الترانزستورات ج14 ترانزستور تأثير الحقل الكهربائي ذو الوصلة JFET

سنكمل في هذا المقال حديثنا عن ترانزستورات JFET، لنشرح بعضاً من خواصها وطرق توصيلها في الدارات الالكترونية ..

متابعة مفيدة وممتعة ..

منحني الخواص للترنزستورات الحقلية:

بيبن الشكل التالي,

الشكل 5: منحني الخواص لترنزستور الأثر الحقلي نمط N

يوضح هذا المنحني تأثير كل من الجهد المطبق بين البوابة والمنبع V_GS والجهد بين المنبع والمصرف V_DS على التيار المار بين المنبع والمصرف I_D ، وكما هو مبين في الشكل فعندما يكون جهد البوابة مساويا لجهد المنبع :

V_GS=V_G-V_S=0

يمر تيار أعظمي عبر الترانزستور JFET ويسمى تيار الإشباع أو تيار المصرف الموافق لاستقطاب صفري ويرمز له بالرمز I_DSS ،

أما بالنسبة لعلاقة الجهد المطبق بين المنبع والمصرف V_DS وتيار المصرفI_D فنلاحظ أنه عندما يكون الجهد المطبق بين المنبع والمصرف V_DS صغيراً تكون العلاقة أقرب إلى الخطية بين تيار المصرفI_D وهذا الجهد (وذلك عند قيمة ثابتة للجهد V_GS)، وبالتالي توجد أربع مناطق تميز منحني الخواص هي: المنطقة الفعالة (الإشباع) ومنطقة الانهيار ومنطقة القطع والمنطقة الأومية:

تسمى المنطقة التي تكون فيها العلاقة خطية بالمنطقة الأومية أو المنطقة الخطية Ohmic Region ويسلك فيها الترنزستور الحقلي سلوك مقاومة يتحكم فيها من خلال الجهد(أي العلاقة خطية بين الجهد والمقاومة)،

في حين تسمى المنطقة الوسطى من المنحني بمنطقة الإشباع أو المنطقة الفعالة Saturation Region وفيها يتأثر تيار المنبع كثيرا بالجهد V_GS ولا يتأثر بتغييرات V_DS (المنحني يأخذ شكل مستقيم فمهما تغيرت قيم الجهد المطبق بين المنبع والمصرف تبقى قيمة تيار المصرف ثابتة)،

أما منطقة القطع Cut-off Region أو منطقة الاختناق Pinch-off Region الموجودة في الجزء السفلي من المنحني فهي المنطقة الموافقة لقيمة معينة من الجهد V_GS والتي ينتقل فيها الترانزستور إلى القطع أي يمنع مرور تيار المصرف نهائياً ويسمى الجهد الذي يحدث عنده القطع بجهد الاختناق V_P.

المنطقة الأخيرة في المنحني هي منطقة الانهيار Breakdown Region وفيها يفقد الترنزستور القدرة على ممانعة مرور التيار عبره وذلك بسبب القيمة العالية للجهد المار بين المنبع والمصرف V_DS ويطلق على هذا الجهد اسم جهد الانهيار.

وفيما يلي بعض العلاقات الرياضية الهامة لترانزستورات JFET:

طرق توصيل الترانزستورات الحقلية في الدارة:

بما أن للترنزستور JFET ثلاثة أطراف لذا يمكن توصيله في الدارة بثلاثة طرق وذلك اعتماداً على الطرف الذي سيطبق عليه الدخل وطرف الترانزستور التي سيؤخذ عنده الخرج:

وصلة المنبع المشترك Common Source CS:

يطبق الدخل في هذه الحالة على البوابة G ويؤخذ الخرج من المصرف D، تعتير هذه التوصيلة الأكثر استخداماً في هذه الترانزستورات وذلك بسبب ممانعة الدخل العالية والتضخيم الجيد للجهد.

تستخدم طريقة التوصيل هذه بشكل خاص في دارات مكبرات الصوت والمضخمات ذات الممانعة العالية عند الدخل، كما وتكون إشارة الخرج مزاحة بمقدار 180 درجة عن إشارة الدخل.

الشكل 6: الترانزستور JFET في الدرات الالكترونية بوصلة منبع مشترك CS

وصلة البوابة المشتركة Common Gate CG:

ويكون فيها الدخل مطبقاً على المنبع S في حين يؤخذ الخرج من المصرف D، وتكون البوابة G موصولة بشكل مباشر إلى أرضي الدارة، تمتاز هذه التوصيلة بممانعة دخل منخفضة وممانعة خرج ذات قيمة عالية.

تستخدم طريقة التوصيل هذه في الدارات المستخدمة لتضخيم الإشارات عالية التردد وفي دارات الربط حيث تحتاج هذه الدارات إلى مقاومة دخل منخفضة ومقاومة خرج عالية وتكون إشارة الخرج فيها في توافق بالصفحة مع إشارة الدخل.

الشكل 7: الترانزستور JFET في الدرات الالكترونية بوصلة بوابة مشتركة CG

وصلة المصرف المشترك Common Drain CD:

يكون الدخل مطبقاً على البوابة G والخرج مأخوذ من المنبع S ، تتميز طريقة التوصيل هذه بمقاومة دخل عالية ومقاومة خرج منخفضة وهي لا تعطي أي ربح للجهد وتكون إشارة الخرج متوافقة بالصفحة مع إشارة الدخل.

سمي هذا النوع من التوصيل بوصلة المصرف المشترك بسبب عدم وجود إشارة عند طرف المصرف، أما الجهد VDD المطبق عليه فيؤمن الانحياز المطلوب لكي يعمل الترانزستور.

الشكل 8: الترانزستور JFET في الدرات الالكترونية بوصلة مصرف مشترك CD

يبين الجدول التالي ملخصاً لطرق التوصيل الثلاثة المذكورة أعلاه:

تطبيقات:

دارة تطبيقية توضح عمل ترانزستورات الأثر الحقلي JFET:

تسمى هذه الدارة بدارة مضخم بتوصيلة منبع مشترك (حيث تشبه إلى حد كبير عمل دارة الباعث المشترك في الترنزستورات ثنائية القطبية)، تتميز بممانعة الدخل العالية وبالتالي تيار الدخل المنخفض حيث تحتاج بعض التطبيقات لمثل هذه المقاومة العالية، وعلى الرغم من أن ترانزستورات الأثر الحقلي لا تعطي قيمة عالية للربح (بسبب القيمة العالية لناقليتها التبادلية) إلا أنها تتميز بالخطية الجيدة وبالتالي قيم مستقرة للربح.

يمكن التحكم بممانعة الدخل العالية من خلال مجزئ الجهد المعبر عنه بتوصيلة المقاومات (R1 R2)، ويتم اختيار قيمة المقاومةRS بحيث تكون قيمة الجهد الهابط عليها مساوية تقريباً ربع قيمة جهد المصرف V_DD وذلك من أجل الحصول على قيمة جيدة للربح.

وبما أن قيمة مقاومة الدخل عالية وبالتالي تيار البوابة معدوم (الجهد مطبق من ناحية البوابة) فبالتالي يتم التحكم بقيمة الجهد المطبق على البوابة فقط من خلال تغيير قيم المقاومات R1 R2 (الجهد يتعلق بالتيار والمقاومة وبما أن التيار معدوم فهو يتعلق فقط بالمقاومة).

الشكل 9: مخطط الدارة والعلاقات الرياضية

مسألة بسيطة:

ترانزستور JFET قناته نوع N ، فيه VP=-5.2 volt . أوجد قيمة الجهد الواجب وصله بين البوابة والمنبع VGS كي تحدث نقطة بداية الاختناق في القناة وذلك عندما تكون VDS=4 volt

الحل:

حسب اتجاه الأسهم في الشكل نجد أن:

VDS موجبة

VGS سالبة

VGD سالبة

نكتب معادلة الجهود من الشكل أيضاً:

VDS - VGS + VGD = 0

تكون بداية نقطة الاختناق عندما VGD=VP وبالتالي نكتب المعادلة السابقة كما يلي:

VDS - VGS + VP = 0

أي:

VGS = VDS + VP = 4 – 5.2 = -1.2 volt وهو المطلوب

ملاحظة:

لا بد أن نذكر أن استخدام ترانزستورات N-channel JFET أكثر انتشاراً من ترانزستورات P-channel JFET وذلك يعود لاعتبارات تتعلق بالحركية العالية للالكترونات مقارنة بحركية الثقوب الأقل، مما يعطي القناة من النوع N ناقلية أعلى من القناة ذات النوع P وهذا يعتبر أفضل للتطبيقات التي سيستخدم فيها الترانزستور.

للمزيد من المعلومات عن الترانزستورات تابعوا مقالاتها

هنا

المراجع:

هنا

Solayman, Prof. Nadim. الهندسة الالكترونية 1. Hims : جامعة البعث, 2004, 6.

مراجع الصور المستخدمة في المقال:

هنا

هنا

هنا

هنا

هنا