确定栅极到源极的电压。
由于栅极电压为0(根据V = IR,栅极电流为0,因此栅极电压=栅极电流x栅极电阻= 0),因此V GS = 0 –栅极电流x源电阻。因此,不需要外部偏置源。偏置是通过使用源电阻两端的压降自行产生的。
潜在的分频器偏向
在这种技术中,使用了一个额外的电阻器,并且电路从自偏置技术进行了稍许修改,使用R1和R2的电位分压器为JFET提供了所需的DC偏置。源电阻两端的压降必须大于电阻分压器的栅极电压。以这种方式,V GS保持负值。
这就是JFET的构造和偏置方式。