Ch1 FET

1 Electronics Engineering

รหัสวชิา 353153 วงจรอิเล็กทรอนิกส ์2

Electronic Circuit II

2

สดัสว่นของคะแนน คะแนนจติพสิยั 10% คะแนนการบา้น 10% ทดสอบยอ่ย 10% คะแนนสอบกลางภาค 30% คะแนนสอบปลายภาค 40%

F < 35% A ท่ี 80%

3

บทท่ี 1 FIELD-EFFECT TRANSISTORS

Electronics Engineering Technology DepartmentCollege of Industrial Technology

King Mongkut’s University of Technology North Bangkok

4

TRANSISTORS ทรานซสิเตอรถ์กูคิดค้นโดยทีมงานของ Bell

Laboratories ในปี 1947 ใหท้รานซสิเตอรเ์ป็น อุปกรณ์สารก่ึงตัวนำา มี 3 ขัว้ ประกอบไปด้วย N

2 ชัน้ และ P 1 ชัน้ P 2 ชัน้ N 1ชัน้

แบง่เป็น 2 ประเภทหลักของทรานซสิเตอร์1. Bipolar junction transistors (BJT)2. Field effect transistor (FET)

5

FIELD EFFECT TRANSISTORS (FET)

6

FIELD EFFECT TRANSISTORS (FET) FET แบง่ออกเป็นอีก 2 ชนิด คือ

Junction field-effect transistor (JFET) Metal-oxide-semiconductor field-effect

transistor (MOSFET) Depletion-MOSFET (D-MOSFET) Enhancement-MOSFET (E-MOSFET)

JFET CONSTRUCTION There are three terminals for each

FET type : For n-channel FET type,

Drain (D) and Source (S) are connected to n-type material

Gate (G) is connected to the p-type material

For p-channel FET type,

7

JFET CONSTRUCTION There are three terminals for each

FET type : For n-channel FET type, For p-channel FET type,

Drain (D) and Source (S) are connected to p-type material

Gate (G) is connected to the n-type material

8

OPERATION OVERVIEW OF JFET

พื้นฐานการทำางาน กระแสไฟฟา้จะไหลผ่านจากขาS ไปยงั D โดยถกูควบคมุด้วยแรงดันไฟฟา้ไบอัสกลับ

ระหวา่งขา G และขา S ต่อแรงดันไฟฟา้ลบท่ีขา G

ทำาใหร้อยต่อ PN จะถกูจำากัดความกวา้งของชอ่งทาง

9

JFET CHARACTERISTICS AND PARAMETERS

10

เน่ืองจากไมม่ผีลกระทบจากรอยต่อการไหลของกระแสจงึเพิม่ขึ้นตามสดัสว่น

จุด B เป็นบรเิวณพาหะ ขณะ ท่ี VDS เพิม่มากขึ้น (ID

คงท่ี) ท่ีจุด C คือจุดท่ีอุปกรณ์จะ

เกิดความเสยีหายเน่ืองจากกระแสท่ีสงูไหลผ่านอุปกรณ์

𝑉 𝐺𝑆(𝑜𝑓𝑓 )=𝑉 𝑝

BASIC OPERATION OF JFETJFET operation can be compared to a water system flowing through a spigot:

The source of water pressure – accumulated electrons at the negative pole of the applied voltage from Drain to Source

The drain of water – electron deficiency (or holes) at the positive pole of the applied voltage from Drain to Source.

The control of flow of water – Gate voltage that controls the width of the n-channel, which in turn controls the flow of electrons in the n-channel from source to drain.

11

JFET CHARACTERISTICS : VGS VS ID

12Drain characteristic curves

กราฟคณุสมบติักระแสเดรน

JFET CHARACTERISTICS : VOLTAGE-CONTROLLED RESISTOR

13

Referring to the ohmic region, the JFET can be expressed by a variable resistor. This resistance is controlled by the applied gate-to-source voltage.

where r0 is the resistance with VGS=0 V

02

GS

GS(off)

1d

rrVV

JFET CHARACTERISTICS : PINCH-OFF

14

ถ้า VGS = 0 และ VDS จะเพิม่เป็นแรงดันไฟฟา้บวกมากยิง่

ขึ้น โดยท่ีมอง ID คงท่ีเป็น หลัก เขตปลอดภาหะขนาด

ใหญ่จะ pinches off ทำาให้ กระแสไหลใน n-channel.

ค่าของ VGS ทำาใหก้ระแสท่ี ไหลใน n-channel (ID) ตก

ครอ่มถึง 0A. บางเวลาเรา สามารถเรยีกวา่ cutoff

voltage, VGS(off).

JFET TRANSFER CHARACTERISTIC (1) The transfer characteristic

curve can be developed from the drain characteristic curves

VGS(off) ( หรอื VP) และ IDSS สามารถเปิดหาได้จาก JFET data

sheet

กราฟคณุลักษณะสมบติัของ JFET จะมลัีกษณะประมาณกราฟเสน้โค้งพาลาโบล่า

15

JFET TRANSFER CHARACTERISTIC (2) The JFET transfer characteristic is

represented approximately as

16

2

GS1

D DSSP

VI I

V

COMPARISON BETWEEN FET AND BJT

BJT FET1. BJT is a current controlled current device

1. FET is a voltage controlled current device

2. NPN and PNP types 2. n- and p- channel types

3. Bipolar device 3. Unipolar device4. BJT has a low input impedance

4. FET has a high input impedance

5. BJT has a high gain 5. FET has a low gain6. More sensitive to temperature variations

6. Less sensitive to temperature variations

17

COMPARISON BETWEEN FET AND BJT

BJT FET1. BJT เป็นอุปกรณ์ท่ีถกูควบคมุด้วยกระแส

1. FETเป็นอุปกรณ์ท่ีถกูควบคมุด้วยแรงดัน

2. ชนิด NPN และ PNP 2. ชนิด n- และ p- channel

3. 2 รอยต่อ 3. 1 รอยต่อ4. BJT อินพุตมคีวามความต้านทานต่ำ่า

4. FET อินพุตมค่ีาความต้านทานสงู

5. BJT มอัีตราการขยายสงู 5. FET มอัีตราการขยายตำ่า6. มคีวามไวต่อการเปล่ียนแปลงของอุณหภมูมิาก

6. อุณหภมูไิมส่ง่ผลกระทบแต่อยา่งใด

18

JFET DATA SHEET (2)

19

Maximum Ratings

JFET DATA SHEET

20

Electrical Characteristics

EXERCISES จาก JFET data sheet กระแสเดรนเพิม่ขึ้น IDSS=9 mA และ

VGS(off)=-8 V (สงูสดุ) คำานวณหาค่ากระแสเดรนท่ี VGS=0 V, -1 V และ -4 V และ วาดกราฟคณุลักษณะสมบติัของ ID เทียบกับVGS

21

Solution For VGS = 0 V, ID=IDSS=9 mA

For VGS = -1 V, ID=6.89 mA

For VGS = -4 V, ID=2.25 mA

EFFICIENT METHOD OF PLOTTING VGS VS ID

วธิกีารวาดกราฟThe transfer curve can be sketched to a satisfactory

level of accuracy simply by using four plot point. It will provide a curve accurate enough for most calculations

22

VGS ID

0 IDSS

0.3 VP IDSS/20.5 VP IDSS/4VP 0

EXERCISES Given that Vp=-6V and IDSS=6mA.

Draw the drain and transfer characteristics of a n channel JFET

Given that VP=-8V and IDSS=6mA. Draw the drain and transfer characteristics of a n channel JFET

23

P-CHANNEL JFETS

p-channel JFET also the charge carriers moves from bottom to top and direction of current is determined by direction of movement of holes in the channel. The polarity of applied voltages at input and output ports is opposite as compared to an n-channel JFET.

24

ใน JFET ชอ่งเปิดพี ถกูสรา้งขึ้นโดยใชว้สัดสุารก่ึง

ตัวนำาชนิดพี บรเิวณรอย ต่อ n จะต่ออยูกั่บขา

เกต(G) ด้านบนของสารชนิดพจีะต่ออยูกั่บขาเดรน(D) และด้านล่างเรยีกวา่ซอต(S)

P-CHANNEL JFETSAt high levels of VDS

the curves (ID versus VDS) suddenly rise to levels that seems unbounded. The vertical rise is an indication that breakdown has occurred and the current through the channel is now only limited by external circuit resistance. 25

SPECIFICATION SHEETS ( JFETS)

26

Maximum rating

Electrical characteristics

Operating region

IMPORTANT RELATIONSHIP BETWEEN JFET AND BJT

27

การบา้น

28

Fig. 1

การบา้น 1. Using the characteristics of Fig. 1

Determine ID for the following levels of VGS (with ):

a. V GS = 0 V.b. V GS = -1V.c. V GS = - 1.5 V.d. V GS = - 1.8 V.e. V GS = - 4 V.f. V GS = - 6 V.

29

การบา้น 2. a. Determine for and = 6 mA using the characteristics of Fig. 1b. Using the results of part (a), calculate the resistance of the JFET for the region = 0 to 6 mA for 0 V.c. Determine for = -1 V and = 3 mA.d. Using the results of part (c), calculate the resistance of the JFET for the region = 0 to 3 mA for = -1 V.e. Determine for = -2 V and = 1.5 mA.f. Using the results of part (e), calculate the resistance of the JFET for the region = 0 to 1.5 mA for = -2 V.

30

การบา้น(เฉลย) 1. Using the characteristics of Fig. 1 ,

determine I D for the following levels of V GS (with ):

31

การบา้น(เฉลย) ขอ้ 2

32