Tranzistor s polem (FET) je třípólové polovodičové zařízení. Jeho činnost je založena na řízeném vstupním napětí. Vzhledově jsou si JFET a bipolární tranzistory velmi podobné. BJT je však zařízení řízené proudem a JFET je řízen vstupním napětím. Nejčastěji jsou k dispozici dva typy tranzistorů FET.

• Přechodový tranzistor s polem (JFET)
• Polovodičový tranzistor s kovovým oxidem (IGFET)

Přechodový tranzistor s polem

Fungování přechodového tranzistoru s polem závisí pouze na toku majoritních nosičů (elektronů nebo děr). V podstatě se JFET skládají z křemíkové tyče typu N nebo P, která po stranách obsahuje přechody PN. Následuje několik důležitých bodů, které je třeba si o FET zapamatovat –

• Brána – Pomocí techniky difúze nebo legování jsou obě strany tyče typu N silně dopovány, aby vznikl přechod PN. Tyto dopované oblasti se nazývají hradlo (G).

• Source – Je to vstupní bod pro majoritní nosiče, kterým vstupují do polovodičové tyče.

• Drain – Je to výstupní bod pro majoritní nosiče, kterým opouštějí polovodičovou tyč.

• Kanál – Je to oblast materiálu typu N, kterou majoritní nosiče procházejí ze zdroje do odtoku.

V polních polovodičových zařízeních se běžně používají dva typy JFET: N-kanálový JFET a P-kanálový JFET.

N-kanálový JFET

Má tenkou vrstvu materiálu typu N vytvořenou na substrátu typu P.

N-kanálový JFET. Následující obrázek ukazuje krystalovou strukturu a schematické označení N-kanálového JFETu. Na vrcholu kanálu N je pak vytvořeno hradlo z materiálu typu P. Na konci kanálu a hradla jsou připojeny přívodní vodiče a substrát nemá žádné spojení.

Pokud je ke zdroji stejnosměrného napětí připojen zdroj a odvodní vodiče JFET, poteče kanálem maximální proud. Ze source a drain svorek poteče stejné množství proudu. Velikost průtoku proudu kanálem bude určena hodnotou VDD a vnitřním odporem kanálu.

Běžná hodnota odporu source-drain JFET je poměrně dost stovek ohmů. Je zřejmé, že i při otevřeném hradle bude v kanálu probíhat plná proudová vodivost. Velikost předpětí přiloženého na ID v podstatě řídí tok proudových nosičů procházejících kanálem JFET. S malou změnou napětí na hradle lze JFET řídit kdekoli mezi plnou vodivostí a vypnutým stavem.

P-kanálový JFET

Má tenkou vrstvu materiálu typu P vytvořenou na substrátu typu N. Má tenkou vrstvu materiálu typu P, která je vytvořena na substrátu typu N. Na následujícím obrázku je znázorněna krystalová struktura a schematická značka N-kanálového JFETu. Hradlo je vytvořeno na vrcholu kanálu P s materiálem typu N. Na konci kanálu a hradla jsou připojeny olověné vodiče. Zbytek konstrukčních detailů je podobný jako u N-kanálového JFETu.

Obvykle se pro běžný provoz svorka hradla provádí jako kladná vzhledem ke svorce zdroje. Velikost depleční vrstvy přechodu P-N závisí na kolísání hodnot reverzně vychýleného napětí na hradle. S malou změnou napětí na hradle lze JFET řídit kdekoli mezi plnou vodivostí a odpojeným stavem.

Výstupní charakteristiky JFET

Výstupní charakteristiky JFET jsou vykresleny mezi proudem drain (ID) a napětím drain source (VDS) při konstantním napětí gate source (VGS), jak ukazuje následující obrázek.

Zpočátku proud drain (ID) rychle roste s napětím drain source (VDS), avšak náhle se stává konstantním při napětí známém jako pinch-off napětí (VP). Nad napětím pinch-off se šířka kanálu natolik zúží, že jím prochází jen velmi malý drainový proud. Proto zůstává proud drain (ID) nad napětím pinch-off konstantní.

Parametry JFET

Hlavní parametry JFET jsou –

• AC drain resistance (Rd)
• Transpedance
• Zesílení. činitel

AC drain resistance (Rd) – Je to poměr změny napětí drain source (ΔVDS) ke změně proudu drain (ΔID) při konstantní hodnotě gate-source napětí. Lze jej vyjádřit jako,

Rd = (ΔVDS)/(ΔID) při konstantním VGS

Transpedance (gfs) – Je to poměr změny proudu drain (ΔID) ke změně napětí gate source (ΔVGS) při konstantním napětí drain-source. Lze ji vyjádřit jako,

gfs = (ΔID)/(ΔVGS) při konstantním VDS

.