JFET adalah transistor efek medan gerbang persimpangan. Transistor normal adalah perangkat yang dikendalikan arus yang membutuhkan arus untuk biasing, sedangkan JFET adalah perangkat yang dikendalikan tegangan. Sama seperti MOSFET, seperti yang telah kita lihat di tutorial sebelumnya, JFET memiliki tiga terminal , Gate, Drain, dan Source.
JFET adalah komponen penting untuk kontrol yang dioperasikan dengan voltase tingkat presisi dalam elektronik analog. Kita dapat menggunakan JFET sebagai resistor yang dikendalikan tegangan atau sebagai sakelar, atau bahkan membuat penguat menggunakan JFET. Ini juga merupakan versi hemat energi untuk menggantikan BJT. JFET memberikan konsumsi daya yang rendah dan disipasi daya yang cukup rendah, sehingga meningkatkan efisiensi sirkuit secara keseluruhan. Ini juga memberikan impedansi input yang sangat tinggi yang merupakan keunggulan utama dibandingkan BJT.
Ada berbagai jenis Transistor, dalam keluarga FET, ada dua subtipe: JFET dan MOSFET. Kita sudah membahas tentang MOSFET pada tutorial sebelumnya, disini akan belajar tentang JFET.
Jenis JFET
Sama seperti MOSFET, ia memiliki dua subtipe- N Channel JFET dan P Channel JFET.
Model skema JFET saluran N dan saluran P JFET ditunjukkan pada gambar di atas. Panah menunjukkan jenis JFET. Tanda panah yang mengarah ke gerbang menunjukkan bahwa JFET adalah saluran-N dan sebaliknya tanda panah dari gerbang menunjukkan JFET saluran-P. Tanda panah ini juga menunjukkan polaritas sambungan PN, yang terbentuk antara saluran dan pintu gerbang. Menariknya, mnemonik bahasa Inggris adalah ini, panah dari perangkat N-Channel menunjukkan "Points i n ".
Arus yang mengalir melalui Drain dan Source bergantung pada tegangan yang diterapkan ke terminal Gerbang. Untuk saluran N JFET, tegangan Gerbang negatif dan untuk saluran P JFET tegangan Gerbang positif.
Pembangunan JFET
Pada gambar di atas, kita dapat melihat konstruksi dasar JFET. JFET N-Channel terdiri dari material tipe-P dalam substrat tipe-N sedangkan material tipe-N digunakan pada substrat tipe-p untuk membentuk JFET kanal-P.
JFET dibangun menggunakan saluran panjang dari bahan semikonduktor. Tergantung pada proses konstruksinya, jika JFET berisi pembawa muatan positif dalam jumlah besar (mengacu pada lubang) adalah JFET tipe-P, dan jika JFET memiliki sejumlah besar pembawa muatan negatif (mengacu pada elektron) disebut tipe-N JFET.
Di saluran panjang bahan semikonduktor, kontak Ohmic di setiap ujung dibuat untuk membentuk koneksi Source dan Drain. Persimpangan PN terbentuk di satu atau kedua sisi saluran.
Cara Kerja JFET
Salah satu contoh terbaik untuk memahami cara kerja JFET adalah membayangkan pipa selang taman. Misalkan selang taman menyediakan aliran air melaluinya. Jika kita memencet selang maka aliran air akan berkurang dan pada titik tertentu jika kita memencetnya sama sekali tidak akan ada aliran air. JFET bekerja persis seperti itu. Jika kita menukar selang dengan JFET dan aliran air dengan arus dan kemudian membangun saluran pembawa arus, kita dapat mengontrol aliran arus.
Ketika tidak ada tegangan yang melintasi gerbang dan sumber, saluran menjadi jalur mulus yang terbuka lebar bagi elektron untuk mengalir. Tetapi hal sebaliknya terjadi ketika tegangan diterapkan antara gerbang dan sumber dalam polaritas terbalik, yang membuat persimpangan PN bias terbalik dan membuat saluran lebih sempit dengan meningkatkan lapisan penipisan dan dapat menempatkan JFET di wilayah cut-off atau pinch off.
Pada gambar di bawah ini kita dapat melihat mode saturasi dan mode pinch off dan kita akan dapat memahami lapisan penipisan menjadi lebih lebar dan aliran arus menjadi lebih sedikit.
Jika kita ingin mematikan JFET kita perlu menyediakan gerbang negatif ke tegangan sumber yang dilambangkan sebagai V GS untuk JFET tipe-N. Untuk JFET tipe P, kami perlu memberikan GS V positif.
JFET hanya bekerja dalam mode deplesi, sedangkan MOSFET memiliki mode deplesi dan mode peningkatan.
Kurva Karakteristik JFET
Pada gambar di atas, JFET bias melalui supply DC variabel, yang akan mengontrol V GS dari JFET. Kami juga menerapkan tegangan di Drain dan Source. Menggunakan variabel V GS, kita dapat memplot kurva IV dari JFET.
Pada gambar IV di atas, kita dapat melihat tiga grafik, untuk tiga nilai tegangan V GS yang berbeda, 0V, -2V dan -4V. Ada tiga wilayah berbeda wilayah Ohmic, Saturation, dan Breakdown. Selama wilayah Ohmic, JFET bertindak seperti resistor yang dikendalikan tegangan, di mana aliran arus dikendalikan oleh tegangan yang diberikan padanya. Setelah itu, JFET masuk ke wilayah saturasi di mana kurva hampir lurus. Artinya aliran arus cukup stabil dimana V DS tidak akan mengganggu aliran arus. Tapi ketika V DS lebih dari toleransi, JFET masuk ke mode breakdown dimana aliran arus tidak terkendali.
Kurva IV ini hampir sama untuk saluran P JFET juga, tetapi ada beberapa perbedaan. JFET akan masuk ke mode cut-off ketika V GS dan tegangan Pinch atau (V P) sama. Juga seperti pada kurva di atas, untuk saluran N JFET arus drain meningkat ketika V GS meningkat. Tetapi untuk P-channel JFET arus drain menurun ketika V GS meningkat.
Biasing JFET
Berbagai jenis teknik digunakan untuk membiaskan JFET dengan cara yang tepat. Dari berbagai teknik, di bawah tiga digunakan secara luas:
- Memperbaiki Teknik Biasing DC
- Teknik Self-Biasing
- Potensi Pembagi Pembagi
Memperbaiki Teknik Biasing DC
Dalam teknik biasing DC tetap dari saluran N JFET, gerbang JFET dihubungkan sedemikian rupa sehingga V GS dari JFET tetap negatif sepanjang waktu. Karena impedansi input JFET sangat tinggi, tidak ada efek pembebanan yang diamati pada sinyal input. Aliran arus melalui resistor R1 tetap nol. Ketika kami menerapkan sinyal AC di kapasitor input C1, sinyal muncul di seberang gerbang. Sekarang, jika kita menghitung penurunan tegangan di R1, sesuai hukum Ohm itu akan menjadi V = I x R atau V drop = Arus gerbang x R1. Karena arus yang mengalir ke gerbang adalah 0, penurunan tegangan di gerbang tetap nol. Jadi, dengan teknik biasing ini, kita dapat mengontrol arus drain JFET hanya dengan mengubah tegangan tetap sehingga mengubah V GS.
Teknik Self-Biasing
Dalam teknik self-bias, satu resistor ditambahkan di pin sumber. Penurunan tegangan pada resistor sumber R2 membuat V GS membiaskan tegangan. Dalam teknik ini, arus gerbang menjadi nol lagi. Tegangan sumber ditentukan oleh hukum ohm yang sama V = I x R. Oleh karena itu tegangan sumber = Arus drain x resistor sumber. Sekarang, tegangan gerbang ke sumber dapat ditentukan oleh perbedaan antara tegangan gerbang dan tegangan sumber.
Karena tegangan gerbang adalah 0 (karena aliran arus gerbang adalah 0, sesuai V = IR, tegangan gerbang = Arus gerbang x resistor gerbang = 0) V GS = 0 - Arus gerbang x Resistansi sumber. Dengan demikian tidak diperlukan sumber bias eksternal. Biasing dibuat sendiri, menggunakan penurunan tegangan melintasi resistor sumber.
Potensi Pembagi Pembagi
Dalam teknik ini, resistor tambahan digunakan dan rangkaian sedikit dimodifikasi dari teknik self-biasing, pembagi tegangan potensial menggunakan R1 dan R2 memberikan bias DC yang diperlukan untuk JFET. Penurunan tegangan pada resistor sumber harus lebih besar dari tegangan gerbang pembagi resistor. Sedemikian rupa, V GS tetap negatif.
Jadi ini adalah bagaimana JFET dibangun dan bias.