JFET

Wikipedia

Sähkövirta (elektronit) source-elektrodilta drain-elektrodille n-kanava-JFET:issä vähenee, kun gate-elektrodille tuodaan negatiivista jännitettä suhteessa kanavan source-elektrodiin (VGS.)
Suurenna
Sähkövirta (elektronit) source-elektrodilta drain-elektrodille n-kanava-JFET:issä vähenee, kun gate-elektrodille tuodaan negatiivista jännitettä suhteessa kanavan source-elektrodiin (VGS.)

Liitoshila-FET (junction gate field-effect transistor, JFET tai joskus JUGFET) on yksinkertaisin FET-tyypin transistori.

Kuten muutkin transistorit, sitä voi käyttää elektronisesti-ohjattuna kytkimenä. Niitä voi käyttää myös jänniteohjattavina vastuksina.

Sähkövirta (elektronit) kulkee lähde (engl. source) -liitännästä nielu (engl. drain) -liitäntään jossa ne poistuvat komponentista. Kolmatta liitäntää kutsutaan nimellä hila (engl. gate) ja se määrää miten virta kulkee. Tuomalla negatiivisen bias-jännitteen (n-kanava JFET:ille) hilalle, virran kulkua lähteestä nieluun voidaan vähentää kaventamalla virtauskanavaa.

Periaatteessa "D-" ja "S"-elektrodit ovat keskenään vaihdettavissa jos se sopii paremmin kytkennän fyysiseen rakentamiseen, kunhan kytkentä myös muuttuu vastaamaan näiden elektrodien uusia merkityksiä.

Sisällysluettelo

[muokkaa] Rakenne

Piirrosmerkki N-kanava FET:lle
Suurenna
Piirrosmerkki N-kanava FET:lle
Piirrosmerkki P-kanava JFET:lle
Suurenna
Piirrosmerkki P-kanava JFET:lle

JFET muodostuu "pitkästä" puolijohdekanavasta (suhteessa sen poikkileikkauksen kokoon). Tämä aine on seostettu (doupattu) siten että siinä on yliannos positiivisen sähkövarauksen kuljettajia (eli se on p-tyyppiä) tai siinä on yliannos negatiisisen sähkövarauksen kuljettajia (eli se on n-tyyppiä) Tämän kanavan molemmissa päissä on sähköiset kontaktit, niitä kutsutaan nimillä lähde ja nielu (source ja drain). Kolmas sähköinen kontakti jota kutsutaan nimellä hila (gate) ympäröi tätä kanavaa ja se on seostettu vastakkaisella ainetyypillä, kuin johdekanava.

[muokkaa] Toiminta

Ilman hilajännitettä virta kulkee helposti pitkin kanavaa kun jännite-ero tuodaan lähteen ja nielun välille. Jännitteen napaisuus on sellainen, että se laittaa hilan ja kanavan välisen p-n -liitoksen estosuuntaan ja näin leventää liitoksen tyhjennysaluetta (engl. depletion zone). Kun virtaa kuljettava kanava kutistuu hilajännitteen kohotessa, myös kanavan läpi kulkeva virta vähenee. Tällä tavalla hila ohjaa kanavan johtavuutta, aivan kuten MOSFET:issäkin. Toisin kuin MOSFET:it, JFET:it toimivat aina estovyöhyketilassa, eli ne ovat aina johtavia, jos hilalla ei ole jännitettä.

[muokkaa] Piirrossymbolista

Riippuen kulttuurista, joko tällaiset kuin oikealla näkyy, tai samat ilman ympyrää, tai niin että hila on keskellä kanavaa eikä lähteen/nielun kohdalla (ympyrällä tai ilman.)

Symmetrinen versio koittaa vihjata, että kanava on todellakin symmetrinen siinä mielessä, että lähde ja nielu liitännät ovat keskenään vaihtokelpoisia.

Hilan nuolen kärjen suunta kertoo, mitenpäin liitoksen P-N-rajapinta on suhteessa kanavaan. Sulkeakseen kanavan, tarvitaan noin kahden voltin takaperoinen (VGS) jännite suhteessa lähteeseen (Source).

N-tyypin kanavalla vihje on siis, että hilan jännitteen pitää olla negatiivinen suhteessa lähteeseen. P-tyypin kanavalla haetaan positiivista VGS:ää.

[muokkaa] Vertailua muiden transistorien suhteen

JFET:in hila esiintyy pienenä virtakuormana joka johtuu hila-kanava-liitoksen estosuuntaisesta vuotovirrasta. MOSFET:illa on etunaan erittäin pieni hilavirta (suuruudeltaan pikoampeereita) koska siinä on eristävä oksidikerros hilan ja kanavan välissä. Toisaalta verrattaessa JFET:in hilavirtaa Bipolaaritransistorin kantavirtaan, JFET:illä hilavirta on paljon pienempi ja sillä on myös suurempi transkonduktanssi kuin MOSFET:illä. Siksi JFET:illä on saavutettu erinomaisia tuloksia vähäkohinaisissa vahvistimissa, korkeaimpendanssisissa operaatiovahvistimissa ja joskus myös yksinkertaisissa kytkinsovelluksissa.

JFET:in olemuksen ennusti Julius Lilienfeld jo niinkin aikaisin kuin 1925 ja sen toiminnan teoria tunnettiin kyllin hyvin jo 1930 luvun puolivälissä että sille voitiin myöntää patentti. Aikakauden teknologia ei ollut kuitenkaan kyllin hyvä että ei kyetty tuottamaan seostettuja puolijohteita kyllin suurella tarkkuudella vielä moniin vuosiin. Vuonna 1947 Bell-laboratorion tutkijat John Bardeen, Walter Houser Brattain ja William Shockley yrittivät rakentaa JFET:iä, kun he rakensivatkin Bipolaari transistorin.

Ensimmäiset toimivat JFET:it tehtiin useita vuosia myöhemmin vaikka ne olikin keksitty ensiksi.

[muokkaa] Matematiikka

Virta n-JFET:issä johtuu pienestä jännite-erosta lähteen (engl. source) ja nielun (engl. drain) välillä: VDS ja se määräytyy kaavalla:

I_{DS} = (2a) W Q D_D \mu \frac{V_{DS}}{L}

missä:

  • 2a = kanavan paksuus
  • W = kanavan leveys
  • L = kanavan pituus
  • Q = elektronin varaus = 1.6 x 10-19 C
  • μ = elektronin liikkuvuus

Kyllästyneellä toiminta-alueella:

I_{DS} = I_{DSS}\left[1 - \frac{V_{GS}}{V_P}\right]^2

Lineaarisella toiminta-alueella:

I_D = \frac{(2a)WQ{N_D}{{\mu}_D}}{L}\left[1-\sqrt{\frac{V_{GS}}{V_P}}\right]V_{DS}

[muokkaa] Aiheesta muualla