3.11: JFET

Last updated
Save as PDF

Page ID: 34456

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

CNX йде на пенсію! Підручники OpenStax завжди будуть доступні на сайті openstax.org. Створений спільнотою вміст залишатиметься доступним до серпня 2022 року, а потім буде переміщений до Інтернет-архіву. Дізнатися більше тут

Є набагато більше, що ми могли б зробити з пристроями польових ефектів, але, мабуть, настав час перейти до нових тем. Для одного останнього пункту, однак, ми могли б просто подивитися на те, що називається JFET, або транзистор з польовим ефектом переходу. Структура JFET виглядає як рис\(\PageIndex{1}\). Він складається з шматка кремнію p-типу, в який були розсіяні дві області n-типу. Однак замість того, щоб бути обидва на одній поверхні, як і з MOSFET, дві області знаходяться навпроти один одного по обидва боки кристала. У поперечному перерізі JFET виглядає як рис\(\PageIndex{2}\). Ми також показуємо зміщення тут.

Перспективний вигляд прямокутного блоку p-кремнію. У цьому блоці розташовані дві прямокутні призмоподібні області з n-кремнію: одна має верхню грань врівень з верхньою гранню загального блоку, а нижню грань - врівень з нижньою гранню загального блоку. — Малюнок\(\PageIndex{1}\): JFET

Вид збоку JGET з малюнка 1 вище, з невеликою областю на лівій стороні p-кремнію, позначеною як джерело, і невеликою областю праворуч, позначеною як стік. Джерело заземлено, а стік підключається до негативного кінця джерела напруги V_DS, позитивний кінець якого заземлений. Дві n-кремнієві області з'єднані між собою. Верхня n-кремнієва область з'єднана з позитивним кінцем джерела напруги V_GS, інша сторона якого заземлена. — Малюнок\(\PageIndex{2}\): Зміщення JFET

Дві n-області з'єднані разом і є зворотним зміщенням щодо підкладки p-типу. Другий акумулятор\(V_{\text{ds}}\), використовується для витягування струму з джерела шляхом подачі негативної напруги між стоком і джерелом. Зворотно зміщені n-p переходи створюють область виснаження, яка поширюється на матеріал p-типу, через який отвори рухаються, коли вони йдуть від джерела до стоку (канал?). Регулюючи значення\(V_{\text{gs}}\), можна зробити область виснаження меншим або більшим, збільшуючи, таким чином, або зменшуючи струм стоку.

Спостережливий учень також зауважить, що полярність\(V_{\text{ds}}\) батареї робить так, що на зливному кінці каналу більше зворотного ухилу поперек p-n переходів, ніж на кінці джерела. Таким чином, більш точне зображення JFET було б те, що показано на малюнку\(\PageIndex{3}\). Коли напруга стоку/джерела стає досить великим, дві області виснаження з'єднаються разом, і, як і з MOSFET, канал затискає, як показано на малюнку\(\PageIndex{4}\).

Малюнок\(\PageIndex{3}\): Область виснаження контролює струм

Упереджений JFET з малюнка 2 вище, з областями виснаження, намальованими пунктирними лініями навколо n-кремнієвих областей. Краї областей виснаження між двома n-кремнієвими областями широко розташовані зліва, ближче до джерела в підкладці p-кремнію, і поступово наближаються один до одного, коли вони просуваються вправо, або до стоку в р-кремнію. — Малюнок\(\PageIndex{3}\): Область виснаження контролює струм

JFET з малюнка 3 вище, з розширенням областей виснаження зліва направо є більш драматичним, так що пунктирні лінії між двома n-кремнієвими областями перетинаються один з одним, перш ніж вони досягнуть правих кінців своїх відповідних n-кремнієвих областей. — Малюнок\(\PageIndex{4}\): Затискання

Як не дивно це може здатися, коли ви розробляєте рівняння, які описують, як область виснаження поширюється з\(V_{\text{gs}}\) і як механізм защемлення змінюється\(I_{D}\), ви в кінцевому підсумку з поведінкою, і рівняння, які дуже схожі на ті з мод виснаження MOSFET.

Використання JFET є трохи більш громіздким, ніж звичайний MOSFET. Ви повинні переконатися, що перехід воріт-підкладка завжди залишається зворотним упередженим, і оскільки JFET може бути лише пристроєм режиму виснаження, ви повинні мати напругу на затворі, якщо ви хочете вимкнути транзистор. Однак JFET має одну перевагу перед MOSFET. Деякий час назад ми розрахували значення для\(C_{\text{ox}}\), ємність оксиду, і виявили, що вона була на порядку\(10^{-7} \ \frac{\mathrm{F}}{\mathrm{cm}^2}\). Типовий MOSFET ворота можуть бути\(1 \ \mu \mathrm{m}\) довгими по\(20 \ \mu \mathrm{m}\) ширині, і тому він буде мати область воріт\(20 \ \mu \mathrm{m}^{2}\) або\(2 \times 10^{-7} \ \mathrm{cm}^{2}\). Таким чином, загальна ємність затвора становить лише близько\(10^{-14} \mathrm{~F}\).