electronic sinhala lesson - ඉලෙක්ට්‍රොනික්ස් 39

ට්‍රාන්සිස්ටර -5 (Field Effect Transistor (FET))

Junction Field Effect Transistor(JEFT)

ප්‍රධාන වශයෙන් ට්‍රාන්සිස්ටර වර්ග දෙකක් ඇති අතර ඒවා BJT හා FET ලෙස වර්ගකරන ලදී. BJT ට්‍රාන්සිස්ටර ගැන සහ ඒවායේ ක්‍රියාකාරිත්වය පිළිබදව මීය පෙර විස්තර කරන ලදී.ඒ අනුව BJT ට්‍රාන්සිස්ටර වල ක්‍රියාකාරිත්වය සිදු වන්නේ ධාරාව මත වේ.එහෙත් මෙහිදී විස්තර කිරීමට යොදාගනු ලබන FET ට්‍රාන්සිස්ටර ක්‍රියාකාරිත්වය සිදු වන්නේ වෝල්ටීයතාවය මත වේ.ඒ අනුව BJT හා FET ට්‍රාන්සිස්ටරවල ඇති ප්‍රධානම වෙනස්කම මෙය වේ.

BJT ට්‍රාන්සිස්ටර වල ප්‍රතිදාන ධාරාව බේස් අග්‍රයට ලබා දෙනු ලබන ආදාන ධාරාව මගින් පාලනය වේ.එහෙත් FET ට්‍රාන්සිස්ටර වල ප්‍රතිදාන ධාරාව පාලනය වන්නේ ගේට් අග්‍රයට දෙනු ලබන වොල්ටීයතාවය මත වේ.ඒ අනුව BJT ට්‍රාන්සිස්ටර වල කුඩා ආදාන ධාරාව මගින්  විශාල භාරයක් හැසිරවීම සිදු කරන අතර FET හි දී දෙනු ලබන කුඩා ආදාන වෝල්ටීයතාවය  මත ප්‍රතිදානයේ  විශාල භාරයක් හැසිරවීම සිදු කරනු ලබයි.

FET ට්‍රාන්සිස්ටර ද BJT ට්‍රාන්සිස්ටර මෙන් පරිපථ වලදී යොදාගනු ලබන්නේ එකම කාර්යන් සිදුකර ගැනීම සදහා වේ.එනම් ස්විචින් ක්‍රියාවලිය සහ වර්ධන ක්‍රියාවලිය සදහා වේ.එහෙත් BJT ට්‍රාන්සිස්ටර වලට වඩා FET ට්‍රාන්සිස්ටර කාර්යක්ෂමතාව ඉහල වේ. මෙම ඉහළ කාර්යක්ෂමතාව නිසා අදවන විට බොහෝ ඉලෙක්ට්‍රෝණික පරිපථවල BJT ට්‍රාන්සිස්ටරවලට වඩා FET ට්‍රාන්සිස්ටර භාවිතා කරනු ලබයි.

FET ට්‍රාන්සිස්ටර සලකා බැලීමේදී මේවා ද බැලු බැල්මටම BJT ට්‍රාන්සිස්ටර මෙන් අග්‍ර තුනක් සහිත උපාංගයක් වේ.එහෙත් මෙම FET ට්‍රාන්සිස්ටර නිර්මාණය කරන ආකාරය BJT ට්‍රාන්සිස්ටර නිර්මාණය කරන ආකාරයට වඩා සම්පූර්ණයෙන්ම වෙනස් ආකාරයකට සිදු වේ. BJT ට්‍රාන්සිස්ටර නිර්මාණය කරනු ලබන්නේ P-N සංධි මත පදනම්ව වේ.එසේම මේවායේ ක්‍රියාකාරිත්වය සදහා ඉලෙක්ට්‍රෝණ සහ කුහර යන දෙවර්ගයම දායක වේ. එහෙත් FET ට්‍රාන්සිස්ටර නිර්මාණය කිරීම සදහා P-N සංධි යොදාගනු නොලබන අතර ඒ සදහා අධි ප්‍රතිරෝධි අර්ධ සංනායක කොටසක් පදනම් කරගෙන මෙම FET ට්‍රාන්සිස්ටර නිර්මාණය කිරීම සිදු කරනු ලබයි.

එසේම මෙම  ට්‍රාන්සිස්ටර වල ක්‍රියාකාරිත්වය සදහා ඉලෙක්ට්‍රෝණ සහ කුහර යන දෙකෙන් එකක් පමණක් දායක වේ.ඒ අනුව කුමන වර්ගයක වාහක මෙම ට්‍රාන්සිස්ටර වල ක්‍රියාකාරිත්වය සදහා යොදාගනු ලබනවා ද යන්න නිර්මාණය කරන  FET ට්‍රාන්සිස්ටර වර්ගය අනුව තීරණය වේ.

FET ට්‍රාන්සිස්ටර නිර්මාණය කරන ආකාරය අනුව FET ට්‍රාන්සිස්ටර ප්‍රධාන වශයෙන් වර්ග දෙකකට වෙන්කර ඇත. ඒවා නම් 

1.JFET - Junction Field Effect Transistor
2.MOSFET- Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor 

Junction Field Effect Transistor

JFET ට්‍රාන්සිස්ටර යනු FET ට්‍රාන්සිස්ටර වර්ග වලින් එකකි. එසේම JFET යනු FET ට්‍රාන්සිස්ටර වල සරලම ආකාරයක් වන අතර එයට අග්‍ර තුනක් ඇත. එම අග්‍ර ගේට් (Gate) ,සෝර්ස් (Source), ඩ්‍රෝන් (Drain) ලෙස හැදින්වේ.මෙම අග්‍ර තුන සහ  BJT ට්‍රාන්සිස්ටර වල අග්‍ර තුන අතර සම්බන්ධතාවය පහත දැක්වෙන ආකාරයට සංසංදනාත්මකව ඉදිරිපත්කල හැක.

 

BJT ට්‍රාන්සිස්ටර වල ප්‍රධාන ධාරාව කලෙක්ටර හා එමිටර අග්‍ර අතරින් ගලායන අතර එම ධාරාව බේස් අග්‍රය හරහා ගලන ධාරාව අනුව පාලනය වේ.එසේම FET ට්‍රාන්සිස්ටර වලද ප්‍රධාන ධාරාව ඩ්‍රෝන් හා සෝර්ස් අග්‍ර අතරින් ගලායන අතර එම ධාරාව පාලනය කිරීම ගේට් අග්‍රයට දෙනු ලබන වේල්ටීයතාවය අනුව සිදු වේ.

BJT ට්‍රාන්සිස්ටර P-N සංධි වලින් සාදා ඇති නිසා ඒවායේ ක්‍රියාකාරිත්වය P-N සංධි මත සිදු වේ.JFET ට්‍රාන්සිස්ටර වල ක්‍රියාකාරිත්වය දෙස බැලීමේදී  ඒවා P-N සංධි වෙනුවට අධි ප්‍රතිරෝධි අර්ධ සංනායක කොටසක් පදනම් කරගෙන මෙම ට්‍රාන්සිස්ටර නිර්මාණය කරගනු ලබයි.එම නිසා මෙම ට්‍රාන්සිස්ටර වල ක්‍රියාකාරිත්වය  BJT ට්‍රාන්සිස්ටර වල ක්‍රියාකාරිත්වයට වඩා වෙනස් ආකාරයට සිදු වේ. මෙම අධි ප්‍රතිරෝධි අර්ධ සංනායක කොටස “Channel” ලෙස හදුන්වනු ලබයි.

ඉහත රූපයේ දැක්වෙන්නේ JFET ට්‍රාන්සිස්ටර නිර්මාණය කර ගන්නා ආකාරයේ දළ සටහනකි.ඒ අනුව Channel  කොටසට Source හා  Drain අග්‍ර සම්බන්ද කරන අතර Gate අග්‍රය,Channel කොටසේ යොදාගනු ලබන අර්ධ සංනායක කොටසට වෙනස් අර්ධ සංනායක කොටසක් යොදාගෙන වෙනස් ධ්‍රැවීයතා කලාප දෙකක් අතර Channel  කොටසට පිහිටන ලෙස නිර්මාණය කරගනු ලබයි.

ඉහත කරුනු අනුව පෙනෙන කාරනය නම්, Channel කොටසට යොදාගනු ලබන අර්ධ සංනායක වර්ගය අනුව මෙම JFET ට්‍රාන්සිස්ටර ද P-වර්ගයේ හා N-වර්ගයේ ට්‍රාන්සිස්ටර ලෙස වෙන්කල හැකි බවයි. පහත දැක්වෙන්නේ JFET ට්‍රාන්සිස්ටර වල  සංකේතයන් සහ මූලික රූප සටහන්ය.

BJT ට්‍රාන්සිස්ටර මෙන් JFET ට්‍රාන්සිස්ටරවල ද වැඩි වශයෙන් යොදාගනු ලබන වර්ගය වන්නේ N වර්ගයේ JFET ට්‍රාන්සිස්ටර වේ.

JFET ට්‍රාන්සිස්ටරවල ක්‍රියාකාරිත්වය

JFET හි පාලන තත්වය  තීරණය වන්නේ එහි අග්‍ර අතර වෙනස් වෝල්ටීයතා දෙකක අගයන් වෙනස්වීම් මගිනි.එනම්  Gate-Source වෝල්ටීයතාවය (VGS) සහ Drain -Source වෝල්ටීයතාවය (VDS) මගිනි.එනම් VGS වෝල්ටීයතාවය වෙනස් වීම අනුව Drain හා Source අතර ගලන ධාරාව පාලනය කලහැක.මෙය සිදුවන ආකාරය පහත පරිදි විස්තර කර ගත හැක.මේ සදහා N වර්ගයේ JFET ට්‍රාන්සිස්ටරයක් යොදාගනු ලබයි.

 

BJT ට්‍රාන්සිස්ටර ක්‍රියාකාරීව යොදා ගැනීම සදහා එහි අග්‍ර අතර සුදුසු වෝල්ටීයතාවයන් යොදා නැබුරු කිරීම කරගත යුතුය.එසේම පහත දැක්වෙන්නේ JFET ට්‍රාන්සිස්ටර ක්‍රියාකාරීව යොදාගැනීම සදහා වෝල්ටීයතාවයන් යොදන ආකාරය වේ.

පළමුව Gate හා Source අතර වෝල්ටීයතාවය ශුන්‍ය අවස්ථාව සලකා බලමු. මෙහිදී  Drain හා Source අතර ප්‍රතිරෝධය ශුන්‍ය වන අතර Channel කොටසේ සන්නායකතාව ඉහළ මට්ටමක පවතී.මේ අවස්ථාවේදී Gate සිට Source දක්වා ධාරාව පහසුවෙන් ගමන් කල හැක.දැන්  Gate හා Source අතර වෝල්ටීයතාවය ශුන්‍යයට වඩා අඩු කරගන යනු ලබමු. (එනම් negative වෝල්ටීයතාවයක් යොදමු) එවිට සිදුවන දෙය නම්  Channel කොටසේ ප්‍රතිරෝධය වැඩි වන අතර Channel කොටසේ සන්නායකතාව අඩු වේ.එවිට Drain හා Source අතර ධාරාව ගැලීම අපහසු වේ.  මේ වීමට හේතුව වන්නේ Gate හා Source අතර වෝල්ටීයතාවය අඩුකරන විට,රූපයේ දක්වා ඇති ආකාරයට  P- අර්ධ සංනායක කොටස වටා  ඇති depletion layers එක විශාල වේ.මේ ආකාරයට දිගින් දිගටම වොල්ටීයතාවය අඩු කරන විට depletion layers එක විශාල වී Gate හා Source අතර ධාරාව නොගලන අවස්ථාවක් ඇතිවේ.මෙම අවස්ථාව  pinched-off ලෙස හැදින්වේ.එසේම මෙම වොල්ටීයතාවය pinched-off වෝල්ටීයතාවය(Vp) ලෙස හැදින්වේ.මේ මගින් Gate හා Source අතර වෝල්ටීයතාවය වෙනස්වීම අනුව Drain හා Source අතර ධාරාව ගලන ආකාරය පැහැදිලි කර ගත හැක.

JFET V-I Characteristics

පහත දැක්වෙන්නේ  Gate හා Source අතර වෙනස් වෝල්ටීයතාවයන්(V_GS) අනුව Drain හා Source අතර වොල්ටීයතාවය(V_DS) අනුව එම අග්‍ර හරහා ගලන ධාරාව (I_D) වෙනස් වන ආකාරය එකම ප්‍රස්ථාරයක ඉදිරිපත් කර ඇති ආකාරයයි.

ඉහත ප්‍රස්ථාරය බැලුවිට පෙනෙන කාරනය නම් JFET ට්‍රාන්සිස්ටර ක්‍රියාත්මක වන කාලාප හතරක් ඇති බවයි.එනම් ohmic, saturation, cut-off හා break-down  යන කළාප වේ.

Ohmic කළාපය

මෙම කළාපය තුල JFET තුලින් ගලන ධාරාව   ohm නියමය පිළිබදිනු ලබයි. මෙහිදී VGS = 0 වන නිසා depletion layers එක ඉතා කුඩා බැවින් Channel කොටසේ ප්‍රතිරෝධය ඉතා අඩු වේ.මෙම කලාපය තුල ට්‍රාන්සිස්ටරය, වෝල්ටීයතාවය අනුව වෙනස් වන ප්‍රතිරොධයක් ලෙස යොදාගත හැක.

Saturation කළාපය

මෙම කලාපය තුල Channel කොටස හොද සංනායකයක් ලෙස ක්‍රියා කරනු ලබයි. එසේම මෙම කළාපය තුල  JFET තුලින් ගලන ධාරාව  ගේට් වෝල්ටීයතාව (VGS) මගින් පාලනය කල හැක.

Cut-off කළාපය

මෙම කළාපය Pinched-off කළාපය ලෙස ද හදුන්වනු ලබයි.මෙම කාලාපය තුලදී, JFET තුලින් ධාරාව ගැලීමක් සිදු නොවේ.මෙම කලාපයට පත්වීම සදහා ගේට් අග්‍රයට ලබා දිය යුතු අවම negative වේල්ටීයතාවය pinched-off වෝල්ටීයතාවය(Vp) ලෙස හැදින්වේ.මෙම කාළාපය තුල  ට්‍රාන්සිස්ටරය OFF අවස්ථාවේ ඇත.

Breakdown කළාපය

Drain හා Source අතර වොල්ටීයතාවය (VDS) Channel කොටසට දැරිය හැකි උපරිම අගයට වඩා  වැඩිවන විට මෙය බිද වැටීමකට ලක්වේ. එවිට ගේට් අග්‍රයේ පාලනයකින් තොරව JFET හරහා උපරිම ධාරාව ගමන් කරනු ලබයි.

JFET හී වින්‍යස

JFET ට්‍රාන්සිස්ටර ද, පරිපථ වලදී BJT ට්‍රාන්සිස්ටර මෙන් එකිනෙකට වෙනස් වින්‍යස තුනක් යොදාගනු ලබයි.මෙම වින්‍යස BJT ට්‍රාන්සිස්ටර වල වින්‍යස වලට අනුරූප වන අතර එම වින්‍යස වල ක්‍රියාකාරිත්වයට වඩා උසස් ආකාරයෙන් යොදා ගත හැකිය.

එසේම මෙම  ට්‍රාන්සිස්ටර යොදා ගැනීමේදී ද,  BJT ට්‍රාන්සිස්ටර මෙන් සුදුසු වොල්ටීයතාවයක් යොදා ක්‍රියාකාරී තත්වයට පත්කර ගත යුතුය.ඒ සදහා ද පෙර දී විස්තර කරන ලද නැබුරු ආකාරයක් යොදා ගෙන  JFET  ට්‍රාන්සිස්ටර වල ක්‍රියාකාරිත්වය ඇති වීමට අදාල වොල්ටීයතාවයන් ලැබෙන පරිදී සකස් කිරීම කරගත යුතුය.ඉන් අනතුරුව සුදුසු වින්‍යසයක් යොදාගෙන  BJT ට්‍රාන්සිස්ටර යොදාගත් ආකාරයට සංඥා වර්ධනය වැනි කාර්යන් සදහා යොදාගත හැකිය.

පහත දැක්වෙන්නේ එම වින්‍යස වේ.

JFET හී ක්‍රියාකාරිත්වය දෙස බලන විට පෙනෙන කාරනය නම්.ගේට් අග්‍රය මත වෝල්ටීයතාවය 0v හිදී එසේත් නොමැති නම් ගේට් හා සෝර්ස් අග්‍ර අතර වෝල්ටීයතා වෙනසක් නොමැති නම්  ඩ්‍රෙන් සහ සෝර්ස් අග්‍ර අතර ධාරාව ගැලීම උපරිමයෙන් සිදු වේ.මෙය ට්‍රාන්සිස්ටරයේ ON අවස්ථාව වේ. ඉන් පසු ගේට් අග්‍රය මත වොල්ටීයතාවය ක්‍රමයෙන් (-) දෙසට වැඩිකරගෙන යන විට(ගේට් අග්‍රය මත වෝලීයතාවයට සාපේක්ෂව සෝර්ස් අග්‍රයමත වෝල්ටීයතාවය වැඩි කරන විට) ඩ්‍රෙන් සහ සෝර්ස් අග්‍ර අතර ධාරාව ගැලීම ක්‍රමයෙන් අවම  වී ගේට් අග්‍රයේ යම් අගයකින් පසුව ධාරාව ගැලීම නතර වේ.එවිට ට්‍රාන්සිස්ටරය OFF තත්වයට පත්වේ.මේ අනුව පෙනෙන කාරනය නම් JFET හී ක්‍රියාකාරිත්වය ඇති කර ගැනීමට කල යුතු වන්නේ ගේට් අග්‍රය මත වොල්ටීයතාවය  0 සිට  (-)  අතර වෙනස් කලයුතු බවයි.