ทรานซิสเตอร์สนามไฟฟ้า(FET)
ทรานซิสเตอร์สนามไฟฟ้าหรือเฟต (Field Effect Transistor : FET) เป็นทรานซิสเตอร์ชนิดพิเศษมีรอยต่อเดียว (Unipolar Devices) ทางานแตกต่างจากทรานซิสเตอร์ชนิดสองรอยต่อ(BJTS) ตรงที่การควบคุมกระแสให้ไหลผ่านเฟต ควบคุมโดยป้อนแรงดันที่เกตของเฟต แรงดันเกตนี้จะทาหน้าที่ควบคุมปริมาณของสนามไฟฟ้าระหว่างรอยต่อให้เพิ่มขึ้นหรือลดลง เพื่อบังคับประมาณกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านรอยต่อเฟตจึงได้ชื่อว่าทรานซิสเตอร์สนามไฟฟ้า เฟตแบ่งออกตามลักษณะโครงสร้างใหญ่ๆ ได้ 4 ชนิดคือ JFET (Junction FET) และ MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET) ซึ่งจะได้ศึกษาโดยละเอียดต่อไป ข้อดีของเฟตที่เห็นได้ชัดเจนคือ ความต้านทานอินพุตมีค่าสูงมาก (เมกะโอห์ม)ทาให้สามารถใช้แรงดันเพียงเล็กน้อยควบคุมการทางานของเฟตได้
ทรานซิสเตอร์สนามไฟฟ้าชนิดรอยต่อ , เจเฟต
เจเฟตเมื่อพิจารณาตามโครงสร้างดังแสดงในรูปที่ 4.1 จะพบว่าเฟตมี 4 ชนิดคือ เจเฟต n-แชนเนล (n-channel) ดังรูป(a) และ p-แชนเนล (p-channel) ดังรูป(b) เจเฟตนั้นมี 3 ขาคือ ขาเดรน (Drain,D) , ขาเกต (Gate , G) และขาซอร์ส (Source , S) เจเฟตชนิด n-channel ชิ้นสารn จะต่อขาเดรนและขาซอร์สสาหรับขาเกตจะเป็นชิ้นสารชนิด p ดังรูป (a) ส่วนเจเฟตชนิด p-channel นั้นขาเดรนของขาซอร์สจะเป็นชิ้นสารชนิด p แต่ขาเกตจะเป็นชนิด n
รูปที่ 4.1 โครงสร้างของเจเฟตชนิด n-channel และชนิด p-channel
โครงสร้างของเจเฟตชนิด n-channel และชนิด p-channel
การทำงานของเจเฟต
จะทำงานได้โดยป้อนแรงดันไบแอสที่เดรนและซอร์สโดยแหล่งจ่าย VDD ให้ขั้วบวกกับเดรนและขั้วลบกับซอร์ส สาหรับเกตของเจเฟตจะให้ไบแอสกลับ โดยเจเฟตชนิด n-channel จะมีเกตเป็น p ดังนั้นแรงดันไบแอสที่เกต VGG ต้องให้ขั้วลบกับเกตและขั้วบวกกับซอร์ส ดังรูปที่ 4.4
แสดงการไบแอสเจเฟต n-channel
การทำงานของเจเฟตนั้นเมื่อให้ไบแอสกลับที่เกต (VGS = VGG) ดังรูปที่ 4.3 (a) จะเกิดสนามไฟฟ้าที่รอยต่อพี-เอ็นจานวนหนึ่งทาให้ช่องทางเดินของกระแสในสาร n(n-channel) ระหว่างเดรนกับซอร์สแคบลง กระแสเดรน (ID) จะไหลจากเดรนไปสู่ซอร์สได้จานวนหนึ่ง ถ้าปรับค่าแรงดัน VGS ให้มีค่าไบแอสกลับมานี้ ผลคือสนามไฟฟ้าที่รอยต่อจะมีปริมาณมากขึ้นทาให้ช่องทางเดินกระแสแคบลง เป็นผลให้กระแสเดรน(ID) มีปริมาณลดลง ดังรูปที่ 4.3(b) แต่ถ้าปรับค่าแรงดัน V ให้มีค่าไบแอสน้อยลงจะทาให้ช่องทางเดินของกระแสระหว่างเดรนกับซอร์สมีขนาดกว้างขึ้นทาให้กระแสเดรน (ID )ไหลได้มากขึ้น ดังรูปที่ 4.3(c) แสดงว่าสามารถควบคุมปริมาณกระแสเดรน( ID )ที่ไหลผ่านเจเฟตได้โดยการควบคุมแรงดันไบแอสกลับที่เกตของเจเฟต
ลักษณะสมบัติและพารามิเตอร์ของเจเฟต
เพื่อศึกษาลักษณะสมบัติของเจเฟต ให้พิจารณารูปที่ 4.5(a) เพื่อไบแอสเจเฟตโดยต่อขั้วบวกของ VDD เข้าที่เดรน และต่อแรงดันที่เกตของเจเฟตให้มีค่า 0 โวลต์ (VGS = 0 V) จะมีกระแสไหลผ่านเจเฟตคงที่ค่าหนึ่งเรียกว่ากระแส IDSS (Drain to Source Current with Gate Shorted) ดังรูปที่4.5 (b) ในย่านระหว่างจุด B และ C ของกราฟในรูป(b) นี้ ถ้าปรับค่าแรงดัน VDDเพื่อให้ VDS เปลี่ยนแปลงไป กระแส ID ที่ไหลผ่านเดรนของเจเฟตจะคงที่ เราจึงเรียกการทางานในย่าน BC นี้ว่าย่านกระแสคงที่ (Constant Current Region)
การไบแอสเจเฟต
การไบแอสตนเอง (Self-Bias) หมายถึงการไบแอสเกตของเจเฟตด้วยตัวต้านทาน RG ต่อลงจุดดิน นั้นคือ VG = 0 V ซึ่งปกติเจเฟตจะต้องได้รับไบแอสกลับที่เกต ในกรณีการไบแอสตนเองนี้ กระแส IGSS จะเป็นเพียงกระแสไหลซึ่งมีค่าน้อยมาก การไบแอสตนเองของเจเฟตทั้งชนิด n-channel และชนิด p-channel แสดงในรูปที่ 4.6 และ เมื่อ VG = 0 V จะทาให้แรงดันตกคร่อม RG = 0 V เช่นกัน
แสดงวงจร Self Bias ของเจเฟตชนิด n และ p-channel
เฟตชนิดออกไซด์ของโลหะ (มอสเฟต)
มอสเฟตแตกต่างจากเจเฟตที่โครงสร้างภายในเจเฟตนั้น ระหว่างเกตกับช่องทางเดินกระแส(channel) มีโครงสร้างเป็นรอยต่อพี-เอ็น แต่มอสเฟตนั้นระหว่างเกตกับช่องทางเดินกระแสมีโครงสร้างเป็นชั้น (Layer) ของซิลิคอนไดออกไซด์ (SiO4) มอสเฟตมี 4 ชนิดคือ มอสเฟตชนิดดีพลีทชัน (Depletion,D) และมอสเฟตชนิดเอนฮานซ์เมนต์ (Enhancement,E)
มอสเฟตชนิดดีพลีทชัน (Depletion MOSFET , D-MOSFET)
รูปที่ 4.7 คือโครงสร้างพื้นฐานของดีมอสเฟต ถ้าเป็นชนิด n-channel ช่องทางเดินกระแสระหว่างเดรนและซอร์ส จะเป็นสารกึ่งตัวนาชนิด n และมีวัสดุฐานรอง (Substrate) เป็นสารกึ่งตัวนาชนิดตรงข้าม (p) ดังรูปที่ 4.7 (a) สาหรับ D-MOSFET ชนิด p-channel จะมีช่องทางเดินกระแสระหว่างเดรนและซอร์สเป็นสารชนิด p และมีวัสดุฐานรองเป็นสารชนิด n ดังรูปที่ 4.7(b) และมีเกตติดอยู่ระหว่างช่องทางเดินกระแส โดยมีซิลิคอนไดออกไซด์ (SiO4) เป็นฉนวนกั้นระหว่างเกตกับช่องทางเดินกระแส
แสดงโครงสร้างพื้นฐานของ D-MOSFET
แสดงการทำงานของดีมอสเฟตชนิด n-channel
-เอนฮานซ์เมนต์โหมด (Enhancement Mode) คือการไบแอสเกตของดีมอสเฟตด้วยแรงดันบวกดังแสดงในรูปที่ 4.8(b) จะเห็นว่าที่เกตของดีมอสเฟตจะได้รับประจุบวกจากแหล่งจ่าย VGG ทาให้ในแชนเนลของดีมอสเฟตเป็นประจุลบ ทาให้ช่องทางเดินกระแสระหว่างเดรนกับซอร์สไม่มีประจุชนิดตรงข้ามกับแชนเนลคอยบีบแชนเนลให้แคบลง ทาให้กระแสเดรน (ID) ไหลได้จานวนมาก และถ้าให้ VGG = 0 V จะทาให้กระแสเดรน (ID) ไหลได้น้อยลงเพราะประจุลบในแชนเนลมีค่าลดลงเป็นศูนย์สัญลักษณ์ของดีมอสเฟตทั้งชนิด n-channel และชนิดp-channel
เอนฮานซ์เมนต์มอสเฟต (Enhancement MOSFET , E-MOSFET)
มอสเฟตชนิดเอนฮานซ์เมนต์นี้ทางานได้ในลักษณะ ของเอนฮานซ์เมนต์ฌหมดเพียงลักษณะเดียวเท่านั้น ไม่สามารถทางานในดีพลีทชันโหมดได้ โครงสร้างของอีมอสเฟตแตกต่างจากดีมอสเฟสตรงที่ช่องทางเดินกระแสของอีมอสเฟตจะถูกสร้างขึ้นโดยการไบแอสที่เกต ในสภาวะที่เกตไม่มีไบแอสจะไม่มีช่องทางเดินกระแสเชื่อมต่อระหว่างเดรนกับซอร์ส ดังแสดงในรูปที่4.10(a) เป็นอีมอสเฟตชนิด n-channel จะเห็นว่าส่วนเดรนและซอร์สเป็นสารกึ่งตัวนาชนิดเอ็น (n-type) แต่ไม่มีแชนเนลต่อถึงกัน มีสารชนิดพีเป็นวัสดุฐานรองและระหว่างเกตกับวัสดุฐานรองมีซิลิคอนไดออกไซด์ (SiO4) เป็นฉนวนกั้นกลาง
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น