Un transistor a effetto campo (FET) è un dispositivo a semiconduttore a tre terminali. Il suo funzionamento si basa su una tensione d’ingresso controllata. In apparenza JFET e transistor bipolari sono molto simili. Tuttavia, il BJT è un dispositivo controllato dalla corrente e il JFET è controllato dalla tensione d’ingresso. Più comunemente sono disponibili due tipi di FET.

• Transistor a effetto di campo a giunzione (JFET)
• FET a semiconduttore di ossido metallico (IGFET)

Transistor a effetto di campo a giunzione

Il funzionamento del transistor a effetto di campo a giunzione dipende solo dal flusso di portatori di maggioranza (elettroni o fori). Fondamentalmente, i JFET consistono in una barra di silicio di tipo N o P che contiene giunzioni PN ai lati. Di seguito ci sono alcuni punti importanti da ricordare sui FET –

• Gate – Usando la tecnica della diffusione o della lega, entrambi i lati della barra di tipo N sono pesantemente drogati per creare giunzioni PN. Queste regioni drogate sono chiamate gate (G).

• Source – È il punto di ingresso per i portatori di maggioranza attraverso il quale entrano nella barra semiconduttore.

• Drain – È il punto di uscita per i portatori di maggioranza attraverso il quale lasciano la barra semiconduttore.

• Canale – È l’area di materiale di tipo N attraverso cui i portatori di maggioranza passano dalla sorgente al drenaggio.

Ci sono due tipi di JFET comunemente usati nei dispositivi a semiconduttore di campo: N-Channel JFET e P-Channel JFET.

N-Channel JFET

Ha un sottile strato di materiale di tipo N formato su substrato di tipo P. La figura seguente mostra la struttura cristallina e il simbolo schematico di un JFET a canale N. Poi il gate è formato sopra il canale N con materiale di tipo P. All’estremità del canale e del gate, i fili di piombo sono attaccati e il substrato non ha alcuna connessione.

Quando una sorgente di tensione continua è collegata alla sorgente e al drenaggio di un JFET, la massima corrente scorrerà attraverso il canale. La stessa quantità di corrente scorrerà dalla sorgente e dai terminali di drenaggio. La quantità di flusso di corrente del canale sarà determinata dal valore di VDD e dalla resistenza interna del canale.

Un valore tipico della resistenza source-drain di un JFET è di alcune centinaia di ohm. È chiaro che anche quando il gate è aperto, la conduzione di corrente completa avrà luogo nel canale. Essenzialmente, la quantità di tensione di bias applicata all’ID, controlla il flusso di portatori di corrente che passano attraverso il canale di un JFET. Con un piccolo cambiamento nella tensione di gate, il JFET può essere controllato ovunque tra la piena conduzione e lo stato di cutoff.

JFET a canale P

Ha un sottile strato di materiale di tipo P formato su substrato di tipo N. La figura seguente mostra la struttura cristallina e il simbolo schematico di un JFET a canale N. Il gate è formato sopra il canale P con materiale di tipo N. All’estremità del canale e del gate, i fili di piombo sono attaccati. Il resto dei dettagli costruttivi sono simili a quelli di un JFET a canale N.

Normalmente per il funzionamento generale, il terminale di gate è reso positivo rispetto al terminale sorgente. La dimensione dello strato di esaurimento della giunzione P-N dipende dalle fluttuazioni dei valori della tensione di gate invertita. Con un piccolo cambiamento nella tensione di gate, il JFET può essere controllato ovunque tra la piena conduzione e lo stato di cutoff.

Caratteristiche di uscita del JFET

Le caratteristiche di uscita del JFET sono disegnate tra la corrente di drenaggio (ID) e la tensione di sorgente di drenaggio (VDS) a tensione costante di sorgente di gate (VGS) come mostrato nella figura seguente.

Inizialmente, la corrente di drenaggio (ID) aumenta rapidamente con la tensione di sorgente di drenaggio (VDS), ma improvvisamente diventa costante a una tensione nota come tensione di pinch-off (VP). Al di sopra della tensione di pinch-off, la larghezza del canale diventa così stretta che permette alla corrente di drenaggio molto piccola di attraversarlo. Pertanto, la corrente di drenaggio (ID) rimane costante sopra la tensione di pinch-off.

Parametri del JFET

I principali parametri del JFET sono –

• Resistenza di drenaggio AC (Rd)
• Trasconduttanza
• Fattore di amplificazione fattore

Resistenza di drenaggio AC (Rd) – È il rapporto tra la variazione della tensione di sorgente di drenaggio (ΔVDS) e la variazione della corrente di drenaggio (ΔID) a tensione costante gate-tensione di sorgente. Può essere espresso come,

Rd = (ΔVDS)/(ΔID) a VGS costante

Transconduttanza (gfs) – È il rapporto tra la variazione della corrente di drenaggio (ΔID) e la variazione della tensione di gate-source (ΔVGS) a tensione costante. Può essere espresso come,

gfs = (ΔID)/(ΔVGS) a VDS costante

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