TRANZYSTORY POLOWE – JFET unipolarne

2 Tranzystory polowe Tranzystory polowe, nazywane również tranzystorami unipolarnymi, stanowią grupę kilku rodzajów elementów, które są sterowane polem elektrycznym co oznacza, że nie pobierają mocy na wejściu . W działaniu elementu udział bierze tylko jeden rodzaj nośników ładunku, stąd nazwa polowy (unipolarny).

3 Tranzystory polowe, zwane w skrócie FET (ang. Field Effect Transistor), mają kanał typu P lub kanał typu N, który może być wzbogacony lub zubożony. W tranzystorach z kanałem typu N nośnikami prądu są elektrony, a w tranzystorach z kanałem typu P nośnikami prądu są dziury.

4 W tranzystorach polowych między elektrodami płynie prąd nośników jednego rodzaju, prąd nośników większościowych. Wartość prądu przepływającego przez tranzystor polowy jest zależna od wartości napięcia przyłożonego między źródłem a drenem oraz od wartości rezystancji kanału.

Tranzystorów polowe dzielimy na: 5 Tranzystorów polowe dzielimy na: Tranzystory polowe złączowe – JFET (ang. Junction FET), Tranzystory polowe z izolowaną bramką – IGFET lub MOSFET (ang. Insulated Gate FET lub Metal Oxide Semiconductor FET). Tranzystory polowe cienkowarstwowe TFT (ang. Thin Film Transistor).

W tranzystorach polowych elektrody mają swoją nazwę i określony symbol: Źródło (ang. Source), oznaczone literą S. Jest elektrodą z której wypływają nośniki ładunku do kanału. Prąd źródła oznacza się jako Is. Dren (ang. Drain), oznaczone literą D. Jest elektrodą do której dochodzą nośniki ładunku. Prąd drenu – ID, napięcie dren-źródło – UDS. Bramka (ang. Gate), oznaczone literą G. Jest elektrodą sterującą przepływem ładunków. Prąd bramki – IG, napięcie bramka-źródło – UGS.

7 TRANZYSTORY POLOWE Działanie tranzystora polowego polega na sterowaniu przepływem prądu przez kanał za pomocą pola elektrycznego wytwarzanego przez napięcie doprowadzone do bramki. Ponieważ w tranzystorze polowym nie ma żadnych przewodzących złącz więc do bramki nie wpływa ani z niej nie wypływa żaden prąd i jest to chyba najważniejsza cecha tranzystorów polowych.

Zasada działania tranzystora polowego 8 Zasada działania tranzystora polowego W tranzystorze polowym JFET elektrody D (dren) i S (źródło) dołączone są do płytki półprzewodnika, a złącze pn występuje między tą płytką obszarem bramki G co pokazane jest na rys. Jednorodny obszar półprzewodnika występujący między drenem i źródłem stanowi kanał, przez który płynie prąd i którego rezystancję można zmieniać przez zmianę przekroju kanału.

Zasada działania tranzystora polowego 9 Zasada działania tranzystora polowego Zmianę przekroju kanału uzyskuje się przez rozszerzenie lub zwężenie warstwy zaporowej złącza pn, a więc przez zmianę napięcia UGS polaryzującego to złącze w kierunku zaporowym. Pod wpływem napięcia UGS polaryzującego zaporowo złącze pn, warstwa zaporowa rozszerzy się tak, jak to pokazane jest na rysunku przekrój kanału tym samym zmniejszy się, a jego rezystancja wzrośnie. Dalsze zwiększanie napięcia UGS w kierunku zaporowym spowoduje, że warstwy zaporowe połączą się i kanał zostanie zamknięty, a jego rezystancja będzie bardzo duża.

Zasada działania tranzystora polowego 10 Zasada działania tranzystora polowego Na rysunkach 1 i 2 przedstawiona jest sytuacja gdy doprowadzone jest napięcie UDS między dren i źródło, przy zachowaniu tego samego potencjału bramki i źródła. Jak widać na rys. 1 w pobliżu drenu warstwa zaporowa jest szersza niż w pobliżu źródła. Jest to spowodowane tym, że złącze pn wzdłuż kanału jest polaryzowane różnymi napięciami. Do stałego napięcia UGS dodaje się spadek napięcia występujący między danym punktem kanału a źródłem S. Dalszy wzrost napięcia UDS powoduje dalsze rozszerzanie warstwy zaporowej aż do zamknięcia kanału, co powoduje stan nasycenia.

11 Symbole

Typowe parametry tranzystorów polowych BF245B IRF530 Technologia Złączowy MOS Rodzaj Kanał typu n zubożany Kanał typu n wzbogacany Parametry graniczne Napięcie dren-źródło                    UDSmax Prąd drenu                                   IDmax Napięcie bramka-źródło               UGSmax Moc strat                                      Pstrmax   30V 25mA -30V 300mW   100V 10A ±20V 75W Parametry charakterystyczne Napięcie progowe                        UP Prąd drenu przy UGS=0                IDSS Transkonduktancja                      gmm Rezystancja w stanie włączenia   rdson Maksymalny prąd bramki              IGmax Prąd drenu w stanie odcięcia       IDmax Pojemność wejściowa                  CweS Pojemność wyjściowa                  CwyS Pojemność zwrotna                     CwS Pole wzmocnienia                        fS Czas włączenia                            ton Czas wyłączenia                          toff   -1,5...-4,5V 6..15mA 5mA/V 200W 5nA 10nA 4pF 1,6pF 1,1pF 700MHz   1,5...3,5V 5A 5A/V 0,14W 0,5mA 1mA 750pF 300pF 50pF   30ns 50ns