Dr. Pap László jegyzete - BME Hálózati Rendszerek és ...

3.3. A ZÁRÓRÉTEGES TÉRVEZÉRLÉSŰ TRANZISZTOR (JFET, N-CSATORNÁS) 45
G
S
U GS U GD
Kiürített réteg
p +
I S
n + n
n +
I D
D
Csatorna szabad elektronokkal
U DS
3.24. ábra. A kiürített réteg állapota a JFET elzáródás alatti tartományában.
Az ábrán egy félvezető egykristály látható, amely két adagolt (szennyezett) rétegből áll, az n
szennyezésű csatornából és a p + szennyezésű gate-ből (G). A csatorna két vége erősen n + szennyezett
rétegen keresztül csatlakozik a fémes érintkezőkhöz. A csatorna egyik végét source-nak (S), a
másik végét drain-nek (D) nevezzük. A gate-re szintén fémes érintkező kapcsolódik (G). A tömbhöz
kapcsolódó fémből készült érintkezők a külső feszültség és áram hozzávezetését teszik lehetővé.
Az n-csatornás záróréteges FET tipikusan úgy működik, hogy a p-n átmenetet (gate-csatorna átmenet)
záró irányban feszítjük elő (u GS < 0 ésu GD < 0). A záró irányban előfeszített p-n átmeneten
nem folyik egyenáram, azaz i G = 0, és a p-n átmenet két oldalán kiürített réteg jön létre (lásd a p-n
átmenet működését), amelynek a szélessége a gate-csatorna feszültségtől függ. Ez azt jelenti, hogy a
vezetőképes, szabad elektronokat tartalmazó csatorna szélessége a gate-re adott feszültséggel változtatható.
A JFET tehát egyszerűen fogalmazva egy változtatható keresztmetszetű szennyezett félvezető
tömbként viselkedik, amelynek a keresztmetszete a gate és a csatorna közötti feszültséggel vezérelhető.
Ha a gate és a csatorna közé kapcsolt záró irányú feszültség elér egyU P < 0 küszöbfeszültséget,
akkor a vezetőképes, szabad elektronokat tartalmazó csatorna keresztmetszete nullára csökken. Ezt az
U P < 0 feszültséget elzáródási feszültségnek nevezzük.
A JFET működését az alábbi fizikai hatások határozzák meg:
• Ha a csatorna két végére kapcsolt u DS feszültség kicsi, akkor a JFET lineáris ellenállásként
működik, melynek az ellenállását az u GS ≃ u GD feszültséggel lehet vezérelni. Ez azt jelenti,
hogy kis u DS feszültségek esetén az i D = i S áram az u DS feszültséggel arányosan változik. A
vezérlés nem igényel statikus áramot, mivel a gate-en folyó egyenáram értéke nulla,
• Ha az u DS > 0 drain-source feszültséget növeljük, akkor a csatornán növekvő áram folyik.
Ilyenkor a vezetőképes, szabad elektronokat tartalmazó csatorna szélességét a source oldalon
az u GS , a drain oldalon pedig az u GD feszültség határozza meg, és a csatorna egy közbenső
helyén a csatorna szélessége a gate és a csatorna közötti aktuális feszültség értékétől függ. A
vezetőképes, szabad elektronokat tartalmazó csatorna szélessége a source oldalon a legnagyobb,
a drain oldalon pedig a legkisebb, mivel u DS > 0 esetén u GD = u GS −u DS < u GS . Ez azt is
jelenti, hogy az u DS feszültség növelésével az i D = i S áram nemlineárisan változik, és minél
nagyobb a feszültség, a változás meredeksége annál kisebb lesz. Ha a csökkenőu GD feszültség
pozitívabb, mint az U P elzáródási feszültség, akkor a JFET az elzáródás alatti tartományban
működik, és a tranzisztor i D = i S árama mind az u GS , mind az u DS feszültségtől függ. Ebben
a tartományban a kiürített réteg állapotát mutatja be a 3.24. ábra.
• Ha az u DS > 0 drain-source feszültség növelésekor a csökkenő u GD feszültség eléri az U P
elzáródási feszültséget, azaz
u DS = u GS −u GD = u GS −U P , (3.46)