Ein Cluster von Feldeffekttransistoren
Ein Feldeffekttransistor oder FET ist ein Transistor, bei dem der Ausgangsstrom durch ein elektrisches Feld gesteuert wird. FET wird manchmal als unipolarer Transistor bezeichnet, da es sich um einen Betrieb mit einem einzelnen Träger handelt. Die Grundtypen von FET-Transistoren unterscheiden sich vollständig von BJT Transistor Grundlagen . FET sind Halbleiterbauelemente mit drei Anschlüssen mit Source-, Drain- und Gate-Anschlüssen.
Die Ladungsträger sind Elektronen oder Löcher, die von der Quelle fließen, um durch einen aktiven Kanal abzuleiten. Dieser Elektronenfluss von Source zu Drain wird durch die an den Gate- und Source-Anschlüssen angelegte Spannung gesteuert.
Arten von FET-Transistoren
Es gibt zwei Arten von FETs: JFETs oder MOSFETs.
Junction FET
Ein Junction FET
Der Junction-FET-Transistor ist eine Art Feldeffekttransistor, der als elektrisch gesteuerter Schalter verwendet werden kann. Das elektrische Energie fließt durch einen aktiven Kanal zwischen Quellen zu Drain-Klemmen. Durch Anwenden einer Umkehrung Vorspannung an der Gate-Klemme wird der Kanal gespannt, so dass der elektrische Strom vollständig abgeschaltet wird.
Der Sperrschicht-FET-Transistor ist in zwei Polaritäten erhältlich:
N-Kanal-JFET
N-Kanal-JFET
Der N-Kanal-JFET besteht aus einem n-Typ-Stab, an dessen Seiten zwei p-Typ-Schichten dotiert sind. Der Elektronenkanal bildet den N-Kanal für die Vorrichtung. An beiden Enden der N-Kanal-Vorrichtung sind zwei ohmsche Kontakte hergestellt, die miteinander verbunden sind, um den Gate-Anschluss zu bilden.
Die Source- und Drain-Anschlüsse sind von den beiden anderen Seiten der Stange entfernt. Die Potentialdifferenz zwischen Source- und Drain-Anschlüssen wird als Vdd und die Potentialdifferenz zwischen Source- und Gate-Anschlüssen als Vgs bezeichnet. Der Ladungsfluss ist auf den Elektronenfluss von Source zu Drain zurückzuführen.
Immer wenn eine positive Spannung an die Drain- und Source-Anschlüsse angelegt wird, fließen Elektronen von der Source 'S' zum Drain 'D' -Anschluss, während der herkömmliche Drainstrom Id durch den Drain zur Source fließt. Wenn Strom durch das Gerät fließt, befindet es sich in einem Zustand.
Wenn eine negative Polaritätsspannung an den Gate-Anschluss angelegt wird, wird im Kanal ein Verarmungsbereich erzeugt. Die Kanalbreite wird verringert, wodurch der Kanalwiderstand zwischen Source und Drain erhöht wird. Da der Gate-Source-Übergang in Sperrrichtung vorgespannt ist und kein Strom in der Vorrichtung fließt, ist er ausgeschaltet.
Wenn also die am Gate-Anschluss angelegte Spannung erhöht wird, fließt weniger Strom von der Source zur Drain.
Der N-Kanal-JFET hat eine größere Leitfähigkeit als der P-Kanal-JFET. Der N-Kanal-JFET ist also ein effizienterer Leiter als der P-Kanal-JFET.
P-Kanal JFET
Der P-Kanal-JFET besteht aus einem P-Typ-Stab, an dessen zwei Seiten n-Typ-Schichten dotiert sind. Der Gate-Anschluss wird durch Verbinden der ohmschen Kontakte auf beiden Seiten gebildet. Wie bei einem N-Kanal-JFET werden die Source- und Drain-Anschlüsse von den beiden anderen Seiten des Balkens genommen. Zwischen dem Source- und dem Drain-Anschluss ist ein P-Kanal gebildet, der aus Löchern als Ladungsträger besteht.
P-Kanal-JFET-Balken
Eine negative Spannung, die an die Drain- und Source-Klemmen angelegt wird, stellt den Stromfluss von der Source- zur Drain-Klemme sicher und das Gerät arbeitet im ohmschen Bereich. Eine an den Gate-Anschluss angelegte positive Spannung sorgt für eine Reduzierung der Kanalbreite und erhöht so den Kanalwiderstand. Positiver ist die Gate-Spannung, weniger der durch das Gerät fließende Strom.
Eigenschaften des p-Kanal-Junction-FET-Transistors
Nachstehend ist die Kennlinie des p-Kanal-Übergangsfeldeffekttransistors und verschiedene Betriebsarten des Transistors angegeben.
Eigenschaften des FET-Transistors mit p-Kanalübergang
Grenzbereich : Wenn die an den Gate-Anschluss angelegte Spannung für den Kanal ausreichend positiv ist Breite muss minimal sein fließt kein Strom. Dies führt dazu, dass sich das Gerät im Sperrbereich befindet.
Ohmsche Region : Der durch das Gerät fließende Strom ist linear proportional zur angelegten Spannung, bis eine Durchbruchspannung erreicht ist. In diesem Bereich zeigt der Transistor einen gewissen Widerstand gegen den Stromfluss.
Sättigungsbereich : Wenn die Drain-Source-Spannung einen Wert erreicht, bei dem der durch das Gerät fließende Strom mit der Drain-Source-Spannung konstant ist und nur mit der Gate-Source-Spannung variiert, befindet sich das Gerät im Sättigungsbereich.
Region aufteilen : Wenn die Drain-Source-Spannung einen Wert erreicht, der dazu führt, dass der Verarmungsbereich zusammenbricht und der Drain-Strom abrupt ansteigt, befindet sich das Gerät im Durchbruchbereich. Dieser Durchbruchbereich wird früher für einen niedrigeren Wert der Drain-Source-Spannung erreicht, wenn die Gate-Source-Spannung positiver ist.
MOSFET-Transistor
MOSFET-Transistor
Der MOSFET-Transistor ist, wie der Name schon sagt, ein Halbleiterstab vom p-Typ (n-Typ) (mit zwei stark dotierten Bereichen vom n-Typ, der in ihn diffundiert), auf dessen Oberfläche eine Metalloxidschicht abgeschieden ist und Löcher aus der Schicht herausgenommen wurden, um eine Quelle zu bilden und Ablassklemmen. Eine Metallschicht wird auf der Oxidschicht abgeschieden, um den Gate-Anschluss zu bilden. Eine der grundlegenden Anwendungen der Feldeffekttransistoren ist die Verwendung von a MOSFET als Schalter.
Dieser Typ von FET-Transistor hat drei Anschlüsse, die Source, Drain und Gate sind. Die an den Gate-Anschluss angelegte Spannung steuert den Stromfluss von Source zu Drain. Das Vorhandensein einer isolierenden Metalloxidschicht führt dazu, dass die Vorrichtung eine hohe Eingangsimpedanz aufweist.
Arten von MOSFET-Transistoren basierend auf Betriebsmodi
Ein MOSFET-Transistor ist der am häufigsten verwendete Typ eines Feldeffekttransistors. Der MOSFET-Betrieb wird in zwei Modi erreicht, auf deren Grundlage MOSFET-Transistoren klassifiziert werden. Der MOSFET-Betrieb im Verbesserungsmodus besteht aus einer allmählichen Bildung eines Kanals, während er im Verarmungsmodus-MOSFET aus einem bereits diffundierten Kanal besteht. Eine fortgeschrittene Anwendung von MOSFET ist CMOS .
Verbesserungs-MOSFET-Transistor
Wenn eine negative Spannung an den Gate-Anschluss des MOSFET angelegt wird, werden die positiv ladungstragenden Ladungsträger oder Löcher in der Nähe der Oxidschicht akkumuliert. Ein Kanal wird von der Source zum Drain-Anschluss gebildet.
Verbesserungs-MOSFET-Transistor
Wenn die Spannung negativer wird, nimmt die Kanalbreite zu und Strom fließt von der Source- zur Drain-Klemme. Da der Stromfluss mit der angelegten Gate-Spannung 'zunimmt', wird dieses Gerät als MOSFET vom Verstärkungstyp bezeichnet.
Verarmungsmodus-MOSFET-Transistor
Ein Verarmungsmodus-MOSFET besteht aus einem Kanal, der zwischen dem Drain und dem Source-Anschluss diffundiert. In Abwesenheit einer Gate-Spannung fließt aufgrund des Kanals Strom von Source zu Drain.
MOSFET-Transistor im Verarmungsmodus
Wenn diese Gate-Spannung negativ gemacht wird, werden positive Ladungen im Kanal akkumuliert.
Dies verursacht einen Verarmungsbereich oder einen Bereich unbeweglicher Ladungen im Kanal und behindert den Stromfluss. Da der Stromfluss durch die Bildung des Verarmungsbereichs beeinflusst wird, wird diese Vorrichtung als Verarmungsmodus-MOSFET bezeichnet.
Anwendungen mit MOSFET als Schalter
Steuerung der Drehzahl des BLDC-Motors
Der MOSFET kann als Schalter zum Betreiben eines Gleichstrommotors verwendet werden. Hier wird ein Transistor verwendet, um den MOSFET auszulösen. PWM-Signale von einem Mikrocontroller werden zum Ein- und Ausschalten des Transistors verwendet.
Steuerung der Drehzahl des BLDC-Motors
Ein logisch niedriges Signal vom Mikrocontroller-Pin führt dazu, dass der OPTO-Koppler arbeitet und an seinem Ausgang ein hohes logisches Signal erzeugt. Der PNP-Transistor wird abgeschaltet und dementsprechend wird der MOSFET ausgelöst und eingeschaltet. Die Drain- und Source-Klemmen sind kurzgeschlossen und der Strom fließt zu den Motorwicklungen, so dass sie sich zu drehen beginnen. PWM-Signale sorgen dafür Drehzahlregelung des Motors .
Ansteuern einer Reihe von LEDs:
Ansteuern einer Reihe von LEDs
Der MOSFET-Betrieb als Schalter beinhaltet die Anwendung der Steuerung der Intensität eines Arrays von LEDs. Hier wird ein Transistor verwendet, der durch Signale von externen Quellen wie einem Mikrocontroller angesteuert wird, um den MOSFET anzusteuern. Wenn der Transistor ausgeschaltet ist, erhält der MOSFET die Versorgung und wird eingeschaltet, wodurch eine ordnungsgemäße Vorspannung des LED-Arrays bereitgestellt wird.
Schaltlampe mit MOSFET:
Schaltlampe mit MOSFET
Der MOSFET kann als Schalter zum Steuern des Schaltens von Lampen verwendet werden. Auch hier wird der MOSFET über einen Transistorschalter ausgelöst. PWM-Signale von einer externen Quelle wie einem Mikrocontroller werden verwendet, um die Leitung des Transistors zu steuern, und dementsprechend schaltet der MOSFET ein oder aus, wodurch das Schalten der Lampe gesteuert wird.
Wir hoffen, dass es uns gelungen ist, den Lesern das beste Wissen zum Thema Feldeffekttransistoren zu vermitteln. Wir möchten, dass die Leser eine einfache Frage beantworten: Wie unterscheiden sich FETs von BJTs und warum werden sie vergleichsweise häufiger verwendet?
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Bildnachweis
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