Diversi tipi di transistor a effetto di campo (FET) e principi di funzionamento

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Un cluster di transistor ad effetto di campo

Un cluster di transistor ad effetto di campo

Un transistor ad effetto di campo o FET è un transistor, in cui la corrente di uscita è controllata da un campo elettrico. FET a volte è chiamato transistor unipolare in quanto implica il funzionamento di tipo portante singolo. I tipi base di transistor FET sono completamente diversi da BJT nozioni di base sui transistor . FET è un dispositivo semiconduttore a tre terminali, con terminali di source, drain e gate.



I portatori di carica sono elettroni o lacune, che fluiscono dalla sorgente per drenare attraverso un canale attivo. Questo flusso di elettroni dalla sorgente allo scarico è controllato dalla tensione applicata ai terminali del gate e della sorgente.


Tipi di transistor FET

I FET sono di due tipi: JFET o MOSFET.



FET di giunzione

Un FET di giunzione

Un FET di giunzione

Il transistor FET di giunzione è un tipo di transistor ad effetto di campo che può essere utilizzato come interruttore controllato elettricamente. Il energia elettrica scorre attraverso un canale attivo tra le sorgenti per drenare i terminali. Applicando una retromarcia tensione di polarizzazione al terminale di gate , il canale è teso in modo che la corrente elettrica venga interrotta completamente.

Il transistor FET a giunzione è disponibile in due polarità che sono

JFET canale N


JFET canale N

JFET canale N

Il canale N JFET è costituito da una barra di tipo n ai lati della quale sono drogati due strati di tipo p. Il canale degli elettroni costituisce il canale N del dispositivo. Due contatti ohmici sono realizzati su entrambe le estremità del dispositivo a canale N, che sono collegati insieme per formare il terminale di gate.

I terminali di sorgente e drenaggio sono presi dagli altri due lati della barra. La differenza di potenziale tra i terminali di source e di drain è definita Vdd e la differenza di potenziale tra i terminali di source e di gate è chiamata Vgs. Il flusso di carica è dovuto al flusso di elettroni dalla sorgente allo scarico.

Ogni volta che viene applicata una tensione positiva tra i terminali di drain e source, gli elettroni fluiscono dalla sorgente 'S' al terminale di drain 'D', mentre la corrente di drain convenzionale Id fluisce attraverso il drain verso la sorgente. Mentre la corrente scorre attraverso il dispositivo, si trova in uno stato.

Quando una tensione di polarità negativa viene applicata al terminale di gate, viene creata una regione di svuotamento nel canale. La larghezza del canale viene ridotta, aumentando quindi la resistenza del canale tra la sorgente e lo scarico. Poiché la giunzione gate-source è polarizzata inversamente e non circola corrente nel dispositivo, il dispositivo è spento.

Quindi, fondamentalmente, se la tensione applicata al terminale di gate viene aumentata, una minore quantità di corrente fluirà dalla sorgente allo scarico.

Il JFET del canale N ha una conduttività maggiore del JFET del canale P. Quindi il JFET a canale N è un conduttore più efficiente rispetto al JFET a canale P.

JFET canale P.

trzvp2106Il canale P JFET è costituito da una barra di tipo P, su due lati della quale sono drogati strati di tipo n. Il terminale di gate è formato unendo i contatti ohmici su entrambi i lati. Come in un JFET a canale N, i terminali di source e drain sono presi dagli altri due lati della barra. Un canale di tipo P, costituito da fori come portatori di carica, è formato tra il terminale di source e quello di drain.

Barra JFET canale P.

Barra JFET canale P.

Una tensione negativa applicata ai terminali di pozzo e sorgente assicura il flusso di corrente dalla sorgente al terminale di pozzo e il dispositivo funziona nella regione ohmica. Una tensione positiva applicata al terminale di gate garantisce la riduzione della larghezza del canale, aumentando così la resistenza del canale. Più positiva è la tensione di gate, meno è la corrente che scorre attraverso il dispositivo.

Caratteristiche del transistor FET a giunzione a canale p

Di seguito è riportata la curva caratteristica del transistor a effetto di campo a giunzione a canale p e le diverse modalità di funzionamento del transistor.

Caratteristiche del transistor FET a giunzione canale p

Caratteristiche del transistor FET a giunzione canale p

Regione di cutoff : Quando la tensione applicata al terminale del gate è sufficientemente positiva per il canale larghezza minima , nessun flusso di corrente. Ciò fa sì che il dispositivo si trovi nella regione tagliata.

Regione ohmica : La corrente che scorre attraverso il dispositivo è linearmente proporzionale alla tensione applicata fino al raggiungimento di una tensione di rottura. In questa regione, il transistor mostra una certa resistenza al flusso di corrente.

Regione di saturazione : Quando la tensione di drain-source raggiunge un valore tale che la corrente che fluisce attraverso il dispositivo è costante con la tensione di drain-source e varia solo con la tensione di gate-source, si dice che il dispositivo si trova nella regione di saturazione.

Abbattere la regione : Quando la tensione di drain-source raggiunge un valore che provoca la rottura della regione di svuotamento, provocando un brusco aumento della corrente di drenaggio, si dice che il dispositivo si trovi nella regione di guasto. Questa regione di rottura viene raggiunta prima per un valore inferiore della tensione drain-source quando la tensione gate-source è più positiva.

Transistor MOSFET

Transistor MOSFET

Transistor MOSFET

Il transistor MOSFET come suggerisce il nome è una barra semiconduttrice di tipo p (tipo n) (con due regioni di tipo n fortemente drogate diffuse in essa) con uno strato di ossido di metallo depositato sulla sua superficie e fori estratti dallo strato per formare la sorgente e terminali di scarico. Uno strato metallico viene depositato sullo strato di ossido per formare il terminale di gate. Una delle applicazioni di base dei transistor ad effetto di campo è l'utilizzo di un MOSFET come interruttore.

Questo tipo di transistor FET ha tre terminali, che sono source, drain e gate. La tensione applicata al terminale di gate controlla il flusso di corrente dalla sorgente allo scarico. La presenza di uno strato isolante di ossido di metallo fa sì che il dispositivo abbia un'elevata impedenza di ingresso.

Tipi di transistor MOSFET basati sulle modalità operative

Un transistor MOSFET è il tipo più comunemente usato di transistor ad effetto di campo. Il funzionamento MOSFET si ottiene in due modalità, in base alle quali vengono classificati i transistor MOSFET. Il funzionamento del MOSFET in modalità di potenziamento consiste in una formazione graduale di un canale mentre, in modalità di svuotamento MOSFET, consiste in un canale già diffuso. Un'applicazione avanzata di MOSFET è CMOS .

Transistor MOSFET di potenziamento

Quando una tensione negativa viene applicata al terminale di gate del MOSFET, i portatori di carica positiva o i fori si accumulano maggiormente vicino allo strato di ossido. Un canale è formato dalla sorgente al terminale di drenaggio.

Transistor MOSFET di potenziamento

Transistor MOSFET di potenziamento

Quando la tensione viene resa più negativa, la larghezza del canale aumenta e la corrente scorre dalla sorgente al terminale di drenaggio. Pertanto, poiché il flusso di corrente 'aumenta' con la tensione di gate applicata, questo dispositivo è chiamato MOSFET di tipo Enhancement.

Transistor MOSFET in modalità di esaurimento

Un MOSFET a svuotamento è costituito da un canale diffuso tra il drain e il terminale di source. In assenza di qualsiasi tensione di gate, la corrente fluisce dalla sorgente allo scarico a causa del canale.

Transistor MOSFET in modalità di esaurimento

Transistor MOSFET in modalità di esaurimento

Quando questa tensione di gate viene resa negativa, le cariche positive vengono accumulate nel canale.
Ciò provoca una regione di svuotamento o una regione di cariche immobili nel canale e ostacola il flusso di corrente. Pertanto, poiché il flusso di corrente è influenzato dalla formazione della regione di svuotamento, questo dispositivo è chiamato MOSFET a svuotamento.

Applicazioni che coinvolgono MOSFET come interruttore

Controllo della velocità del motore BLDC

Il MOSFET può essere utilizzato come interruttore per azionare un motore CC. Qui un transistor viene utilizzato per attivare il MOSFET. I segnali PWM da un microcontrollore vengono utilizzati per accendere o spegnere il transistor.

Velocità di controllo del motore BLDC

Controllo della velocità del motore BLDC

Un segnale logico basso dal pin del microcontrollore fa funzionare l'accoppiatore OPTO, generando un segnale logico alto alla sua uscita. Il transistor PNP viene interrotto e di conseguenza il MOSFET viene attivato e viene acceso. I terminali di drenaggio e sorgente sono cortocircuitati e la corrente scorre agli avvolgimenti del motore in modo tale che inizi a ruotare. I segnali PWM garantiscono controllo della velocità del motore .

Pilotare una serie di LED:

Pilotando una serie di LED

Pilotando una serie di LED

Il funzionamento del MOSFET come interruttore implica l'applicazione del controllo dell'intensità di una serie di LED. Qui un transistor, pilotato da segnali provenienti da sorgenti esterne come un microcontrollore, viene utilizzato per pilotare il MOSFET. Quando il transistor è spento, il MOSFET riceve l'alimentazione e si accende, fornendo così una corretta polarizzazione alla matrice di LED.

Commutazione della lampada tramite MOSFET:

Commutazione della lampada tramite MOSFET

Commutazione della lampada tramite MOSFET

Il MOSFET può essere utilizzato come interruttore per controllare l'accensione delle lampade. Anche qui, il MOSFET viene attivato utilizzando un interruttore a transistor. I segnali PWM da una sorgente esterna come un microcontrollore vengono utilizzati per controllare la conduzione del transistor e di conseguenza il MOSFET si accende o si spegne, controllando così l'accensione della lampada.

Ci auguriamo di essere riusciti a fornire la migliore conoscenza ai lettori sull'argomento dei transistor ad effetto di campo. Vorremmo che i lettori rispondessero a una semplice domanda: in che modo i FET sono diversi dai BJT e perché sono più utilizzati in modo comparativo.

Per favore le tue risposte insieme al tuo feedback nella sezione commenti qui sotto.

Crediti fotografici

Un cluster di transistor ad effetto di campo di alibaba
JFET canale N di solarbotics
Barra JFET canale P di wikimedia
Curva delle caratteristiche JFET del canale P di learningaboutelectronics
Transistor MOSFET di imimg
Transistor MOSFET di potenziamento di circuiti oggi