Электроника:Полупроводники/Полевые транзисторы/Полевые транзисторы (JFET) – Введение

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Перевод: Макаров В. (valemak) Контакты:</br>* Habr: @vakemak</br>* Сайт: www.valemak.com</br>Перевёл статей: 648.
Проверка/Оформление/Редактирование: Мякишев Е.А.


Полевые транзисторы (JFET) – Введение[1]

Транзистор – это линейный полупроводниковый прибор, регулирующий ток с помощью электрического сигнала небольшой мощности. Транзисторы можно условно разделить на две основные разновидности: биполярные и полевые. В предыдущей главе мы ознакомились с биполярными транзисторами, с помощью меньшего тока управляющими бо́льшим током. В этой главе мы вникнем в общую концепцию полевого транзистора – устройства, использующего небольшое напряжение для управления током – а затем сосредоточимся на одном конкретном типе: переходном полевом транзисторе. В следующей главе мы рассмотрим другой тип полевого транзистора – вариант с изолированным затвором.

Все полевые транзисторы – не биполярные, но униполярные устройства. То есть основной ток в них состоит либо из электронов, проходящих по полупроводнику N-типа, либо из «дырок», проходящих по полупроводнику P-типа. Это становится более очевидным, если взглянуть на физическую схему устройства:

N-канальный переходной полевой транзистор (JFET)

В JFET (от англ. junction field-effect transistor – т.е. дословно переходной транзистор с полевым эффектом) 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 – ток не должен проходить через P-N-переход на своём пути между истоком и стоком: весь путь (называемый каналом) представляет собой непрерывный блок полупроводникового материала. На рисунке 1 выше этот канал представляет собой полупроводник N-типа. Также производятся полевые транзисторы с каналом P-типа:

P-канальный переходной полевой транзистор JFET

Как правило, чаще используются N-канальные JFET, нежели P-канальные. Причины этого связаны с некоторыми «тёмными пятнами» в теории полупроводников, которые я бы предпочел здесь и сейчас не обсуждать. Как и в случае с биполярными транзисторами, я считаю, что лучший способ ввести в тему использования полевых транзисторов – это избегать теории, насколько возможно, и вместо этого сосредоточиться на нюансах их работы. Единственное практическое различие между полевыми транзисторами с N- и P-каналом, которое вас сейчас должно заботить – это смещение P-N-перехода между затвором и каналом.

При отсутствии напряжения между затвором и истоком канал представляет собой открытую широкую магистраль для протекания тока. Однако, если между затвором и истоком подаётся напряжение такой полярности, что оно смещает P-N-переход в обратном направлении, ток между соединениями истока и стока становится ограниченным или регулируемым, как и в биполярных транзисторах 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. Это происходит из-за того, что область обеднения P-N-перехода расширяется под действием напряжения обратного смещения, в конечном итоге занимая всю ширину канала, если напряжение достаточно велико. Это можно сравнить с уменьшением потока воды в резиновом шланге, если его сдавить: при достаточном усилии шланг сжат настолько, что подача жидкости полностью перекрыта.

Рис. 3. Аналогия с передавливанием гибкого шланга для иллюстрации работы полевого транзистора.
Рис. 3. Аналогия с передавливанием гибкого шланга для иллюстрации работы полевого транзистора.

Обратите внимание на то, что это рабочее поведение прямо противоположно биполярному переходному транзистору. Биполярные транзисторы обычно выключены: нет тока через базу – нет тока в коллекторе или эмиттере. С другой стороны, нормальное состояние полевых транзисторов – включённое: отсутствие напряжения, приложенного к затвору, обеспечивает максимальный ток, проходящий через исток и сток. Также обратите внимание, что величина тока, допустимого в JFET, определяется сигналом напряжения, а вовсе не сигналом тока, как в случае с биполярными транзисторами. Фактически, при обратном смещении P-N-перехода затвор/исток должен наблюдаться почти нулевой ток в переходе затвора. По этой причине JFET классифицируется как устройство, управляемое напряжением, а биполярный транзистор как устройство, управляемое током.

Если P-N-переход затвор/исток смещён в прямом направлении с небольшим напряжением, канал JFET будет «приоткрыт» несколько больше, пропуская больше тока. Однако P-N-переход JFET не предназначен для обработки какого-либо значительного тока, поэтому не рекомендуется смещать переход в прямом направлении ни при каких обстоятельствах.

Это очень краткий пересказ принципов работы JFET. В следующем разделе мы рассмотрим JFET в качестве переключающего устройства.

См.также

Внешние ссылки