Tranzystory JFET

W tranzystorach JFET prąd przenoszony jest przez nośniki większościowe i sterowany jest polem elektrycznym przyłożonym z zewnątrz. Tranzystor JFET zbudowany jest z płytki z jednego typu półprzewodnika (p lub n), która stanowi tzw. kanał. Na jego końcach znajdują się styki źródła (ang. source - S) i drenu (ang. drain - D). Dookoła środkowej części kanału (lub po obu jego stronach) występuje bramka - obszar półprzewodnika przeciwnego typu - jeżeli kanał jest typu n, to bramka jest typu p, i odwrotnie - gdy kanał jest typu p, to bramka jest wykonana z półprzewodnika typu n. Powstałe złącze bramka-kanał polaryzuje się zawsze zaporowo. Dlatego tranzystor JFET wykazuje dużą rezystancję wejściową (rzędu GΩ - odpowiadającą rezystancji złącza p-n spolaryzowanego zaporowo.
Przy małej wartości napięcia dren – źródło (UDS ≥ 0) oraz przy braku polaryzacji bramki (UGS = 0) warstwa zaporowa złącza bramka – kanał wnika na niewielką głębokość do obszarów kanału. Ponieważ obszar bramki jest o kilka rzędów wielkości silniej domieszkowany niż obszar kanału, warstwa zaporowa wnika o wiele głębiej do kanału niż do bramki.
W przypadku przyłączania napięcia UDS pomiędzy drenem a źródłem popłynie prąd drenu ID, zależny liniowo od napięcia UDS. Prąd ten jest prądem nośników większościowych (elektronów w przypadku kanału typu n, dziur w kanale typu p). Gdy wzrasta napięcie UGS (polaryzacja zaporowa złącza bramka-kanał), warstwa zaporowa rośnie, kanał się zawęża. Rezystancja kanału rośnie, a wartość prądu drenu maleje. Przy dalszym wzroście napięcia nastąpi zetknięcie się warstw zaporowych i zamknięcie kanału. Prąd drenu maleje do zera. Ten stan tranzystora nazywa się odcięciem (ang. pinch-off) lub zatkaniem. Wartość napięcia UGS przy której tranzystor wchodzi w ten stan, nazywa się napięciem odcięcia (ang. pinch-off voltage) lub zatkania i jest oznaczana przez UGS. Dalszy wzrost napięcia UGS nie wpływa na prąd drenu, a w skrajnym wypadku może doprowadzić do przebicia złącza bramka-kanał. W stanie zatkania tranzystor posiada bardzo dużą rezystancję między źródłem a drenem, rzędu gigaomów.
Teoretycznie tranzystor polowy złączowy może też pracować przy napięciu UGS polaryzującym złącze bramka-kanał w kierunku przewodzenia, jeśli tylko to napięcie jest mniejsze od napięcia dyfuzyjnego dla złącza (ok. 0,7 V w tranzystorze krzemowym). Wówczas tranzystor ma małą rezystancję wejściową i w obwodzie bramka-źródło płynie dość duży prąd przewodzenia. Prąd drenu zachowuje stałą wartość, niezależnie od napięcia UDS. O tak działającym tranzystorze mówi się, że pracuje w obszarze nasycenia, gdzie prąd drenu nie zależy od napięcia dren-źródło, ale zależy od napięcia na bramce UGS.
Napięcie UDS, przy którym tranzystor przechodzi w stan nasycenia, oznacza się UDSSAT (ang. saturation - nasycenie). Zależy ono od napięcia na bramce - UGS. Dla UGS = 0 V napięcie saturacji jest równe napięciu odcięcia.
Charakterystyka wyjściowa

Charakterystyka wyjściowa tranzystora przedstawia graficznie zależność prądu drenu ID od napięcia dren-źródło UDS, przy stałym napięciu bramka-źródło UGS. Napięcie UGS = 0 odpowiada zwarciu bramki ze źródłem. Prąd drenu, który płynie przy bramce zwartej ze źródłem oznacza się symbolem IDSS. Pierwsza litera S oznacza nasycenie (ang. saturation), druga zwarcie (ang. shorted). Dla napięć Uds> Ugs-Up tranzystot pracuje w zakresie nasycenia. W obszarze nasycenia, czyli dla płaskich części charakterystyk wyjściowych, prąd drenu można wyznaczyć z następującego wzoru:
Dla danego tranzystora wartości IDSS i UP są stałe, więc prąd drenu zależy tylko od napięcia UGS. Ze wzoru wynika, że dla UGS równego napięciu odcięcia prąd drenu nie płynie, czyli ID = 0. Dla małych napięć Uds<Ugs-Up , prąd drenu jest liniową funkcją Uds w liniowym zakresie pracy tranzystora.



Charakterystyka przejściowa
Charakterystyka przejściowa tranzystora JFET wyraża zależność prądu drenu ID od napięcia bramka-źródło UGS. Nachylenie stycznej do charakterystyki przejściowej stanowi wartość konduktancji przejściowej w danym punkcie.
Przy małych wartościach napięcia dren-źródło tranzystor może pełnić rolę rezystora o rezystancji zmienianej za pomocą napięcia UGS. Wartość dynamicznej rezystancji wyjściowej można obliczyć ze wzoru