JFET als energiesparender Ein/Aus-Schalter einsetzen

Feldeffekttransistoren sind in Leistungsschaltanwendungen verbreitet. Dieser Artikel erklärt, wie ein Junction Field-Effect Transistor (JFET) als effizienter Ein/Aus-Schalter in einer einfachen Lampenschaltung dienen kann.

Der Leitpfad des JFET verläuft zwischen seinen Source- und Drain-Anschlüssen. Im untenstehenden Schaltbild sind Source und Drain des JFET mit den beiden Enden der Lampe verbunden, genau wie ein mechanischer Schalter verdrahtet wäre.

Im Gegensatz zu einem Bipolartransistor sind Source und Drain eines JFETS auf dem Symbol elektrisch nicht unterscheidbar. In der Praxis leiten die meisten JFETs zuverlässig in beide Richtungen, sodass die beiden Anschlüsse vertauscht werden können, ohne die Leistung zu beeinträchtigen.

JFET als geöffneter Schalter

Ohne angelegte Spannung zwischen Gate und Source ist der JFET-Kanal vollständig geöffnet und die Lampe erhält vollen Strom. Um die Lampe auszuschalten, wird eine sperrgepolte DC-Spannung zwischen Gate und Source angelegt:

JFET als geschlossener Schalter

Das Anlegen einer ausreichenden Sperrspannung erweitert den Gate-Source-Sperrbereich, „drückt“ den Kanal ab und zwingt den JFET in den Cutoff. Dies schaltet die Lampe aus.

Das Gate zieht praktisch keinen Strom, da es eine sperrgepolte PN-Strecke ist. Als spannungsgesteuertes Bauelement benötigt der JFET vernachlässigbare Eingangsleistung, was ein entscheidender Vorteil gegenüber bipolaren Transistoren ist.

Nach Entfernen der Sperrspannung kann der JFET jedoch im Aus-Zustand verbleiben. Die Gate-Source-Strecke besitzt eine kleine Kapazität, die die Sperrspannung als gespeicherte Ladung halten kann. Um den Transistor in den Ein-Zustand zurückkehren zu lassen, wird ein Entladewiderstand zwischen Gate und Source geschaltet:

Der Widerstandswert ist nicht kritisch; selbst ein hochohmiger Widerstand bietet eine schnelle RC-Entladung, die die gespeicherte Ladung schnell beseitigt.

Jede Spannungsquelle, die wenige Volt DC liefern kann, genügt zur Steuerung des JFET. Die benötigte Spannung, bekannt als Pinch-Off- oder Cutoff-Spannung, variiert mit jedem JFET-Design und ist keine universelle Konstante.

Wichtige Punkte

• JFETs steuern Source-Drain-Strom über eine zwischen Gate und Source angelegte Spannung.
• Sie sind Normal-ein; eine sperrgepolte Gate-Spannung erweitert den Sperrbereich und drückt den Kanal ab.
• Ein Entladewiderstand kann nötig sein, um die Gate-Source-Kapazität zu entladen und den Ein-Zustand nach Entfernen der Steuerspannung wiederherzustellen.

Verwandte Arbeitsblätter

• Junction field-effect transistors (JFET) Worksheet