Ugrás a tartalomhoz

Analóg eletronika

Dr. Halmai Attila (2012)

EDUTUS Főiskola

A térvezérlésű tranzisztor

A térvezérlésű tranzisztor

A FET működése

A FET tranzisztor a bipoláris tranzisztorokhoz hasonlóan, három kivezetéssel rendelkező félvezető eszköz. Neve az angol Field Effect Transistor elnevezésből származik. A térvezérlésű tranzisztorok másképpen működnek, mint a bipoláris tranzisztorok, ezért megkülönböztetésül másképpen is hívják az elektródákat: az emitternek a source (forrás), a bázisnak a gate (kapu), a kollektornak a drain (nyelő) elektróda felel meg. Az 1.4.1.1. ábra egy p-n átmenetek segítségével kialakított n -csatornás struktúrát ábrázol (jFET, junction FET). A működés lényege, hogy a gate elektróda környezetében kialakult kiürített réteg vastagságával befolyásolni lehet a csatorna ellenállását, azaz vezérelni lehet a kimenetet. A bipoláris tranzisztoroknál a kollektoráramot a bázisárammal vezéreljük, miközben a bázis-emitter diódát nyitó irányban használjuk. Ezzel szemben a térvezérlésű tranzisztoroknál a gate elektróda záró irányban van igénybe véve (vagy el van szigetelve), áram így gyakorlatilag nem folyik, tehát a csatorna áramát a gate elektróda környezetében kialakult villamos tér vezérli.

1.4.1.1. ábra Forrás: Puklus Zoltán

A térvezérlésű tranzisztorok működésüket tekintve tehát feszültséggel vezérelt áramgenerátorok.

A FET-ek karakterisztikái

A kimeneti karakterisztikasereg a bipoláris tranzisztorok kimeneti karakterisztikaseregéhez hasonló. Két tartományt szokás megkülönböztetni: az ún. rezisztív tartományban a kimeneti (drain) áram a gate-feszültségen kívül a source-drain feszültségtől is függ, ebben a tartományban a tranzisztor az ellenálláshoz hasonlóan viselkedik, innen a tartomány elnevezése. Egy bizonyos source-drain feszültséghatáron felül a kimeneti (drain) áram a feszültségtől független lesz, a karakterisztika áramgenerátor jellegűvé válik, az áram csak a gate-source feszültségtől függ. A FET-eknél is — a bipoláris tranzisztorokhoz hasonlóan — egy bemeneti és egy kimeneti karakterisztikát, illetve karakterisztikasereget szokás megadni, mint ahogyan az az alábbi ábrán látható.

1.4.2.1. ábra Forrás: Puklus Zoltán

Kiürítéses és növekményes típusok

A FET tranzisztorok eltérő működési módjukból következően kétféle módon alakíthatók ki: lehetnek növekményes vagy kiürítéses típusok. Növekményes típusról akkor beszélünk, ha a gate-source feszültség növelésére a source-drain áram növekedni fog. Abban az esetben viszont, ha a gate-source feszültség növelésére a source-drain áram csökkenése következik be, a tranzisztort kiürítéses típusúnak nevezzük. Ezeket foglalja össze a következő ábra (a p-csatornás kiürítéses típust az ábra nem tartalmazza).

1.4.3.1. ábra Forrás: Puklus Zoltán

Látható, hogy a kimeneti karakterisztikasereg lefutása egymáshoz nagyon hasonló, különbség a bemeneti karakterisztikákban van.

MOSFET-ek, CMOSFET-ek

A MOS tranzisztorok a FET tranzisztorokkal azonos elven működnek. A MOS elnevezés az angol Metal Oxid Semiconductor névből ered, a kivezetések elnevezése a FET tranzisztor kivezetéseivel megegyező. A FET tranzisztor felépítéséhez képest az eltérés az, hogy a gate és a csatorna között igen vékony (általában szilíciumdioxid) szigetelőréteg található. Ennek köszönhetően a gate és a másik két elektróda között gigaohm nagyságrendű az ellenállás. Fontos gyakorlati tudnivaló, hogy az ilyen eszközöket beforrasztás előtt (vagy közben) igen könnyen tönkre lehet tenni az elektródák megérintésével. Ennek az a magyarázata, hogy az elektródák nagyon kis kapacitása miatt már nagyon kis töltésmennyiségek is olyan nagy feszültségeket képesek az elektródán létrehozni, hogy az átüti a szigetelőréteget. Az ilyen eszközök szállítása, kezelése különleges figyelmet és óvintézkedéseket igényel, a beforrasztás után azonban általában már nincs szükség ezekre. Az 1.4.4.1. ábra a MOSFET jellegzetes karakterisztikáit mutatja be.

1.4.4.1. ábra Forrás: Puklus Zoltán

A MOSFET tranzisztorok is lehetnek n-csatornás vagy p-csatornás kivitelűek, szerkezetük vázlata a következő ábrán látható.

1.4.4.2. ábra Forrás: Puklus Zoltán

A mai korszerű berendezésekben gyakran találkozunk a CMOSFET rövidítéssel. A betűszó a Complementary-MOSFET elnevezésből származik. Mivel a MOSFET-eket n- és p-csatornás kivitelben egyaránt elő lehet állítani, ezeket sorba kapcsolva egyszerű digitális áramköri elemeket lehet létrehozni. (Ezekkel a digitális elektronika témaköre foglalkozik.)