اقرأ في هذا المقال
- ما هو الترانزستور – JFET؟
- أنواع الترانزستور – JFET
- مزايا وعيوب الترانزستور – JFET
- تطبيقات الترانزستور – JFET
ما هو الترانزستور – JFET؟
التعريف: (JFET) هو الشكل المختصر لترانزستور تأثير مجال التقاطع، وهو عبارة عن جهاز من (3) أشباه موصلات طرفي حيث يحدث توصيل التيار فقط بسبب تدفق ناقلات الشحنة الغالبة، وبالتالي فهو ترانزستور أحادي القطب. المحطات الثلاثة لـ (JFET) هي المصدر (source) والصرف (drain) والبوابة (gate). على عكس (BJT)، فإنّ (JFET) عبارة عن جهاز يتم التحكم فيه في الجهد حيث يتحكم الجهد المطبق في طرف البوابة في تيار التصريف.
شرح الترانزستور – JFET:
يتم تصنيف (JFET) بشكل رئيسي على أنه قناة (n) وقناة (p). يتم تصنيف هذين النوعين بشكل أساسي على أساس مادة أشباه الموصلات الأساسية المستخدمة في وقت التصنيع، أو يمكننا أن نقول، معظم الناقلات المسؤولة عن تدفق التيار عبر الجهاز، كما هو الحال في قناة (JFET n)، يتم أخذ ركيزة السيليكون من النوع (n) ويتم نشر قضبان أشباه الموصلات من النوع (p)، ممّا يولد قناة لتدفق الإلكترون، وهكذا تعرف بـ (n) قناة (JFET). بينما في قناة (p JFET)، يتم أخذ الركيزة السيليكونية من النوع (p) وتنتشر عليها مواد أشباه الموصلات من النوع (2 n-type)، ومن ثمّ، فإنّ إنشاء قناة لتوصيل التيار يشار إليها باسم قناة (p JFET).
الترانزستور هو جهاز خطي لأشباه الموصلات يتحكم في التيار من خلال تطبيق إشارة كهربائية منخفضة الطاقة، يمكن تجميع الترانزستورات تقريبًا في قسمين رئيسيين: ثنائي القطب (bipolar) وذو التأثير المجالي (field-effect). الترانزستور ذو التأثير المجالي “الحقلي” هو جهاز يستخدم جهدًا صغيرًا للتحكم في التيار.
جميع الترانزستورات ذات التأثير المجالي هي أحادية القطب وليست أجهزة ثنائية القطب، أي أنّ التيار الرئيسي من خلالها يتكون إمّا من الإلكترونات من خلال أشباه الموصلات من النوع (N) أو الثقوب من خلال أشباه الموصلات من النوع (P)، يصبح هذا أكثر وضوحًا عند رؤية رسم تخطيطي مادي للجهاز.
أنواع الترانزستور – JFET:
الترانزستور – N-channel JFET:
في ترانزستور التأثير المجالي أو (JFET)، يمر التيار المتحكم به من المصدر إلى المخرج، أو من المخرج إلى المصدر حسب الحالة، يتم تطبيق جهد التحكم بين البوابة والمصدر، لاحظ أنّ التيار لا يجب أن يعبر تقاطع (PN) في طريقه بين المصدر والمخرج، المسار “يسمّى القناة” عبارة عن كتلة غير متقطعة من مادة أشباه الموصلات، هذه القناة عبارة عن أشباه موصلات من النوع (N) يتم أيضًا تصنيع قنوات (JFET) من النوع P.
الترانزستور – P-channel JFET:
بشكل عام، يتم استخدام (N-channel JFETs) بشكل أكثر شيوعًا من (P-channel)، أسباب ذلك تتعلق بالتفاصيل الغامضة لنظرية أشباه الموصلات، كما هو الحال مع الترانزستورات ثنائية القطب، الاختلاف العملي الوحيد بين (N- و P-channel JFETs) الذي سنتحدث عنه هو انحياز تقاطع (PN) المتكون بين مادة البوابة والقناة.
مع عدم وجود جهد مطبق بين البوابة والمصدر، فإنّ القناة هي مسار مفتوح على مصراعيها لتدفق التيار، ومع ذلك، إذا تمّ تطبيق جهد بين البوابة ومصدر قطبية كهذه بحيث يعكس انحياز تقاطع (PN)، يصبح التدفق بين توصيلات المصدر والصرف “المخرج” محدودًا أو منظمًا، تمامًا كما كان الحال بالنسبة للترانزستورات ثنائية القطب بكمية محددة من التيار الأساسي.
شرح الترانزستور – P-channel JFET:
الحد الأقصى لجهد مصدر البوابة “يقطع” كل التيار من خلال المصدر والتصريف، وبالتالي يجبر (JFET) على وضع القطع، يرجع هذا السلوك إلى منطقة استنفاد تقاطع (PN) التي تتوسع تحت تأثير جهد التحيز العكسي (reverse-bias)، ممّا يؤدي في النهاية إلى احتلال عرض القناة بالكامل إذا كان الجهد كبيرًا بدرجة كافية، يمكن تشبيه هذا الإجراء بتقليل تدفق السائل عبر خرطوم مرن عن طريق الضغط عليه: بقوة كافية، سيتم تقييد الخرطوم بما يكفي لمنع التدفق تمامًا.
لاحظ كيف أن هذا السلوك التشغيلي هو بالضبط عكس الترانزستور ثنائي القطب، الترانزستورات ثنائية القطب هي عبارة عن أجهزة منفصلة: لا يوجد تيار يمر عبر القاعدة، ولا يوجد تيار من خلال المجمع أو الباعث، من ناحية أخرى، فإنّ (JFETs) هي أجهزة تعمل بشكل طبيعي، أي لا يوجد جهد مطبق على البوابة يسمح بأقصى تيار من خلال المصدر والصرف. لاحظ أيضًا أنّ مقدار التيار المسموح به عبر (JFET) يتم تحديده بواسطة إشارة الجهد بدلاً من إشارة التيار كما هو الحال مع الترانزستورات ثنائية القطب.
في الواقع، مع تقاطع (PN) لمصدر البوابة المنحاز عكسيًا، يجب أن يكون هناك تيار صفري تقريبًا من خلال اتصال البوابة، لهذا السبب، نصنف (JFET) كجهاز يتم التحكم فيه بالجهد والترانزستور ثنائي القطب كجهاز يتم التحكم فيه بالتيار، إذا كان تقاطع (PN) من مصدر البوابة متحيزًا للأمام (forward-biased) بجهد صغير، فستفتح قناة (JFET) أكثر قليلاً للسماح بمرور تيارات أكبر، ومع ذلك، لم يتم إنشاء تقاطع (PN) الخاص بـ (JFET) للتعامل مع أي تيار كبير بحد ذاته، وبالتالي لا يوصى بتحيز التقاطع الأمامي تحت أي ظرف من الظروف.
المصطلحات الأساسية المتعلقة بالترانزستور – JFET:
- المصدر (Source): المحطة الطرفية التي تشكل اتصالاً مع أحد طرفي القناة، بشكل أساسي، توفر محطة المصدر ناقلات شحنة الأغلبية التي تولد حركتها تيارًا عبر الجهاز.
- الصرف (Drain): توجد محطة التصريف في الطرف المقابل لمحطة المصدر، تنتقل ناقلات الشحنة من طرف إلى آخر ويتم تجميعها عند طرف تصريف الترانزستور.
- البوابة (Gate): تتكون هذه المحطة من خلال اتصال مشترك بين منطقتين منتشرتين بشدة فوق الركيزة، يتم توفير الجهد الذي يتحكم في مستوى التيار عند طرف البوابة.
- القناة (Channel): هي المنطقة الموجودة بين البوابة ومحطة المصدر التي تتم من خلالها حركة حاملات الشحنة الأغلبية.
- الجهد العكسي (Pinch-off voltage): هو أقصى جهد عكسي مطبق عند البوابة إلى طرف المصدر، والذي يتسبب في النهاية في أن يصبح تيار البوابة صفرًا.
مزايا وعيوب الترانزستور – JFET:
مزايا الترانزستور – JFET:
- ينتج عن ترانزستور تأثير مجال التقاطع ضوضاء أقل أثناء التشغيل حيث إنّ حاملات الشحنة الأغلبية فقط هي المسؤولة عن التوصيل.
- تستهلك ترانزستورات (JFET) طاقة أقل أثناء عملية التشغيل.
- نظرًا لأنّه جهاز صغير الحجم، فإنّه يشغل مساحة أقل.
- إنّه يوفر مقاومة مدخلات كبيرة.
عيوب الترانزستور – JFET:
- ناتج كسب النطاق الترددي صغير في حالة (JFET).
- تكلفتها عالية.
- يسبب صغر حجم الجهاز أحيانًا هناك صعوبة في التعامل معه.
تطبيقات الترانزستور – JFET:
- في (op-amp): لأنّه جهاز يتم التحكم فيه بالجهد، وبالتالي، فإنّه يجد التطبيقات كمقاوم متغير للجهد في مضخمات التشغيل (operational amplifiers).
- في مضخمات التردد اللاسلكي (RF amplifiers): مستوى توليد الضوضاء في (JFET) منخفض جدًا مقارنة بالأجهزة الإلكترونية الأخرى، وبالتالي هذه تستخدم على نطاق واسع لتضخيم تردد الراديو.
- في دوائر التبديل (switching circuits): نظرًا لأنّ التيار عبر الجهاز يعتمد على البوابة المطبقة جهدًا في حالة (FETs)، وبالتالي هذه تستخدم في تبديل التطبيقات.
- في الدوائر الرقمية (digital circuits): يسمح الهيكل الصغير للجهاز باستخدامه في الدوائر الرقمية ووحدات الذاكرة لأنظمة الكمبيوتر.
