जंक्शन फ़ील्ड प्रभाव ट्रांजिस्टर
जंक्शन फील्ड इफ़ेक्ट ट्रांजिस्टर वोल्टेज-नियंत्रित अर्धचालक-आधारित ट्रांजिस्टर हैं। ये तीन टर्मिनल वाले यूनिडायरेक्शनल ट्रांजिस्टर हैं; नाली, स्रोत और गेट. जेएफईटी में पीएन जंक्शन नहीं होते हैं, लेकिन वे अर्धचालक सामग्री के चैनलों से बने होते हैं।
निर्माण एवं वर्गीकरण
जेएफईटी के पास बहुसंख्यक चार्ज वाहकों के प्रवाह के लिए एक बड़ा चैनल है। इस चैनल को सब्सट्रेट के रूप में जाना जाता है। सब्सट्रेट पी-प्रकार या एन-प्रकार की सामग्री का हो सकता है। ओमिक संपर्क के रूप में जाने जाने वाले दो बाहरी संपर्क चैनल के दोनों सिरों पर रखे जाते हैं। जेएफईटी को उनके निर्माण में सब्सट्रेट की अर्धचालक सामग्री के आधार पर वर्गीकृत किया गया है।
एन-चैनल जेएफईटी ट्रांजिस्टर
चैनल एन-प्रकार की अशुद्धता सामग्री से बना है, जबकि गेट पी-प्रकार की अशुद्धता सामग्री से बने हैं। एन-प्रकार की सामग्री का मतलब है कि पेंटावेलेंट अशुद्धियाँ डोप की गई हैं, और अधिकांश चार्ज वाहक चैनल में मुक्त इलेक्ट्रॉन हैं। एन-चैनल जेएफईटी का मूल निर्माण और प्रतीकात्मक प्रस्तुति नीचे दिखाई गई है:
पी-चैनल जेएफईटी ट्रांजिस्टर
चैनल पी-प्रकार की अशुद्धता सामग्री से बना है जबकि गेट एन-प्रकार की अशुद्धता सामग्री से बने हैं। पी-चैनल का मतलब है कि त्रिसंयोजक अशुद्धियों को चैनल में डोप किया गया है और बहुसंख्यक चार्ज वाहक छेद हैं। पी-चैनल जेएफईटी का मूल निर्माण और प्रतीकात्मक प्रस्तुति नीचे दिखाई गई है:
जेएफईटी का कार्य करना
जेएफईटी को अक्सर पानी की नली पाइप के सादृश्य के साथ वर्णित किया जाता है। पाइपों के माध्यम से पानी का प्रवाह जेएफईटी के चैनलों के माध्यम से इलेक्ट्रॉनों के प्रवाह के अनुरूप है। पानी के पाइप को निचोड़ने से पानी के प्रवाह की मात्रा तय होती है। इसी तरह, जेएफईटी के मामले में, गेट टर्मिनलों पर वोल्टेज का अनुप्रयोग स्रोत से नाली तक चार्ज की आवाजाही के लिए चैनल को संकीर्ण या चौड़ा करने का निर्णय लेता है।
जब गेट और स्रोत पर रिवर्स बायस वोल्टेज लागू किया जाता है, तो चैनल संकीर्ण हो जाता है जबकि कमी परत बढ़ जाती है। ऑपरेशन के इस मोड को पिंच-ऑफ मोड कहा जाता है। इस प्रकार का चैनल व्यवहार नीचे दर्शाया गया है:
जेएफईटी विशेषता वक्र
जेएफईटी कमी मोड डिवाइस हैं, जिसका अर्थ है कि वे कमी परतों को चौड़ा या संकीर्ण करने पर काम करते हैं। संपूर्ण ऑपरेशन मोड का विश्लेषण करने के लिए, एन-चैनल जेएफईटी पर निम्नलिखित पूर्वाग्रह व्यवस्था लागू की जाती है।
JFET टर्मिनलों पर दो अलग-अलग बायसिंग वोल्टेज लागू किए जाते हैं। वीडीएस को नाली और स्रोत के बीच लगाया जाता है जबकि वीजीएस को गेट और स्रोत के बीच लगाया जाता है जैसा कि उपरोक्त आंकड़े में दिखाया गया है।
जेएफईटी संचालन के चार अलग-अलग तरीकों से काम करेगा, जैसा कि नीचे चर्चा की गई है।
1: ओमिक मोड
ओमिक मोड एक सामान्य स्थिति है जिसके टर्मिनलों पर कोई बायसिंग वोल्टेज लागू नहीं होता है। इसलिए, ओमिक मोड में VGS=0. क्षय परत बहुत पतली होगी और JFET एक अवरोधक जैसे ओमिक तत्व की तरह काम करता है।
2: पिंच-ऑफ मोड
कट-ऑफ मोड में, गेट और स्रोत पर पर्याप्त बायसिंग वोल्टेज लगाया जाता है। लागू रिवर्स बायस वोल्टेज कमी क्षेत्र को अधिकतम स्तर तक फैलाता है और इसलिए चैनल एक खुले स्विच की तरह व्यवहार करता है जो धारा के प्रवाह का विरोध करता है।
3: संतृप्ति मोड
गेट और सोर्स बायस वोल्टेज जेएफईटी के चैनल में करंट प्रवाह को नियंत्रित करता है। बायसिंग वोल्टेज में परिवर्तन के साथ करंट बदलता रहता है। इस मोड में ड्रेन और सोर्स बायस वोल्टेज का प्रभाव नगण्य है।
4: ब्रेकडाउन मोड
नाली और स्रोत पूर्वाग्रह वोल्टेज उस स्तर तक बढ़ जाता है जो जेएफईटी के चैनल में कमी परत को तोड़ देता है। इससे पूरे चैनल में अधिकतम धारा प्रवाह होता है।
जेएफईटी पैरामीटर्स के लिए गणितीय अभिव्यक्तियाँ
संतृप्ति मोड में, जेएफईटी कंडक्टर मोड में प्रवेश करते हैं जहां वोल्टेज वर्तमान में भिन्न होता है। इसलिए, नाली की धारा का मूल्यांकन किया जा सकता है। नाली धारा के मूल्यांकन के लिए अभिव्यक्ति इस प्रकार दी गई है:
गेट वोल्टेज के अनुप्रयोग से चैनल चौड़ा या संकीर्ण हो जाता है। ड्रेन-सोर्स वोल्टेज के अनुप्रयोग के संबंध में चैनल का प्रतिरोध इस प्रकार व्यक्त किया गया है:
आरडीएस की गणना ट्रांसकंडक्टेंस गेन, जीएम के माध्यम से भी की जा सकती है:
JFET के कॉन्फ़िगरेशन
जेएफईटी को इनपुट वोल्टेज के साथ विभिन्न तरीकों से जोड़ा जा सकता है। इन विन्यासों को सामान्य स्रोत, सामान्य गेट और सामान्य नाली विन्यास के रूप में जाना जाता है।
सामान्य स्रोत विन्यास
सामान्य स्रोत कॉन्फ़िगरेशन में, JFET का स्रोत ग्राउंडेड होता है और इनपुट गेट टर्मिनल से जुड़ा होता है जबकि आउटपुट ड्रेन से लिया जाता है। यह कॉन्फ़िगरेशन उच्च इनपुट प्रतिबाधा और वोल्टेज प्रवर्धन कार्य प्रदान करता है। यह एम्पलीफायर मोड कॉन्फ़िगरेशन सभी JFETs कॉन्फ़िगरेशन में सबसे आम है। प्राप्त आउटपुट इनपुट के साथ चरण से 180 डिग्री बाहर है।
सामान्य गेट कॉन्फ़िगरेशन
एक सामान्य गेट कॉन्फ़िगरेशन में, गेट को ग्राउंड किया जाता है जबकि इनपुट स्रोत से जुड़ा होता है और आउटपुट ड्रेन से लिया जाता है। चूंकि गेट जमीन से जुड़ा हुआ है, कॉन्फ़िगरेशन में कम इनपुट प्रतिबाधा है लेकिन आउटपुट पर उच्च प्रतिबाधा है। प्राप्त आउटपुट इनपुट के साथ चरण में है:
सामान्य नाली विन्यास
एक सामान्य नाली में, इनपुट गेट से जुड़ा होता है जबकि आउटपुट स्रोत टर्मिनल से जुड़ा होता है। यह कॉन्फ़िगरेशन भी सामान्य गेट कॉन्फ़िगरेशन की तरह कम इनपुट प्रतिबाधा और उच्च आउटपुट प्रतिबाधा प्रदान करता है, लेकिन यहां वोल्टेज लाभ लगभग एकता है।
यह कॉन्फ़िगरेशन सामान्य स्रोत से भी मेल खाता है जहां इनपुट गेट से जुड़ा होता है, लेकिन सामान्य स्रोत कॉन्फ़िगरेशन में एकता से कम लाभ होता है।
अनुप्रयोग - जेएफईटी एम्पलीफायर कॉन्फ़िगरेशन
जब गेट टर्मिनल वोल्टेज डिवाइडर नेटवर्क से जुड़ा होता है तो जेएफईटी को क्लास-ए एम्पलीफायर के रूप में काम करने के लिए बनाया जा सकता है। स्रोत टर्मिनल पर एक बाहरी वोल्टेज लगाया जाता है, जिसे अधिकतर नीचे सर्किट में वीडीडी के एक-चौथाई के रूप में कॉन्फ़िगर किया जाता है।
इसलिए स्रोत वोल्टेज को इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है:
इसके अलावा, स्रोत वोल्टेज की गणना नीचे दी गई अभिव्यक्ति के माध्यम से की जा सकती है:
उपरोक्त कॉन्फ़िगरेशन से ड्रेन करंट की गणना नीचे दी जा सकती है:
गेट वोल्टेज को नीचे दिए गए अनुसार प्रतिरोधक R1 और R2 के मानों के एक फ़ंक्शन के रूप में प्राप्त किया जा सकता है।
उदाहरण 1: वी की गणना डीडी
यदि वी जीएस(बंद) =-8वी, आई डीएसएस नीचे दिए गए कॉन्फ़िगरेशन में JFET के लिए =24mA, V की गणना करें डीडी जैसा कि चित्र में दिखाया गया है जब आर डी =400.
तब से
निरंतर चालू क्षेत्र में संचालित करने के लिए जेएफईटी के लिए उपरोक्त वीडीएस का न्यूनतम मूल्य होगा, इसलिए:
भी,
ड्रेन सर्किट पर केवीएल लगाने से:
उदाहरण 2: ड्रेन करंट का मान निर्धारित करें
जब JFET कॉन्फ़िगरेशन से नीचे के लिए VGS=3V, VGS(Off)=-5V, IDSS=2mA हो तो ड्रेन करंट का मान निर्धारित करें।
अपवाह धारा के लिए अभिव्यक्ति है:
निष्कर्ष
जंक्शन फील्ड इफ़ेक्ट ट्रांजिस्टर तीन टर्मिनल सेमीकंडक्टर डिवाइस हैं जो ऑपरेशन के विभिन्न तरीकों में कमी वाले क्षेत्रों के व्यवहार के साथ काम करते हैं। उनमें पीएन जंक्शन नहीं होते हैं, लेकिन वे अर्धचालक सामग्री के चैनलों से बने होते हैं।