トランジスタは、低電力の電気信号を利用して電流を制御する線形半導体装置です。バイポーラトランジスタと電界効果トランジスタは、トランジスタの 2 つの主要なタイプです。前の章では、小さな電流を使って大きな電流を制御するバイポーラ トランジスタについて説明しました。この章では、電界効果トランジスタ (適度な電圧で電流を管理するデバイス) の幅広い概念について説明してから、特定のタイプである接合型電界効果トランジスタに焦点を当てます。次の章では、電界効果トランジスタの別の形態である絶縁ゲートの種類について検討します。
ジャンクション電界効果トランジスタ
電子回路では、接合型電界効果トランジスタ (JFET) が頻繁に使用されます。接合型電界効果トランジスタは、アンプからスイッチ回路まで、幅広い電子回路で非常に簡単に利用できる、信頼性が高く有用な電子部品です。
接合型電界効果トランジスタは、安価に購入できる単純な半導体デバイスです。これにより、強力なコストパフォーマンスが求められるさまざまな電気回路での使用に最適です。
JFET は長い間存在しており、MOSFET ほどの高レベルの DC 入力抵抗はありませんが、信頼性が高く、堅牢で、使いやすいです。結果として、これらの電子部品は、幅広い電子回路設計の優れた代替品となります。また、リードおよび表面実装デバイス構成のコンポーネントにもアクセスできます。
典型的な JFET 半導体デバイス
N チャネル JFET
ジャンクション電界効果トランジスタ (JFET) の方向性電流は、状況に応じて、ソースからドレイン、またはドレインからソースに流れます。ゲートとソースの間に調整電圧が印加されます。電流は、ソースからドレインへの経路で PN 接合を通過する必要がないことに注意してください。パス (チャネルと呼ばれます) は、半導体材料の連続したブロックです。このチャネルは、上図の N 型半導体です。 P型チャネルを備えたJFETも入手可能です:
P チャネル JFET
N チャネル JFET は、P チャネル JFET よりも頻繁に使用されます。この理由は、この章では触れたくない半導体理論の核心的な側面に関係しています。バイポーラトランジスタのように、電界効果トランジスタの導入方法としては理論を極力無視して、実際の特性を重視するのが一番だと思います。ゲート材料とチャネルの間に作成された PN ジャンクションのバイアスは、N チャネル JFET と P チャネル JFET の間の唯一の実際的な違いであり、もう考える必要があります。
チャネルは、ゲートとソースの間に電圧が印加されていないときに電流が通過するための広く開いた経路です。ただし、PN接合を逆バイアスするような極性の電圧がゲートとソースの間に置かれると、ベース電流が固定されたバイポーラトランジスタの場合と同様に、ソースとドレイン接続間の流れが制限または調整されます。ソースとドレイン間のすべての電流は、最大ゲート - ソース間電圧によって「ピンチオフ」され、JFET を切断状態に強制します。
JFET の基礎
しばしば FET と呼ばれる電界効果トランジスタは、電場によってコンダクタンスが調整されるシリコン セクションです。チャネルは、電流が流れるシリコン片であり、N 型または P 型の 2 つのカテゴリのシリコンのいずれかで構成されています。
ソースとドレインの接続はデバイスの両端にあります。電流は、ゲートと呼ばれる第 3 の電極に提供される電界によって制御されます。
電界のみがチャネルを流れる電流を制御するため、デバイスは電圧で動作すると見なされます。また、入力インピーダンスも大きく、通常は数メガオームです。これは、入力インピーダンスが大幅に低い電流動作バイポーラ トランジスタよりも大きな利点となります。
JFET の動作
ジャンクション FET は、電圧制御トランジスタです。つまり、ゲートに印加される電圧がデバイスの動作を制御します。
N チャネル デバイスと P チャネル デバイスはどちらも同じように機能しますが、一方の電荷キャリアが反転し、一方が電子、他方が正孔になる点が異なります。 N チャネル デバイスが最も普及しているため、N チャネル デバイスのケースについて説明します。
この層の厚さは、ジャンクションの逆バイアスの程度に比例します。言い換えると、逆バイアスが小さい場合、空乏層はチャネル内に少ししか伸びず、水が通過するための広大な領域が残されます。
ゲートがかなりの負のバイアスを受けると、空乏層が拡大し、チャネルの奥まで到達し、電流が流れる領域を最小限に抑えます。
JFET回路の応用
JFET は非常に有用な電子部品であり、多くの技術的な回路設計で使用されています。それらには、多数のサーキットで使用できる多くの明確な利点があります.
単純なバイアス
高入力インピーダンス
低ノイズ
JFET は、その特性により、アンプから発振器、ロジック スイッチからフィルター、その他多くのアプリケーションまで、幅広い回路で使用されています。
JFET の構造と製造
JFET は、N チャネル構成と P チャネル構成の両方で利用できます。以下の構造の N 領域と P 領域が転置されている点が異なりますが、これらは互いにほとんど同じです。
FET の製造は、さまざまな方法で行うことができます。高度にドープされた基板は、シリコン デバイスの 2 番目のゲートとして機能します。
次に、エピタキシー、基板への不純物の拡散、またはイオン注入によって、アクティブな n 型領域を生成することができます。ガリウム砒素が使用される場合、半絶縁性真性層が基板として使用される。これにより、浮遊容量のレベルが最小限に抑えられ、優れた高周波性能が可能になります。
JFET 特性
さまざまなタイプの JFET 特性。
1.ゲート短絡による JFET ドレイン特性:接合型電界効果トランジスタの出力特性は、2 つの方法で説明できます。最初のものは、ゲートが 0 ボルトに短絡したときです。これにより、半導体デバイスの単一の曲線が得られ、これらの条件下でどのように機能するかが示されます。
2.外部バイアスによる JFET ドレイン特性:接合 FET がさまざまな量のバイアスにさらされたときにどのように動作するかを知ることも重要です。その後、さまざまなバイアス レベルでの属性を表す曲線が提供されます。
3. JFET 伝達特性:ジャンクション電界効果トランジスタの伝達作用は、ゲート電圧 VGSM の変動が出力またはドレイン電流 ID にどのように影響するかを示します。
結論
JFET はジャンクション電界効果トランジスタの略で、非常に高い入力インピーダンスを持つ電圧管理電流源です。 BJT とは異なり、JFET は多くの電子システムでアンプとして使用されるユニポーラ接合トランジスタです。
