Co to jest FET: Field Effect Transistor: Types, Technology, …

FET, Field Effect Transistor, Tutorial Includes:
FET basics FET specs JFET MOSFET Dual gate MOSFET Power MOSFET MESFET / GaAs FET HEMT & PHEMT FinFET technology

Tranzystor polowy, FET jest kluczowym komponentem elektronicznym stosowanym w wielu obszarach przemysłu elektronicznego.

FET używany w wielu obwodach zbudowanych z dyskretnych elementów elektronicznych w obszarach od technologii RF do kontroli mocy i przełączania elektronicznego do ogólnego wzmocnienia.

Jednakże głównym zastosowaniem tranzystora polowego, FET jest zastosowanie w układach scalonych. W tym zastosowaniu obwody FET zużywają znacznie niższe poziomy mocy niż układy scalone wykorzystujące technologię tranzystorów bipolarnych. Umożliwia to działanie układów scalonych o bardzo dużej skali. W przypadku zastosowania technologii bipolarnej pobór mocy byłby o rzędy wielkości większy, a generowana moc o wiele za duża, aby odprowadzić ją z układu scalonego.

Oprócz zastosowania w układach scalonych, dyskretne wersje tranzystorów polowych są dostępne zarówno jako ołowiane elementy elektroniczne, jak również jako urządzenia do montażu powierzchniowego.

Tranzystor polowy, historia FET

Przed wprowadzeniem pierwszych FET-ów na rynek elementów elektronicznych, koncepcja była znana od wielu lat. Istniało wiele trudności z realizacją tego typu urządzenia i jego działaniem.

Niektóre z wczesnych koncepcji tranzystora polowego zostały przedstawione w pracy Lilienfielda w 1926 roku oraz w innej pracy Heila w 1935 roku.

Następne podstawy zostały ustanowione w latach 40-tych w Bell Laboratories, gdzie utworzono grupę badawczą zajmującą się półprzewodnikami. Grupa ta badała szereg obszarów odnoszących się do półprzewodników i technologii półprzewodnikowych, z których jednym było urządzenie, które modulowałoby prąd płynący w kanale półprzewodnikowym kupując umieszczenie pola elektrycznego blisko niego.

Podczas tych wczesnych eksperymentów, badacze nie byli w stanie sprawić, by pomysł zadziałał, więc skierowali swoje pomysły na inny pomysł i ostatecznie wynaleźli inną formę półprzewodnikowego komponentu elektronicznego: tranzystor bipolarny.

Po tym wiele badań nad półprzewodnikami skupiło się na ulepszeniu tranzystora bipolarnego, a pomysł na tranzystor efektu polowego nie był w pełni zbadany przez jakiś czas. Obecnie FET-y są bardzo szeroko stosowane, stanowiąc główny element aktywny w wielu układach scalonych. Bez tych elementów elektronicznych technologia elektroniczna bardzo różniłaby się od tego, co jest teraz.

Tranzystor polowy – podstawy

Koncepcja tranzystora polowego opiera się na założeniu, że ładunek na pobliskim obiekcie może przyciągać ładunki w kanale półprzewodnikowym. Zasadniczo działa on wykorzystując efekt pola elektrycznego – stąd nazwa.

Tranzystor FET składa się z kanału półprzewodnikowego z elektrodami na obu końcach zwanymi drenem i źródłem.

Elektroda sterująca zwana bramką jest umieszczona w bardzo bliskiej odległości od kanału tak, że jej ładunek elektryczny jest w stanie wpływać na kanał.

W ten sposób bramka FET kontroluje przepływ nośników (elektronów lub dziur) płynących od źródła do drenu. Czyni to poprzez kontrolowanie rozmiaru i kształtu kanału przewodzącego.

Kanał półprzewodnikowy, w którym następuje przepływ prądu, może być typu P lub typu N. W ten sposób powstają dwa typy lub kategorie FET znane jako P-kanałowe i N-kanałowe FET.

Oprócz tego istnieją jeszcze dwie inne kategorie. Zwiększenie napięcia na bramce może albo uszczuplić, albo zwiększyć liczbę nośników ładunku dostępnych w kanale. W związku z tym istnieją FET-y pracujące w trybie wzmocnienia i FET-y pracujące w trybie zubożenia.

Ponieważ tylko pole elektryczne steruje prądem płynącym w kanale, mówi się, że urządzenie jest sterowane napięciem i ma wysoką impedancję wejściową, zwykle wiele megaomów. Może to być wyraźną zaletą w porównaniu z tranzystorem bipolarnym, który działa prądowo i ma znacznie niższą impedancję wejściową.

Obwody FET

Tranzystory polowe są szeroko stosowane we wszystkich formach obwodów, od tych stosowanych w obwodach z dyskretnymi elementami elektronicznymi, do tych stosowanych w obwodach scalonych.

As the field effect transistor is a voltage operated device rather than a current device like the bipolar transistor, this means that some aspects of the circuit are very different: the bias arrangements in particular. Jednakże projektowanie obwodów elektronicznych z FET-ami jest stosunkowo proste – jest tylko trochę inne niż z tranzystorami bipolarnymi.

Używając FET-ów, można zaprojektować obwody takie jak wzmacniacze napięciowe, bufory lub wtórniki prądowe, oscylatory, filtry i wiele innych, a obwody są bardzo podobne do tych dla tranzystorów bipolarnych, a nawet zaworów termionowych / lamp próżniowych. Co ciekawe, zawory / lampy są również urządzeniami zasilanymi napięciem, a zatem ich obwody są bardzo podobne, nawet pod względem układów biasu.

Typy tranzystorów polowych

Istnieje wiele sposobów na określenie różnych typów FET, które są dostępne. Różne typy oznaczają, że podczas projektowania obwodu elektronicznego, istnieje wybór odpowiedniego komponentu elektronicznego dla obwodu. Poprzez wybór odpowiedniego urządzenia możliwe jest uzyskanie najlepszej wydajności dla danego obwodu.

FET-y mogą być kategoryzowane na wiele sposobów, ale niektóre z głównych typów FET-ów mogą być ujęte w poniższym schemacie drzewa.

Na rynku istnieje wiele różnych typów FET, dla których istnieją różne nazwy. Niektóre z głównych kategorii są opóźnione poniżej.

• Junction FET, JFET: Junction FET, lub JFET wykorzystuje odwrotnie diagonalne połączenie diody, aby zapewnić połączenie bramy. Struktura składa się z kanału półprzewodnikowego, który może być typu N lub typu P. Dioda półprzewodnikowa jest następnie wytwarzana na kanale w taki sposób, że napięcie na diodzie wpływa na kanał FET.

  W działaniu jest ona odwrotnie stronnicza, co oznacza, że jest skutecznie odizolowana od kanału – tylko prąd wsteczny diody może przepływać między nimi. JFET jest najbardziej podstawowym typem FET, i ten, który został opracowany jako pierwszy. Jednak nadal doskonale sprawdza się w wielu dziedzinach elektroniki.

  Przeczytaj więcej o … junction field effect transistor, JFET.

• Insulated Gate FET / Metal Oxide Silicon FET MOSFET: MOSFET wykorzystuje izolowaną warstwę pomiędzy bramką a kanałem. Zazwyczaj jest ona utworzona z warstwy tlenku półprzewodnika.

  Nazwa IGFET odnosi się do każdego typu FET, który ma izolowaną bramkę. Najbardziej rozpowszechnioną formą IGFET jest MOSFET krzemowy – Metal Oxide Silicon FET. W tym przypadku bramka wykonana jest z warstwy metalu osadzonej na tlenku krzemu, który z kolei znajduje się na kanale krzemowym. MOSFETy są szeroko stosowane w wielu dziedzinach elektroniki, a w szczególności w układach scalonych.

  Kluczowym czynnikiem IGFET / MOSFET jest niezwykle brama wysoka impedancja te FETs są w stanie zapewnić. To powiedziawszy, będzie powiązana pojemność i to zmniejszy impedancję wejściową jak częstotliwość wzrasta.

  Czytaj więcej o … . Metal Oxide Silicon FET, MOSFET.

• Dual Gate MOSFET: Jest to wyspecjalizowana forma MOSFET, która posiada dwie bramki połączone szeregowo wzdłuż kanału. Pozwala to na znaczną poprawę wydajności, szczególnie w zakresie RF, w porównaniu do urządzeń z pojedynczą bramką.

  Druga bramka MOSFET zapewnia dodatkową izolację pomiędzy wejściem i wyjściem, a ponadto może być używana w aplikacjach takich jak mieszanie / mnożenie.

  Przeczytaj więcej o … . Dual Gate MOSFET.

• MESFET: MEtal Silicon FET jest zwykle wytwarzany przy użyciu arsenku galu i jest często określany jako GaAs FET. Często GaAsFETs są wykorzystywane do zastosowań RF, gdzie mogą one zapewnić wysoki zysk niski poziom hałasu. Jedną z wad technologii GaAsFET wynika z bardzo małej struktury bramki, a to sprawia, że jest bardzo wrażliwy na uszkodzenia statyczne, ESD. Należy zachować dużą ostrożność podczas pracy z tymi urządzeniami.

  Przeczytaj więcej o … . MESFET / GaAsFET.

• HEMT / PHEMT: High Electron Mobility Transistor i Pseudomorphic High Electron Mobility Transistor są rozwinięciami podstawowej koncepcji FET, ale opracowanymi w celu umożliwienia pracy na bardzo wysokich częstotliwościach. Chociaż drogie, umożliwiają one osiągnięcie bardzo wysokich częstotliwości i wysokich poziomów wydajności.

  Czytaj więcej o … . HEMT / PHEMT.

• FinFET: Technologia FinFET jest obecnie wykorzystywana w układach scalonych, aby umożliwić osiągnięcie wyższych poziomów integracji poprzez umożliwienie mniejszych rozmiarów elementów. Ponieważ potrzebne są wyższe poziomy gęstości i coraz trudniej jest realizować coraz mniejsze rozmiary elementów, technologia FinFET jest wykorzystywana na szerszą skalę.

  Przeczytaj więcej o … . FinFET.

• VMOS: VMOS standardowo oznacza pionowy MOS. Jest to typ FET, który wykorzystuje pionowy przepływ prądu w celu poprawy wydajności przełączania i przenoszenia prądu. FETy VMOS są szeroko stosowane w aplikacjach mocy.

Choć w literaturze można spotkać jeszcze inne typy tranzystorów polowych, często są one nazwami handlowymi konkretnych technologii i stanowią warianty niektórych typów FET wymienionych powyżej.

Specyfikacje FET

Oprócz wyboru konkretnego typu tranzystora polowego dla danego obwodu, konieczne jest również zrozumienie różnych specyfikacji. W ten sposób można zapewnić, że FET będzie działał zgodnie z wymaganymi parametrami wydajności.

Specyfikacje FET obejmują wszystko, od maksymalnych napięć i prądów dopuszczalnych do poziomów pojemności i transkonduktancji. Wszystkie one odgrywają rolę w określaniu, czy dany FET jest odpowiedni dla danego obwodu lub aplikacji.

Technologia tranzystorów polowych może być stosowana w wielu obszarach, w których tranzystory bipolarne nie są tak odpowiednie: każde z tych urządzeń półprzewodnikowych ma swoje zalety i wady, i może być używane z dużym skutkiem w wielu obwodach. Tranzystor polowy ma bardzo wysoką impedancję wejściową i jest urządzeniem napędzanym napięciem, a to otwiera go do wykorzystania w wielu dziedzinach.

Więcej komponentów elektronicznych:
Resistory Kondensatory Induktory Kryształy kwarcowe Diody Tranzystor Fototranzystor FET Rodzaje pamięci Tyrystor Złącza Złącza RF Zawory / Tuby Baterie Przełączniki Przekaźniki
Powrót do menu Komponenty . . .