Введение в полевые транзисторы (JFET)

Транзистор - это линейный полупроводниковый прибор, который регулирует ток с помощью электрического сигнала меньшей мощности. Транзисторы можно условно разделить на два основных подразделения:биполярные и полевые. В предыдущей главе мы изучали биполярные транзисторы, в которых небольшой ток используется для управления большим током. В этой главе мы познакомимся с общей концепцией полевого транзистора - устройства, использующего небольшое напряжение для управления током, - а затем сосредоточимся на одном конкретном типе:переходном полевом транзисторе. В следующей главе мы рассмотрим еще один тип полевого транзистора - вариант с изолированным затвором.

Все полевые транзисторы являются униполярными, а не биполярными устройствами. То есть основной ток через них состоит либо из электронов через полупроводник N-типа, либо из дырок через полупроводник P-типа. Это становится более очевидным, если посмотреть на физическую схему устройства:

N-канальный JFET

В соединительном полевом транзисторе или JFET управляемый ток проходит от истока к стоку или от стока к истоку, в зависимости от обстоятельств. Управляющее напряжение прикладывается между затвором и истоком. Обратите внимание, что ток не должен проходить через PN-переход на своем пути между истоком и стоком:путь (называемый каналом) представляет собой непрерывный блок из полупроводникового материала. На только что показанном изображении этот канал представляет собой полупроводник N-типа. Также производятся полевые транзисторы с каналом P-типа:

P-канальный JFET

Как правило, N-канальные полевые транзисторы используются чаще, чем P-канальные. Причины этого связаны с малоизвестными деталями теории полупроводников, которые я предпочел бы не обсуждать в этой главе. Как и в случае с биполярными транзисторами, я считаю, что лучший способ ввести использование полевых транзисторов - это избегать теории, когда это возможно, и вместо этого сосредоточиться на рабочих характеристиках. Единственное практическое различие между полевыми транзисторами с N- и P-каналом, о которых вам нужно позаботиться сейчас, - это смещение PN-перехода, образованного между материалом затвора и каналом.

При отсутствии напряжения между затвором и истоком канал представляет собой широко открытый путь для протекания тока. Однако, если между затвором и истоком подается напряжение такой полярности, что оно смещает в обратном направлении PN-переход, поток между соединениями истока и стока становится ограниченным или регулируемым, как это было для биполярных транзисторов с заданной величиной базового тока. Максимальное напряжение затвор-исток «отсекает» весь ток, протекающий через исток и сток, тем самым вынуждая полевой транзистор перейти в режим отсечки. Такое поведение происходит из-за того, что область обеднения PN-перехода расширяется под действием напряжения обратного смещения, в конечном итоге занимая всю ширину канала, если напряжение достаточно велико. Это действие можно сравнить с уменьшением потока жидкости через гибкий шланг путем его сжатия:при достаточном усилии шланг сузится настолько, что полностью заблокирует поток.

Обратите внимание на то, что это рабочее поведение прямо противоположно биполярному переходному транзистору. Биполярные транзисторы обычно выключены:нет тока через базу, нет тока через коллектор или эмиттер. С другой стороны, полевые транзисторы являются нормально включенными устройствами:отсутствие напряжения, приложенного к затвору, обеспечивает максимальный ток через исток и сток. Также обратите внимание, что величина тока, допустимого через JFET, определяется сигналом напряжения, а не сигналом тока, как в случае с биполярными транзисторами. Фактически, при обратном смещении PN-перехода затвор-исток должен быть почти нулевой ток через соединение затвора. По этой причине мы классифицируем полевой транзистор JFET как устройство, управляемое напряжением, а биполярный транзистор как устройство, управляемое током.

Если PN-переход затвор-исток смещен в прямом направлении с небольшим напряжением, канал JFET будет «открываться» немного больше, чтобы пропустить большие токи. Однако PN-переход JFET не предназначен для обработки какого-либо значительного тока, поэтому не рекомендуется смещать переход в прямом направлении ни при каких обстоятельствах.

Это очень сжатый обзор работы JFET. В следующем разделе мы рассмотрим использование JFET в качестве переключающего устройства.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ТАБЛИЦЫ:

• Рабочий лист соединительных полевых транзисторов (JFET)
• Таблица усилителей JFET