ترانزيستورهاي (FET) اثر ميدان

لتاجی

دیک

ونیتر

لکا

تهیه و تنظیم : مهندس رضا فهیمی

ترانزيستور اثر ميدانField Effect TransistorField Effect Transistor

لتاجی

دیک

ونیتر

لکا

می�دان اث�ر ازترانزیس�تور دس))ته ای ها ترانزيس))تور، ی)ک هس)تند ک)ه مبن)ای ک)ار کن)ترل جری)ان در آن ه)ا توس)ط

ص)ورت می گ)یرد. ب)ا توج)ه ب)ه اینک)ه در این مي)دان الك)تريكي ی)ا آزاد )الک)ترون ب)ار حام)ل ن)وع ی)ک تنه)ا ترانزیس)تورها حف)ره( در ایج)اد جری)ان الک)تریکی دخ)الت دارن)د، می ت)وان

آن ها را جزو ترانزیستورهای تک قطبی محسوب کرد

دو از ترانزيس�تور كلم�ه و )انتق�ال( ت�رانس كلم�ه )مق���اومت( رزيس���تور و اس��ت ش��ده تش��كيل از ك�ه اس�ت اي قطع�ه طري�ق انتق�ال مق�اومت ب�ه خ�روجي ب�اعث تق�ويت مي

شود.

تعريف

لتاجی

دیک

ونیتر

لکا

اي قطع���ه اگ���ر ناخالص�ي ب�ا س�يليكن

ي�ك nن�وع دو س�ر ب�ه ك��نيم وص��ل ب��اتري ب�ه توج�ه ب�ا جري�اني مق���اومت م���يزان م��دار در س��يليكن

جاري مي شود

ورود الكترون ها

خروج الكترون ها

ايجاد ترانزيستور اثر ميدان

(FET)

لتاجی

دیک

ونیتر

لکا

نفوذ فلز سه ظرفيتي )مانند Pاينديم( و ايجاد ناحيه اي از نوع

nبا غلظتي بيش از ناحيه و ايجاد اتصالي به نام گيتو ايجاد اتصالي به نام گيت

كانال ناميده مي شود كانال ناميده مي شودnnناحيه ناحيه

باياس ترانزيستور و نحوه كاركرد آن

لتاجی

دیک

ونیتر

لکا

اگ�ر ه�ر س�ه پاي�ه س�ورس و درين را اتص�ال كوت�اه ك�نيم هيچ جري�اني از كان�ال نمي گ�ذرد و دو ناحي�ه

P و n.توسط ناحيه تخليه از هم جدا مي شوند

ناحيه تخليه )سد(

1

لتاجی

دیک

ونیتر

لکا

ب�ه و س�ورس درين پاي�ه دو بين ولت�اژ منب�ع اتص�ال باش�د ت�ر مثبت ب�ه س�ورس نس�بت درين ك�ه ط�وري

باعث :افزايش ولتاژ باعث عبور جريان از كانال مي شودافزايش ولتاژ باعث عبور جريان از كانال مي شود- در گرايش معكوس قرار مي گيرد در گرايش معكوس قرار مي گيردpnpnاتصال اتصال -ناحيه تخليه )سد( در داخل كانال نفوذ مي كندناحيه تخليه )سد( در داخل كانال نفوذ مي كند-ش�ود. - مي مس�دود كان�ال ولت�اژ بيش�تر اف�زايش ش�ود. با مي مس�دود كان�ال ولت�اژ بيش�تر اف�زايش با

ولت��اژ ((VpVp)ولتاژ بحراني )ولتاژ بحراني ب��ه رس��يدن هنگ��ام در جري�ان ح�داكثر FETبح�راني ب�ه

– س�ورس( درين اش�باع )جري�ان مي رسد

ولت��اژ ب��ه رس��يدن هنگ��ام در جري�ان ح�داكثر FETبح�راني ب�ه

– س�ورس( درين اش�باع )جري�ان مي رسد

افزايش بيش از حد ولتاژ درين – سورس باعث

شكست بهمني يا سوختن ترانزيستور مي شود

افزايش بيش از حد ولتاژ درين – سورس باعث

شكست بهمني يا سوختن ترانزيستور مي شود

2

باياس ترانزيستور و نحوه كاركرد آن

لتاجی

دیک

ونیتر

لکا

3

باياس ترانزيستور و نحوه كاركرد آن

4

افزايش

VDS

افزايش

VDS

لتاجی

دیک

ونیتر

لکا

منب)))ع اتص)))ال گيت بين ولت)اژ در س))ورس و معك))وس جهت

باعث:گس���ترش -چ����ه ه����ر س���������ريعتر تخلي�ه ناحي�ه

در كانال

باياس ترانزيستور و نحوه كاركرد آن

5

در صورتيكه ولتاژ درين – سورس را بيش از ولتاژ بحراني انتخاب كنيم:

با افزايش ولتاز گيت سورس سرانجام جريان درين صفر خواهد

يا ولتاژ قطع شد. كه به اين ولتاژ ، شود.شود. ناميده مي آستانه

لتاجی

دیک

ونیتر

لکا داش��تن منظ��ور ب��ه درعم��ل

به��تر الك��تريكي مشخص��ات ط�رف دو در را گيت ناحي�ه اين و كنن�د ايج�اد مي كان�ال هم ب��ه داخ��ل از ناحي��ه دو

متصل مي شود.

پيش��روي ح��الت اين در ناحي�ه تخلي�ه متناس�ب خواه�د

بود

لتاجی

دیک

ونیتر

لکا

FETعالمت اختصاري

لتاجی

دیک

ونیتر

لکا

لتاجی

دیک

ونیتر

لکا

تغي�يرات ترانزيس�تور اين در ب��ه وابس��ته درين جري��ان

مي باشدVGS و VDSتغييرات منحني مشخصه

FET

: قط��ع ناحي��ه ولت��اژ رس��يدن

VGS ولت��اژ ب��ه آس�تانه و تس�خير توس��ط كان��ال تخلي��ه ناحي��ه از جري�اني هيچ درين نمي گذرد

خطي: ناحي�ه ناحي�ه اين در مق��اومت مانن��د ترانزيس��تور خطي عم�ل مي كن�د و مق�دار

مق�دار ب�ا مي VGSآن تغي�ير كند.

اش�باع: ناحي�ه ناحي�ه اين در ترانزيس�تور مانن�د منب�ع جري�ان ش�رط كن�د مي عم�ل ث�ابت اين در ترانزيس��تور حض��ور

ناحيه :VDS VP + VGS

ترانزيستور اثر ميدان با گيت عايق شده

Isolated Gate Field Effect Transistor (IGFETIGFET)

لتاجی

دیک

ونیتر

لکا

به دلي�ل اف�زايش جري�ان نش�تي گيت – س�ورس ب�ا اف�زايش گيت آن ورودي مق��اومت ك��اهش و محي��ط دم��اي ج�دا كان�ال از اكس�يد س�يليكون الي�ه ي�ك ب�ا ترانزيس�تور

. كن�د نمي عب�ور آن از و هيچ جري�اني )مق�اومت ش�ده ورودي بي نهايت( MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET)ترانزيس�تورجديد ناميده مي شود.

N Channel Mosfet

لتاجی

دیک

ونیتر

لکا

لتاجی

دیک

ونیتر

لکا

(L) و طول کانال (W)عرض کانال - n کانال بدنه از نوع p و در نوع pبدنه از نوع N channel در نوع-

..ساخته می شود

N Channel Mosfet

لتاجی

دیک

ونیتر

لکا

N Channel Mosfet

عملکرد ترانزیستور با ولتاژ گیت صفرعملکرد ترانزیستور با ولتاژ گیت صفردو الی�ه فل�زی م�وازی گیت و بدن�ه ص�فحات ی�ک خ�ازن و الی�ه اکس�ید ن�یز ع�ایق آن -

را تشکیل می دهد. )اتص�ال س�ورس – بدن�ه و درین – بدن�ه( دو دی�ود پش�ت ب�ه پش�ت را pnدو اتص�ال -

تشکیل می دهدپای�ه ه�ای س�ورس و درین بوس�یله دو ناحی�ه تخلی�ه ایزول�ه ش�ده و جری�انی بین آن -

ها برقرار نیست.ایجاد کانال به منظور برقراری جریانایجاد کانال به منظور برقراری جریان

بارهای مثبت حاصل از اتصال گیت به ولتاژ مثبت به گیت اعمال می شود.-( می رانن�د و ناحی�ه تخلی�ه pباره�ای مثبت حف�ره ه�ا را ب�ه س�مت پ�ائین بدن�ه )ناحی�ه -

ای در منطقه زیر ناحیه گیت شکل می گیرد.همزم�ان ب�ا اف�زایش ولت�اژ گیت )رس�یدن ب�ه ولت�اژ آس�تانه( الک�ترون ه�ا در س�طح -

س�ورس و Nزیرالی�ه تجم�ع می کنن�د )ولت�اژ مثبت گیت الک�ترون ه�ا را از ن�واحی درین جذب می کند(

ب�اعث ایج�اد کان�الی ب�ه منظ�ور برق�راری جری�ان بین س�ورس و درین nدو ناحی�ه -عمل می کنند.

لتاجی

دیک

ونیتر

لکا

(VDS)اعمال ولتاژ به درین - سورس کان�ال الق�ائی بوج�ود آم�ده و VGS > Vtدر ص�ورت اعم�ال -

می نامندنوع افزایشی ترانزیستور را الک�ترون ه�ای آزاد بین س�ورس و درین VDSبا اعم�ال -

از ناحیه کانال القائی عبور می کنند )ایجاد جریان(ش�ده - ایج�اد جری�ان ح�رکت (iD)جهت جهت عکس

بارهای منفی است. کن�ترل می (overdrive volta)کان�ال بوس�یله ولت�اژ م�وثر -

Vov=Vgs-Vtشود داریم : - : با است برابر کانال در موجود الکترون = |Q|بار

CoxWLvOV در واح�د س�طح Coxظرفیت خ�ازن ایج�اد ش�ده در قطع�ه -

قطعه تعریف می شود.-MOSFET ی�ک عن�وان ب�ه ت�وان می ناحی�ه این در را

اف�زایش ب�ا عکس مق�اومت خطی در نظ�ر گ�رفت ک�ه ولتاژ گیت برابر است. )شکل مقابل را مالحظه کنید(

N Channel Mosfet

لتاجی

دیک

ونیتر

لکا

N Channel Mosfet

(VDS)افزایش ولتاژ درین - سورس ولت�اژ در ط�ول کان�ال VDSبا اف�زایش -

اف�زایش و ولت�اژ بین گیت VDS ت�ا 0از VGS-VDS در س�ورس ت�ا VGSو کان�ال از

در درین کاهش می یابد.نقط��ه - نقط��ه VDSsat= VGS-Vtدر

بحرانی ایجاد می شود.VDS < VDSsatناحیه تریودی : -VDS VDSsatناحیه اشباع : -

لتاجی

دیک

ونیتر

لکا

MOSFETMOSFET P-channelP-channel pp و الی�ه ه�ای س�ورس و درین از ن�وع و الی�ه ه�ای س�ورس و درین از ن�وع nnدر این ن�وع الی�ه بدن�ه از ن�وع در این ن�وع الی�ه بدن�ه از ن�وع -

می باشند.می باشند.سورس به ولتاژ باال و درین به ولتاژ پائین متصل می شود.سورس به ولتاژ باال و درین به ولتاژ پائین متصل می شود.-باره�ای - ب�اعث تجم�ع این اعم�ال می ش�ود و ب�ه گیت باره�ای ولت�اژ منفی ب�اعث تجم�ع این اعم�ال می ش�ود و ب�ه گیت ولت�اژ منفی

ب�ه س�مت پ�ائین بدن�ه ب�ه س�مت پ�ائین بدن�ه ((nn))منفی در گیت و الک�ترون ه�ا در الی�ه بدن�ه منفی در گیت و الک�ترون ه�ا در الی�ه بدن�ه رانده می شوند. )ناحیه تخلیه زیر الیه گیت ایجاد می شود(رانده می شوند. )ناحیه تخلیه زیر الیه گیت ایجاد می شود(

( حف�ره ه�ا موج�ود در الی�ه ( حف�ره ه�ا موج�ود در الی�ه VtVtبا اف�زایش ولت�اژ منفی گیت )ب�االتر از با اف�زایش ولت�اژ منفی گیت )ب�االتر از - جذب و در ناحیه زیر گیت تجمع می کنند جذب و در ناحیه زیر گیت تجمع می کنندppهای های

الق�ائی - الق�ائی ناحی�ه ( جهت برق�راری جری�ان بین س�ورس و ( جهت برق�راری جری�ان بین س�ورس و pp )کان�ال )کان�ال ppناحی�ه درین ایجاد می شود.درین ایجاد می شود.

Complementary MOSCMOS

لتاجی

دیک

ونیتر

لکا

CMOSCMOSدر تکنولوژی در تکنولوژی استفاده می شود. استفاده می شود.NMOSNMOS و یک و یک PMOSPMOSاز یک از یک

فل)ز ی)ک و نیم)ه رس)انا ی)ک پیون)د بوس)یله فل)ز دی)ود ش)اتکی ی)ک و نیم)ه رس)انا ی)ک پیون)د بوس)یله دی)ود ش)اتکی نیم)ه ه)ادی پیون)د،پیون)د فل)ز – این ب)ه نیم)ه ه)ادی ایج)اد میش)ود ک)ه پیون)د،پیون)د فل)ز – این ب)ه ایج)اد میش)ود ک)ه موليب)دنوم ، اس)تفاده م)ورد فل)ز معم)وال میش)ود موليب)دنوم ، گفت)ه اس)تفاده م)ورد فل)ز معم)وال میش)ود گفت)ه

NNپالتين ، ك)روم و ی)ا تنگس)تن اس)ت و نیم)ه ه)ادی از ن)وع پالتين ، ك)روم و ی)ا تنگس)تن اس)ت و نیم)ه ه)ادی از ن)وع NNمیباش)د. قس)مت فل)زی بعن)وان آن)د و نیم)ه ه)ادی ن)وع میباش)د. قس)مت فل)زی بعن)وان آن)د و نیم)ه ه)ادی ن)وع

بعنوان کاتد دیود عمل میکند.بعنوان کاتد دیود عمل میکند.