さまざまなタイプの電界効果トランジスタ（FET）と動作原理

電界効果トランジスタのクラスター

電界効果トランジスタまたはFETは、出力電流が電界によって制御されるトランジスタです。 FETは、シングルキャリアタイプの動作を伴うため、ユニポーラトランジスタと呼ばれることもあります。 FETトランジスタの基本的なタイプはBJTとは完全に異なります トランジスタの基本 。 FETは、ソース端子、ドレイン端子、およびゲート端子を備えた3端子半導体デバイスです。

電荷キャリアは電子または正孔であり、ソースからアクティブチャネルを通ってドレインに流れます。ソースからドレインへのこの電子の流れは、ゲート端子とソース端子の間に印加される電圧によって制御されます。

FETトランジスタの種類

FETには、JFETまたはMOSFETの2つのタイプがあります。

接合型FET

接合型FET

ジャンクションFETトランジスタは、電気的に制御されるスイッチとして使用できる電界効果トランジスタの一種です。ザ・ 電気エネルギー ソース間のアクティブチャネルを通ってドレイン端子に流れます。リバースを適用することによって ゲート端子へのバイアス電圧 、チャネルが歪んでいるため、電流が完全にオフになります。

接合型FETトランジスタは、次の2つの極性で利用できます。

NチャネルJFET

NチャネルJFET

NチャネルJFETは、側面に2つのp型層がドープされたn型バーで構成されています。電子のチャネルは、デバイスのNチャネルを構成します。 Nチャネルデバイスの両端には2つのオーミック接点があり、これらは互いに接続されてゲート端子を形成します。

ソース端子とドレイン端子は、バーの他の2つの側面から取られています。ソース端子とドレイン端子間の電位差はVddと呼ばれ、ソース端子とゲート端子間の電位差はVgsと呼ばれます。電荷の流れは、ソースからドレインへの電子の流れによるものです。

ドレイン端子とソース端子の間に正の電圧が印加されると、電子はソース「S」からドレイン「D」端子に流れますが、従来のドレイン電流Idはドレインを通ってソースに流れます。デバイスに電流が流れると、デバイスは1つの状態になります。

ゲート端子に負極性の電圧を印加すると、チャネル内に空乏領域が発生します。チャネル幅が狭くなるため、ソースとドレイン間のチャネル抵抗が増加します。ゲート-ソース接合は逆バイアスされており、デバイスに電流が流れないため、オフ状態になっています。

したがって、基本的にゲート端子に印加される電圧を上げると、ソースからドレインに流れる電流の量が少なくなります。

NチャネルJFETは、PチャネルJFETよりも高い導電率を持っています。したがって、NチャネルJFETは、PチャネルJFETと比較してより効率的な導体です。

PチャネルJFET

PチャネルJFETはPタイプのバーで構成され、その両側にnタイプの層がドープされています。ゲート端子は、両側のオーミック接点を結合することによって形成されます。 NチャネルJFETの場合と同様に、ソース端子とドレイン端子はバーの他の2つの側面から取られます。電荷担体としての正孔からなるP型チャネルが、ソース端子とドレイン端子の間に形成されます。

PチャネルJFETバー

ドレイン端子とソース端子に負の電圧を印加すると、ソースからドレイン端子への電流の流れが保証され、デバイスはオーミック領域で動作します。ゲート端子に正の電圧を印加すると、チャネル幅が確実に減少し、チャネル抵抗が増加します。ゲート電圧が正であるほど、デバイスを流れる電流は少なくなります。

pチャネル接合型FETトランジスタの特性

以下に示すのは、pチャネル接合型電界効果トランジスタの特性曲線とトランジスタのさまざまな動作モードです。

pチャネル接合型FETトランジスタの特性

カットオフ領域 ：ゲート端子に印加される電圧がチャネルに対して十分に正である場合 最小幅 、電流は流れません。これにより、デバイスはカットオフ領域になります。

オーミック領域 ：デバイスを流れる電流は、ブレークダウン電圧に達するまで、印加電圧に直線的に比例します。この領域では、トランジスタは電流の流れに対してある程度の抵抗を示します。

飽和領域 ：ドレイン-ソース間電圧が、デバイスを流れる電流がドレイン-ソース間電圧で一定であり、ゲート-ソース間電圧でのみ変化するような値に達すると、デバイスは飽和領域にあると言われます。

地域を分類する ：ドレイン-ソース間電圧が空乏領域を破壊する値に達してドレイン電流が急激に増加すると、デバイスは破壊領域にあると言われます。このブレークダウン領域は、ゲート-ソース間電圧がより正の場合、ドレイン-ソース間電圧の値が低いほど早く到達します。

MOSFETトランジスタ

MOSFETトランジスタ

MOSFETトランジスタは、その名前が示すように、p型（n型）半導体バー（2つの高濃度にドープされたn型領域が拡散している）であり、その表面に金属酸化物層が堆積し、層から穴を取り出してソースを形成しますおよびドレイン端子。金属層が酸化物層上に堆積されて、ゲート端子を形成する。電界効果トランジスタの基本的な用途の1つは、 スイッチとしてのMOSFET。

このタイプのFETトランジスタには、ソース、ドレイン、ゲートの3つの端子があります。ゲート端子に印加される電圧は、ソースからドレインへの電流の流れを制御します。金属酸化物の絶縁層が存在すると、デバイスの入力インピーダンスが高くなります。

動作モードに基づくMOSFETトランジスタの種類

MOSFETトランジスタは、最も一般的に使用されるタイプの電界効果トランジスタです。 MOSFETの動作は2つのモードで実現され、それに基づいてMOSFETトランジスタが分類されます。エンハンスメントモードでのMOSFETの動作は、チャネルの段階的な形成で構成されますが、デプレッションモードのMOSFETでは、すでに拡散されたチャネルで構成されます。 MOSFETの高度なアプリケーションは CMOS 。

エンハンスメントMOSFETトランジスタ

MOSFETのゲート端子に負の電圧を印加すると、正の電荷を運ぶキャリアまたは正孔が酸化物層の近くに蓄積されます。ソースからドレイン端子までのチャネルが形成されます。

エンハンスメントMOSFETトランジスタ

電圧がより負になると、チャネル幅が広がり、電流がソース端子からドレイン端子に流れます。したがって、電流の流れがゲート電圧を印加すると「エンハンス」するため、このデバイスはエンハンスメント型MOSFETと呼ばれます。

デプレッションモードMOSFETトランジスタ

デプレッションモードMOSFETは、ドレインとソース端子の間に拡散したチャネルで構成されます。ゲート電圧がない場合、チャネルのために電流がソースからドレインに流れます。

デプレッションモードMOSFETトランジスタ

このゲート電圧を負にすると、正の電荷がチャネルに蓄積されます。
これにより、チャネル内の空乏領域または不動電荷の領域が発生し、電流の流れが妨げられます。したがって、電流の流れは空乏領域の形成によって影響を受けるため、このデバイスは空乏モードMOSFETと呼ばれます。

スイッチとしてMOSFETを含むアプリケーション

BLDCモーターの速度を制御する

MOSFETは、DCモーターを操作するためのスイッチとして使用できます。ここでは、トランジスタを使用してMOSFETをトリガーします。マイクロコントローラからのPWM信号は、トランジスタのオンとオフを切り替えるために使用されます。

BLDCモーターの速度を制御する

マイクロコントローラピンからのロジックロー信号により、OPTOカプラが動作し、出力にハイロジック信号が生成されます。 PNPトランジスタが遮断され、それに応じてMOSFETがトリガーされ、オンになります。ドレイン端子とソース端子が短絡され、モーター巻線に電流が流れて回転を開始します。 PWM信号は確実にします モーターの速度制御 。

LEDのアレイを駆動する：

LEDのアレイを駆動する

スイッチとしてのMOSFETの動作には、LEDのアレイの強度を制御するアプリケーションが含まれます。ここでは、マイクロコントローラなどの外部ソースからの信号によって駆動されるトランジスタを使用して、MOSFETを駆動します。トランジスタがオフになると、MOSFETが電源を取得してオンになり、LEDアレイに適切なバイアスを提供します。

MOSFETを使用したスイッチングランプ：

MOSFETを使用したスイッチングランプ

MOSFETは、ランプのスイッチングを制御するためのスイッチとして使用できます。ここでも、MOSFETはトランジスタスイッチを使用してトリガーされます。マイクロコントローラなどの外部ソースからのPWM信号は、トランジスタの導通を制御するために使用され、それに応じてMOSFETがオンまたはオフに切り替わり、ランプのスイッチングを制御します。

電界効果トランジスタのトピックについて、読者に最高の知識を提供することに成功したことを願っています。読者に簡単な質問に答えてもらいたい– FETはBJTとどのように違うのか、そしてなぜそれらが比較的使用されているのか。

以下のコメントセクションでフィードバックと一緒にあなたの答えをお願いします。

写真クレジット

による電界効果トランジスタのクラスター アリババ
NチャネルJFETによる ソーラーボティクス
PチャネルJFETバー ウィキメディア
PチャネルJFET特性曲線 エレクトロニクスについて学ぶ
MOSFETトランジスタによる imimg
によるエンハンスメントMOSFETトランジスタ 今日のサーキット