Tranzistori sa efektom polja (FET tranzistori)

1. Tranzistori sa efektom polja (FET tranzistori) • Fet – tranzistori (Field - effect) su tranzistori sa efektom polja • To su elektronske komponente sa tri elektrode, kod kojih struju između izlaznih priključaka source - a (izvor) i drain – a (slivnik) kontroliše napon između treće elektrode gate –a (kapije) i source – a • Prostor u poluprovodničkoj komponenti između elektroda source – a i drain – a naziva se kanal • Kanal se izrađuje od poluprovodnika samo jednog tipa, ili samo šupljina ili samo elektrona • Zato se FET tranzistori još nazivaju i unipolarni tranzistori ili spojni (junction FET - ovi)

2. Konstrukcija JFET - a

3. Rad JFET – a se analizira pod pretpostavkom da: • Napon gejt – sors inverzno polariše PN spoj, a da pri tom napon između gejta i sorsa VGS ne bude niži od napona uštinuća VP koji za N kanalni JFET iznosi tipično od -0,3 do -10V. • Postoji potencijalna razlika između drejna i sorsa. Ako su gornja dva uslova ispunjena, razlikujemo: • Režim polarizacije kada je razlika potencijala tačaka duž kanala mala (mala struja IDS). Ova oblast rada zove se omska oblast. • Režim polarizacije kada razlika potencijala tačaka duž kanala nije zanemarljiva (velika struja IDS). Ova oblast zove se oblast zasićenja.

4. U omskoj oblasti: • Dok je ispunjeno da VGD>VP, neće doći do uštinuća kanala • Kako je VGD=VGS-VDS, a pri tom je VGD>VP, širinu provodnog kanala, a samim tim i struju kroz kanal ID diktiraće i napon VGS i VDS po formuli • Parametar IDSS zadaje proizvođač. tipično od 0,2 do 1mA • Formula predstavlja strujno – naponsku karakteristiku JFET-a u omskoj oblasti i reč je o prostornoj paraboli (struja drejna funkcija je dve promenljive, VDS i VGS)

5. Geometrija provodnog kanala u omskoj oblasti rada JFET –a

6. U oblasti zasićenja: • VGS>VP i VGD=VGS-VDSVP • Stvara se uzani provodni kanalić (vrat, eng. neck) u blizini drejna, koji se neznatno spušta ka sorsu sa porastom napona VDS • Može se reći da tada struja drejna praktično ne zavisi od napona VDS (slično kao što u aktivnom režimu rada bipolarnog tranzistora struja kolektora praktično ne zavisi od napona VCE, uz zanemarenje uticaja Erlijevog napona) • Na granici omske oblasti i oblasti zasićenja je • VGD=VGS – VDS=VP • Uvrštavanjem VGD=VP u strujno – naponsku karakteristiku dobija se

7. Geometrija provodnog kanala u oblasti zasićenja JFET - a

8. Strujno naponska karakteristika JFET u oblasti zasićenja: • Ako se uvede oznaka • U oblasti zasićenja x<1 • Aproksimacijom trascedentne funkcije polinomom drugog reda u okolini tačke Dobija se pregledan izraz Kako u oblasti zasićenja struja ID aproksimativno ne zavisi od napona VDS, izraz se može usvojiti kao strujno – naponska karakteristika u celoj oblasti zasićenja

9. Izlazna karakteristika JFET -a • Uštinućam kanala, tj. povećanje napona VDS ipak dovodi do smanjenja dužine neuštinutog dela kanala i tako da se izlazne karakteristike u izvesnoj meri iskose • Ova pojava može se modelovati po ugledu na bipolarne tranzistore sa erlijevim naponom VA, data izrazom

10. Izlazna karakteristika JFET -a • Idealizovana izlazna karakteristika, kao i kod bipolarnog tranzistora, ima paralelne izlazne karakteristike

11. Prenosna karakteristika JFET - a • Problemi kod korišćenja JFET – a u odnosu na bipolarni tranzistor je to što su potrebni naponi suprotnih polariteta, za razliku od bipolarnih tranzistora, koji se ispravno polarišu unipolarnim naponima • Dalje, maksimalna struja JFET – a je IDSS, koja tipično iznosi do nekoliko mA, što JFET čini pogodnim samo za korišćenje kod pojačanja malih signala • Pogodnosti korišćenja JFET – ova su velika ulazna otpornost i veća brzina rada od bipolarnih tranzistora (nema nagomilavanja sporednih nosilaca), tako da se koriste kao ulazni stepen za operacione pojačavače sa dobrim slu rejtom (slew rate),

12. Prenosna karakteristika JFET - a

13. Primena JFET – a u omskoj oblasti • Pod pretpostavkom da je izraz se može razviti u Tejlorov red po VDS u okolini nule, i zanemarenjem nelinearnih članova dobije se

14. Primena JFET – a u omskoj oblasti • Prema tome, JFET se može koristiti kao naponom kontrolisani otpornik čija je otpornost data • Najmanja otpornost je za VGS=0V, a najveća za VGS=VP

15. Polarizacija JFET – ova • Upotreba dve baterije da bi se obezbedili suprotni polariteti za ispravnu polarizaciju JFET-a je nepraktična • JFET je moguće pravilno polarisati samo jednom baterijom, ali je tada obavezan otpornik u grani sorsa, koji će podići potencijal sorsa iznad potencijala gejta • Gejt u tom slučaju može biti doveden na masu, ili polarisan preko naponskog razdelnika, ali tako da je potencijal razdelnika manji od potencijala sorsa