Введение в транзисторы с полевым эффектом (JFET)
Глава 5 - Переходные полевые транзисторы
Транзистор представляет собой линейное полупроводниковое устройство, которое управляет током при использовании электрического сигнала меньшей мощности. Транзисторы можно грубо сгруппировать в два основных подразделения: биполярный и полевой. В последней главе мы изучили биполярные транзисторы, которые используют небольшой ток для управления большим током. В этой главе мы введем общую концепцию полевого транзистора - устройство, использующее небольшое напряжение для управления током, а затем сосредоточимся на одном конкретном типе: полевой транзистор перехода. В следующей главе мы рассмотрим еще один тип полевых транзисторов, изотермических ворот.
Все полевые транзисторы являются однополярными, а не биполярными устройствами. То есть основной ток через них состоит из электронов через полупроводник N-типа или дырки через полупроводник P-типа. Это становится более очевидным, когда видна физическая схема устройства:
В транзисторе с полевым эффектом соединения или JFET управляемый ток проходит от источника к стоку или от истока к источнику в зависимости от обстоятельств. Управляющее напряжение подается между затвором и источником. Обратите внимание, что ток не должен пересекать PN-переход на своем пути между источником и стоком: путь (называемый каналом) является непрерывным блоком полупроводникового материала. На показанном изображении этот канал является полупроводником N-типа. Канальные JFET-устройства типа P также изготавливаются:
Как правило, N-канальные JFET чаще используются, чем P-канал. Причины этого связаны с неясными деталями теории полупроводников, которые я бы предпочел не обсуждать в этой главе. Как и в случае с биполярными транзисторами, я считаю, что лучший способ введения полевого транзистора - избегать теории, когда это возможно, и сосредоточиться вместо этого на эксплуатационных характеристиках. Единственное практическое различие между N и P-канальными JFET, с которыми вам нужно сейчас заняться, - это смещение PN-соединения, образованного между материалом затвора и каналом.
При отсутствии напряжения, подаваемого между затвором и источником, канал представляет собой широко открытый путь прохождения электронов. Однако, если между затвором и источником такой полярности наложено напряжение, которое обратное смещает PN-соединение, поток между источниками и дренажными соединениями становится ограниченным или регулируется так же, как и для биполярных транзисторов с установленным количеством базового тока. Максимальное напряжение затвора «зажимает» весь ток через источник и слив, тем самым заставляя JFET работать в режиме отсечки. Это связано с тем, что область истощения PN-перехода расширяется под действием напряжения обратного смещения, в конечном счете занимая всю ширину канала, если напряжение достаточно велико. Это действие можно сравнить с уменьшением потока жидкости через гибкий шланг, сжимая его: с достаточной силой шланг будет достаточно сжатым, чтобы полностью блокировать поток.
Обратите внимание на то, как это оперативное поведение полностью противоположно биполярному переходному транзистору. Биполярные транзисторы обычно отключены: нет тока через основание, нет тока через коллектор или эмиттер. JFET, с другой стороны, являются обычно включенными устройствами: напряжение, подаваемое на затвор, не допускает максимального тока через источник и утечки. Кроме того, обратите внимание, что количество допустимого тока через JFET определяется сигналом напряжения, а не сигналом тока, как и биполярными транзисторами. Фактически, когда PN-соединение затвора обратного смещения, должен быть почти нулевой ток через соединение затвора. По этой причине мы классифицируем JFET как устройство с контролируемым напряжением и биполярный транзистор как устройство с контролируемым током.
Если PN-соединение затвора с прямым смещением вперед с небольшим напряжением, канал JFET «откроется» немного больше, чтобы пропускать большие токи. Тем не менее, PN-соединение JFET не построено для обработки какого-либо существенного тока, и поэтому не рекомендуется перекладывать смещение соединения ни при каких обстоятельствах.
Это очень сжатый обзор работы JFET. В следующем разделе мы рассмотрим использование JFET в качестве коммутационного устройства.