Соединительный полевой транзистор (JFET) в качестве переключателя

Как и его биполярный кузен, полевой транзистор может использоваться в качестве переключателя включения / выключения, управляющего подачей электроэнергии на нагрузку. Давайте начнем наше исследование JFET как переключателя с нашей знакомой схемы переключатель / лампа:

Помня, что управляемый ток в полевом транзисторе JFET течет между истоком и стоком, мы заменяем соединения истока и стока полевого транзистора на двух концах переключателя в приведенной выше схеме:

Если вы еще не заметили, соединения истока и стока на полевом транзисторе выглядят одинаково на условном обозначении. В отличие от транзистора с биполярным переходом, где эмиттер четко отделен от коллектора острием стрелки, линии истока и стока полевого транзистора проходят перпендикулярно полосе, представляющей канал полупроводника. Это не случайно, так как линии истока и стока полевого транзистора на практике часто взаимозаменяемы! Другими словами, полевые транзисторы JFET обычно могут обрабатывать ток в канале в любом направлении, от истока к стоку или от стока к истоку.

JFET как открытый коммутатор

Теперь все, что нам нужно в схеме, - это способ контролировать проводимость полевого транзистора. Если между затвором и истоком приложено нулевое напряжение, канал полевого транзистора будет «открыт», пропуская полный ток к лампе. Чтобы выключить лампу, нам нужно будет подключить другой источник постоянного напряжения между затвором и истоком полевого транзистора следующим образом:

JFET как закрытый переключатель

При замыкании этого переключателя канал JFET «защемляется», что приводит к отключению его и выключению лампы:

Обратите внимание, что через ворота не проходит ток. Как PN-переход с обратным смещением, он препятствует прохождению тока через него. Как устройство, управляемое напряжением, JFET требует незначительного входного тока. Это преимущество JFET по сравнению с биполярным транзистором:управляющий сигнал практически не требует мощности.

Повторное размыкание переключателя управления должно отключить обратное напряжение постоянного смещения от затвора, что позволит транзистору снова включиться. Во всяком случае, в идеале это работает так. На практике это может вообще не сработать:

Почему это? Почему канал полевого транзистора не открывается снова и не пропускает ток лампы, как это было раньше, без напряжения между затвором и истоком? Ответ кроется в работе перехода затвор-исток с обратным смещением. Область истощения внутри этого перехода действует как изолирующий барьер, отделяющий затвор от источника. Таким образом, он обладает определенной емкостью . способен сохранять потенциал электрического заряда. После того, как этот переход был принудительно смещен в обратном направлении посредством приложения внешнего напряжения, он будет иметь тенденцию удерживать это напряжение обратного смещения в качестве накопленного заряда даже после того, как источник этого напряжения был отключен. Что необходимо для того, чтобы снова включить JFET, так это сбросить накопленный заряд между затвором и истоком через резистор:

Кровоточащий резистор

Номинал этого резистора не имеет большого значения. Емкость перехода затвор-исток полевого транзистора очень мала, и поэтому даже довольно большой резистор утечки создает быструю постоянную времени RC, позволяя транзистору возобновлять проводимость с небольшой задержкой после размыкания переключателя.

Как и в случае с биполярным транзистором, не имеет значения, откуда или какое управляющее напряжение исходит. Мы могли бы использовать солнечную батарею, термопару или любое другое устройство, генерирующее напряжение, для подачи напряжения, контролирующего проводимость полевого транзистора. Все, что требуется от источника напряжения для работы переключателя JFET, достаточно напряжение для достижения отсечки канала JFET. Этот уровень обычно находится в пределах нескольких вольт постоянного тока и называется отсечкой . или обрезка Напряжение. Точное напряжение отсечки для любого данного полевого транзистора зависит от его уникальной конструкции и не является универсальной величиной, например 0,7 В для напряжения перехода база-эмиттер кремниевого транзистора.

ОБЗОР:

• Полевые транзисторы регулируют ток между соединениями истока и стока с помощью напряжения, приложенного между затвором и истоком. На перекрестке На полевом транзисторе (JFET) между затвором и истоком имеется PN-переход, который обычно имеет обратное смещение для управления током исток-сток.
• JFET - это нормально включенные (нормально насыщенные) устройства. Приложение напряжения обратного смещения между затвором и истоком вызывает расширение обедненной области этого перехода, тем самым «зажимая» канал между истоком и стоком, по которому проходит управляемый ток.
• Между затвором и истоком может возникнуть необходимость подключить отводной резистор, чтобы разрядить накопленный заряд, накопленный на естественной емкости перехода при снятии управляющего напряжения. В противном случае может остаться заряд, чтобы JFET оставался в режиме отсечки даже после отключения источника напряжения.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ТАБЛИЦЫ:

• Рабочий лист соединительных полевых транзисторов (JFET)