Spoljni trnzistori sa efektom polja(FET)

Spoljni trnzistori sa efektom polja(FET)

Kod tranzistora sa efektom polja proticanje struje se karakterise pomocu elektricnog polja koji stvara prikljuceni napon na upravljackoj elektrodi.

Originalni naziv za tu vrstu pise Field Efect Transistor, koji se cesto pise FET. Za njega se moze takodje u literaturi susresti naziv unipolarni tranzistor jer struju kroz njega cini kolo jedna vrsta nosioca elektroni ili supljine.Prva vrsta koja ce biti obradjena su spojevi tranzistora sa efektom polja koji se skraceno nazivaju kao fetovi.

Presek feta je prikazan kao na slici 5.1.1 ima provodni kanal od polu provodnoka N-tipa na kojeg su prikljuceneelektrode koje se nazivaju sors (S) i drejn (D). Na slici 5.1.1.b je prikazan graficki simbol feta.

Ima takodje kolektorsku oblast P-tipa koja je direktno spojena sa kanalom N-tipa,pa odatle potice naziv spojni; Na kolu je priklljucena elektroda koja se zove gejt(G).Originalni nazivi ovih elektroda su na engleskom jeziku: source,drainigate i u prevodu znace izvor i vrstu elektroda se krecu od soursa ka drejnu, a pomocu gejta se kontrolise njihov protok.

a)Presek feta sa kanalom N-tipa I pikljuenim naponima; b) njegova oznakaIzmedju drejna i sorsa se prikljucuje izvor napajanja Ed.Pozitivan kraj napona prikljucuje se na sours. Izmedju gejta i sorsa se prikljucuje drugi izvor Eg,ciji se pozitivan krai prikljucuje na sours a negativan na gejt.Razmotricemo najpre slucaj kada se napon izmedju drejna i soursa nizak a napon izmedju gejta i sorsa se menja od nule ka negativnim vrednostima. Ako je napon izmedju gejta i sorsa jednak nuli sl.5.1.1a, tada je simbol prostornog naelektrisanja uzak i kanal je sirok. Kanal ima malu otpornost i kroz njega moze da tece velika struja 5 mA.

Ako napon izmedj gejta i sorsa ide u negativnom smeru -1V, tada se oblst prostornog naelektrisanja siri a kalem se suzava sl 5.1.1a.Usustini negativan napon na gejtu potiskuje elektrode na drugom gejtu kanala. Sada je otpornost kanala veca, a struja kroz njega manja. Daljim povisenjem napona izmedju gejta i sorsa u nagativnom smeru (na primer-2v) oblast prostornog nelektrisanja sed dalje siri, a kanal se jos vise suzava njegova otpornost se povecava, a struja kroz njega se smenjuje.Ako se napon izmedju gejta i sorsa mnogop povisi u negativnom smeru (na primer-10v), oblast prostornog naelektrisanja prosiri se na ceo kanal: al on uopste ne provodi, pa struja kroz njega prestaje da tece. Iz ove analize se vidi da pomocu negativnog napona izmedju gejta i sorsa moze da se menja struja koja kroz kanal feta; moze cak i da se potpuno prekine.

Suavanje kanala kod povienog napona UDSRadi boljeg poznavanja feta treba detaljnije prouciti njegovo ponasanje i za vece napone izmedju drejna i sorsa. U ovom slucaju uzecemo da je naponizmedju gejta i sorsa konstantan ( na primer -1v) kao na slici 5.1.2. Neka se napon izmedju drejna i sorsa menja od 0 do oko 0.2v zatim oko 1v, pa oko 3v. Treba imati u vidu da potencijal od sorsa ka drejnu postepeno rste duz kanala, kao ste potencijal raste duz otpornika. Ako je napon izmedju bdrejna i sorsa nizak oko (0,2v) oko gejta se formiraju prakticno ujednacena oblast prostornog naelektrisanja i kana je jednako sirok na pocetku (kod sorsa) i na kraju (kod drejna) granica prostornog naelektrisanja je obelezena sa Uds1. Kod malog povisenja napona Uds struja raste srazmerno porasu napona. U ovoj oblasti se fet ponasa kao otpornik.

Karakteristika feta za jedan napon UGS

Ako se napon izmedj drejna i sorsa povis, kao na primer na Uds2 na slioci 5.1.2, povisava se izverzni napon PN-spoja izmedju gejta i drejna i prosiruje oblast prostornog naelektrisanja u blizini drejana. Prosirenje oblasti prostornog naelektrisanja u blizini sorsa je jednako 0 jer je inverzni napon sizmedj kanala u ovom delu gejt nizak. Sto se vise udaljavmo os sorsa ka drejnu, oblast prostornog naelektrisanja se sve vise siri jer je ovde inverzni napon izmedju kanala i gejta sve visi, dok se kanal sve vise suzava. Da se podsetimo, napon napajanja Ed se raspodeljuje duz kanala iduci od sorsa ka drejnu, koji se ponasa kao otpornik. Ako se napon izmedju drejna i sorsa jos vise povisi, kao na primeru na Uds3 na slici5.1.2,oblast prostrornog tovara se toliko povisi da skoro pokrije ceo kanal,ostavljajuci uzlaznu oblast za prolaz elektrona. Ako se napon izmedju drejna i sorsa i dalje povrsina, tada se oblast za prolaz elektrona suzava, tj povecava se otpoenost kanala, pa struja ostaje priblizno konstantna i skoro je jednaka za oblast visih napona izmedju drejna i sorsa (sl 5.1.3) na primer od Uds=5v do Uds=20v. Ova oblast se naziva oblast zasicenja.Fetovi su u ovoj oblasti koriste kao pojacavaci.

Prekomernim povisenjem napona (na primer preko 30v) izmedju drejna i sorsa dolazi do proboja kanala:struja naglo raste i ukoliko se ne ogranici, dolazi do proboja feta.

Izlazne karakteristike feta

Za drugi napon izmedju gejta i sorsa se dobija druga karakteristika, pa se izlazne karakteristike daju u obliku familije, kao na slici.5.1.4. Za rane napone izmedju gejta i sorsa dobije se razlicit nagib karakteristike kod niskih napona izmedju drejna i sorsa; na ovaj nacin mozemo menjati otpornost kanala pomacunapona Ugs. Snimanje karakteristika feta moze da se obavi pomocu kola na slici.5.1.5.Izvore Eg daje napon koji je negativan u odnosu na masu.Vrednosti negativnig napona Ugs se podesava potenciometrom P1 a meri voltmetrom V1 Otpornik Rz sluzi za zastitu do pogresnog ukljucivanja i treba da ima vrednost oko 10 k .

Kolo za snimanje karakteristika feta

Izvor Ed daje pozitoivan napon u onosu na msu. Napon Uds se podesava potenciometrom P2, a meri elektronskim voltmetrom V2. Otpornik sluzi za zastitu izlaznog kola od ukljucivanja i ima vrednost oko n1 koiloom.Izlazne karakteristike se snimaju tako sto se postavi odredjen napon Ugs kao parametar; pomocu potencijometra P2 se menja napon Uds, a pomocu miliampermetra (mA) se meri struja drejna. Napon Uds treba menjati u skokovima po 1V. Ovaj postupak se ponavlja onoliko puta koliko treba izlaznih karakteristika (obicno 5).

a) prenosna karakteristika feta za jedan napon UDS

b) prenosne karakteristike feta za dva napona UDS

Kod feta postoje takodje prenosne karakteristike gde je napon izmedju gejta i sourc-a ulazna promenljiva a zavisno promenljiva je struja drejna kroz kanal.Jedna karakteristika ima oblik kao na sl.5.1.6. a i daje se za jedan napon izmedju drejna i source-a, u ovom slucaju za 15V. Ako je napon gejta dovoljno negativan, prestaje da tece struja drejna Id. Ovaj napon se naziva prekidni i obelezava se sa Ugsof.

Pomeranje napona gejta ka 0 struja drejna raste i za Ugs=0 dostize maksimalnu vrednost. Napon Ugs se u principu ne povisava preko 0 u pozitivnom smeru. Karakteristika se moze dati i za neku drugu vrednost napona izmedju drejna i source-a kao na slici.5.1.b.b za 2V.

Simanje prenosnih karakteristika se obavlja za konstantan napon Uds;

napon Ugs se menja od 0V u negativnom smeru dok ne prestane da tece struja drejna i to u skokovima po 0,5V.

Kod nekih FET-ova (nar. 2N3819), zbog potpuno simetricne unutrasnje strukture source i drejn mogu da zamene mesta a da im se ne pronene karakteristike.

Posebno treba napomenuti da se karakteristike FET-ova mnogo razlikuju kod razlicitih primeraka istog tipa, cak vise nego kod bipolarnih tranzistora.

FET-ovi se proizvode planarnom tehnologijom. Presek stvarnog FET-a ima oblik kao na slici.5.1.7.a.na sl.5.1.7.b.je prikazan oblik poluprovodnicke plocice FET-a BF245 sa kontaktima za prikljucivanje provodnika. Primeri spoljnih oblika FET-a koji se cesto susrecu u praksi je prikazan na sl.5.1.7.v. Inace, dozvljeni napon simedju source-a i drejna obicno moze da bude do 30V, snaga do 300mW; Maksimalna struja se obicno ne daje, nego struja koja tece za napon Ugs=0V; ona obicno ide od 2mA do 20mA.

Pored opisanog N kanalnog FET-a postoji takodje P kanalni, kod kojeg je kanal od poluprovodnika P-tipa a gate N-tipa. Svi naponi i struje imaju smer suprotran smeru kod N kanalnog Fet-a. Redje se proiznodi od N kanalnog. Njegov simbol je prikazan na slici.5.1.8.