Что такое полевой транзистор (FET)?

Что такое полевой транзистор (FET)?

Полевые транзисторы (FET) — это полупроводниковые приборы, в которых ток, протекающий между истоком и стоком, изменяется путем подачи напряжения на затвор и управления потоком электронов или дырок через электрическое поле канала.

Полевые транзисторы (FET), как и биполярные транзисторы, имеют три электрода: вывод, соответствующий базе, является затвором, вывод, соответствующий коллектору, является стоком, а вывод, соответствующий эмиттеру, является истоком. Вывод, соответствующий коллектору, является стоком, а вывод, соответствующий эмиттеру, является истоком.

Применение полевого Транзисторы (FET)

Полевые транзисторы (FET) используются в самых разных областях схем. В цифровых схемах FET используются в качестве элементов логических схем. В аналоговых схемах они часто используются в аналоговых переключателях и электронных схемах громкости, в дополнение к общим усилителям.

В частности, MOSFET подходят для интегральных схем, поскольку, в дополнение к их чрезвычайно низкому току затвора, их структура является планарной, а их производственный процесс проще и потребляет меньше энергии, чем у биполярных транзисторов. Крупномасштабные цифровые интегральные схемы, такие как микроконтроллеры, часто состоят из MOSFET.

Полевые транзисторы (FET) также используются в качестве элементов переключения тока в силовой электронике, такой как источники питания, из-за их низкого сопротивления и высокой скорости переключения ВКЛ/ВЫКЛ.

Принцип работы полевых транзисторов (FET)

Принципы работы JFET и MOSFET различны. Далее в качестве примера используется тип N-канала, но тип P-канала можно обрабатывать таким же образом, изменяя полярность напряжения, подаваемого на каждый электрод.

1. JFET

<р>В типе N-канала, где сток и исток электродов полупроводника N-типа соединены с затвором электрода полупроводника P-типа, приложение обратного напряжения VGS (сторона затвора отрицательна) к PN-переходу между затвором и истоком электродов приводит к расширению обедненного слоя в области N-типа. Поскольку в обедненном слое нет носителей, ширина пути протекания тока (канала) в области N-типа сужается, а ток ID, текущий от стока к истоку, уменьшается.

Основываясь на этом принципе, ID можно контролировать, изменяя величину VGS. Обратите внимание, что при таком использовании ток затвора почти не течет из-за обратного метода напряжения между затвором и истоком. Другими словами, входное сопротивление велико.

2. МОП-транзистор

MOS означает металл-оксид-полупроводник. Он имеет трехслойную структуру, состоящую из базового полупроводника, оксидного слоя в качестве изолирующего слоя и металлического электрода поверх оксидного слоя. Как упоминалось в предыдущем разделе, существует два типа MOSFET: улучшенного типа и обедненного типа.

В МОП-транзисторе N-канального типа с двумя областями полупроводника N-типа в полупроводнике P-типа, каждая из которых является стоком и истоком, ток не течет, поскольку сток и исток являются N-P-N до подачи напряжения на электрод затвора. Однако, когда к затвору прикладывается положительное напряжение, отрицательные заряды собираются под затвором через изолирующий слой (оксидную пленку), образуя тонкий слой полупроводника N-типа, а интерфейс сток-исток становится N-N-N, или непрерывным полупроводником N-типа, позволяя току течь.

Полупроводниковый слой N-образной формы, образованный под затвором, называется «каналом». Толщина канала изменяется в зависимости от напряжения VGS, приложенного между затвором и истоком, а ток ID, текущий от истока к стоку, изменяется в зависимости от толщины канала. Другими словами, ID можно контролировать с помощью значения VGS. Кроме того, поскольку электрод затвора контактирует только с изоляционным слоем, протекает только незначительный ток утечки. Это означает, что входное сопротивление чрезвычайно велико.

В улучшенном типе ток через сток не течет, когда VGS = 0, как описано выше, но в обедненном типе между стоком и истоком заранее формируется тонкий канал, позволяющий току течь через сток, когда VGS = 0. Поэтому полевые транзисторы (FET) легко использовать в качестве усилительных схем, поскольку ток стока следует, даже когда уровень сигнала, подаваемого на затвор, очень мал.

Типы полевых транзисторов (FET)

Полевые транзисторы (FET) классифицируются в соответствии с их структурой на полевые транзисторы с переходом (JFET) и полевые транзисторы с изолированным затвором (MOSFET), которые обозначаются различными символами на принципиальной схеме. Существует также два типа МОП-транзисторов: с P-каналом, в котором две области полупроводника P-типа встроены в полупроводниковую базу N-типа, и с N-каналом, в котором две области полупроводника N-типа сформированы в полупроводниковой базе P-типа, в зависимости от области применения.

Кроме того, МОП-транзисторы можно разделить на транзисторы с усилением, в которых ток не течет между истоком и стоком, если между затвором и истоком не подано напряжение, и транзисторы с истощением, в которых некоторый ток течет, даже если затвор и исток находятся под одинаковым потенциалом.