- Tipus de JFET
- Construcció de JFET
- Funcionament de JFET
- Corba de característiques JFET
- Polarització de JFET
JFET és un transistor d'efecte de camp de porta d'unió. El transistor normal és un dispositiu controlat per corrent que necessita corrent per esbiaixar, mentre que JFET és un dispositiu controlat per voltatge. Igual que els MOSFET, com hem vist al nostre tutorial anterior, JFET té tres terminals Gate, Drain i Source.
JFET és un component essencial per a controls de nivell de precisió operats en electrònica analògica. Podem utilitzar JFET com a resistències controlades per tensió o com a commutador, o fins i tot fabricar un amplificador mitjançant el JFET. També és una versió d’eficiència energètica per substituir els BJT. JFET proporciona un consum d'energia baix i dissipacions d'energia bastant baixes, millorant així l'eficiència general del circuit. També proporciona una impedància d’entrada molt elevada, que és un avantatge important respecte als BJT.
Hi ha diferents tipus de transistors, a la família FET, hi ha dos subtipus: JFET i MOSFET. Ja hem comentat sobre MOSFET en un tutorial anterior, aquí aprendrem sobre JFET.
Tipus de JFET
Igual que MOSFET, té dos subtipus: Canal N JFET i Canal P JFET.
El model esquemàtic JFET del canal N i el canal P del JFET es mostren a la imatge superior. La fletxa indica els tipus de JFET. La fletxa que mostra a la porta indica que el JFET és canal N i, d'altra banda, la fletxa de la porta indica JFET del canal P. Aquesta fletxa també indica la polaritat de la unió PN, que es forma entre el canal i la porta. Curiosament, és un mnemotècnic anglès, la fletxa d’un dispositiu del canal N indica “Punts i n ”.
El corrent que circula pel drenatge i la font depèn de la tensió aplicada al terminal Gate. Per al canal N JFET, la tensió de la porta és negativa i per al canal P JFET la tensió de la porta és positiva.
Construcció de JFET
A la imatge anterior, podem veure la construcció bàsica d’un JFET. El JFET de canal N consisteix en material de tipus P en substrat de tipus N mentre que materials de tipus N s’utilitzen en el substrat de tipus p per formar un canal JFET de tipus P.
JFET es construeix utilitzant el canal llarg de material semiconductor. Depenent del procés de construcció, si el JFET conté un gran nombre de portadors de càrrega positiva (es refereix com a forats) és un JFET de tipus P, i si té un gran nombre de portadors de càrrega negatius (es refereix com a electrons) s’anomena tipus N JFET.
Al llarg canal de material semiconductor, es creen contactes òhmics a cada extrem per formar les connexions Font i Drenatge. Es forma una unió PN en un o els dos costats del canal.
Funcionament de JFET
Un dels millors exemples per entendre el funcionament d’un JFET és imaginar el tub de la mànega de jardí. Suposem que una mànega de jardí proporciona un flux d'aigua a través d'ella. Si apretem la mànega el cabal d’aigua serà menor i en un moment determinat si l’espremem completament hi haurà un cabal d’aigua nul. JFET funciona exactament d’aquesta manera. Si intercanviem la mànega amb un JFET i el cabal d’aigua amb un corrent i després construïm el canal que transporta corrent, podríem controlar el flux de corrent.
Quan no hi ha voltatge a través de la porta i la font, el canal es converteix en un recorregut suau i obert de manera que els electrons flueixin. Però el contrari passa quan s’aplica una tensió entre la porta i la font en polaritat inversa, cosa que fa que la unió PN sigui invertida esbiaixada i que el canal sigui més estret augmentant la capa d’esgotament i que pugui posar el JFET a la regió de tall o de pessigament.
A la imatge següent podem veure el mode de saturació i el mode de pinçament i podrem entendre que la capa d’esgotament es va fer més àmplia i que el flux de corrent es fa menor.
Si volem apagar un JFET, hem de proporcionar una porta negativa a la tensió de la font denotada com V GS per a un JFET de tipus N. Per a un JFET de tipus P, hem de proporcionar V GS positiu.
JFET només funciona en el mode d'esgotament, mentre que els MOSFET tenen el mode d'esgotament i el mode de millora.
Corba de característiques JFET
A la imatge anterior, un JFET està esbiaixat a través d’un subministrament de CC variable, que controlarà el V GS d’un JFET. També hem aplicat una tensió a la font i al drenatge. Utilitzant la variable V GS, podem traçar la corba IV d’un JFET.
A la imatge IV anterior, podem veure tres gràfics, per a tres valors diferents de tensions V GS, 0V, -2V i -4V. Hi ha tres regions diferents de la regió mmica, Saturació i Desglossament. Durant la regió òhmica, el JFET actua com una resistència controlada per tensió, on el flux de corrent està controlat per la tensió que se li aplica. Després d'això, el JFET entra a la regió de saturació on la corba és gairebé recta. Això significa que el flux de corrent és prou estable quan el V DS no interfereixi amb el flux de corrent. Però quan el V DS és molt més que la tolerància, el JFET entra en mode de desglossament on el flux de corrent no està controlat.
Aquesta corba IV és gairebé la mateixa per al canal P JFET també, però hi ha poques diferències. El JFET entrarà en mode de tall quan el voltatge V GS i Pinch o (V P) sigui el mateix. També com a la corba anterior, per al canal N JFET el corrent de drenatge augmenta quan augmenta el V GS. Però per al canal P JFET, el corrent de drenatge disminueix quan augmenta el V GS.
Polarització de JFET
S’utilitzen diferents tipus de tècniques per esbiaixar el JFET d’una manera adequada. A partir de diverses tècniques, a sota de tres s’utilitzen àmpliament:
- Correcció de la tècnica de polarització de CC
- Tècnica d’auto-esbiaixament
- Esbiaixament del divisor potencial
Correcció de la tècnica de polarització de CC
En la tècnica fixa de polarització de CC d'un canal N JFET, la porta del JFET està connectada de manera que el V GS del JFET roman negatiu tot el temps. Com que la impedància d’entrada d’un JFET és molt alta, no s’observen efectes de càrrega al senyal d’entrada. El flux de corrent a través de la resistència R1 continua sent nul. Quan apliquem un senyal de corrent altern al condensador d'entrada C1, el senyal apareix a través de la porta. Ara, si calculem la caiguda de tensió a través del R1, segons la llei d’Ohms, serà V = I x R o V caiguda = Corrent de porta x R1. Com que el corrent que flueix a la porta és 0, la caiguda de tensió a la porta continua sent nul·la. Per tant, mitjançant aquesta tècnica de polarització, podem controlar el corrent de drenatge JFET només canviant la tensió fixa, canviant així el V GS.
Tècnica d’auto-esbiaixament
En la tècnica d’auto-polarització, s’afegeix una sola resistència a través del pin font. La caiguda de tensió a través de la resistència font R2 crea el V GS per polaritzar la tensió. En aquesta tècnica, el corrent de la porta torna a ser zero. La tensió de la font està determinada per la mateixa llei d’ohms V = I x R. Per tant, la tensió de la font = corrent de drenatge x resistència de la font. Ara, la porta a la tensió de la font es pot determinar per les diferències entre la tensió de la porta i la tensió de la font.
Com que el voltatge de la porta és 0 (com el flux de corrent de la porta és 0, segons V = IR, tensió de la porta = corrent de la porta x resistència de la porta = 0) el V GS = 0 - Corrent de la porta x Resistència de la font. Per tant, no es necessita cap font de polarització externa. La polarització es crea per si mateix, utilitzant la caiguda de tensió a través de la resistència de la font.
Esbiaixament del divisor potencial
En aquesta tècnica, s’utilitza una resistència addicional i el circuit es modifica lleugerament a partir de la tècnica d’auto-polarització, un divisor de voltatge de potencial que utilitza R1 i R2 proporciona la polarització de CC necessària per al JFET. La caiguda de tensió a través de la resistència font ha de ser més gran que la tensió de la porta del divisor de resistència. De tal manera, els V GS segueixen sent negatius.
Per tant, així es construeix i esbiaixa JFET.