www.Hobby-Electronics.info

  • Vergroot lettergrootte
  • Standaard lettergrootte
  • Verklein lettergrootte

Hoofdstuk 17. JFET's

Inleiding

De afkorting FET staat voor veldeffecttransistor (Engels: Field Effect Transistor); de J staat voor Junctie.

JFET's zijn transistors met een hele hoge ingangsweerstand. Ze hebben drie aansluitpootjes: Drain, Gate and Source. JFET's zijn verkrijgbaar in twee smaken: N-kanaal en P-kanaal:

Een JFET kan zich gedragen als spanninggestuurde stroombron; de stroombron tussen de Drain en de Source wordt gestuurd door de spanning tussen de Gate en de Source. Hiervoor geldt de volgende formule.

Hierin is IDSS de drainstroom bij UGS = 0V. UP is de gatespanning waarbij er geen drainstroom meer kan lopen. Dit wordt de afknijpspanning of "pinch-off"-spanning genoemd. Bovenstaande formule kunnen ook schrijven als:

De k wordt ook wel de k-factor van de FET genoemd.

Om een N-kanaal JFET te laten werken, moet de spanning op de Gate altijd lager zijn dan de spanning op de Drain en Source. Dit betekent dat UGS negatief moet zijn. Onderstaande afbeelding geeft de verhouding tussen ID en UGS grafisch weer. Dit wordt ook wel de overdrachtskarakteristiek genoemd.

We zien dat deze transistor een IDSS heeft van 4mA en een UP van -2V. De k-factor is dus 2∙4mA/(-2)2 = 2mA/V2. Volgens de formule moet de ID bij UGS = -1V, 1mA/V2∙(-2 + 1)2 = 1mA zijn. We zien in de karateristiek dat dat inderdaad klopt.

De verhouding dID/dUGS wordt de steilheid of admittantie genoemd, symbool yfs. In bovenstaand voorbeeld is deze 3mA/V tussen UGS = 0 en ongeveer 1V. Dit betekent dus dat als UGS varieert met 0.1V, ID meevarieert met 0.3mA. We kunnen een JFET dus gebruiken als versterker. Maar daarover in de volgende paragraaf meer.

Een JFET gedraagt zich alleen als spanningsgestuurde stroombron als UGD lager (meer negatief) is dan de afknijpspanning. Anders gedraagt de JFET zich als een spanningsgestuurde weerstand. (Voor een verklaring, zie de constructie van een JFET.) Dat is ook te zien aan de onderstaande grafiek die we de uitgangskarakteristiek noemen.

Deze uitgangskarakteristiek is van dezelfde FET als de overdrachtskarakteristiek hierboven. We zien ook hier dat de maximale drainstroom bij UGS = 0V 4mA is en bij UGS = -1V 1mA.

Zoals gezegd zit het omslagpunt tussen spanningsgestuurde stroombron en spanningsgestuurde weerstand rond het punt waar UGD = UP. UDG = UDS - UGS. UGD = -UDG. Dus: -UGD = UDS - UGS. De UDS waarbij UGD = UP wordt, noemen we de kniespanning UDSk. Er geldt dus:

-UP = UDSk - UGS => UDSk = UGS - UP

Bij UGS = 0V raakt de FET dus afgeknepen bij UDSk = 0 - -2 = 2V. De stroom kan dan niet verder toenemen. Dit geldt overigens voor een 'ideale' FET; in de uitgangskarakteristiek hierboven is te zien dat dit niet helemaal klopt.

Wanneer UDS > UDSk, dan werkt de FET als spanningsgestuurde stroombron. Hoe we die stroom kunnen berekenen, hebben we al gezien. Is UDS < UDSk, dan hebben we dus een spanningsgestuurde weerstand. Hiervoor geldt:

Wanneer we UDS vervangen door UGS - UP, dan krijgen we uiteraard weer de formule voor de spanningsgestuurde stroombron.

We hebben nu dus een spanningsgestuurde weerstand, maar hoe groot is die weerstand? Weerstand is gedefinieerd als dU/dI (wijziging in de spanning gedeeld door de wijziging in de stroom). In ons geval geldt: RDS = dUDS/dID. De reciproke waarde is echter makkelijker te berekenen, omdat we een formule hebben die ID uitdrukt als functie van UDS:

We zien dat de weerstand niet alleen afhankelijk is van de gatespanning, maar ook van de UDS. De uitgangskarakteristiek vertoont dan ook geen rechte lijn. Meestal is uDS (de variatie in UDS, oftewel de wisselspanningscomponent) dan ook heel klein. Omdat UDS < UDSk moet zijn, wordt meestal UDS = 0V genomen. Dan geldt dus:

We nemen als voorbeeld weer dezelfde transistor als hierboven, dus k = 2mA/V2 en UP = -2V. Bij UGS = 0V bedraagt de geleiding dus 2mA/V2∙(0 - -2V) = 4mS. Dit komt overeen met een RDS van 250Ω. Bij UGS = -1V is RDS = 500Ω. Bij UGS = -2V is de geleiding 0 en RDS dus oneindig. Dat is natuurlijk ook logisch, want -2V is de afknijpspanning waarbij de FET spert.

Een praktische toepassing van de FET als spanningsgestuurde weerstand vinden we in het hoofdstuk Automatische volumeregeling.

U bent bezoeker nummer: