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JFETs

Der Film zum Kapitel


Aufbau

N-Kanal JFET
Abbildung 1:
JFETs verfügen über drei Anschlüsse:
Source (S, =Quelle), Drain (D, Senke) und Gate (G, Tor). Source- und Drainanschluss befinden sich in dieser Abbildung an dem n-dotierten Grundkörper des Halbleiterkristalls. Die beiden p-dotierten Bereiche sind mit dem Gateanschluss verbunden. Zwischen den beiden p-dotierten Bereichen verbleibt ein Kanal aus n-dotiertem Material. Es handelt sich hier um einen n-Kanal JFET.
P-Kanal JFET
Abbildung 2:
Besteht der Grundkörper aus p-dotiertem Material und der Gatebereich ist n-dotiert, handelt es sich um einen p-Kanal JFET.
Schaltsymbole
Abbildung 3:
Die Schaltsymbole mit Angabe der Anschlüsse.

Funktionsweise

Schaltsymbole
Abbildung 4:
In dem hier abgebildeten n-Kanal JFET befinden sich zwei P/N-Übergänge, deren Verhalten im Kapitel zu Halbleiterdioden bereits ausführlich behandelt wurde. Liegt keine Spannung an den Anschlüssen an, so bilden sich rund um die Kontaktfläche zwei Sperrzonen aus, in denen sich keine beweglichen Ladungsträger (Elektronen oder Löcher) befinden. Zwischen den beiden Sperrzonen rund um die p-dotierten Bereiche des Gates verbleibt ein schmaler Kanal.
Funktionsweise N-Kanal JFET
Abbildung 5:
Was passiert beim Anlegen einer positiven Spannung zwischen Source und Drain? Aufgrund des von der Spannungsquelle hervorgerufenen elektrischen Feldes, wird die Sperrschicht leicht verformt. Auf der linken Seite des Transistor besteht im Vergleich zur rechten Seite ein Elektronenüberschuss. Dadurch wird die Sperrschicht links des p-dotierten Bereichs geschwächt, rechts hingegen verstärkt.

Funktionsweise N-Kanal JFET
Abbildung 6:
Nach wie vor verbleibt jedoch ein kleiner Kanal zwischen den beiden p-dotierten Bereichen, durch den die Elektronen von der Source- zur Drainelektrode driften können. Ohne angelegte Gatespannung fließt ein elektrischer Strom durch den Transistor. JFETs sind selbstleitend, Bipolartransistoren hingegen selbstsperrend.
Funktionsweise N-Kanal JFET
Abbildung 7:
Um den Stromfluss zu unterbinden, muss die Sperrschicht so weit ausgedehnt werden, dass die beweglichen Ladungsträger aus dem Kanal gedrängt werden. Wie im Kapitel zu Halbleiterdioden erläutert, muss dazu der P/N-Übergang in Sperrrichtung gepolt werden, also an den n-dotierten Bereich muss der Plus- und an den p-dotierten Bereich der Minuspol einer Gleichspannungsquelle angeschlossen werden. Gleichzeitig bleibt die zweite Gleichspannungsquelle zwischen Source und Drain angeschlossen. Zwischen Source und Drain liegt eine positive Spannung an und zwischen Source und Gate eine negative Spannung. Die Sourceelektrode ist mit beiden Spannungsquellen verbunden und hier liegt das Nullpotential an.
Funktionsweise N-Kanal JFET
Abbildung 8:
Wird nun eine negative Spannung zwischen Source und Drain angelegt, wächst die Sperrschicht und der Widerstand der Source-Drain-Strecke nimmt zu. Ab einem bestimmten Spannungswert wird der Kanal komplett abgeschnürt und der Transistor ist gesperrt.
Durch den Anschluss der Gateelektrode fließt nur dann kurzzeitig ein Strom, wenn die Spannung zwischen Source und Gate variiert wird. Sobald sich ein Gleichgewicht ausgebildet hat, ist keine weitere elektrische Energie nötig, um diesen Zustand aufrecht zu erhalten. Der Widerstand der Source-Drain-Strecke wird durch die elektrischen Felder des P/N-Übergangs beeinflusst, was zur Namensgebung des Bauteils geführt hat. JFET steht für Junction Field Effect Transistor, also Kontaktflächen Feldeffekt Transistor. Der elektrische Widerstand von Bipolartransistoren wird hingegen durch einen Steuerstrom beeinflusst, weswegen bei diesen Halbleiterbauteilen elektrische Energie aufgewendet werden muss, um den Gleichgewichtszustand aufrecht erhalten zu können.


Funktionsweise N-Kanal JFET
Abbildung 9:
Um einen p-Kanal JFET sperren zu können, muss eine positive Spannung zwischen Source- und Gateelektrode angeschlossen werden.
Funktionsweise P-Kanal JFET
Abbildung 10:
Die Polungen sind im Vergleich zum n-Kanal JFET vertauscht.


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