Felteffekttransistor

Table of contents

1 Felteffekttransistor kort fortalt 2 FET typer 3 Hvordan virker en FET i praksis 3.1 MOSFET: BUZ12: fysiske grænser 3.2 Forsøg 1: spændingsstyring 3.3 Forsøg 2: strømstyring 3.4 Forsøg 3: Vgs > 4,5 V 3.5 Hvorfor er det interessant med stejlheden? 4 Se også 5 Eksterne henvisninger 5.6 Teknisk 5.7 Data på nogle typer

Felteffekttransistor kort fortalt

FET anvendes i dag (2004) stort set i alle digitale kredsløb; digitale uree, frekvenstællere, computere, hukommelseskredse (RAM, ROM) og CPUer - i form af integrerede kredsløb. Grunden til FETs store udbredelse i dag, er at digitale kredsløb baseret på FETs kun bruger energi i selve skifteøjeblikket. Det betyder digitale kredsløb baseret på FETs bruger energi propotionalt med taktgiverens frekvens.

I dag er FET stærkt udbredt i effektelektronik som f.eks. SMPS (f.eks. vekselrettere), elmotor-kommutering, udgangsforstærkere, radiosendere, fjernsyn.

Frem til midten af 1970'erne havde FETten en nichetilvtilværelse, da datidens FETs havde større parameterspredning og var dyrere. Dengang var nicherne anvendelser, hvor det var ønsket med en høj indgangs-impedans. F.eks. måleapparater i det første forstærkertrin i:

• oscilloskop-indgange.
• multimetre.

• JFET, J-FET (står for Junction FET)
  • depletion og enhancement (E) (f.eks. EMOSFET) varianter
• Schottky JFET
  • MESFET (=MEtal Semiconductor FET)
    • dobbel-gate-MESFET (overvejende laveffektsanvendelser)
    • Effekt MESFET
  • HEMT (High Electron Mobility Transistor)
  • PHEMT
• IGFET (Står for: Insulated Gate FET)
  • MOSFET (=Metal Oxide Semiconductor FET)
    • dobbel-gate-MOSFET
    • MOSFET (overvejende laveffektsanvendelser)
  • MOSFET (burde hedde SOSFET) (Kilde side 5(144)(pdf))
    • Effekt MOSFET (burde hedde Effekt SOSFET)
      • Fabrikant salgsnavne: VMOS, TMOS, DMOS, MegaMOS, HEXFET, HiPerMOS, SIPMOS, TrenchMOS.

Der er også en fællesbetegnelse for anvendelse af både N-MOS og P-MOS i et elektrisk kredsløb; CMOS eller C-MOS som står for eng. Complementary-MOS.

Hvordan virker en FET i praksis

Herunder beskrives nogle eksperimenter, man kan udføre med en FET transistor. Den har tre elektriske forbindelse kaldet ved de engelske ord; gate, drain og source.

Når man udforsker en FET elektrisk samtidig på de tre ben, bliver resultatet overraskende pga. nogle kvantemekaniske effekter i det tynde gate-område.

FETs kan grundlæggende anvendes på tre måder kaldet jordet source-, jordet drain- og jordet gate-kobling i fagsprog.

Efter en del forsøg, har man fundet ud af, at den måde at forbinde transistoren, der er mest generelt anvendelig, er at benytte source forbundet til 0 V ('jord'), jordet-source-kobling. Her kobles indgangssignalet til gate og drain bruges som udgang.

Så er spørgsmålet, om man skal anvende spændinger eller strømmeme som indgangs- og udgangssignaler. Selvfølgelig vil de fysiske størrelser strøm og spænding begge være tilstede, men hensigten er at finde et reproducerbart eksperiment, som kan forstærke (eller styre) signaler.

MOSFET: BUZ12: fysiske grænser

Is < 42 A

Id < 42 A

|Vgs| < 20 V

Vds < 50 V

Og så den sidste vigtige grænse: temperaturen inde i transistorchippenpen må maksimalt være 150°C.

Bliver nogen af ovenstående grænser højere end det opgivne, vil fabrikantens tekniske data, opgivet for transistoren, ændre sig permanent. Det er som regel til det dårligere.

Fabrikanten har målt, at der er en varmemodstand mellem chippen og den omgivende luft på 75 K/W. K står for Kelvin (temperaturforskellen). W står for effekten i watt. Overgangen fra chip til metalpladen i huset har en varmemodstand på mindre end 1 K/W. Dette er interessant når større effekter ønskes afsat i FETten.

Er den omgivende lufttemperatur 25°C og transistoren spændes på en køleplade med en varmemodstand på 2 K/W fra transistorplacering til luft - og der regnes med et varmeledningstab fra transistor til kølplade på 1,5 K/W, må der maksimalt afsættes følgende effekt i chippen:

Forsøg 1: spændingsstyring

For 4,5 > Vgs > 4 V viser det sig at ΔId/ΔVgs ændrer sig nogenlunde langsomt, hvilket betyder at FETten i dette arbejdsområde kan anvendes som en nogenlunde lineær forstærker.

I MOSFETtens lineære område opfører den sig som et elektronrør. Hældningen ΔId/ΔVgs kaldes for stejlheden og måles i A/V eller siemens. Det typiske stejlhed for BUZ12 er 23 siemens eller ækvivalent 23 A/V, hvilket betyder at Id ændrer sig med 23 A når Vgs ændrer sig med 1 V.

Forsøg 2: strømstyring

Forsøg 3: Vgs > 4,5 V

For hver valgt og fastholdt 20 V > Vgs > 4,5 V varieres 1 > Vds > -0,6 V. Her viser det sig, at FETtens d-s-strækning opfører sig ret lineart (ΔVds/ΔId). D-s-strækningen virker faktisk som en ohmsk modstand. Arbejdsområdet hvor Vds er lav og Vgs høj kaldes FETtens ohmske område. Bipolare transistorer har ikke sådan et område.

For -0,6 V > Vds stiger strømmen eksponentielt. Grunden hertil er at d-s-strækningen i effekt MOSFET (TMOS...) indeholder en "utilsigtet" effektdiode, der kan tåle ligeså høje strømme som MOSFETten.

Hvorfor er det interessant med stejlheden?

Teoretisk kunne man sætte en 75 ohm over g-s-strækningen og sætte en udgangstransformator mellem drain og forsyningsspændingen. I praksis foretrækkes andre tilpasningsmetoder.

Kort og godt benævner man en FET med fælles-source i det lineare arbejdsområde for en spændingsstyret strømgenerator.

Se også

• radiorør
• Elektronik

• Elliott Sound Products: Amplifier Basics - How Amps Work: Part 3 - Field Effect Transistors and MOSFETs
• Introduction to Power MOSFETs (pdf)
• Surfacing the facts of DMOS Power RF transistors from Published Data Sheets (pdf)
• JFETs & MOSFETs (pdf)
• 140 Professor’s notes: 14.1 Overview: The MOSFET device and its SPICE models (pdf)
• GaAs MESFET, HEMT and HBT Competition with Advanced Si RF Technologies (pdf)
• SOI CMOS Technology Citat: "...Advantages of SOI-CMOS Devices...A low operating voltage is possible since the threshold voltage (Vt) can be set low without increasing the current..."

• BUZ12

Denne artikel er fra Wikipedia. Læs artiklen hos Wikipedia.