바이폴라 트랜지스터 와 마찬가지로 , 전계 효과 트랜지스터는 부하에 공급되는 전력을 제어하는 온/오프 스위치로 사용될 수 있습니다. JFET를 스위치로 사용하는 방법에 대한 연구를 익숙한 스위치/램프 회로를 통해 시작해 보겠습니다.
JFET의 제어된 전류는 소스와 드레인 사이로 흐른다는 점을 기억하고 위 회로에서 스위치의 두 끝을 JFET의 소스 및 드레인 연결로 대체합니다.
아직 눈치채지 못하셨겠지만, JFET의 소스와 드레인 연결은 회로 기호에서 동일하게 보입니다. 화살표로 이미터와 컬렉터가 명확하게 구분되는 바이폴라 접합 트랜지스터와 달리, JFET의 소스와 드레인 라인은 모두 반도체 채널을 나타내는 막대에 수직으로 연결됩니다. 이는 우연이 아닙니다. 실제로 JFET의 소스와 드레인 라인은 종종 호환되기 때문입니다! 다시 말해, JFET는 일반적으로 소스에서 드레인으로 또는 드레인에서 소스로, 어느 방향으로든 채널 전류를 처리할 수 있습니다.
개방형 스위치로서의 JFET
이제 회로에 필요한 것은 JFET의 전도를 제어하는 방법뿐입니다. 게이트와 소스 사이에 인가된 전압이 0이면 JFET의 채널은 "열려" 램프에 최대 전류가 흐릅니다. 램프를 끄려면 JFET의 게이트와 소스 연결 사이에 다음과 같이 다른 DC 전압원을 연결해야 합니다.
폐쇄형 스위치로서의 JFET
이 스위치를 닫으면 JFET 채널이 "핀치 오프"되어 차단되고 램프가 꺼집니다.
게이트를 통과하는 전류는 없습니다. 역방향 바이어스된 PN 접합이므로 전류 흐름을 완전히 차단합니다. 전압 제어 소자인 JFET는 무시할 수 있는 수준의 입력 전류를 필요로 합니다. 이는 바이폴라 트랜지스터에 비해 JFET의 장점으로, 제어 신호에 필요한 전력이 거의 없습니다.
제어 스위치를 다시 열면 게이트에서 역방향 바이어스 DC 전압이 차단되어 트랜지스터가 다시 켜집니다. 어쨌든 이상적으로는 이렇게 작동합니다. 하지만 실제로는 전혀 작동하지 않을 수 있습니다.
왜 이런 걸까요? 왜 JFET의 채널이 게이트와 소스 사이에 전압이 인가되지 않았을 때처럼 다시 열려 램프 전류가 흐르지 않을까요? 답은 역방향 바이어스된 게이트-소스 접합의 동작에 있습니다. 이 접합 내부의 공핍 영역은 게이트와 소스를 분리하는 절연 장벽 역할을 합니다. 따라서 이 접합은 전하 전위를 저장할 수 있는 일정량의 정전용량을 가지고 있습니다 . 외부 전압을 인가하여 이 접합에 강제로 역방향 바이어스를 주면, 해당 전압의 소스가 분리된 후에도 역방향 바이어스 전압을 저장된 전하로 유지하는 경향이 있습니다. JFET를 다시 켜려면 저항을 통해 게이트와 소스 사이에 저장된 전하를 블리딩해야 합니다 .
출혈 저항기
이 저항 값은 그다지 중요하지 않습니다. JFET의 게이트-소스 접합의 정전용량은 매우 작기 때문에, 블리드 저항 값이 다소 높더라도 빠른 RC 시간 상수가 생성되어 스위치가 열리면 트랜지스터가 지연 없이 다시 도통될 수 있습니다.
바이폴라 트랜지스터처럼 제어 전압이 어디서, 어떤 전압으로 공급되는지는 거의 중요하지 않습니다. JFET의 전도를 제어하는 전압을 공급하기 위해 태양 전지, 열전대 또는 기타 전압 생성 장치를 사용할 수 있습니다. JFET 스위치 작동을 위한 전압원에 필요한 것은 JFET 채널의 핀치오프를 달성하기에 충분한 전압뿐입니다. 이 전압은 일반적으로 수 볼트 DC 범위에 있으며, 핀치오프 또는 차단 전압이라고 합니다. 특정 JFET의 정확한 핀치오프 전압은 고유한 설계에 따라 결정되며, 실리콘 BJT의 베이스-이미터 접합 전압의 0.7V처럼 보편적인 값이 아닙니다.
검토:
- 전계 효과 트랜지스터는 게이트와 소스 사이에 인가되는 전압을 통해 소스와 드레인 사이의 전류를 제어합니다. 접합 형 전계 효과 트랜지스터(JFET)에서는 게이트와 소스 사이에 PN 접합이 있으며, 이 접합은 일반적으로 소스-드레인 전류 제어를 위해 역방향 바이어스됩니다.
- JFET는 정상 상태(normally-on, 정상 포화) 소자입니다. 게이트와 소스 사이에 역방향 바이어스 전압을 인가하면 해당 접합의 공핍 영역이 확장되어 제어된 전류가 흐르는 소스와 드레인 사이의 채널이 "핀치 오프(pinch off)"됩니다.
- 제어 전압이 제거될 때 접합부의 자연적 정전용량에 축적된 전하를 방전시키기 위해 게이트와 소스 사이에 "블리드오프" 저항을 연결해야 할 수도 있습니다. 그렇지 않으면 전압원이 분리된 후에도 JFET가 차단 모드를 유지하기 위해 전하가 남아 있을 수 있습니다.