A mezőhatású tranzisztor (FET) egy három terminálos félvezető eszköz. Működése egy szabályozott bemeneti feszültségen alapul. Külsőre a JFET és a bipoláris tranzisztorok nagyon hasonlóak. A BJT azonban áramvezérelt eszköz, a JFET-et pedig a bemeneti feszültség vezérli. Leggyakrabban kétféle FET áll rendelkezésre.

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

Junction Field Effect Transistor

A Junction Field Effect Transistor működése csak a többségi hordozók (elektronok vagy lyukak) áramlásától függ. A JFET-ek alapvetően egy N-típusú vagy P-típusú szilíciumrúdból állnak, amely PN-csomópontokat tartalmaz az oldalakon. Az alábbiakban néhány fontos pontot kell megjegyezni a FET-ről –

• Kapu – Diffúziós vagy ötvözési technika alkalmazásával az N típusú rúd mindkét oldala erősen adalékolt, hogy PN-átmenetet hozzanak létre. Ezeket az adalékolt területeket kapunak (G) nevezzük.

• Source – Ez a többségi hordozók belépési pontja, amelyen keresztül belépnek a félvezető rúdba.

• Drain – Ez a többségi hordozók kilépési pontja, amelyen keresztül elhagyják a félvezető rudat.

• csatorna – Az N típusú anyagnak az a területe, amelyen keresztül a többségi hordozók a forrásból a lefolyóba jutnak.

A terepi félvezető eszközökben általánosan használt JFET-eknek két típusa van: N-csatornás JFET és P-csatornás JFET.

N-csatornás JFET

P-típusú hordozón kialakított vékony N típusú anyagréteggel rendelkezik. Az alábbi ábra az N-csatornás JFET kristályszerkezetét és sematikus szimbólumát mutatja. Ezután a kapu az N-csatorna tetején P típusú anyaggal van kialakítva. A csatorna és a kapu végén vezetékek vannak rögzítve, és a szubsztrátnak nincs kapcsolata.

Ha egy egyenáramú feszültségforrást csatlakoztatunk egy JFET forrás- és lefolyóvezetékéhez, akkor a csatornán keresztül maximális áram folyik. Ugyanannyi áram fog folyni a forrás- és a lefolyócsatlakozókból. A csatorna áramáramának mértékét a VDD értéke és a csatorna belső ellenállása határozza meg.

A JFET forrás-drain ellenállásának tipikus értéke meglehetősen néhány száz ohm. Nyilvánvaló, hogy még akkor is teljes áramvezetés történik a csatornában, amikor a kapu nyitva van. Lényegében az ID-nél alkalmazott előfeszítés mértéke szabályozza a JFET csatornáján áthaladó áramhordozók áramlását. A kapufeszültség kis változásával a JFET bárhol szabályozható a teljes vezetés és a cutoff állapot között.

P-csatornás JFET

N típusú szubsztráton kialakított vékony P típusú anyagréteggel rendelkezik. A következő ábra egy N-csatornás JFET kristályszerkezetét és sematikus szimbólumát mutatja. A kapu a P csatorna tetején N típusú anyaggal van kialakítva. A csatorna és a kapu végén ólomhuzalok vannak rögzítve. A többi szerkezeti részlet hasonló az N-csatornás JFET-hez.

Normális esetben az általános működéshez a kapucsatlakozót a forráscsatlakozóhoz képest pozitívvá kell tenni. A P-N-csomópont kimerülési rétegének mérete a fordított előfeszített kapufeszültség értékeinek ingadozásától függ. A kapufeszültség kis változásával a JFET bárhol szabályozható a teljes vezetés és a cutoff állapot között.

A JFET kimeneti jellemzői

A JFET kimeneti jellemzői a drain-áram (ID) és a drain source feszültség (VDS) között állandó gate source feszültség (VGS) mellett a következő ábrán látható módon rajzolódnak ki.

Először a drain-áram (ID) gyorsan emelkedik a drain-forrásfeszültséggel (VDS), azonban hirtelen állandóvá válik egy pinch-off feszültségnek (VP) nevezett feszültségnél. A pinch-off feszültség felett a csatorna szélessége olyan keskeny lesz, hogy nagyon kis drain-áramot enged át rajta. Ezért a lefolyóáram (ID) a pinch-off feszültség felett állandó marad.

A JFET paraméterei

A JFET fő paraméterei a következők: –

• AC drain ellenállás (Rd)
• Transzkonduktivitás
• Amplifikáció. tényező

AC drain ellenállás (Rd) – A drain source feszültség változásának (ΔVDS) és a drain áram változásának (ΔID) hányadosa állandó kapu-forrásfeszültség mellett. A következőképpen fejezhető ki,

Rd = (ΔVDS)/(ΔID) konstans VGS mellett

Transzkondenzitás (gfs) – A drain áram (ΔID) változásának és a gate source feszültség (ΔVGS) változásának aránya konstans drain-forrás feszültség mellett. A következőképpen fejezhető ki,

gfs = (ΔID)/(ΔVGS) állandó VDS

mellett.