Diode en transistor
Hoe werkt een transistor transistor
J-FET en MOSFET
Servers » TechTalk » Electronica » Werking transistor » J-FET en MOSFET
Op de vorige pagina hebben we het gehad over de werking van een transistor. J-FETs en MOSFETs zijn speciale transistoren.
-

-

Zoals een gewone transistor kan een veldeffekt transistor bestaan uit een "N" of een "P" type. We beperken onze bespreking tot de N-type. Een N-Junktie FET bestaat uit een blokje N gedopeerd silicium. Zoals u weet is zo'n blokje relatief goed geleidend dankzij de overtollige electronen.

De benaming J-FET (met de "J" van junktie) komt door het feit dat de transistor één junktie heeft. Een junktie is een overgang tussen twee verschillende soorten halfgeleidermateriaal. Transistoren hebben twee overgangen (tusse emitter en basis en tussen bais en collector en worden daarom ook BJT of bipolaire junktie transistoren genoemd. De FET staat voor Field Effect Transistor.

Rond de N staaf leggen we een P ring. Deze ring wordt voorlopig niet aangesloten. Op het eerste zicht zou je denken dat er niets zal gebeuren met de geleiding, maar dit is niet waar. Door de P-laag ontstaat er een uitputtingslaag die geen vrije ladingdragers meer bevat, zoals bij een diode. De uitputtingslaag wordt in het geel aangeduid op de figuur.

Het resultaat is dat het gebied waar electronen vrij kunnen bewegen kleiner geworden is. De weerstand tussen source (-) en drain (+) is groter geworden. Tot nu toe wordt er nog geen spanning aan de gate aangelegd.

Als we een negatieve spanning aan de gate aanleggen, dan gedraagt de J-FET zich als een diode die omgekeerd gepolariseerd is: de negatieve gatespanning versterkt de depletielaag, die nog dikker wordt. Het gebied waardoor electronen kunnen bewegen wordt nog kleiner en de weerstand tussen source en drain wordt nog groter. Er loopt natuurlijk geen stroom door de gate, vanwege de verkeerde polariteit.

Vanaf een bepaalde gatespanning is de depletiezone zo groot geworden, dat er geen vrije electronen meer kunnen circuleren. men zegt dat de J-FET afgeknepen is.

We kunnen ook de gate positief polariseren, en dan bereikt men het omgekeerd effekt: de depletiezone wordt kleiner en de electronen kunnen gemakkelijker bewegen. De weerstand neemt af.

Maar als de spanning boven de 0.6V komt, dan ontstaat er een stroom tussen source en gate. Die stroom snoept als het ware de beschikbare electronen af van de sourcestroom, waardoor de uiteindelijke drainstroom lager wordt. Dit is een gebied dat normaal niet gebruikt wordt.

De tweede grafiek toont de drainstroom in funktie van de gatespanning (drainspanning vast op +5V).

Er zijn twee grote verschillen met normale transistoren:

  • De J-FET wordt door middel van een spanning gestuurd, een transistor door middel van een stroom.
    Als de J-FET in zijn normaal werkingsgebied gebruikt wordt, is er geen stroom nodig om hem aan te sturen

  • De J-FET gedraagt zich als een regelbare weerstand, de transistor als een regelbare stroombron.
    De drainstroom van een J-FET is afhankelijk van de drainspanning, bij een transistor is de collectorstroom nauwelijks afhankelijk van de collectorspanning
De J-FET heeft een zwaar probleem: die heeft namelijk een negatieve spanning nodig om gestuurd te worden. Dit zou betekenen dat een radio die met J-FETs uitgerust is een extra batterij nodig zou hebben om de negatieve voorspanning te voorzien. Terloops gezegd, dit is ook het geval met radiobuizen die door een negatieve roosterspanning gestuurd worden, maar hier hebben de ingenieurs verschillende oplossingen voor gevonden.

Wat je hier uit moet onthouden is dat de J-FET wel bestaat, maar weinig gebruikt wordt. Wat we willen, dat is een component met de voordelen van de J-FET, maar die met een positieve spanning gestuurd kan worden. En heus, zo'n component bestaat, het is de MOSFET (Metal Oxide Semiconductor - Field Effect Transistor).

Tussen de P- en de N-laag wordt er een extreem dunne isolator geplaatst (een niet geleidende metaaloxide). De laag is zo dun dan het effekt van de uitputtingslaag nog altijd geldt. Nog een bijkomend effekt is dat de uitputtingslaag in rust zo ver gegroeid is, dat er geen stroom tussen kathode en anode kan lopen. In rust is een N-MOSFET dus afgeknepen (zo'n mosfet wordt "verrijkingstype" genoemd). Een mosfet die zich gedraagt als normale j-fet wordt "verarmingstype" genoemd, deze worden nauwelijks gebruikt omdat ze een extra negatieve voedingsspanning nodig hebben.

Legt men een positieve spanning aan op de gate, dan wordt de uitputtingslaag dunner, waardoor er bij een bepaalde spanning wel een stroom kan lopen (in ons voorbeeld vanaf 2V). Vanaf een bepaalde spanning stijgt de stroom niet meer: de depletiezone is volledig verdwenen.


De meeste N-MOSFETs zijn zodanig ontworpen dat ze met de standaard computerspanningen kunnen schakelen (TTL logica, dus 0V en 5V). Met een spanningssprong van 0V naar 5V kan een computer-IC dus een zware belasting sturen (de mosfet heeft immers een stroomloze spanning nodig om te schakelen).

Wat de drainstroom betreft gedraagt een mosfet zich meer als een klassieke transistor dan als een j-fet. De drainstroom stijgt minder met de aangelegde spanning dan bij een j-fet (maar toch meer dan bij een klassieke transistor).

Een minpunt van de mosfet is dat de isolatielaag heel gemakkelijk beschadigd kan worden door een te hoge spanning (zowel positief als negatief, richtwaarde = 30V), maar ook door een electrostatische ontlading. Een mosfet moet daarom bewaard worden met kortgesloten aansluitingen (of in ESD-veilige zakjes). Als de isolatielaag doorbroken is gaat de mosfet zich gedragen als j-fet, en dat is zeker niet de bedoeling, want dan loopt er een drainstroom zonder dat er een gatespanning aangelegd wordt! Het gevolg is meestal dat de mosfet snel sneuvelt (samen met een paar andere componenten).

Links to relevant pages - Liens vers d'autres pages au contenu similaire - Links naar gelijkaardige pagina's

-