FET — модель транзистора¶

FET (от англ. Field Effect Transistor, транзистор с управляемым полем) — класс полупроводниковых транзисторов, в которых ток между двумя электродами (истоком и стоком) управляется электрическим полем, создаваемым напряжением на третьем электроде — затворе. В отличие от биполярного транзистора, где управление осуществляется током базы, FET является прибором с полевым управлением и имеет очень высокое входное сопротивление. FET является одним из основных типов транзисторов, применяемых в аналоговой и цифровой электронике.

¶Принцип работы

В FET ток течёт через канал между истоком и стоком. Напряжение на затворе изменяет ширину канала (область, через которую проходят носители заряда), изменяя сопротивление канала и, соответственно, ток между истоком и стоком. Управление происходит за счёт электрического поля, а не за счёт инжекции носителей, как в биполярном транзисторе. Это определяет высокое входное сопротивление FET и малый потребляемый ток на входе.

¶Классификация

FET делятся на две большие группы по типу канала:

• По типу канала: n-канальные (канал с электронами) и p-канальные (канал с дырками).
• По типу затвора: с управляющим p-n переходом (JFET), с изолированным затвором (MOSFET, МОП-транзистор) и с барьером Шоттки (MESFET).
• По способу управления: с управляющим p-n переходом (JFET), с изолированным затвором (MOSFET) и с барьером Шоттки (MESFET).

¶JFET

JFET (от англ. Junction Field Effect Transistor, транзистор с управляющим p-n переходом) — простейший тип FET. Управление осуществляется p-n переходом между затвором и каналом. JFET работает только в режиме переключения (исток-сток) и не может работать в режиме усиления. JFET имеет высокое входное сопротивление и малый шум.

¶MOSFET

MOSFET (от англ. Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor, транзистор с металлооксидным затвором) — наиболее распространённый тип FET. Управление осуществляется изолированным затвором, который отделён от канала слоем диэлектрика (оксида кремния). MOSFET имеет очень высокое входное сопротивление и малый потребляемый ток. MOSFET является основой современной цифровой электроники и применяется в процессорах, памяти и других интегральных схемах.

¶MESFET

MESFET (от англ. Metal-Semiconductor Field Effect Transistor, транзистор с металло-полупроводниковым переходом) — тип FET, в котором управление осуществляется барьером Шоттки. MESFET применяется в высокочастотной электронике и в микроволновой технике.

¶Характеристики

Основные параметры FET:

• Коэффициент усиления по току (h21) — отношение изменения тока стока к изменению тока затвора.
• Входное сопротивление — сопротивление между затвором и истоком (или стоком). У MOSFET оно может достигать 10^12 Ом.
• Частота среза (fT) — частота, на которой коэффициент усиления по току падает до единицы.
• Предельная частота (fmax) — максимальная частота, на которой FET может работать как усилитель.
• Пороговое напряжение (Vth) — напряжение на затворе, при котором канал начинает открываться.
• Максимальный ток стока (Idmax) — максимальный ток, который может протекать через канал.

¶Применение

FET применяется в различных областях электроники:

• Цифровая электроника: MOSFET является основой логических схем, процессоров, памяти и других интегральных схем.
• Аналоговая электроника: FET используется в усилителях, генераторах, фильтрах и других аналоговых схемах.
• Высокочастотная электроника: MESFET и HEMT применяются в микроволновой технике, радиосвязи и радарах.
• Энергетика: MOSFET используется в преобразователях напряжения, инверторах и других энергетических устройствах.

¶История

FET был предложен в 1925 году австрийским физиком Юлиусом Лилиенфельдом. Однако технология изготовления FET не была достаточно развита для его производства. Первый работающий FET был создан в 1947 году в Bell Labs, но его характеристики были хуже, чем у биполярного транзистора. MOSFET был предложен в 1959 году и стал основой современной электроники.

¶Сравнение с биполярным транзистором

¶Примечания

FET является одним из основных типов транзисторов, применяемых в современной электронике. MOSFET является наиболее распространённым типом FET и используется в большинстве интегральных схем.