JFET
Liitoshila-FET (junction gate field-effect transistor, JFET tai joskus JUGFET)
on yksinkertaisin FET eli kanavatransistori.
Kuten muuitakin transistoreita, JFET:ejä voi käyttää elektronisesti ohjattuina kytkiminä. Lisäksi niitä voi käyttää myös jänniteohjattavina vastuksina.
JFET:issä on kolme erityyppistä liitäntää: "lähde" (source, S), "nielu" (drain, D) ja "hila" (gate, G).
JFET muodostuu kahden puolijohderajapinnan välissä olevasta kanavasta, joka yhdistää "lähteen" ja "nielun". Kolmas liitäntä "hila" ei ole kosketuksissa suoraan kanavaan, vaan rajapinnan vastakkaisella puolella oleviin alueisiin.
Sekä kanava että sitä ympäröivien rajapintojen toisella puolella sijaitsevat kaksi muuta aluetta on seostettu ("doupattu") siten, että kanava on sähköisesti vastakkaisen tyyppinen kuin kaksi muuta aluetta. JFET jaotellaankin kahteen eri tyyppiin kanavan seostuksen mukaan: n-tyyppi (kanavalla negatiivinen seos) ja p-tyyppi (kanavalla positiivinen seos).
Periaatteessa "D"- ja "S"-elektrodit ovat keskenään vaihdettavissa, jos se sopii paremmin kytkennän fyysiseen rakentamiseen, kunhan kytkentä myös muuttuu vastaamaan näiden elektrodien uusia merkityksiä.
Ilman hilajännitettä virta kulkee helposti pitkin kanavaa, kun tuodaan jännite-ero formula_1 "lähteen" ja "nielun" välille. Jännitteen formula_1 napaisuus on sellainen, että se laittaa hilan ja kanavan välisen p-n -liitoksen estosuuntaan ja näin leventää liitoksen "tyhjennysaluetta" (engl. "depletion zone"). JFET:iin syntyvä tyhjennysalue on sellainen alue, jossa ei ole liikkuvia varauksen kuljettajia ja se syntyy kanavan reunamille puolijohderajapinnalle.
Hilajännitettä formula_3 kasvatettaessa tyhjennysalue levenee ja kanava kutistuu siinä kulkevan virran vähetessä. Tyhjennysalue ei ole symmetrinen, vaan se on leveämpi kanavan päässä, joka on lähempänä nielua, koska hilan ja kanavan välinen estojännite on siellä korkein.
Tällä tavalla hila ohjaa kanavan "johtavuutta", aivan kuten MOSFET:issäkin.
Toisin kuin MOSFET:it, JFET:it toimivat aina estovyöhyketilassa, eli ne ovat aina johtavia, jos hilalla ei ole jännitettä.
Riippuen kulttuurista, piirrosmerkit ovat joko kuten kuvissa oikealla, tai samanlaiset ilman ympyrää, tai niin että hila on keskellä kanavaa eikä lähteen/nielun kohdalla (ympyrällä tai ilman).
Symmetrinen versio koettaa vihjata, että kanava on todellakin symmetrinen siinä mielessä, että "lähde" ja "nielu" liitännät ovat keskenään vaihtokelpoisia.
Hilan nuolen kärjen suunta kertoo, miten päin liitoksen P-N-rajapinta on suhteessa kanavaan.
Sulkeakseen kanavan, tarvitaan noin kahden voltin takaperoinen (V) jännite suhteessa "lähteeseen" ("Source").
N-tyypin kanavalla vihje on siis, että hilan jännitteen pitää olla negatiivinen suhteessa lähteeseen.
P-tyypin kanavalla haetaan positiivista V:ää.
JFET:in hila esiintyy pienenä virtakuormana joka johtuu hila-kanava-liitoksen estosuuntaisesta vuotovirrasta.
MOSFET:illa on etunaan erittäin pieni hilavirta (suuruudeltaan pikoampeereita) koska siinä on eristävä oksidikerros hilan ja kanavan välissä.
Toisaalta verrattaessa JFET:in hilavirtaa bipolaaritransistorin kantavirtaan, JFET:illä hilavirta on paljon pienempi ja sillä on myös suurempi transkonduktanssi kuin MOSFET:illä.
Siksi JFET:illä on saavutettu erinomaisia tuloksia vähäkohinaisissa vahvistimissa, korkeaimpendanssisissa operaatiovahvistimissa ja joskus myös yksinkertaisissa kytkinsovelluksissa.
JFET:in olemuksen ennusti Julius Lilienfeld jo niinkin aikaisin kuin 1925 ja sen toiminnan teoria tunnettiin kyllin hyvin jo 1930 luvun puolivälissä että sille voitiin myöntää patentti.
Aikakauden teknologia ei ollut kuitenkaan kyllin hyvä että olisi kyetty tuottamaan seostettuja puolijohteita kyllin suurella tarkkuudella vielä moniin vuosiin.
Vuonna 1947 Bell-laboratorion tutkijat John Bardeen, Walter Houser Brattain ja William Shockley yrittivät rakentaa JFET:iä, kun he rakensivatkin bipolaaritransistorin.
Ensimmäiset toimivat JFET:it tehtiin useita vuosia myöhemmin vaikka ne olikin keksitty ensiksi.
Virta n-JFET:issä johtuu pienestä jännite-erosta "lähteen" (engl. "source") ja "nielun" (engl. "drain") välillä: V ja se määräytyy kaavalla:
missä:
Kyllästyneellä toiminta-alueella:
Lineaarisella toiminta-alueella: