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電界効果トランジスタ
電界効果トランジスタ（FET）は、3端子半導体デバイスです。 その動作は、制御された入力電圧に基づいています。 外観上、JFETとバイポーラトランジスタは非常に似ています。 ただし、BJTは電流制御デバイスであり、JFETは入力電圧によって制御されます。 最も一般的には2種類のFETが利用可能です。
- 接合型電界効果トランジスタ（JFET）
- 金属酸化物半導体FET（IGFET）
接合型電界効果トランジスタ
接合型電界効果トランジスタの機能は、多数キャリア（電子または正孔）の流れのみに依存します。 基本的に、JFETは、側面にPN接合を含む N タイプまたは P タイプのシリコンバーで構成されます。 以下は、FETについて覚えておくべき重要なポイントです-
- ゲート-拡散または合金化技術を使用することにより、N型バーの両側が高濃度にドープされ、PN接合が作成されます。 これらのドープ領域は、ゲート（G）と呼ばれます。
- 出典-半導体バーに入るための多数キャリアの入り口です。
- ドレイン-多数のキャリアが半導体バーを出る際の出口です。
- チャネル-多数キャリアがソースからドレインに通過するN型材料の領域です。
フィールド半導体デバイスで一般的に使用されるJFETには、 NチャネルJFET と PチャネルJFET の2種類があります。
NチャネルJFET
P型基板上にN型材料の薄層が形成されています。 次の図は、NチャネルJFETの結晶構造と回路図記号を示しています。 次に、P型材料を使用してNチャネルの上部にゲートを形成します。 チャネルとゲートの端には、リード線が取り付けられており、基板には接続がありません。
DC電圧源をJFETのソースおよびドレインリードに接続すると、最大電流がチャネルを流れます。 同じ量の電流がソース端子とドレイン端子から流れます。 チャネル電流の量は、V〜DD〜の値とチャネルの内部抵抗によって決まります。
JFETのソース-ドレイン抵抗の典型的な値は、数百オームです。 ゲートが開いていても、チャネル内で完全な電流伝導が発生することは明らかです。 基本的に、IDに印加されるバイアス電圧の量は、JFETのチャネルを通過する電流キャリアの流れを制御します。 ゲート電圧のわずかな変化により、JFETは完全な導通状態と遮断状態の間のどこでも制御できます。
PチャネルJFET
N型基板上にP型材料の薄層が形成されています。 次の図は、NチャネルJFETの結晶構造と回路図記号を示しています。 ゲートは、N型材料でPチャネルの上に形成されます。 チャンネルとゲートの端には、リード線が取り付けられています。 残りの構造の詳細は、NチャネルJFETのものと同様です。
通常、一般的な操作では、ゲート端子はソース端子に対して正になります。 P-N接合空乏層のサイズは、逆バイアスされたゲート電圧の値の変動に依存します。 ゲート電圧のわずかな変化により、JFETは完全な導通状態と遮断状態の間のどこでも制御できます。
JFETの出力特性
JFETの出力特性は、次の図に示すように、一定のゲートソース電圧（V〜GS〜）でのドレイン電流（I〜D〜）とドレインソース電圧（V〜DS〜）の間に引き出されます。
最初は、ドレイン電流（I〜D〜）はドレインソース電圧（V〜DS〜）とともに急速に上昇しますが、ピンチオフ電圧（V〜P〜）として知られる電圧で突然一定になります。 ピンチオフ電圧を超えると、チャネル幅が非常に狭くなるため、非常に小さなドレイン電流が流れることができます。 したがって、ドレイン電流（I〜D〜）はピンチオフ電圧以上で一定のままです。
JFETのパラメーター
JFETの主なパラメーターは-
- ACドレイン抵抗（Rd）
- 相互コンダクタンス
- 増幅率
- ACドレイン抵抗（R〜d〜）*-一定のゲートソース間電圧でのドレイン電流の変化（ΔI〜D〜）に対するドレインソース電圧の変化（ΔV〜DS〜）の比率です。 次のように表現できます。
R〜d〜=（ΔV〜DS〜）/（ΔI〜D〜）一定V〜GS〜
トランスコンダクタンス（g〜fs〜）-一定のドレイン-ソース電圧におけるドレイン電流の変化（ΔI〜D〜）とゲートソース電圧の変化（ΔV〜GS〜）の比です。 次のように表現できます。
g〜fs〜=（ΔI〜D〜）/（ΔV〜GS〜）一定のV〜DS〜
増幅率（u）-ドレイン-ソース間電圧の変化（ΔV〜DS〜）とゲートソース間電圧の変化（ΔV〜GS〜）の一定ドレイン電流（ΔI〜D〜）の比です。 次のように表現できます。
u =（ΔV〜DS〜）/（ΔV〜GS〜）定数I〜D〜
