مميزات الخواص للترانزستور الحقلي JFET

مميزات الخواص للترانزستور الحقلي JFET

يبين الشكل البياني التالي كيفية عمل ترانزستور حقلي JFET قنال (n) . وفي الشكل يتم توضيح تأثير الجهد بين البوابة والمنبع (VGS) والجهد بين المصرف والمنبع (V_DS) علي تيار المصرف (I_D) . الشكل البياني الذي يبين تأثير (V_GS)و (V_DS) علي (I_D) في ترانزستور JFET قنال (p) يشبه الشكل المبين هنا والفارق بينهما هو أن (I_D) في ترانزستور قنال (p) يتناقص بزيادة إيجابية الجهد (V_GS) . وبكلام أخر , V_GS يكون جهد سالب .

عندما يكون جهد البوابة يساوي جهد المنبع فإن :

V_GS = V_G - V_S = 0

يمر تيار أعظمي عبر الترانزستور الحقلي ويسمي هذا التيار باسم تيار المصرف الموافق لاستقطاب صفري (drain-current for zero bias) , ويرمز لهذا التيار بالرمز I_DSS .(I_DSS) ثابت في الترانزستور ويختلف من ترانزستور لأخر .

لاحظ الأن كيف يتأثر التيار I_D بالجهد بين المصرف والمنبع (V_DS) .

V_DS = V_D – V_S

عندما يكون V_DS صغيرا يكون تغيرات I_D تقريبا خطية بالنسبة لتغيرات V_DS ( أنظر إلي أحد المنحنيات الموافق لقيمة ثابتة للجهد V_GS ) . تسمي المنطقة من المميزات التي تتحقق فيها علاقة خطية بين (I_D) و (V_DS) باسم المنطقة الأومية (ohmic-region) , أو المنطقة الخطية (linear-region) . في هذه المنطقة يكون سلوك الترانزستور الحقلي مثل سلوك مقاومة متحكم بها جهديا (voltage-controlled resistor) .

أنظر الشكل البياني وبالتحديد إلي المنطقة من الشكل التي تكون فيها منحنيات التيار مسطحة (موازية تقريبا للمحور V_DS ) ولا يتأثر بتغييرات V_DS ( طبعا عند قيمة محددة وثابتة لــــ V_GS ) وعليك الإنتقال إلي الأعلي والأسفل بين المنحنيات كي تتأكد من ذلك . مثلا من أجل (V_GS = -2V) لاحظ أن ID يبقي ثابتا تقريبا عند جهود V_DS تقع بين (7V) و (15V) .

هناك قيمة لـــ (V_GS) تنقل الترانزستور الحقلي إلي القطع وتسمي هذه القيمة جهد القطع (cutoff-voltage) وتسمي أحيانا باسم جهد الانقباض (pinch-off-voltage) ويرمز لها بالرمز (VF) أو بالرمز (V_GS,off) .

بمتابعة تحليل الشكل البياني تلاحظ أنه بزيادة V_GS تصل نقطة يزداد عندها تيار المصرف (I_D) كثيرا جدا , وعند هذه النقطة لــــ V_DS يفقد الترانزستور الحقلي القدرة علي مقاومة مرور التيار وذلك لأن الجهد المطبق بين المصرف والمنبع يكون عاليا جدا , وفي لغة الترانزستورات الحقلية يمي هذا الجهد باسم جهد الإنهيار بين المنبع والمصرف (drain-source breakdown) ويعتبر عن هذا الجهد بالرمز (BV_DS) .

تتراوح قيم I_DSS في ترانزستور JFET نموذجي بين (1mA) و (1A) . أما قيم V_GS,OFF فتتراوح بين (-0.5V) و (-10V) في ترانزستور قنال (n) وبين (+0.5V) و (+10V) في ترانزستور قنال (p) , في حين تتراوح قيم BV_DS بين (6) و (50) فولت .

للترانزستورات الحقلية – كما هي الحال في الترانزستورات ثنائية القطبية – مقاومة داخلية (internal resistance) وهذه المقاومة هي في الواقع مقاومة القنال وتتغير هذه المقاومة بتغير التيار (I_D) وبتغير درجة الحرارة . يسمي مقلوب هذه المقاومة باسم الناقلية التبادلية (trance conductance (gm) . تصل قيمة الناقلية التبادلية لترانزستورات الحقلية إلي بضعة ألاف الـــ (1- Ω ) والـــ (1- Ω) هو (Ω/1) أو مو أو سيمتر ℧ .

هناك بارامتر أخر للترانزستور الحقلي وهو مقاومة الترانزستور عندما يكون في حالة عمل (on) ويسمي هذا البارامتر (on-Resistance) ويرمز له بالرمز (R_DS,on)وتمثل (R_DS,on)المقاومة الداخلية للترانزستور عندما يكون في حالة تمرير كامل , أي عندما يكون (V_GS = 0) . تتراوح قيم (R_DS,on) للترانزستورات الحقلية بين (10) و (1000 Ω)وتعطي قيمة هذه المقاومة في جداول العنصر .

الشكل : مميزات خرج ترانزستور FET قتال (n) .

تعاريف وقوانين مفيدة

المنطقة الأومية : عندما يبدأ الترانزستور الحقلي بمقاومة مرور التيار , فإنه يعمل كمقاومة متغيرة .

منطقة الإشباع : هي المنطقة التي يتعلق فيها المصرف بالجهد (V_GS) ولا يتأثر تقريبا بتغيرات (V_DS) .

جهد القطع : هو قيمة معينة لجهد البوابة يتوقف عندها تيار المصرف عن المرور ويصبح مساويا للصفر ويكون الترانزستور كدارة مفتوحة وعند هذه القيمة لجهد البوابة تكون مقاومة القتال أعظمية .

جهد الانهيار : هو الجهد الذي إذا طبق بين المنبع والمصرف في ترانزستور حقلي , فإن تيار المصرف يزداد كثيرا ويمكن أن يؤدي إلي تخريب الترانزستور .

تيار المصرف الموافق لاستقطاب صفري : يرمز لهذا التيار بالرمز (I_DSS) وهو التيار الذي يمر بين المنبع والمصرف عندما يكون فرق الجهد بين البوابة والمنبع يساوي الصفر أو عندما تكون البوابة موصولة مع المنبع V_GS = 0 .

الناقلية التبادلية : تعبر الناقلية التبادلية عن معدل تغير تيار المصرف عند تغيير جهد البوابة – المنبع أو هو نسبة تغير تيار المصرف إلي تغير جهد البوابة –المنبع عند قيمة ثابتة لــــ V_DS وهو مماثل للناقلية التبادلية (1/r_tr)للترانزستور ثنائي القطبية .

الشكل : رموز ومميزات خرج الترانزستورات الحقلية

وفيما يلي نلخص علاقات البارامترات الهامة للترانزستورات الحلقية :

علاقة تيار المصرف في المنطقة الأومية :

في ترانزستور JFET قنال (n) تكون V_GS,off سالبة وفي ترانزستور قنال (p) تكون موجبة .

معادلة التيار I_D في المنطقة الفعالة :

V_GS,off و I_DSS هي ثوابت للترانزستور ويمكن الحصول علي قيمها من نشرات معطيات الترانزستور .

مقاومة المنبع –المصرف R_DS :

مقاومة المنبع – المصرف لترانزستور حقلي في حالة (on) :

R_DS,on = constant

الجهد بين المنبع والمصرف V_DS :

V_DS = V_D - V_S

الناقلية التبادلية للترانزستور الحقلي :

المقاومة التبادلية إذا كانت البوابة مقصورة :

بعض القيم النموذجية لبارامترات الترانزستورات الحقلية :

I_DSS : 1mA → 1A

V_GS,off : (-0.5V) → (-10V) ; (n) لترانزستور قنال

(+0.5V) → (+10V); (p) لترانزستور قنال

RDS,on : 10Ω → 1000Ω

BVDS : (6V) → 50V

Gm at 1mA : 500 → 3000 µmho