آنچه در این مقاله میخوانید :
Toggleترانزیستور یک وسیله نیمه رسانای خطی است که وظیفه کنترل جریان را برعهده دارد؛ وظیفهای که با اعمال یک سیگنال الکتریکی با توان پایین، انجام میشود.
ترانزیستورها را میتوان در دو دسته اصلی طبقهبندی کرد: دو قطبی و اثر میدان.
ما در این مقاله به انواع ترانزیستور اثر میدان میپردازیم، دستگاهی که از ولتاژ کمی برای کنترل جریان استفاده میکند، در ادامه، تمرکز خود را بر روی نوع ترانزیستور اثر میدان اتصال یا ترانزیستور JFET قرار خواهیم داد.
اکثر ترانزیستورهای اثر میدان نه دوقطبی، بلکه تک قطبی هستند. به عبارتی، جریان اصلی عبوری از آنها یا از یک نیمه رسانای نوع N و یا از مسیر سوراخهای موجود در نیمه رسانای نوع P، حاصل میشود.
متناسب با این دو انتخاب در جریان عبوری، ترانزیستور JFET را میتوان در دو دسته زیر دستهبندی کرد.
ترانزیستور JFET N-کانال
در یک ترانزیستور اثر میدان اتصالی یا ترانزیستور JFET، جریان کنترلشده از ترمینال منبع (Source) به درین (تخلیه، Drain)، یا از درین به منبع، برحسب مورد استفاده، عبور میکند. به ویژه، عمل کنترل ولتاژ در فاصله بین ترمینالهای منبع و درین تحقق مییابد.
ناحیه بین دو گیت، کانالی از نوع n است. وجود این کانال نیمه رسانای باریک، یک مسیر اتصالی بین منبع و قسمت تخلیه ایجاد میکند.
اساس عملکرد این ترانزیستور، تغییر مقاومت بین ترمینالهای S و D با تنظیم ولتاژ روی گیت G است.
ترانزیستور JFET P- کانال
ترانزیستور JFET از نوع P- کانال، ساختاری معکوس از N- کانال را دارد. به طور دقیقتر، در نوع P، جهت جریان و قطبیتهای ولتاژ برعکس است.
به طور کلی، N- کانالها کاربرد بیشتری از انواع P دارند؛ دلیل این واقعیت به جزئیات مبهم نظریه نیمه رساناها مرتبط میشود که از حوصله این مقاله خارج است.
نحوه عملکرد ترانزیستور اثر میدان
عملکرد ترانزیستور اثر میدان را میتوان با یک شلنگ آب (همان شلنگ مورد استفاده در آبیاری باغچه) توضیح داد.
اگر مانعی وجود نداشته باشد، آب به آرامی درون لوله شلنگ در جریان است؛ اما اگر شلنگ را با دست خود فشار دهید، جریان آب کند میشود.
این فرایند ساده، دقیقاً شیوه عملکردی ترانزیستور JFET را توضیح میدهد. در این مثال، شلنگ مشابه ترانزیستور عمل میکند و جریان آب معادل جریان الکتریسیته عبوری از ترانزیستور اثر میدان است. متناسب با نیاز خود، میتوان کانال عبوری را تغییر داد و به شیوههای مختلف جریان را کنترل کرد.
وقتی هیچ ولتاژی از منبع و گیت ساطع نمیشود، کانال یک مسیر هموار برای عبور الکترونها است. هنگامی که عمل قطبیسازی، که اتصال های P –N را معکوس میکند، اعمال میشود، افزایش لایه تخلیه باعث باریک شدن کانال و در نتیجه کنترل جریان میشود.
💎حتما ببینید : می دانید تریستور چیست؟
بایاس ترانزیستور JFET
نکته کلیدی در عملکرد ترانزیستور JFET، سطح مقطع موثر کانال است که با استفاده تغییر ولتاژ اعمالی بر گیت، کنترل میشود.
این رویکرد در ادامه توضیح داده خواهد شد (به شکل زیر دقت کنید).
شکل بالا، نحوه عملکرد ترانزیستور JFET در وضعیت بایاس صفر در گیت را نشان میدهد. ولتاژ اعمالی در سراسر ترانزیستور JFET 5 ولت است، هدف حرکت الکترونها از میله منبع به درین است، همانطور که با فلش نشان داده شده است.
ترمینال گیت به زمین وصل شده است، این یک شرط برای داشتن بایاس صفر در گیت نیز هست. در این شرایط، یک نوار معمولی نشان دهنده مقاومتی در حدود ۵۰۰ اوهم است. از یک میلی آمپرسنج که به صورت سری به درین و منبع DC وصل شده، برای اندازهگیری جریان استفاده میشود. با توان ۵ ولتی VDD برای درین، میلی آمپرسنج جریان تخلیهشده را ۱۰ آمپر نشان خواهد داد.
در شکل زیر، یک ولتاژ بایاس معکوس کوچک به گیت ترانزیستور JFET اعمال شده است. یک ولتاژ گیت-منبع (VGG) منفی ۱ ولتی اعمال شده به مواد دروازه نوع P باعث میشود که محل اتصال بین مواد نوع P و N بایاس معکوس شود.
این دو شکل و توضیحات مرتبط، خلاصهای از عمل بایاس کردن در ترانزیستورهای اثر میدان است، توضیحات تکمیلی خارج از حوصله این مقاله کوتاه است.
💎حتما ببینید : خازن و کاربردهای آن چیست؟
تفاوتهای اساسی بین ترانزیستورهای JFET و انواع BJT
اصلیترین تفاوت بین ترانزیستورهای JFET و BJT قطبیت آنها است؛ اولی تک قطبی و BJT دو قطبی است.
دلیل اصلی در این تفاوت، وابستگی BJT در مدار به تزریق و جمعآوری حاملهای بار اقلیتی است که شامل الکترونها و حفرهها میشوند.
با این توضیح، تفاوتهای اصلی این دو ترانزیستور را به صورت زیر ارائه میدهیم:
- میزان سرو صدای BJT بیشتر از ترانزیستور اثر میدان است.
- در JFET عملکرد ترانزیستور به کنترل اتصال تخلیه تحت بایاس معکوس بستگی دارد، درحالی که در BJT، عملکرد دستگاه به تزریق حامل اقلیت در سراسر اتصال بایاس رو به جلو (در مقابل معکوس) وابسته است.
- ترانزیستور JFET یک وسیله برای کنترل ولتاژ است، اما BJT برای کنترل جریان به کار گرفته میشود.
- JFET به راحتی و توسط استاتیک آسیب میبیند، اما BJT در این مورد مقاومت خوبی دارد.
- JFET پایداری حرارتی بهتری نسبت به BJT دارد.
- JFET یک مقاومت ظاهری بالا دارد و BJT مقاومت ظاهری کمی ایجاد میکند.
- ترانزیستور JFET بهره جریان بالایی دارد، BJT بهره جریان پایینی دارد.
- در ترانزیستور JFET بهره ولتاژ پایین است اما این مقدار برای BJT قابل توجه است.
- JFET مقاومت ظاهری خروجی بالایی دارد، برای BJT این مقدار کمتر است.
- زمان سوئیچ کردن در JFET بسیار سریعتر از BJT است.
- بایاس در JFET به مراتب سادهتر از BJT تحقیق مییابد.
- قیمت JFET گرانتر از انواع BJT است.
مزایای استفاده از ترانزیستور اثر میدان (JFET)
برخی از مزایای قابلتوجه در استفاده از ترانزیستورهای نوع JFET عبارتند از:
• ترانزیستور JFET مقاومت ظاهری بسیار بالایی دارد.
• ترانزیستور JFET از جمله دستگاههای الکترونیکی با مصرف بسیار پایین است.
• انواع مختلف ترانزیستور JFET را میتوان در اندازههای بسیار کوچک ساخت، در نتیجه این نوع از ترانزیستورها فضای کمتری را در مدارها اشغال میکنند.
معایب استفاده از ترانزیستور JFET
اصلیترین معایب در استفاده از ترانزیستورهای اثر میدان عبارتند از:
• وسیلهای است که پهنای باند آن کم است.
• عملکرد ترانزیستور JFET با افزایش فرکانس و به دلیل بازخورد حاصل از ظرفیت داخلی، تحت تأثیر قرار خواهد گرفت.
کاربردهای ترانزیستور JFET
این نوع از ترانزیستورهای برای استفاده در مدار تجهیزات الکترونیکی زیر مناسب هستند:
• از ترانزیستور JFET به عنوان یک سوئیچ استفاده میشود.
• استفاده از JFET به عنوان چاپر معمول است.
• JFET به عنوان بافر مورد استفاده قرار میگیرد.
• استفاده از ترانزیستورهای JFET در مدارهای نوسانی بسیار رایج است.
• ترانزیستورهای JFET در تقویت کنندههای آبشاری کاربرد دارند.
دیدگاهتان را بنویسید