En felteffekttransistor (FET) er en tre-terminal halvlederenhed. Dens drift er baseret på en kontrolleret indgangsspænding. Udseendemæssigt ligner JFET og bipolære transistorer hinanden meget. BJT er imidlertid en strømstyret enhed, mens JFET styres af indgangsspændingen. Der findes oftest to typer FET’er.

• Junction Field Effect Transistor (JFET)
• Metal Oxide Semiconductor FET (IGFET)

Junction Field Effect Transistor

Funktionen af Junction Field Effect Transistor afhænger kun af strømmen af majoritetsbærere (elektroner eller huller). Grundlæggende består JFET’er af en N- eller P-type siliciumstang, der indeholder PN-junktioner på siderne. Følgende er nogle vigtige punkter at huske om FET –

• Gate – Ved hjælp af diffusions- eller legeringsteknik er begge sider af N-type baren stærkt doteret for at skabe PN-junction. Disse doterede områder kaldes gate (G).

• Kilde – Det er indgangspunktet for majoritetsbærere, hvorigennem de kommer ind i halvlederbjælken.

• Dræn – Det er udgangspunktet for majoritetsbærere, hvorigennem de forlader halvlederbjælken.

• Kanal – Det er det område af N-type materiale, hvorigennem majoritetsbærere passerer fra kilden til drænet.

Der er to typer JFET’er, der almindeligvis anvendes i felthalvlederanordninger: N-kanal-JFET og P-kanal-JFET.

N-kanal-JFET

Den har et tyndt lag af N-type materiale dannet på et P-type substrat. Følgende figur viser krystalstrukturen og det skematiske symbol for en N-kanals JFET. Derefter dannes gaten oven på N-kanalen med materiale af P-typen. I enden af kanalen og gaten er der fastgjort ledninger, og substratet har ingen forbindelse.

Når en jævnspændingskilde er forbundet til kilden og drænledningerne i en JFET, vil der løbe maksimal strøm gennem kanalen. Der vil strømme den samme mængde strøm fra kilde- og drænterminalerne. Størrelsen af kanalstrømmen vil blive bestemt af værdien af VDD og kanalens indre modstand.

En typisk værdi af kilde-dræn-modstanden for en JFET er ganske få hundrede ohm. Det er klart, at selv når gaten er åben, vil der finde fuld strømledning sted i kanalen. I det væsentlige styrer størrelsen af den forspænding, der påføres ved ID, strømmen af strømbærere, der passerer gennem kanalen i en JFET. Med en lille ændring i gate-spændingen kan JFET’en styres hvor som helst mellem fuld ledning og afbrydelsestilstand.

P-kanal-JFET’er

Den har et tyndt lag af P-materiale dannet på et substrat af N-typen. Følgende figur viser krystalstrukturen og det skematiske symbol for en N-kanals JFET. Gaten er dannet oven på P-kanalen med materiale af N-typen. For enden af kanalen og gaten er der fastgjort ledningsledninger. Resten af konstruktionsdetaljerne svarer til dem for N-kanals JFET.

Normalt for almindelig drift er gate-terminalen gjort positiv i forhold til source-terminalen. Størrelsen af P-N-junktionens udtømningslag afhænger af udsving i værdierne af den omvendt forspændte gatespænding. Med en lille ændring i gatespændingen kan JFET styres hvor som helst mellem fuld ledningstilstand og cutoff-tilstand.

Udgangskarakteristik for JFET

JFET’s udgangskarakteristik er tegnet mellem drænstrøm (ID) og drænkildespænding (VDS) ved konstant gatespænding (VGS) som vist i følgende figur.

I første omgang stiger drænstrømmen (ID) hurtigt med drænkildespændingen (VDS), men bliver pludselig konstant ved en spænding, der kaldes pinch-off-spænding (VP). Over pinch-off-spændingen bliver kanalbredden så smal, at den tillader en meget lille drænstrøm at passere igennem den. Derfor forbliver drænstrømmen (ID) konstant over pinch-off-spændingen.

Parametre for JFET

De vigtigste parametre for JFET er –

• AC drænmodstand (Rd)
• Transkonduktans
• Amplificering faktor

AC drænmodstand (Rd) – Det er forholdet mellem ændringen i drænkildespændingen (ΔVDS) og ændringen i drænstrømmen (ΔID) ved konstant gate-kilde-spænding. Den kan udtrykkes som,

Rd = (ΔVDS)/(ΔID) ved konstant VGS

Transduktans (gfs) – Det er forholdet mellem ændringen i drænstrømmen (ΔID) og ændringen i gate source-spændingen (ΔVGS) ved konstant dræn-source-spænding. Det kan udtrykkes som,

gfs = (ΔID)/(ΔVGS) ved konstant VDS