Ce este un FET: Tranzistor cu efect de câmp: Tipuri, tehnologie, …

FET, Field Effect Transistor, Tutorialul include:
Bazele FET Specificații FET JFET MOSFET MOSFET cu două porți MOSFET de putere MOSFET de putere MESFET / GaAs FET HEMT & PHEMT Tehnologie FinFET

Transistorul cu efect de câmp, FET, este o componentă electronică cheie care se utilizează în multe domenii ale industriei electronice.

FET-ul utilizat în multe circuite construite din componente electronice discrete în domenii de la tehnologia RF la controlul puterii și comutarea electronică până la amplificarea generală.

Cu toate acestea, utilizarea majoră a tranzistorului cu efect de câmp, FET, este în cadrul circuitelor integrate. În această aplicație, circuitele FET consumă niveluri de putere mult mai mici decât circuitele integrate care utilizează tehnologia tranzistorului bipolar. Acest lucru permite funcționarea circuitelor integrate la scară foarte mare. Dacă s-ar folosi tehnologia bipolară, consumul de energie ar fi cu câteva ordine de mărime mai mare, iar puterea generată ar fi mult prea mare pentru a fi disipată din circuitul integrat.

Pe lângă utilizarea în circuitele integrate, versiunile discrete ale tranzistoarelor cu efect de câmp sunt disponibile atât ca și componente electronice cu plumb, cât și ca dispozitive cu montare pe suprafață.

Transistorul cu efect de câmp, istoria FET

Înainte ca primele FET-uri să fie introduse pe piața componentelor electronice, conceptul era cunoscut de mai mulți ani. Au existat multe dificultăți în realizarea acestui tip de dispozitiv și în a-l face să funcționeze.

Câteva dintre primele concepte pentru tranzistorul cu efect de câmp au fost schițate într-o lucrare a lui Lilienfield în 1926 și într-o altă lucrare a lui Heil în 1935.

Următoarele baze au fost puse în anii 1940 la Bell Laboratories, unde a fost înființat grupul de cercetare în domeniul semiconductorilor. Acest grup a investigat o serie de domenii referitoare la semiconductori și la tehnologia semiconductorilor, unul dintre acestea fiind un dispozitiv care să moduleze curentul care circulă într-un canal semiconductor buy plasarea unui câmp electric în apropierea acestuia.

În timpul acestor experimente timpurii, cercetătorii nu au reușit să facă ideea să funcționeze, întorcându-și ideile către o altă idee și inventând în cele din urmă o altă formă de componentă electronică semiconductoare: tranzistorul bipolar.

După aceasta, o mare parte din cercetarea în domeniul semiconductorilor s-a concentrat pe îmbunătățirea tranzistorului bipolar, iar ideea unui tranzistor cu efect de câmp nu a mai fost investigată pe deplin pentru o vreme. În prezent, FET-urile sunt utilizate pe scară foarte largă, constituind principalul element activ în multe circuite integrate. Fără aceste componente electronice, tehnologia electronică ar fi foarte diferită de ceea ce este acum.

Tranzistorul cu efect de câmp – noțiuni de bază

Conceptul tranzistorului cu efect de câmp se bazează pe ideea că sarcina de pe un obiect apropiat poate atrage sarcini în interiorul unui canal semiconductor. În esență, acesta funcționează folosind un efect de câmp electric – de unde și numele.

FET-ul constă dintr-un canal semiconductor cu electrozi la fiecare capăt denumiți drenă și sursă.

Un electrod de control numit poartă este plasat foarte aproape de canal, astfel încât sarcina sa electrică să poată afecta canalul.

În acest fel, poarta FET-ului controlează fluxul de purtători (electroni sau găuri) care circulă de la sursă la drenă. Ea face acest lucru prin controlul dimensiunii și formei canalului conductor.

Canalul semiconductor în care are loc fluxul de curent poate fi fie de tip P, fie de tip N. Acest lucru dă naștere la două tipuri sau categorii de FET cunoscute sub numele de FET cu canal P și FET cu canal N.

În plus, există alte două categorii. Creșterea tensiunii pe poartă poate fie epuiza, fie spori numărul de purtători de sarcină disponibili în canal. Ca urmare, există FET-uri cu mod de îmbunătățire și FET-uri cu mod de epuizare.

Deoarece numai câmpul electric controlează curentul care circulă în canal, se spune că dispozitivul este operat în tensiune și are o impedanță de intrare ridicată, de obicei mulți megohmi. Acest lucru poate fi un avantaj distinct față de tranzistorul bipolar care este acționat în curent și are o impedanță de intrare mult mai mică.

Circuite FET

Transistorii cu efect de câmp sunt utilizați pe scară largă în toate formele de circuite, de la cele utilizate în circuite cu componente electronice discrete, la cele utilizate în circuite integrate.

Deoarece tranzistorul cu efect de câmp este un dispozitiv acționat de tensiune mai degrabă decât un dispozitiv de curent ca tranzistorul bipolar, aceasta înseamnă că unele aspecte ale circuitului sunt foarte diferite: aranjamentele de polarizare, în special. Cu toate acestea, proiectarea circuitelor electronice cu FET-uri este relativ ușoară – este doar puțin diferită de cea care utilizează tranzistori bipolari.

Utilizând FET-uri, se pot proiecta circuite precum amplificatoare de tensiune, tampoane sau urmăritori de curent, oscilatoare, filtre și multe altele, iar circuitele sunt foarte asemănătoare cu cele pentru tranzistori bipolari și chiar valve termoionice / tuburi cu vid. Este interesant faptul că supapele / tuburile sunt, de asemenea, dispozitive acționate în tensiune și, prin urmare, circuitele lor sunt foarte asemănătoare, chiar și în ceea ce privește aranjamentele de polarizare.

Tipurile de tranzistoare cu efect de câmp

Există multe moduri de a defini diferitele tipuri de FET disponibile. Diferitele tipuri înseamnă că, în timpul proiectării circuitelor electronice, există posibilitatea de a alege componenta electronică potrivită pentru circuit. Prin selectarea dispozitivului potrivit este posibil să se obțină cea mai bună performanță pentru circuitul dat.

FET-urile pot fi clasificate în mai multe moduri, dar unele dintre principalele tipuri de FET pot fi acoperite în diagrama arborescentă de mai jos.

Există multe tipuri diferite de FET pe piață pentru care există diverse denumiri. Unele dintre categoriile majore sunt întârziate mai jos.

• FET cu joncțiune, JFET: FET-ul de joncțiune, sau JFET utilizează o joncțiune de diode polarizată invers pentru a asigura conexiunea porții. Structura constă într-un canal semiconductor care poate fi fie de tip N, fie de tip P. O diodă semiconductoare este apoi fabricată pe canal în așa fel încât tensiunea de pe diodă să afecteze canalul FET.

  În timpul funcționării, aceasta este polarizată invers, ceea ce înseamnă că este efectiv izolată de canal – doar curentul invers al diodei poate circula între cele două. JFET-ul este cel mai de bază tip de FET și cel care a fost dezvoltat pentru prima dată. Cu toate acestea, încă oferă servicii excelente în multe domenii ale electronicii.

  Citiți mai multe despre . . . . tranzistor cu efect de câmp cu joncțiune, JFET.

• FET cu poartă izolată / Metal Oxide Silicon FET MOSFET: MOSFET-ul utilizează un strat izolat între poartă și canal. În mod obișnuit, acesta este format dintr-un strat de oxid al semiconductorului.

  Numele IGFET se referă la orice tip de FET care are o poartă izolată. Cea mai comună formă de IGFET este MOSFET-ul de siliciu – Metal Oxide Silicon FET. Aici, poarta este alcătuită dintr-un strat de metal așezat pe oxidul de siliciu care, la rândul său, se află pe canalul de siliciu. MOSFET-urile sunt utilizate pe scară largă în multe domenii ale electronicii și în special în cadrul circuitelor integrate.

  Factorul cheie al IGFET / MOSFET este impedanța extrem de ridicată a porții pe care aceste FET-uri sunt capabile să o ofere. Acestea fiind spuse, va exista o capacitate asociată și aceasta va reduce impedanța de intrare pe măsură ce crește frecvența.

  Citește mai multe despre … … . Metal Oxide Silicon FET, MOSFET.

• MOSFET cu dublă poartă: Aceasta este o formă specializată de MOSFET care are două porți în serie de-a lungul canalului. Acest lucru permite obținerea unor îmbunătățiri considerabile ale performanțelor, în special la RF, în comparație cu dispozitivele cu o singură poartă.

  Cea de-a doua poartă a MOSFET-ului asigură o izolare suplimentară între intrare și ieșire și, în plus, poate fi utilizat în aplicații precum amestecarea / multiplicarea.

  Citiți mai multe despre . . . . . MOSFET cu două porți.

• MESFET: FET-ul de siliciu MEtal este în mod normal fabricat folosind arsenură de galiu și este adesea denumit FET GaAs. Adesea, GaAsFET-urile GaAs sunt utilizate pentru aplicații RF, unde pot oferi performanțe cu câștig ridicat și zgomot redus. Unul dintre dezavantajele tehnologiei GaAsFET este dat de structura foarte mică a porții, ceea ce face ca aceasta să fie foarte sensibilă la deteriorările cauzate de statică, ESD. Trebuie să se aibă mare grijă la manipularea acestor dispozitive.

  Citiți mai multe despre . . . . . MESFET / GaAsFET.

• HEMT / PHEMT: Tranzistorul cu mobilitate mare de electroni și tranzistorul cu mobilitate mare de electroni pseudomorfic sunt dezvoltări ale conceptului de bază FET, dar dezvoltate pentru a permite funcționarea la frecvențe foarte înalte. Deși costisitoare, acestea permit atingerea unor frecvențe foarte înalte și a unor niveluri ridicate de performanță.

  Citiți mai multe despre . . . . . HEMT / PHEMT.

• FinFET: Tehnologia FinFET este utilizată în prezent în cadrul circuitelor integrate pentru a permite atingerea unor niveluri mai ridicate de integrare, permițând dimensiuni mai mici ale caracteristicilor. Pe măsură ce sunt necesare niveluri mai ridicate de densitate și devine din ce în ce mai dificil să se realizeze dimensiuni din ce în ce mai mici ale caracteristicilor, tehnologia FinFET este utilizată pe scară tot mai largă.

  Citiți mai multe despre . . . . . FinFET.

• VMOS: Standard VMOS pentru MOS vertical. Este un tip de FET care utilizează un flux de curent vertical pentru a îmbunătăți performanțele de comutare și de transport al curentului. FET-urile VMOS sunt utilizate pe scară largă pentru aplicații de putere.

Deși există și alte tipuri de tranzistoare cu efect de câmp care pot fi văzute în literatura de specialitate, deseori aceste tipuri sunt denumiri comerciale pentru o anumită tehnologie și sunt variante ale unora dintre tipurile de FET enumerate mai sus.

Specificații FET

Pe lângă selectarea unui anumit tip de tranzistor cu efect de câmp pentru un anumit circuit, este de asemenea necesar să se înțeleagă diferitele specificații. În acest fel, este posibil să ne asigurăm că FET-ul va funcționa la parametrii de performanță necesari.

Specificațiile FET includ totul, de la tensiunile și curenții maximi admisibili până la nivelurile de capacitate și transconductanța. Toate acestea joacă un rol în a determina dacă un anumit FET este potrivit pentru un anumit circuit sau aplicație.

Citiți mai multe despre . . . . . Specificațiile FET și parametrii din fișa tehnică.

Tehnologia tranzistorului cu efect de câmp poate fi utilizată într-o serie de domenii în care tranzistorii bipolari nu sunt la fel de potriviți: fiecare dintre aceste dispozitive semiconductoare are propriile avantaje și dezavantaje și poate fi utilizat cu mare efect în multe circuite. Tranzistorul cu efect de câmp are o impedanță de intrare foarte mare și este un dispozitiv comandat de tensiune, iar acest lucru îi permite să fie utilizat în multe domenii.

Mai multe componente electronice:
Rezistențe Condensatoare Inductori Inductori Cristale de cuarț Diode Tranzistor Fototransistor FET Tipuri de memorie Tiristoare Conectori Conectori RF Supape / tuburi Baterii Întrerupătoare Relee
Întoarceți la meniul Componente . . .