Tranzistori fet8

Besim Limani

Pajisjet elektronike

Tranzistori FET

Tranzistori FET

• Hyrje

• Ndërtimi dhe karakteristikat e JFET

• Karakteristikat e transferit

• Relacionet me rëndësi

• MOSFET i tipit të varfëruar

• MOSFET i tipit të pasuruar

• Përdorimi i MOSFET

• VMOS

• CMOS

• Tabela përmbledhëse

Hyrje

• Tranzistori me efekt të fushës (FET) është pajisje me tri terminale e që ka aplikim në fusha të ngjashme me ato të tranzistorit bipolar.

• Triterminalet janë: Burimi (S - Source), Porta (G - Gate) dhe Derdhja (D - Drain).

• Edhe pse ka dallime të mëdha mes këtyre dy pajisjeve, ekzistojnë edhe shumë ngjashmëri që do të ceken.

• Dallimi kryesor mes tranzistorit FET dhe bipolar është se tranzistori bipolar është pajisje e kontrolluar nga rryma kurse tranzistori FET është pajisje e kontrolluar nga tensioni

• Pra, rryma IC varet drejtpërdrejt prej rrymës IB te tranzistori bipolar. Për tranzistorin FET, rryma I do të jetë funksion i tensionit VGS të aplikuar në hyrje të qarkut.

• Në të dyja rastet rryma e qarkut dalës kontrollohet nga parametri i qarkut hyrës—në rastin e parë nga niveli rrymës dhe në rastin e dytë nga niveli i tensionit të aplikuar në hyrje.

Hyrje

Ashtu si ekzistojnë tranzistorë bipolarë npn dhe

pnp, ekzistojnë edhe tranzistorë FET me kanal n

dhe me kanal p.

Por, tranzistori bipolar është pajisje rryma e së

cilës është funksion i dy bartësve të ngarkesave

elektrike, elektroneve dhe vrimave.

FET është pajisje unipolare, pra e varur nga

përçueshmëria e elektroneve (kanal n) apo e

vrimave (kanal p).

Për FET tranzistorin, fusha elektrike krijohet nga

ngarkesat elektrike prezente e që kjo fushë do të

kontrollojë rrugën përçuese të qarkut dalës pa

pasur nevojë për kontakt direkt mes madhësive

kontrolluese dhe atyre të kontrolluara.

Hyrje

• Një nga karakteristikat më me rëndësi të FET – impedanca hyrëse e lartë. Me vlera prej 1 deri disa qindra ohm ajo tejkalon vlerat tipike te tranzistori bipolar—një veqori shumë me rëndësi gjatë procesit të dizajnimit të sistemeve amplifikuese ac.

• Në anën tjetër tranzistori bipolar ka shumë më tepër ndjeshmëri ndaj ndryshimeve në sinjalin hyrës. Pra, për ndryshime të njëjta të tensionit hyrës, variacionet e sinjalit në dalje janë shumë më të mëdha te tranzistori bipolar se te tranzistori FET.

• Për këtë arsye, edhe përforcimet e tensionit janë më të mëdha te amplifikatorët bipolarë se te FET amplifikatorët.

• FET janë më stabilë ndaj ndryshimeve temperaturore se tranz. bipolarë, dhe janë në konstruksion më të vegjël se tranzistorët bipolarë (kanë aplikim më të madh në qarqe të integruara).

.

• Do të njihemi me dy lloje të FET tranzistorëve: tranzistori JFET(junction field-effect transistor dhe tranzistori MOSFET (metal-oxide-semiconductor field-effect transistor).

• Lloji MOSFET do të analizohet në detaje (dy nën lloje – MOSFET i varfëruar dhe i pasuruar).

• Tranzistori MOSFET është pajisja më e rëndësishme që aplikohet në ndërtim të qarqeve të integruara të aplikuara në kompjuterë. Stabiliteti i tij termik dhe karakteristikat tjera të tij e bëjnë këtë lloj të tranzistorit jashtëzakonisht të popullarizuar.

Ndërtimi dhe karakteristikat e JFET

• Për tranzistorin JFET pajisja me kanal n do të shqyrtohet në përgjithësi, duke nënvizuar në fund edhe ndryshimet te tranzistori FET me kanal p (ngjashëm si te tranzistori bipolar npn dhe pnp).

• Te ndërtimi i JFET me kanal n vërejmë që materiali gjysmëpërçues i tipit n është me shumicë duke formuar kështu një kanal mes shtresave skajore të tipit p.

• Në mungesë të potencialit të aplikuar JFET ka dy kalime p-n (në kushtet pa polarizim).

• Si rezultat i kësaj ekziston regjioni i varfërimit në secilin kalim (e ngjashme me diodën e pa polarizuar).

Ndërtimi dhe karakteristikat e JFET

Burimi i shtypjes së ujit mund të

krahasohet me tensionin e

aplikuar nga derdhja drejt burimit

gjë që do të mundësojë rrjedhjen

e ujit (elektroneve) nga uji

(burimi).

Porta përmes sinjalit të aplikuar

(potencialit), kontrollon rrjedhën e

ujit (ngarkesat elektrike) drejt

derdhjes.

Ndërtimi dhe karakteristikat e JFET

• VGS = 0 V, VDS vlerë e vogël pozitive

Si rezultat i kësaj porta dhe burimi janë në

të njëjtin potencial dhe regjioni i varfëruar

në fund të secilit material p.

Në momentin e aplikimit të tensionit VDD

( =VDS) , elektronet do të tërhiqen drejt

terminalit të derdhjes, duke formuar rrymën

konvencionale ID. Kahja e rrjedhjes së

ngarkesave elektrike na tregon që rrymat

janë ekuivalente (ID = IS).

Sipas kushteve të fig. , rrjedha e

ngarkesave elektrike është e papenguar

dhe limitohet nga rezistenca e kanalit n

mes derdhjes dhe burimit.

Ndërtimi dhe karakteristikat e JFET

VGS = 0 V, VDS vlerë e vogël pozitive Regjioni i varfëruar është më i gjerë në maje të dy

shtresave p.

Duke supozuar rezistencën uniforme të kanalit n,

rezistenca e kanalit mund të ndahet në disa pjesë.

Rryma ID do të krijojë vlera të tensionit (si në fig.) nëpër

kanal.

Si rezultat i kësaj regjioni i sipërm i shtresës p do të

polarizohet kundërt me tension prej 1,5 V, përderisa

regjioni i poshtëm i shtresës p do të polarizohet kundërt

me vetëm 0,5 V.

Rikujtoni principin e punës së diodës (sa më i madh

tensioni i polarizimit të kundërt aq më e gjerë zona e

varfëruar). Kjo është arsyeja e paraqitjes së zonës së

varfëruar si në fig.

Për shkak të polarizimit të kundërt rryma e portës është

zero. Kjo paraqet një karakteristikë të rëndësishme të

tranzistorit JFET.

Ndërtimi dhe karakteristikat e JFET

VGS = 0 V, VDS vlerë e vogël pozitive

Me rritjen e tensionit VDS prej 0 në disa volt,

rryma do të rritet sipas ligjit të Ohmit (si në fig.)

Me rritjen e VDS drejt vlerave të VP regjioni i

varfëruar do të zgjerohet, duke shkaktuar

reduktim të ndjeshëm të gjerësisë së kanalit.

Ky reduktim i kanalit shkakton rritje të

rezistencës (si në fig.).

Sa më horizontale të jetë lakorja, aq më e lartë

do të jetë rezistenca.

Ndërtimi dhe karakteristikat e JFET

VGS = 0 V, VDS vlerë e vogël pozitive

Me rritjen e VDS përtej vlerave të VP, regjioni i i afrimit të dy regjioneve të

kontaktit të afërt përgjatë kanalit do të rritet, por vlera e rrymës ID do të mbetet

e njëjtë.

Pra, nëse VDS >VP karakteristikat e JFET i ngjasojnë burimit të rrymës.

Sipas fig. rryma ka vlerë fikse në ID = IDSS, por tensioni VDS (për vlera >VP)

përcaktohet nga aplikimi i ngarkesës.

IDSS (Rryma Drain-to-Source with a Short-circuit connection.

IDSS është rryma maksimale për

JFET dhe përcaktohet nga kushtet

VGS = 0 V dhe VDS > |VP|.

Ndërtimi dhe karakteristikat e JFET

VGS < 0 V

Tensioni portë-burim (VGS), është tensioni kontrollues i JFET.

Ashtu sikur lakoret e ndryshme IC për VCE ishin krijuar për vlera të ndryshme të

rrymës IB për tranzistorin bipolar, lakoret ID për VDS për vlera të ndryshme të VGS

mund të krijohen për tranzistorin JFET.

Për tranzistorin JFET me kanal të tipit n tensioni VGS gjithnjë e më negativ prej

vlerës fillestare VGS = 0 V. Me fjalë tjera, terminali i portës do të vendoset në

vlera gjithnjë më të ulëta në krahasim me ato të burimit.

Në fig. tensioni negativ prej 1 V është

aplikuar mes portës dhe burimit për vlerë

të vogël të VDS.

Efekti i aplikimit të tensionit negativ për

polarizim VGS është krijimi i regjionit të

varfëruar ngjashëm me vlera VGS = 0 V por

në nivele më të ulëta të VDS.

Ndërtimi dhe karakteristikat e JFET

VGS < 0 V

Pra, si pasojë e aplikimit të polarizimit të kundërt në portë arrihen nivel të

ngopjes për nivele të ulëta tëVDS (VGS= -1 V).

Niveli i VGS që rezulton në

ID = 0 mA është i definuar nga

VGS = VP, ku VP është tensioni

negativ për tranzistorët JFET

me kanal të tipit n dhe tension

pozitiv për tranzistorët JFET

me kanal të tipit p.

Ndërtimi dhe karakteristikat e JFET

Rezistori i kontrolluar nga tensioni

Pjesa e majtë e grafikonit quhet regjioni ohmik apo i rezistencës së kontrolluar

nga tensioni.

Në këtë regjion JFET mund të përdoret si rezistor variabil (si p.sh. Për sistem

kontrollues me përforcim automatik) rezistenca e të cilit kontrollohet nga

tensioni portë-burim

Ekuacioni i mëposhtëm mund të jetë një përafrim i mirë i rezistencës sa i

përket tensionit të aplikuar VGS.

Ndërtimi dhe karakteristikat e JFET

JFET me kanal p

• JFET me kanal p është i ndërtuar njëjtë sikur ai me kanal n vetëm

se kanë ndërruar vendet materialet e tipit p dhe n.

Ndërtimi dhe karakteristikat e JFET

• Simbolet

Ndërtimi dhe karakteristikat e JFET

Përmbledhje

• Rryma maksimale e definuar si IDSS përfitohet kur

VGS = 0 V dhe VDS ≥ |VP|.

• Për vlera të tensionit VGS më të vogla se (më negative

se) niveli pinch-off, rryma e drejnit 0 A (ID = 0 A).

• Për të gjitha vlerat e VGS mes 0 V dhe nivelit pinch-off,

rryma ID do të jetë mes IDSS dhe 0 A.

• Për JFET me kanal “p” përfundime të ngjashme mund të

fitohen.

Ndërtimi dhe karakteristikat e JFET

• Përmbledhje

Karakteristikat e transferit

• Derivimi

• Për tranzistorin BJT rryma e daljes IC dhe rryma hyrëse kontrolluese

IB ishin të lidhur me beta, e cila konsiderohej konstante për analizën

tonë. Në formë ekuacioni:

• Për fat të keq, kjo lidhshmëri lineare nuk ekziston mes madhësive

hyrëse dhe dalëse te tranzistori JFET. Relacioni mes ID dhe VGS

është i definuar me ekuacionin e Shockley-t:

Karakteristikat e transferit të definuara me ekuacionin e Shockley-t

nuk ndikohen nga qarku në të cilin kyqet tranzistori.

Karakteristikat e transferit

Relacionet me rëndësi

MOSFET i tipit të varfëruar

• Ndërtimi

Nuk ka lidhje direkte elektrike mes

terminalit të portës dhe kanalit të

MOSFET.

Shtresa izoluese e SiO2 në

konstruksionin e MOSFET është ajo që

merret parasysh për vlera të mëdha të

impedancës hyrëse.

MOSFET i tipit të varfëruar

• Karakteristikat themelore dhe principi i punës

MOSFET i tipit të varfëruar

• MOSFET i tipit të varfëruar me kanal p

MOSFET i tipit të varfëruar

• Simbolet

MOSFET i tipit të pasuruar

• Ndërtimi

Një pllakë e materialit p formohet nga

baza e Si dhe kësaj i referohemi si

substrat.

Burimi dhe derdhja prapë lidhen përmes

kontakteve metalike me regjionet e

pasuruara të tipit n, por vëreni mungesën e

kanalit mes regjioneve të pasuruara të tipit

n.

Kjo paraqet dallimin kryesor në ndërtimin e

MOSFET-it të pasuruar dhe të varfëruar—

mungesa e kanalit si komponente

përbërëse e tranzistorit.

MOSFET i tipit të pasuruar

• Karakteristikat themelore dhe principi i punës

Për vlera të VGS më të vogla se ato të pragut, rryma e derdhjes te

MOSFET i tipit të pasuruar është 0 mA.

MOSFET i tipit të pasuruar

• MOSFET i tipit të pasuruar me kanal p

MOSFET i tipit të pasuruar

• Simbolet

Përdorimi i MOSFET

VMOS

Krahasuar me MOSFET-ët komercialë të rrafshët, VMOS FET-ët kanë

reduktuar vlerat e rezistencave dhe vlerat e mëdha të rrymës dhe

fuqisë të kanalit.

VMOS FET-ët kanë koeficient pozitiv temperature.

Vlerat e zvogëluara të rrymës kanë mundësuar kohë më të vogla të

reagimit (kur përdoren si ndërprerës) në krahasim me

konstruksionin e rrafshët.

CMOS

Një qark logjik shumë efektiv mund të krijohet duke ndërtuat një MOSFET me

kanal p dhe kanal n në të njëjtin substrat.

Ky konfigurim njihet me emrin rregullimi komplementar MOSFET

(complementary MOSFET arrangement - CMOS) dhe aplikim të gjerë në

dizajnim të qarqeve logjike kompjuterike.

Impedanca relativisht e lartë e hyrjes, shpejtësitë e mëdha të reagimit, dhe

fuqi relativisht të ulëta pune të konfigurimit CMOS kanë rezultuar me formimin

e një discipline të re të quajtur dizajni logjik CMOS.

CMOS

Një aplikim i mirë i CMOS-it është në invertorë. Pra, invertori si element

logjik bën invertimin e sinjalit të aplikuar.

Tabela përmbledhëse