تكوين الترانزيستور JFET

JFET N-dep symbol.svg 100 رمز الترانزيستور نوع n- JFET يتكون ترانزيستور الترانزستور من طبقتين من مادتين مختلفتين . أولهم مادة شبه موصل ة مطعمة بمادة تحمل شحنات كهربية موجبة وتسمى نوع p- ، كما في الشكل وتمثل عالبية جسم الترانزستور ، يمكن أن يمر فيها التيار من المصب إلى المنبع . ومرسب على تلك الطبقة طبقة أخرى تشويب مطعمة بمادة غنية بالإلكترونات ( شحنات سالبة) ويسمى هذا النوع n- . ويوصل طرفي الوصلة بمصدر للجهد حيث يوصل المصب D بالقطب الموجب لبطارية (نحو 12 فولط ) ، ويوصل من الناحية الأخرى )وتسمى المنبع أو المصدر) S بالقطب السالب للبطارية . بذلك يقوم الترانزستور بعمل مقاومة مقاومة كهربائية ويمر فيه تيار . ولكن عمل الترانزستور يكتمل بوضع جهد على السلك الموصول بالبوابة G . حينئذ يمكن التحكم في شدة التيار المار عبر القناة بين المصب والمصدر. وبذلك فيكون عمل المقحل الحقلي الموصول مشابها لعمل وصلة بي إن ، وتكون التوصيلات الخارجية مقاومات أوم ية. رمزي الوصلة JFET P-dep symbol.svg 100 رمز الترانزيستور نوع p- JFET هكذا يرمز لنوع المقحل قناة إن يشير السهم إلى قطبية الوصلة بي-إن بين القناة و البوابة . وهو هنا يشير من بي إلى إن وهو نفس الاتجاه المتعارف عليه تقنيا للتيار (وليس اتجاه سير الإلكترونات). وبالنسبة إلn رمز نوع المقحل قناة بي فإن السهم يشير أيضا إلى الاتجاه التقني للتيار (انظر أسفله)

بنيته

الوصف التالي يتعلق بنوع المقحل قناة إن (بالنسبة إلى مقحل القناة بي فتتبادل منطقتي بي و إن فيما بينهما وبالتالي تنعكس إشارات الجهد الكهربائي والتيار الملحقة بهما) يتكون مقحل n-Kanal-JFET من مادة مشوبة نوع إن تغطيها طبقة مشوبة بنوع بي التي تعمل كعازل (قارن وصلة بي إن ). تمثل أحد طرفي المنطقة إن المصب D ، والطرف الآخر المصدر S . وتسمى المنطقة بين المصدر والمصب القناة إن . jfet-070325 (vertikal).svg 250 n-ChannelJFET وفيها UGS جهد الانحياز المنطقة بي هي وصلة البوابة G وهي مشتبكة بالمنطقة إن من الوسط ، و تستخدم لضبط عمل المقحل . وهي تكون مع القناة إن ثلاثي بي-إن . يشبه عمل المقحل JFET عمل موسفت الموسفت ، ولا تختلف طريقة عملهما . التوصيلة في الشكل إلى اليسار ليست هي المعتادة عمليا ، ولكنها توضح أنه إذا كان لا يوجد على البوابة جهد (سالب) يمنع مرور الإلكترونات في القناة إن ، فإن التيار الكهربائي يمر من المصب إلى المصدر ، كما لو كان المقحل مقاومة صغيرة. التوصيلة العملية هي الشكل إلى اليمين حيث وصلت البوابة بجهد سالب . عندئذ يجعل الحقل الكهربائي الناشيء عن جهد البوابة على تقليل التيار المار من المصب إلى المصدر . أي عن طريق إحداث تغيير في جهد البوابة يمكن تغيير شدة التيار المارة في القناة بين المصب والمصدر ، بالتالي يمكن التحكم فيه . يسمى الجهد المطبق من الخارج على البوابة جهد انحياز . في حالة وضع جهد سالب (مثل -4 فولط) على البوابة ينقطع مرور التيار في القناة . لكل مقحل جهد حرج للبوابة ، فإذا كان جهد البوابة أعلى من الجهد الحرج مر التيار من المصب إلى المصدر . وإذا كان جهد البوابة أقل من جهدها الحرج فإن التيار ينقطع . ملحوظة نلاحظ أن التيار (أحمر) هو التيار بالإصطلاح التكنولوجي (يمر التيار من القطب الموجب إلى القطب السالب) ، وهذ عكس التعريف الفيزيائي للتيار ، إذا اكتشف العلماء بعد ذلك ان الإلكترونات هي ناقلة التيار ، وهي تتحرك من القطب السالب (المصدر أو المنبع) إلى القطب الموجب (المصب أو أنود الأنود ) .

طريقة عمله

CaractJFET.png 270 شكل 1 تغير تيار المصب بتغير جهد المصب عندما يكون جهد البوابة 0 أو -5و2 فولط أو غيرها. CaractFet2.png 270 شكل 2 تغير تيار المصب بتغير جهد البوابة.(جهد المصب ثابت VD). كما وصفنا أعلاه يتحكم جهد البوابة Vgs في مقدار التيار المار بين المصب والمصدر ID. الشكلان 1 و 2 يبينان خواص إلكترونيات مواصفات المقحل . الشكل 1 عندما يكون جهد البوابة صفرا يتزايد تيار المصب بتزايد جهد المصب خطيا في البدء ، ثم يصل إلى حالة تشبع بعد ذلك ويبقى ثابتا رغم تزايد جهد المصب (يصل إلى 10 مللي أمبير) . وعندما نضع جهد البوابة -5و2 فولط (ويسمى هذا جهد انحياز ) ، ونبدأ بزيادة جهد المصب نجد أن تيار المصب يزداد أيضا خطيا بتزايد جهد المصب ، إلا أنه يكون أقل من حالة وجود جهد مقداره 0 على البوابة . وبعد فترة يصل إلى التشبع حيث يبقى تيار المصب ثابتا على الرغم من تزايد جهد المصب (يصل تيار المصب إلى 5و7 مللي أمبير). لدينا في الرسم حالتين أخرتين عندما يكون جهد البوابة Vgs(جهد الانحياز) -5 فولط و -5و7 فولط . وهما يتسمان بمرور تيار منخفض للمصب . الرسم البياني لا يوضح المقدار النهائي للجهد الموجب (جهد بطارية) الموصول بالمصب ، ولكنه يكون في حدود 30 فولط . في الشكل 2 يبين الشكل 2 مواصفات ترانزستور آخر يوضح تغير تيار المصب بتغير جهد البوابة عندما يكون جهد المصب ثابتا (جهد المصب VD يكون دائما موجبا ). عندما يكون جهد البوابة -7 فولط مثلا فهو لا يسمح بمرور تيار بين المصب والمصدر. وعندما يصل جهد البوابة -4 فولط ، فهنا يبدأ سير تيار ضعيف بين المصب والمصدر . هذا الجهد هو الجهد الحرج للترانزستور ، فعندما يكون جهد البوابة أعلى من الجهد الحرج فيمكن للتزانزستور توصيل تيار بين المصب والمصدر و يقوم بوظيفته في التحكم.

حساب مضخم إشارات

Common Source amplifier.png 250 في هذه الدائرة الإلكترونية التي تستخدم لتكبير إشارات متذبذبة ندخلها عند C1 ، نجد جهد انحياز على البوابة G للترانزستور JFET. يحدد هذا الجهد عن طريق مجزيء الجهد R1-R2 ، حيث أن المصب موصول بجهد موجب Ucc مقداره نحو 20 فولط V_ GM U_ CC .frac R_2 R_1+R_2 حيث V_ GM هو فرق الجهد بين البوابة و تاريض الأرضية ، (الأرضية هنا هي التوصيلة السفلى V 0 ، واستخدمنا للأرضية الرمز M اختصارا لكلمة Mass ). يبلغ فرق الجهد عند المصدر S (طبقا قانون أوم لقانون أوم ) Id.R4 وهو يكون أعلى من جهد البوابة حيث أن جهدها Vgs لا بد وأن يكون سالبا . ويبلغ جهد المصب U_ CC - Id.R_3 حيث Id هو التيار المار بين المصب والمصدر . ويمكننا الآن اختيار بيانات الدائرة فلنختار مثلا نقطة تشغيل الترانزستور المبينة اعلاه في الشكل 2 حيث Id 2mA و Vgs -2,5V. أي أن جهد انحياز البوابة -5و2 فولط . ونريد تثبيت الجهد عند Vgm 1V. فإدا كان الجهد الموجب للمصدر الخارجي الموصول بالمصب Ucc 12 V, فيمكن اختيار على سبيل المثال المقاومتان R2 10kخ© و R1 110kخ©. ونظرا لأن Vgs لا بد وان تساوي -2,5V, فلا بد أيضا من ان تكون Vs 1+2,5 3,5V. كما أننا اخترنا 2mA Id (وهو يساوي أيضا Is) , إذن فتبلغ المقاومة R4 3,5/2.10−3 وهذا يساوي 1,75kخ© . بهذا نكون قد حددنا المقاومات R1 و R2 و R4 ، وباقي اختيار المقاومة R3 التي تحدد جهد المخرج عند D . يختار جهد المصب عند D بصفة عامة في الوسط بين جهد المصدر و الجهد الخارجي Ucc, بحيث يسمح بتغير جهد المصب حتى أقصي جهد من جهة ، ومن جهة أخرى لضبط جهد المخرج في حالة الاستقرار ، عند ادخال إشارة متذبذبة من ناحية G ونريد تضخيمها وتخرج من C2. وليكن اختيارنا أن نثبت Vdm عند 8 فولط (جهد المخرج عند C2). ونصل إلى ذلك باختيار المقاومة R3 2kخ©.

حساب التضخيم

عندما ندخل جهدا متذبذبا صغيرا ve إلى البوابة عن طريق مكثف لأن الإشارات متذبذبة (قد تكون إشارات من مولد إشارات ، أو من ميكروفون ، أو من هوائي أو من مرحلة تضخيم سابقة) ولا نريد تغيير ذبذباتها ولكن نريدها مضخمة . نجد أن

id S.ve

و vs id.R3

والكسب G vs / ve S.R3

حيث S هو الميل (إلكترونيات) ، أي معدل تغير تيار المصب بتغير في جهد البوابة (انظر موصلية منقولة )

و ve هو جهد الإشارة المتذبذبة (ونستحدم هنا حروف كتابة صغيرة لتمثيل الجهد والتيار المتذبذبين )،

و id التيار المتذبذب عند المصب,

و vs جهد المخرج عند المصب,

و G التضخيم لجهد الإشارات ,

و S موصلية منقولة الموصلية المنقولة ويسمى أحيانا الميل وهو يقاس أمبير / فولط . وهو يعين عن طريق التيار المستمر للمصب .

و عند تعيين Id من المعادلة ، نجد أن

( S So.(1 - Vgs/Vp

حيث So - 2.Idss/Vp ملحوطة نتذكر بأن الجهدين Vgs و Vp جهدين سالبين (أنظر شكل 2) . وبحساب تلك القيم نحصل على

So 8mA/V

S 3mA/V

وبالتالي نجد التضخيم G 6.

أي أن جهد مطال الإشارة عند المخرج أصبحت 6 أضعاف جهد مطال الإشارة الداخلة من جهة البوابة. هذا التضخيم يعتبر صغيرا بالمقارنة بالتضخيم الذي نحصل عليه باستخدام مقحل ثنائي الأقطاب في دائرة مضخم إلكتروني.

المواصفات التقنية لترانزستور

مفصلة خواص إلكترونيات JFET n-channel en.svg 330 شكل 3 I–V characteristics of n-channel JFET الشكل 3 إلى اليسار يعطي مواصفات الترانزستور في شكل بياني التي يعطيها المصنع للمستهلك لاختيار نقطة التشغيل المناسبة للدائرة التي يرغبها . الرسم البياني إلى اليمين يوضح تغير التيار بين المصب والمصدر (الرأسي) بتغير جهد المصب (المحور الأفقي) وذلك عند قيم مختلفة لجهد الانحياز (جهد البوابة) . بالتفصيل نجد الآتي

• عندما يكون جهد البوابة Vgs صفرا نجد أن تيار المصب يزداد أولا بزيادة جهد المصب Vd ويكون هذا التزايد تزايدا خطيا تقريبا . ثم يصل تيار المصب إلى مستوى التشبع ، حيث لا يتزايد تيار المصب رغم تزايد جهد المصب (المنطقة الأفقية للتيار) . نقطة التقاء منطقة الزيادة الخطية مع منطقة التشبع عندما يكون جهد البوابة صفرا تسمى نقطة انحصار Pinch-off Vp .
• الأن وصلنا جهدا سالبا إلى البوابة Vgs1 . ونبدأ بتغيير جهد المصب Vd بالتدريج ابتداء من الصفر . عندئذ يتزايد تيار المصب تزايدا يكاد يكون خطيا بتزايد جهد المصب ، ويصل إلى منطقة التشبع ، إلى أن منطقة التشبع تبقى أسفل من منطقة التشبع السابقة عندما كان جهد البوابة مساويا للصفر.
• ثم عدنا واوصلنا البوابة بجهد سالب Vgs2 حيث Vgs2 Esqu a interno del transistor JFET.svg تركيب الترانزيستور نوع P المصدر S ،// والمصب D ،// والبوابة G. الطبقة العازلة لتزانزستور المتأثر بالحقل junction gate field-effect transist وهو شكل بسيط من ترانزستور ، يوصل أحياناً بجهد كهربائي على البوابة G ، وبواسطة ذلك الجهد يمكن التحكم في تيار التيار الكهربي بين المنبع ( مصدر )Source والمصب (المخرج) Drain. ويوجد نوعان من هذا الترانزيستور 1-مقحل قناة إن n-Kanal ، وهو مادة تشويب مشوبة بنوع إن من التشويب ، 2-مقحل قناة بي p-Kanal ، وهو مكون من مادة مشوبة بنوع بي من التشويب. ونظرا لأن التيار الكهربائي سوف يسير فيه من المصب إلى المصدر فهو يعتبر أحادي القطب .بالإضافة إلى هذا الجسم تترسب عليه طبقة من نوع التشويب الآخر ، وعن طريق تغيير جهدها الكهربائي يمكن التحكم في التيار المار في القناة. ملحوظة الفرق بينه وبين ترانزستور ثنائي الأقطاب هو أن ثنائي الأقطاب مكون من الأجزاء NPN أو PNP .