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Perché il JFET è chiamato 'depletion mode device'? Qual è il segreto dietro questo?
Nell'ingegneria elettronica e nella tecnologia dei semiconduttori, i transistor a effetto di campo a giunzione (JFET) sono ampiamente utilizzati. Il JFET è un semplice dispositivo semiconduttore a tre terminali che può essere utilizzato come interruttore controllato elettronicamente, come resistore o per costruire un amplificatore. A differenza del transistor a giunzione bipolare (BJT), il JFET è completamente controllato dalla tensione poiché non richiede una corrente di polarizzazione. Il JFET è chiamato dispositivo a modalità di svuotamento perché il suo funzionamento è strettamente correlato alla "regione di svuotamento" dello spazio corrente.
Il principio di funzionamento del JFET può essere paragonato al controllo del flusso di un tubo da giardino. Comprimendo il tubo per ridurre la sezione trasversale e quindi il flusso d'acqua, il JFET controlla il flusso di corrente restringendo il canale conduttivo.
Una struttura di questo tipo conferisce al JFET un'elevata impedenza di ingresso, in genere fino a 10^10 ohm, il che significa che l'interferenza con il circuito in ingresso è minima. Applicando una tensione di polarizzazione inversa al suo gate, possiamo effettivamente "bloccare" o ridurre la corrente che scorre attraverso il canale, controllando così l'uscita. Questa caratteristica è anche la ragione per cui il JFET viene definito un dispositivo a modalità di esaurimento.
Struttura del JFET
Un JFET è costituito da un lungo canale di materiale semiconduttore, che può essere di tipo n o di tipo p. Le due estremità del canale sono collegate alla sorgente e al drenaggio, e la funzione di gate di controllo della corrente è realizzata attraverso la giunzione pn adiacente al canale. Quando al gate viene applicata la tensione appropriata, la regione di svuotamento risultante si allarga, limitando la corrente che scorre attraverso il canale.
Funzione del JFET
In normali condizioni operative, la corrente che scorre attraverso un JFET è correlata alla tensione tra la sua sorgente e il suo drain. Questa proprietà rende il JFET utile in molti circuiti elettronici, soprattutto nelle applicazioni che richiedono basso rumore e alta impedenza di ingresso, come gli amplificatori operazionali (op-amp).
Molti dispositivi JFET presentano simmetria nella progettazione della sorgente e del drain, il che conferisce loro maggiore flessibilità e compatibilità nelle applicazioni.
Storia del JFET
Il concetto di JFET fu proposto per la prima volta da Julius Lilienfeld negli anni '20 e '30, ma la sua effettiva realizzazione richiese progressi tecnologici decenni più tardi. Solo nel 1945 Heinrich Welk presentò per la prima volta una domanda di brevetto per il JFET. Più tardi, nel 1953, George C. Daisy e Ian M. Ross realizzarono con successo un JFET funzionante, che segnò un'altra pietra miliare nella storia del JFET.
Applicazioni di JFET
JFET ha un'ampia gamma di applicazioni in molti campi. Ad esempio, vengono spesso utilizzati negli amplificatori audio e negli amplificatori RF grazie alla loro eccellente immunità al rumore. Inoltre, con la commercializzazione di dispositivi a banda larga in silicio-carbone (SiC), i JFET sono dotati del potenziale per velocità di commutazione più elevate e applicazioni ad alta tensione, il che conferisce loro un ruolo sempre più importante nei moderni dispositivi elettronici.
Confronto tra JFET e altri transistor
I JFET hanno un guadagno più elevato e un rumore più basso rispetto ad altri tipi di transistor, il che li rende molto importanti in determinati sistemi a basso rumore. Inoltre, i JFET sono più tolleranti all'accumulo di elettricità statica rispetto ai transistor a giunzione bipolare, il che li rende più vantaggiosi in alcune applicazioni sensibili.
In generale, il design, la struttura e la modalità di funzionamento unica del JFET lo rendono un componente indispensabile nella moderna tecnologia elettronica. Tuttavia, con l'avanzare della tecnologia, anche il ruolo del JFET potrebbe cambiare. Quali innovazioni sorprendenti ci aspetteranno di esplorare in futuro?
