Een veldeffecttransistor (FET) is een halfgeleiderapparaat met drie aansluitingen. Zijn werking is gebaseerd op een gecontroleerde ingangsspanning. Uiterlijk lijken JFET en bipolaire transistoren sterk op elkaar. BJT is echter een stroomgestuurd toestel en JFET wordt gestuurd door de ingangsspanning. Meestal zijn twee typen FET’s beschikbaar.

• Junction Field Effect Transistor (JFET)
• Metaaloxidehalfgeleider-FET (IGFET)

Junction Field Effect Transistor

De werking van Junction Field Effect Transistor is uitsluitend afhankelijk van de stroom van meerderheidsdragers (elektronen of gaten). In principe bestaan JFET’s uit een staaf silicium van het N- of P-type met PN-juncties aan de zijkanten. Hieronder volgen enkele belangrijke punten om te onthouden over FET –

• Gate – Door diffusie of legeringstechniek te gebruiken, worden beide zijden van de staaf van het N-type zwaar gedoteerd om PN-junctie te creëren. Deze gedoteerde gebieden worden gate (G) genoemd.

• Source – Het is het ingangspunt voor meerderheidsdragers waardoor ze de halfgeleiderbar binnenkomen.

• Drain – Het is het uitgangspunt voor meerderheidsdragers waardoor ze de halfgeleiderbar verlaten.

• Channel – Het is het gebied van N-type materiaal waardoor meerderheidsdragers van de bron naar de drain passeren.

Er zijn twee typen JFET’s die gewoonlijk worden gebruikt in de veldhalfgeleiderinrichtingen: N-Channel JFET en P-Channel JFET.

N-Channel JFET

Het heeft een dunne laag van N-type materiaal gevormd op P-type substraat. De volgende figuur toont de kristalstructuur en het schematische symbool van een N-kanaals JFET. Vervolgens wordt de gate bovenop het N-kanaal gevormd met P-type materiaal. Aan het uiteinde van het kanaal en de gate zijn looddraden bevestigd en het substraat heeft geen verbinding.

Wanneer een gelijkspanningsbron wordt aangesloten op de bron- en de afvoerdraden van een JFET, zal een maximale stroom door het kanaal vloeien. Dezelfde hoeveelheid stroom zal door de bron- en de drain-aansluitingen vloeien. De hoeveelheid kanaalstroom wordt bepaald door de waarde van VDD en de inwendige weerstand van het kanaal.

Een typische waarde van de bron-drain weerstand van een JFET is een paar honderd ohm. Het is duidelijk dat zelfs wanneer de gate open is er volledige stroomgeleiding in het kanaal zal plaatsvinden. In wezen regelt de hoeveelheid voorspanning die bij ID wordt aangelegd, de stroom van stroomdragers die door het kanaal van een JFET gaan. Met een kleine verandering in het poortvoltage kan de JFET worden geregeld tussen volledige geleiding en uitschakeling.

P-Kanaal JFETs

Het heeft een dunne laag van P-type materiaal gevormd op N-type substraat. De volgende figuur toont de kristalstructuur en het schematische symbool van een N-kanaal JFET. De gate wordt bovenop het P-kanaal gevormd met N-type materiaal. Aan het uiteinde van het kanaal en de gate zijn looddraden bevestigd. De rest van de constructiedetails zijn vergelijkbaar met die van een N-kanaal JFET.

Normaal voor algemene werking wordt de poortterminal positief gemaakt ten opzichte van de bronterminal. De grootte van de P-N junctie depletielaag is afhankelijk van fluctuaties in de waarden van de reverse biased poortspanning. Met een kleine verandering in de poortspanning kan de JFET worden geregeld tussen volledige geleiding en uitschakeling.

Uitgangskarakteristieken van JFET

De uitgangskarakteristieken van JFET worden getekend tussen afleidingsstroom (ID) en afleidingsbronspanning (VDS) bij constante poortbronspanning (VGS), zoals weergegeven in de volgende figuur.

In eerste instantie stijgt de drainstroom (ID) snel met de drainbronspanning (VDS), maar deze wordt plotseling constant bij een spanning die bekend staat als de afknijpspanning (VP). Boven de afknijpspanning wordt de kanaalbreedte zo smal dat er maar een heel kleine drainstroom doorheen kan lopen. Daarom blijft de drainstroom (ID) constant boven de afknijpspanning.

Parameters van JFET

De belangrijkste parameters van JFET zijn –

• AC-drain-weerstand (Rd)
• Transgeleiding
• Vermenigvuldigings factor

AC afvoerweerstand (Rd) – Het is de verhouding tussen de verandering in de bronspanning van de drain (ΔVDS) en de verandering in de drainstroom (ΔID) bij constante gate-bronspanning. Deze kan worden uitgedrukt als,

Rd = (ΔVDS)/(ΔID) bij constante VGS

Transgeleiding (gfs) – Dit is de verhouding tussen de verandering van de drainstroom (ΔID) en de verandering van de gatebronspanning (ΔVGS) bij constante drain-bronspanning. Zij kan worden uitgedrukt als,

gfs = (ΔID)/(ΔVGS) bij constante VDS