Kenttäefektitransistori (Field Effect Transistor, FET) on kolmiterminaalinen puolijohde laite. Sen toiminta perustuu ohjattuun tulojännitteeseen. Ulkonäöltään JFET ja bipolaaritransistorit ovat hyvin samankaltaisia. BJT on kuitenkin virtaohjattu laite ja JFET:tä ohjataan tulojännitteellä. Yleisimmin on saatavana kahdenlaisia FET:iä.

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

Junction Field Effect Transistor

Junction Field Effect Transistor

Junction Field Effect Transistor:in toiminta on riippuvainen vain enemmistönkuljettajien (elektronien tai aukkojen) virtauksesta. Periaatteessa JFET:t koostuvat N-tyypin tai P-tyypin piipalkista, jonka sivuilla on PN-liitoksia. Seuraavassa on joitakin tärkeitä seikkoja, jotka on syytä muistaa FET:stä –

• Gate – Diffuusio- tai seostustekniikan avulla N-tyypin palkin molemmat puolet seostetaan voimakkaasti PN-liitoksen luomiseksi. Näitä seostettuja alueita kutsutaan portiksi (G).

• Lähde – Se on enemmistökantajien sisääntulokohta, jonka kautta ne tulevat puolijohdepalkkiin.

• Drain – Se on enemmistökantajien ulostulokohta, jonka kautta ne poistuvat puolijohdepalkista.

• Kanava – Se on N-tyyppisen materiaalin alue, jonka kautta enemmistökantajat kulkevat lähteestä valumaan.

Kenttäpuolijohdekomponenteissa yleisesti käytettyjä JFET:iä on kahdenlaisia: N-kanavainen JFET ja P-kanavainen JFET.

N-kanavainen JFET

Siinä on ohut kerros N-tyypin materiaalia, joka on muodostettu P-tyypin substraatille. Seuraavassa kuvassa esitetään N-kanavaisen JFET:n kiderakenne ja kaavamainen symboli. Sitten portti muodostetaan N-kanavan päälle P-tyypin materiaalilla. Kanavan ja portin päähän on kiinnitetty lyijyjohtimet, eikä substraattiin ole mitään yhteyttä.

Kun JFET:n lähde- ja tyhjennysjohtimiin kytketään tasajännitelähde, kanavan läpi virtaa maksimivirta. Lähde- ja tyhjennysliittimistä virtaa saman verran virtaa. Kanavan virran virtauksen määrä määräytyy VDD:n arvon ja kanavan sisäisen resistanssin mukaan.

JFET:n lähde-tyhjennysresistanssin tyypillinen arvo on melko monta sataa ohmia. On selvää, että vaikka portti olisi auki, kanavassa tapahtuu täysi virranjohtuminen. Pohjimmiltaan ID:ssä käytetyn biasjännitteen määrä ohjaa JFET:n kanavan läpi kulkevien virran kantajien virtausta. Pienellä muutoksella porttijännitteessä JFET:iä voidaan ohjata missä tahansa täyden johtumisen ja katkaisutilan välillä.

P-kanavaiset JFET:t

Siinä on ohut kerros P-tyyppistä materiaalia, joka on muodostettu N-tyyppiselle substraatille. Seuraavassa kuvassa on esitetty N-kanavaisen JFET:n kiderakenne ja kaavamainen symboli. Portti on muodostettu P-kanavan päälle N-tyypin materiaalilla. Kanavan ja portin päähän on kiinnitetty lyijyjohtimet. Muut rakenteen yksityiskohdat ovat samanlaiset kuin N-kanavaisessa JFET:ssä.

Normaalisti yleisessä toiminnassa porttipääte tehdään positiiviseksi lähdepääteeseen nähden. P-N-liitoksen tyhjennyskerroksen koko riippuu käänteisesti kallistetun porttijännitteen arvojen vaihteluista. Pienellä muutoksella porttijännitteessä JFET: tä voidaan ohjata missä tahansa täyden johtavuuden ja katkaisutilan välillä.

JFET: n lähtöominaisuudet

JFET: n lähtöominaisuudet piirretään tyhjennysvirran (ID) ja tyhjennyslähdejännitteen (VDS) välille vakiolla portin lähdejännitteellä (VGS), kuten seuraavassa kuvassa esitetään.

Aluksi tyhjennysvirta (ID) kasvaa nopeasti tyhjennyslähdejännitteen (VDS) myötä, mutta muuttuu kuitenkin yhtäkkiä vakioksi jännitteessä, joka tunnetaan nimellä pinch-off-jännite (VP). Pinch-off-jännitteen yläpuolella kanavan leveydestä tulee niin kapea, että se sallii hyvin pienen tyhjennysvirran kulkea sen läpi. Siksi tyhjennysvirta (ID) pysyy vakiona pinch-off-jännitteen yläpuolella.

JFET:n parametrit

JFET:n tärkeimmät parametrit ovat –

• AC-kanavan tyhjennysresistanssi (Rd)
• Transkonduktanssi
• Amplifikaatio. Kerroin

AC-tyhjennysresistanssi (Rd) – Se on tyhjennyslähdejännitteen (ΔVDS) muutoksen suhde tyhjennysvirran (ΔID) muutokseen vakiovirran portin ollessa vakio-lähdejännite. Se voidaan ilmaista,

Rd = (ΔVDS)/(ΔID) vakiolla VGS

Transkonduktanssi (gfs) – Se on salaojavirran (ΔID) muutoksen suhde porttilähdejännitteen (ΔVGS) muutokseen vakiolla salaojalähdejännitteellä. Se voidaan ilmaista kaavalla,

gfs = (ΔID)/(ΔVGS) vakiovirralla VDS