Vad är en FET? Fälteffekttransistor:

FET, fälteffekttransistor, handledning innehåller:
FET grunder FET specifikationer JFET MOSFET Dual gate MOSFET Power MOSFET MESFET / GaAs FET HEMT & PHEMT FinFET-teknik

Fälteffekttransistorn, FET, är en viktig elektronikkomponent som används inom många områden av elektronikindustrin.

FET används i många kretsar som är uppbyggda av diskreta elektroniska komponenter inom områden från RF-teknik till effektstyrning och elektronisk omkoppling till allmän förstärkning.

Den viktigaste användningen av fälteffekttransistorer, FET, är dock inom integrerade kretsar. I denna tillämpning förbrukar FET-kretsar mycket mindre ström än integrerade kretsar som använder bipolär transistorteknik. Detta gör det möjligt för mycket stora integrerade kretsar att fungera. Om bipolär teknik användes skulle strömförbrukningen vara flera storleksordningar större och den genererade strömmen skulle vara alldeles för stor för att kunna avledas från den integrerade kretsen.

Förutom att användas i integrerade kretsar finns diskreta versioner av fälteffekttransistorer tillgängliga både som elektroniska komponenter med blyinfästning och även som ytmonterade enheter.

Fälteffekttransistor, FET-historia

Innan de första FET:erna introducerades på marknaden för elektroniska komponenter, hade konceptet varit känt i ett antal år. Det hade funnits många svårigheter med att realisera denna typ av anordning och få den att fungera.

Några av de tidiga koncepten för fälteffekttransistorn skisserades i en uppsats av Lilienfield 1926 och i en annan uppsats av Heil 1935.

Nästa grundstenar sattes på plats under 1940-talet vid Bell Laboratories där halvledarforskningsgruppen inrättades. Denna grupp undersökte ett antal områden som rörde halvledare och halvledarteknik, varav ett var en anordning som skulle modulera den ström som flödar i en halvledarkanal genom att placera ett elektriskt fält nära den.

Under dessa tidiga experiment kunde forskarna inte få idén att fungera, utan vände sina idéer till en annan idé och uppfann i slutändan en annan form av halvledarelektronikkomponent: den bipolära transistorn.

Efter detta inriktades en stor del av halvledarforskningen på att förbättra den bipolära transistorn och idén om en fälteffekttransistor undersöktes inte till fullo på ett tag. Nu används FET:er i mycket stor utsträckning och utgör det huvudsakliga aktiva elementet i många integrerade kretsar. Utan dessa elektroniska komponenter skulle elektroniktekniken vara mycket annorlunda än vad den är nu.

Fälteffekttransistor – grunderna

Konceptet med fälteffekttransistorn bygger på idén att laddning på ett närliggande föremål kan locka till sig laddningar i en halvledarkanal. Den fungerar i huvudsak med hjälp av en elektrisk fälteffekt – därav namnet.

FET:n består av en halvledarkanal med elektroder i vardera änden som kallas dränering och källa.

En kontrollelektrod som kallas grind placeras mycket nära kanalen så att dess elektriska laddning kan påverka kanalen.

På detta sätt styr FET:s gate flödet av laddare (elektroner eller hål) som flödar från källan till dräneringen. Den gör detta genom att kontrollera den ledande kanalens storlek och form.

Halvledarkanalen där strömflödet sker kan vara av antingen P-typ eller N-typ. Detta ger upphov till två typer eller kategorier av FET som kallas P-kanal- och N-kanal-FET:er.

Därutöver finns ytterligare två kategorier. En ökning av spänningen på grinden kan antingen tömma eller öka antalet tillgängliga laddningsbärare i kanalen. Som ett resultat av detta finns det FET:er med förstärkningsläge och FET:er med utarmningsläge.

Eftersom det endast är det elektriska fältet som styr strömmen som flyter i kanalen sägs anordningen vara spänningsdriven och den har en hög ingångsimpedans, vanligen många megohms. Detta kan vara en klar fördel jämfört med den bipolära transistorn som är strömstyrd och har en mycket lägre ingångsimpedans.

FET-kretsar

Fälteffekttransistorer används i stor utsträckning i alla former av kretsar, från de som används i kretsar med diskreta elektroniska komponenter till de som används i integrerade kretsar.

Då fälteffekttransistorn är en spänningsstyrd anordning i stället för en strömstyrd anordning som bipolärtransistorn, innebär detta att vissa aspekter av kretsen är mycket annorlunda: särskilt förspänningsarrangemangen. Det är dock relativt enkelt att konstruera elektroniska kretsar med FET:er – de skiljer sig bara lite från dem som använder bipolära transistorer.

Med hjälp av FET:er kan man konstruera kretsar som spänningsförstärkare, buffertar eller strömföljare, oscillatorer, filter och många fler, och kretsarna liknar i hög grad dem som används för bipolära transistorer och till och med för tertioniska ventiler/vakuumrör. Intressant nog är ventiler/rör också spänningsdrivna enheter, och därför är deras kretsar mycket lika, även när det gäller förspänningsarrangemangen.

Fälteffekttransistortyper

Det finns många sätt att definiera de olika typerna av FET som finns tillgängliga. De olika typerna innebär att man under konstruktionen av den elektroniska kretsen måste välja rätt elektronisk komponent för kretsen. Genom att välja rätt komponent är det möjligt att få bästa prestanda för den givna kretsen.

FET:er kan kategoriseras på ett antal olika sätt, men några av de viktigaste typerna av FET:er kan täckas in i träddiagrammet nedan.

Det finns många olika typer av FET på marknaden för vilka det finns olika namn. Några av de viktigaste kategorierna fördröjs nedan.

• Junction FET, JFET: Junction FET, eller JFET, använder en omvänt förspänd diodförbindelse för att tillhandahålla grindförbindelsen. Strukturen består av en halvledarkanal som kan vara av antingen N-typ eller P-typ. En halvledardiod tillverkas sedan på kanalen på ett sådant sätt att spänningen på dioden påverkar FET-kanalen.

  I drift är den omvänt förspänd, vilket innebär att den är effektivt isolerad från kanalen – endast diodens omvända ström kan flöda mellan de två. JFET är den mest grundläggande typen av FET och den som först utvecklades. Den ger dock fortfarande utmärkta tjänster inom många områden av elektronik.

  Läs mer om . . . . junction field effect transistor, JFET.

• Insulated Gate FET / Metal Oxide Silicon FET MOSFET: MOSFET använder ett isolerat skikt mellan grinden och kanalen. Typiskt sett bildas detta av ett skikt av oxid av halvledaren.

  Namnet IGFET avser alla typer av FET som har en isolerad gate. Den vanligaste formen av IGFET är kisel-MOSFET – Metal Oxide Silicon FET. Här består grinden av ett metallskikt som är placerat på kiseloxiden som i sin tur är placerad på kiselkanalen. MOSFETs används i stor utsträckning inom många områden av elektronik och särskilt inom integrerade kretsar.

  Den viktigaste faktorn för IGFET/MOSFET är den extremt höga impedansen för grinden som dessa FET:er kan ge. Med detta sagt kommer det att finnas en tillhörande kapacitans och detta kommer att minska ingångsimpedansen när frekvensen ökar.

  Läs mer om . . . . . Metal Oxide Silicon FET, MOSFET.

• Dual Gate MOSFET: Detta är en specialiserad form av MOSFET som har två grindar i serie längs kanalen. Detta gör det möjligt att göra några avsevärda prestandaförbättringar, särskilt vid RF, jämfört med enheter med en enda grind.

  Den andra grinden i MOSFET:n ger ytterligare isolering mellan ingång och utgång, och utöver detta kan den användas i tillämpningar som blandning/multiplikation.

  Läs mer om … … . MOSFET med dubbla grindar.

• MESFET: MEtal Silicon FET tillverkas normalt med hjälp av galliumarsenid och kallas ofta GaAs FET. GaAsFETs används ofta för RF-tillämpningar där de kan ge hög förstärkning och lågt brus. En av nackdelarna med GaAsFET-tekniken är den mycket lilla grindstrukturen, vilket gör den mycket känslig för skador från statisk elektricitet (ESD). Stor försiktighet måste iakttas vid hantering av dessa enheter.

  Läs mer om . . . . . MESFET / GaAsFET.

• HEMT / PHEMT: High Electron Mobility Transistor och Pseudomorphic High Electron Mobility Transistor är vidareutvecklingar av det grundläggande FET-konceptet, men utvecklade för att möjliggöra drift med mycket hög frekvens. Även om de är dyra, gör de det möjligt att uppnå mycket höga frekvenser och höga prestandanivåer.

  Läs mer om . . . . . HEMT / PHEMT.

• FinFET: FinFET-teknik används nu inom integrerade kretsar för att möjliggöra högre integrationsnivåer genom att tillåta mindre funktioner. I takt med att det krävs högre densitetsnivåer och det blir allt svårare att realisera allt mindre funktioner används FinFET-tekniken i allt större utsträckning.

  Läs mer om . . . . . FinFET.

• VMOS: VMOS-standard för vertikal MOS. Det är en typ av FET som använder ett vertikalt strömflöde för att förbättra kopplings- och strömförande prestanda. VMOS FET:er används i stor utsträckning för krafttillämpningar.

Och om det finns några andra typer av fälteffekttransistorer som kan förekomma i litteraturen, är dessa typer ofta handelsnamn för en viss teknik och de är varianter av några av de FET-typer som förtecknas ovan.

FET-specifikationer

Avse att välja en viss typ av fälteffekttransistor för en viss krets är det också nödvändigt att förstå de olika specifikationerna. På så sätt kan man försäkra sig om att FET:n kommer att fungera enligt de prestanda-parametrar som krävs.

FET-specifikationerna omfattar allt från de högsta tillåtna spänningarna och strömmarna till kapacitansnivåerna och transkonduktansen. Dessa spelar alla en roll när det gäller att avgöra om en viss FET är lämplig för en viss krets eller tillämpning.

Fältpåverkande transistorteknik kan användas inom ett antal områden där bipolära transistorer inte är lika lämpliga: var och en av dessa halvledarenheter har sina egna för- och nackdelar och kan användas med stor effekt i många kretsar. Fälteffekttransistorn har en mycket hög ingångsimpedans och är en spänningsdriven anordning, vilket gör att den kan användas på många områden.

Mer elektronikkomponenter:
Resistorer Kondensatorer Induktorer Kvartskristaller Dioder Transistor Fototransistor FET Minnestyper Thyristorer Anslutningar RF-anslutningar Ventiler/Rör Batterier Strömbrytare Reläer
Tur tillbaka till menyn Komponenter . . .