Полевой транзистор (FET) представляет собой трехполюсное полупроводниковое устройство. Его работа основана на контролируемом входном напряжении. По внешнему виду JFET и биполярные транзисторы очень похожи. Тем не менее, BJT является устройством, управляемым током, а JFET управляется входным напряжением. Чаще всего доступны два типа FET.
- Транзистор с полевым контактом (JFET)
- Металлооксидный полупроводниковый полевой транзистор (IGFET)
Транзистор с полевым контактом
Работа транзистора с полевым эффектом соединения зависит только от потока основных носителей (электронов или дырок). По сути, JFET состоят из кремниевого стержня типа N или P, содержащего PN-соединения по бокам. Ниже приведены некоторые важные моменты, которые следует помнить о FET.
-
Ворота. Используя диффузию или легирование, обе стороны стержня N-типа сильно легируются для создания PN соединения. Эти легированные области называются воротами (G).
-
Источник — это точка входа для большинства носителей, через которую они входят в полупроводниковую полосу.
-
Слив — это точка выхода для большинства носителей, через которую они покидают полупроводниковый стержень.
-
Канал — это участок материала типа N, через который большинство носителей проходят от источника к стоку.
Ворота. Используя диффузию или легирование, обе стороны стержня N-типа сильно легируются для создания PN соединения. Эти легированные области называются воротами (G).
Источник — это точка входа для большинства носителей, через которую они входят в полупроводниковую полосу.
Слив — это точка выхода для большинства носителей, через которую они покидают полупроводниковый стержень.
Канал — это участок материала типа N, через который большинство носителей проходят от источника к стоку.
Существует два типа JFET, обычно используемых в полевых полупроводниковых устройствах: N-канальный JFET и P-канальный JFET .
N-канал JFET
Он имеет тонкий слой материала N-типа, сформированный на подложке P-типа. На следующем рисунке показана кристаллическая структура и условное обозначение N-канального JFET. Тогда ворота сформированы сверху канала N с материалом типа P. На конце канала и затвора подводятся подводящие провода, а подложка не имеет соединения.
Когда источник постоянного напряжения подключен к источнику и выводам стока JFET, максимальный ток будет течь через канал. Одинаковое количество тока будет течь от истоковой и сливной клемм. Величина тока в канале будет определяться значением V DD и внутренним сопротивлением канала.
Типичное значение сопротивления исток-сток JFET составляет несколько сотен Ом. Понятно, что даже при открытом затворе в канале будет проходить полная токопроводимость. По существу, величина напряжения смещения, приложенного к ID, контролирует поток носителей тока, проходящих через канал JFET. При небольшом изменении напряжения на затворе JFET может контролироваться в любом месте между полной проводимостью и отключенным состоянием.
P-Channel JFET
Он имеет тонкий слой материала P-типа, сформированный на подложке N-типа. На следующем рисунке показана кристаллическая структура и условное обозначение N-канального JFET. Ворота сформированы сверху канала P с материалом типа N. В конце канала и ворот прикреплены подводящие провода. Остальные детали конструкции аналогичны N-канальному JFET.
Обычно для обычной работы терминал затвора сделан положительным по отношению к исходному терминалу. Размер слоя истощения PN-перехода зависит от колебаний значений напряжения обратного смещения на затворе. При небольшом изменении напряжения на затворе JFET может контролироваться в любом месте между полной проводимостью и отключенным состоянием.
Выходные характеристики JFET
Выходные характеристики JFET выводятся между током стока (I D ) и напряжением источника стока (V DS ) при постоянном напряжении источника затвора (V GS ), как показано на следующем рисунке.
Первоначально ток стока (I D ) быстро возрастает с напряжением источника стока (V DS ), однако внезапно становится постоянным при напряжении, известном как напряжение отсечки (V P ). Выше напряжения срабатывания ширина канала становится настолько узкой, что позволяет очень малому току стока проходить через него. Следовательно, ток стока (I D ) остается постоянным выше напряжения отсечки.
Параметры JFET
Основными параметрами JFET являются —
- Сопротивление стоку переменного тока (Rd)
- Крутизна
- Коэффициент усиления
Сопротивление стока переменного тока (R d ) — это отношение изменения напряжения источника стока (ΔV DS ) к изменению тока стока (ΔI D ) при постоянном напряжении затвора. Это может быть выражено как,
R d = (ΔV DS ) / (ΔI D ) при постоянной V GS
Transconductance (g fs ) — это отношение изменения тока стока (ΔI D ) к изменению напряжения на затворе (ΔV GS ) при постоянном напряжении на стоке. Это может быть выражено как,
g фс = (ΔI D ) / (ΔV GS ) при постоянном V DS
Коэффициент усиления (u) — это отношение изменения напряжения стока-истока (ΔV DS ) к изменению постоянного напряжения на затворе (ΔV GS ) постоянного тока стока (ΔI D ). Это может быть выражено как,
u = (ΔV DS ) / (ΔV GS ) при постоянной I D