Cos'è jfet: le sue tecniche di costruzione, lavorazione e polarizzazione

JFET è un transistor ad effetto di campo con gate di giunzione. Il transistor normale è un dispositivo controllato in corrente che necessita di corrente per la polarizzazione, mentre il JFET è un dispositivo controllato in tensione. Come i MOSFET, come abbiamo visto nel nostro tutorial precedente, JFET ha tre terminali Gate, Drain e Source.

JFET è un componente essenziale per i controlli di precisione a tensione di livello nell'elettronica analogica. Possiamo usare JFET come resistori controllati in tensione o come interruttore, o persino creare un amplificatore usando il JFET. È anche una versione ad alta efficienza energetica per sostituire i BJT. JFET fornisce un basso consumo energetico e dissipazioni di potenza piuttosto basse, migliorando così l'efficienza complessiva del circuito. Fornisce anche un'impedenza di ingresso molto elevata che è un grande vantaggio rispetto a un BJT.

Esistono diversi tipi di transistor, nella famiglia FET ci sono due sottotipi: JFET e MOSFET. Abbiamo già discusso di MOSFET nel tutorial precedente, qui impareremo a conoscere JFET.

Tipi di JFET

Come il MOSFET, ha due sottotipi: JFET canale N e JFET canale P.

Il modello schematico JFET a canale N e JFET a canale P sono mostrati nell'immagine sopra. La freccia indica i tipi di JFET. La freccia che indica il gate indica che il JFET è il canale N e d'altra parte la freccia dal gate indica il canale P JFET. Questa freccia indica anche la polarità della giunzione PN, che si forma tra il canale e il gate. È interessante notare che un mnemonico inglese è this, quella freccia di un dispositivo N-Channel indica "Points i n ".

La corrente che fluisce attraverso Drain e Source dipende dalla tensione applicata al terminale Gate. Per il JFET del canale N, la tensione del Gate è negativa e per il JFET del canale P la tensione del Gate è positiva.

Costruzione di JFET

Nell'immagine sopra, possiamo vedere la costruzione di base di un JFET. Il JFET a canale N è costituito da materiale di tipo P in un substrato di tipo N mentre i materiali di tipo N sono utilizzati nel substrato di tipo p per formare un JFET a canale P.

JFET è costruito utilizzando il lungo canale di materiale semiconduttore. A seconda del processo di costruzione, se il JFET contiene un gran numero di portatori di carica positivi (si riferisce come buchi) è un JFET di tipo P e se ha un gran numero di portatori di carica negativi (si riferisce come elettroni) è chiamato tipo N JFET.

Nel lungo canale del materiale semiconduttore, vengono creati contatti ohmici a ciascuna estremità per formare le connessioni Source e Drain. Una giunzione PN è formata in uno o entrambi i lati del canale.

Funzionamento di JFET

Un miglior esempio per capire il funzionamento di un JFET è immaginare il tubo del tubo da giardino. Supponiamo che un tubo da giardino fornisca un flusso d'acqua attraverso di esso. Se stringiamo il tubo il flusso d'acqua sarà minore e ad un certo punto se lo stringiamo completamente ci sarà flusso d'acqua nullo. JFET funziona esattamente in questo modo. Se scambiamo il tubo con un JFET e il flusso d'acqua con una corrente e poi costruiamo il canale che trasporta corrente, potremmo controllare il flusso di corrente.

Quando non c'è tensione tra gate e source, il canale diventa un percorso regolare che è completamente aperto per il flusso degli elettroni. Ma la cosa inversa accade quando viene applicata una tensione tra gate e source con polarità inversa, che rende la giunzione PN polarizzata inversa e rende il canale più stretto aumentando lo strato di esaurimento e potrebbe mettere il JFET nella regione di cut-off o pinch off.

Nell'immagine sottostante possiamo vedere la modalità saturazione e la modalità pinch off e saremo in grado di capire che lo strato di esaurimento si è allargato e il flusso di corrente diminuisce.

Se vogliamo disattivare un JFET, dobbiamo fornire un gate negativo alla tensione di sorgente indicata come V _GS per un JFET di tipo N. Per un JFET di tipo P, dobbiamo fornire V _GS positivo.

JFET funziona solo in modalità di esaurimento, mentre i MOSFET hanno modalità di esaurimento e modalità di miglioramento.

Curva delle caratteristiche JFET

Nell'immagine sopra, un JFET è polarizzato attraverso un'alimentazione CC variabile, che controllerà il V _GS di un JFET. Abbiamo anche applicato una tensione tra Drain e Source. Usando la variabile V _GS, possiamo tracciare la curva IV di un JFET.

Nell'immagine IV sopra, possiamo vedere tre grafici, per tre diversi valori di tensioni V _GS, 0V, -2V e -4V. Sono disponibili tre diverse regioni Ohmic, Saturation e Breakdown. Durante la regione ohmica, il JFET agisce come un resistore controllato in tensione, dove il flusso di corrente è controllato dalla tensione applicata ad esso. Dopodiché, il JFET entra nella regione di saturazione dove la curva è quasi diritta. Ciò significa che il flusso di corrente è sufficientemente stabile in modo che il V _DS non interferisca con il flusso di corrente. Ma quando il V _DS è molto più della tolleranza, il JFET entra in modalità di guasto in cui il flusso di corrente è incontrollato.

Questa curva IV è quasi la stessa anche per il JFET del canale P, ma esistono poche differenze. Il JFET entrerà in modalità cut-off quando V _GS e la tensione Pinch o (V _P) sono uguali. Come nella curva sopra, per il canale N JFET la corrente di drain aumenta all'aumentare della V _GS. Ma per il canale P JFET la corrente di drenaggio diminuisce quando aumenta la V _GS.

Biasing di JFET

Diversi tipi di tecniche vengono utilizzati per polarizzare il JFET in modo corretto. Da varie tecniche, di seguito tre sono ampiamente utilizzate:

• Risolto il problema con la tecnica di polarizzazione DC
• Tecnica di auto-polarizzazione
• Potenziale distorsione del divisore

Risolto il problema con la tecnica di polarizzazione DC

Nella tecnica di polarizzazione CC fissa di un JFET a canale N, il gate del JFET è collegato in modo tale che il V _GS del JFET rimanga sempre negativo. Poiché l'impedenza di ingresso di un JFET è molto alta, non si osservano effetti di carico nel segnale di ingresso. Il flusso di corrente attraverso il resistore R1 rimane zero. Quando applichiamo un segnale AC attraverso il condensatore di ingresso C1, il segnale appare attraverso il gate. Ora, se calcoliamo la caduta di tensione su R1, secondo la legge di Ohm sarà V = I x R o V _caduta = Corrente di gate x R1. Poiché la corrente che scorre verso il gate è 0, la caduta di tensione attraverso il gate rimane zero. Quindi, con questa tecnica di polarizzazione, possiamo controllare la corrente di drenaggio JFET semplicemente cambiando la tensione fissa cambiando così la V _GS.

Tecnica di auto-polarizzazione

Nella tecnica di auto polarizzazione, un singolo resistore viene aggiunto sul pin sorgente. La caduta di tensione attraverso il resistore sorgente R2 crea la V _GS per polarizzare la tensione. In questa tecnica, la corrente di gate è di nuovo zero. La tensione sorgente è determinata dalla stessa legge di ohm V = I x R. Pertanto tensione sorgente = Corrente di drenaggio x resistenza sorgente. Ora, la tensione da gate a source può essere determinata dalle differenze tra la tensione di gate e la tensione di source.

Poiché la tensione di gate è 0 (poiché il flusso di corrente di gate è 0, secondo V = IR, tensione di gate = corrente di gate x resistenza di gate = 0) V _GS = 0 - corrente di gate x resistenza di source. Pertanto non è necessaria alcuna fonte di polarizzazione esterna. La polarizzazione viene creata da sé, utilizzando la caduta di tensione sul resistore sorgente.

Potenziale distorsione del divisore

In questa tecnica, viene utilizzato un resistore aggiuntivo e il circuito viene leggermente modificato dalla tecnica di auto polarizzazione, un partitore di tensione potenziale che utilizza R1 e R2 fornisce la polarizzazione CC richiesta per il JFET. La caduta di tensione attraverso il resistore sorgente deve essere maggiore della tensione di gate del divisore del resistore. In tal modo la V _GS rimane negativa.

Quindi questo è il modo in cui JFET è costruito e prevenuto.