JFET é um transistor de efeito de campo da porta de junção. Transistor normal é um dispositivo controlado por corrente que precisa de corrente para polarização, enquanto JFET é um dispositivo controlado por tensão. Da mesma forma que os MOSFETs, como vimos em nosso tutorial anterior, o JFET tem três terminais Gate, Drain e Source.
JFET é um componente essencial para controles operados por tensão de nível de precisão em eletrônica analógica. Podemos usar o JFET como resistores controlados por tensão ou como uma chave, ou mesmo fazer um amplificador usando o JFET. É também uma versão com baixo consumo de energia para substituir os BJTs. O JFET fornece baixo consumo de energia e dissipações de energia razoavelmente baixas, melhorando assim a eficiência geral do circuito. Ele também oferece uma impedância de entrada muito alta, o que é uma grande vantagem sobre os BJTs.
Existem diferentes tipos de transistores, na família FETs, existem dois subtipos: JFET e MOSFET. Já discutimos sobre o MOSFET no tutorial anterior, aqui aprenderemos sobre o JFET.
Tipos de JFET
Igual ao MOSFET, tem dois subtipos - N Channel JFET e P Channel JFET.
O modelo esquemático JFET do canal N e o modelo JFET do canal P são mostrados na imagem acima. A seta denota os tipos de JFET. A seta que mostra a porta denota que o JFET é o canal N e, por outro lado, a seta da porta denota o JFET do canal P. Esta seta também indica a polaridade da junção PN, que é formada entre o canal e a porta. Curiosamente, um mnemônico em inglês é este, que a seta de um dispositivo de canal N indica “Pontos i n ”.
A corrente que flui através do Drain and Source depende da tensão aplicada ao terminal do Gate. Para o JFET do canal N, a tensão do Gate é negativa e para o JFET do canal P a tensão do Gate é positiva.
Construção do JFET
Na imagem acima, podemos ver a construção básica de um JFET. O JFET do canal N consiste em material do tipo P em substrato do tipo N, enquanto os materiais do tipo N são usados no substrato do tipo p para formar um canal P JFET.
O JFET é construído usando um longo canal de material semicondutor. Dependendo do processo de construção, se o JFET contém um grande número de portadores de carga positiva (refere-se como buracos) é um JFET do tipo P, e se ele tem um grande número de portadores de carga negativa (refere-se como elétrons) é chamado de tipo N JFET.
No longo canal de material semicondutor, contatos ôhmicos em cada extremidade são criados para formar as conexões de Fonte e Dreno. Uma junção PN é formada em um ou ambos os lados do canal.
Trabalho de JFET
Um melhor exemplo para entender o funcionamento de um JFET é imaginar a mangueira de jardim. Suponha que uma mangueira de jardim esteja fornecendo um fluxo de água através dela. Se apertarmos a mangueira, o fluxo de água será menor e em um determinado ponto, se apertarmos completamente, o fluxo de água será zero. O JFET funciona exatamente dessa maneira. Se trocarmos a mangueira com um JFET e o fluxo de água com uma corrente e depois construirmos o canal de transporte de corrente, poderemos controlar o fluxo de corrente.
Quando não há voltagem entre a porta e a fonte, o canal se torna um caminho suave, totalmente aberto para o fluxo de elétrons. Mas o inverso acontece quando uma tensão é aplicada entre a porta e a fonte na polaridade reversa, o que torna a junção PN polarizada reversa e torna o canal mais estreito, aumentando a camada de depleção e poderia colocar o JFET na região de corte ou pinch off.
Na imagem abaixo podemos ver o modo de saturação e o modo pinch off e seremos capazes de entender que a camada de depleção tornou-se mais ampla e o fluxo de corrente tornou-se menor.
Se quisermos desligar um JFET, precisamos fornecer uma porta negativa para a tensão de fonte indicada como V GS para um JFET tipo N. Para um JFET tipo P, precisamos fornecer V GS positivo.
JFET funciona apenas no modo de depleção, enquanto os MOSFETs têm modo de depleção e modo de aprimoramento.
Curva de características JFET
Na imagem acima, um JFET é polarizado por meio de uma fonte DC variável, que controlará o V GS de um JFET. Também aplicamos uma tensão em Dreno e Fonte. Usando a variável V GS, podemos plotar a curva IV de um JFET.
Na imagem IV acima, podemos ver três gráficos, para três valores diferentes de tensões V GS, 0V, -2V e -4V. Existem três regiões diferentes Ohmic, Saturation e Breakdown region. Durante a região ôhmica, o JFET atua como um resistor controlado por tensão, onde o fluxo de corrente é controlado pela tensão aplicada a ele. Depois disso, o JFET chega à região de saturação onde a curva é quase reta. Isso significa que o fluxo de corrente é estável o suficiente para que o V DS não interfira com o fluxo de corrente. Mas quando o V DS é muito mais do que a tolerância, o JFET entra no modo de interrupção, onde o fluxo de corrente é descontrolado.
Esta curva IV é quase a mesma para o JFET do canal P também, mas existem poucas diferenças. O JFET entrará em um modo de corte quando V GS e tensão de compressão ou (V P) forem iguais. Também como na curva acima, para o canal N JFET a corrente de dreno aumenta quando o V GS aumenta. Mas para o JFET do canal P, a corrente de dreno diminui quando o V GS aumenta.
Polarização de JFET
Diferentes tipos de técnicas são usados para influenciar o JFET de maneira adequada. De várias técnicas, as três abaixo são amplamente utilizadas:
- Técnica de polarização DC fixa
- Técnica de autopensamento
- Potencial polarização do divisor
Técnica de polarização DC fixa
Na técnica de polarização DC fixa de um JFET de canal N, a porta do JFET é conectada de forma que o V GS do JFET permaneça negativo o tempo todo. Como a impedância de entrada de um JFET é muito alta, não há efeitos de carregamento observados no sinal de entrada. O fluxo de corrente através do resistor R1 permanece zero. Quando aplicamos um sinal CA no capacitor de entrada C1, o sinal aparece no portão. Agora, se calcularmos a queda de tensão em R1, de acordo com a lei de Ohms, será V = I x R ou queda de V = Corrente de porta x R1. Como a corrente que flui para a porta é 0, a queda de tensão na porta permanece zero. Portanto, por esta técnica de polarização, podemos controlar a corrente de drenagem JFET apenas alterando a tensão fixa, alterando assim o V GS.
Técnica de autopensamento
Na técnica de polarização automática, um único resistor é adicionado ao pino de origem. A queda de tensão no resistor da fonte R2 cria o V GS para polarizar a tensão. Nesta técnica, a corrente da porta é zero novamente. A tensão da fonte é determinada pela mesma lei de ohms V = I x R. Portanto, tensão da fonte = Corrente de drenagem x resistor da fonte. Agora, a tensão da porta para a fonte pode ser determinada pelas diferenças entre a tensão da porta e a tensão da fonte.
Visto que a tensão da porta é 0 (como o fluxo da corrente da porta é 0, conforme V = IR, tensão da porta = corrente da porta x resistor da porta = 0), o V GS = 0 - Corrente da porta x Resistência da fonte. Portanto, não há necessidade de fonte de polarização externa. A polarização é criada por ele mesmo, usando a queda de tensão no resistor da fonte.
Potencial polarização do divisor
Nessa técnica, um resistor adicional é usado e o circuito é ligeiramente modificado da técnica de autopensamento, um divisor de tensão potencial usando R1 e R2 fornece a polarização DC necessária para o JFET. A queda de tensão no resistor da fonte deve ser maior do que a tensão da porta divisora do resistor. Desta forma, o V GS permanece negativo.
Portanto, é assim que o JFET é construído e tendencioso.