ΤΡΑΝΖΙΣΤ0Ρ ΕΠΙΔΡΑΣΕΩΣ ΠΕΔΙΟΥ FET

FET

Το FET είναι τρανζίστορ  που το ρεύμα του οφείλεται σε ένα είδος φορέων , σε αντίθεση με το διπολικό τρανζίστορ. Όπως στο διπολικό τρανζίστορ το ρεύμα ελέγχεται από το πολύ μικρό ρεύμα  βάσης, στο FET το ρεύμα ελέγχεται από μια πολύ μικρή τάση στην πύλη (G). Ένα βασικό πλεονέκτημα των FET είναι η πολύ μεγάλη αντίσταση εισόδου , και ένα βασικό μειονέκτημα η μικρή απόκριση τους σε υψηλές συχνότητες.

Κάθε FET έχει τρείς ακροδέκτες : G (Πύλη), D ( απαγωγός), S (πηγή).

¨Ενα FET μπορεί να είναι διαύλου τύπου n ,όπου το ρεύμα οφείλεται σε ηλεκτρόνια η διαύλου τύπου p ,όπου το ρεύμα οφείλεται σε οπές.

Τα FET μπορεί να είναι JFET η JGFET ( MOSFET).

JFET

Σε ένα JFET υπάρχει ρεύμα Id μέσω του διαύλου το οποίο βασικά ελέγχεται από την Vgs. Επειδή η Vgs είναι ανάστροφη πόλωση , όταν γίνει αρκετά μεγάλη , κλείνει τελείως ο δίαυλος και έχουμε Id=0 τότε Vgs=Vp , θα λέμε τάση φραγής.

Όταν η  Vds  είναι μεγαλύτερη της Vp τότε η λειτουργία λέγεται , πέραν της φραγής και είναι η πιο συνηθισμένη λειτουργία των FET. Στους ενισχυτές τα FET πολώνονται σε περιοχή πέραν της φραγής.

Σε περιοχή προ της φραγής τα FET χρησιμοποιούνται σαν VVR (ελεγχόμενη αντίσταση ), δηλαδή η αντίσταση του διαύλου ρυθμίζεται από την Vgs.

Στο σχήμα 1.α. φαινεται ο συμβολισμός ενός JFET  τύπου n & p.

Στο σχήμα 1.β. είναι οι χαρακτηριστικές ενός τύπου n .
Για Vds από 0 έως Vp ( για Vgs=0) , έχουμε την περιοχή προ της φραγής, που το JFET συμπεριφέρεται σαν αντίσταση ελεγχόμενη από την Vgs.
Μετά την   τάση φραγής έχουμε πολύ μικρή αυξηση του Id , με την αύξηση του Vds, μέχρι την τιμή της Vds που το ρεύμα αυξάνεται απότομα.
Οι τιμές της Vgs είναι αρνητικές για τρανζίστορ τύπου n.
Στο σχήμα 1.γ. βλέπουμε , για σταθερό Vds , το ρεύμα να μηδενίζεται για Vgs=Vp και να γίνεται μέγιστο Idss για Vgs = 0.

Όπου  id=Idss.(1-Vgs/Vp)2
Διαφορίζοντας Δid/ΔVgs  βρίσκουμε την διαγωγιμότητα gm=-(2Idss/Vp).(1-Vgs/Vp).
Για τα JFET τύπου p ισχύουν τα ίδια με αντίθετες πολικότητες των τάσεων.

Ισοδύναμο FET

 Εδώ έχουμε ένα πολύ πιο απλό ισοδύναμο από το διπολικό τρανζίστορ, διότι η αντίσταση εισόδου είναι πολύ μεγάλη , δηλαδή η είσοδος είναι κομμένη.
id και rd  είναι αντίστοιχα το ρεύμα και η δυναμική αντίσταση του διαύλου.
gm=Δid/ΔVgs διαγωγιμότητα του  FET για σταθερό Vds. Η διαγωγιμότητα δεν είναι σταθερή όπως φαίνεται απο το σχήμα 1. γ. , αφου η καμπύλη δεν είναι ευθεία.

Στο σχήμα 2 έχουμε τις χαρακτηριστικές του JFET.

Στο σχήμα 3. 'εχουμε πόλωση με διαιρέτη τάσης στην πύλη του τρανζίστορ και θέλουμε να υπολογίσουμε τα στοιχεία του ενισχυτή , χρησιμοποιώντας τις χαρακτηριστικές του σχήματος 2.

Από τις χαρακτηριστικές σχ 2. έχουμε  περίπου Vgs=-2volt , Vds=10 volt $ Id = 5mA.

Αν  επιλέξουμε Rs = 1k τότε Vs=Id.Rs=5volt  , Vd=15 volt & Rd=(Vdd-Vd)/Id =1K

Vg= 3 volt και από το διαιρέτη τάσης R1,R2  Vg= R2.Vdd/(R1+R2) .,  3=R2.20/(R1+R2) , 17R1/3 = R2

Αν επιλέξουμε  R2=1M  ώστε να μην μειωθεί η αντίσταση εισόδου τότε πρέπει R2=5,6M.

Παρακάτω θα υπολογίσουμε τις επιδόσεις μιας τέτοιας ενισχυτικής βαθμίδας JFET με διαιρέτη τάσης.



Το ισοδύναμο κύκλωμα μιας ενισχυτικής βαθμίδας FET κοινής πηγής , με διαιρέτη τάσης είναι το εξής :


Όπου Rg= R1//R2

Εφ όσον στην είσοδο το ρεύμα θεωρείται σχεδόν μηδέν , η αντίσταση που βλέπει η τάση εισόδου είναι η  Rin=Rg

Στην έξοδο η τάση εξόδου βλέπει αντίσταση Rout=Rd//RL

Για να  υπολογίσουμε την ενίσχυση τάσης έχουμε :

Απότην είσοδο:   Vi = Vgs + Id.Rs = Vgs + gm.Vgs.Rs = Vgs.(1 + gm.Rs )

Απότην έξοδο έχουμε:   Vo =-Id.(Rd//RL )=-gm.Vgs.(Rd//RL)

Άρα:   Av = Vo/Vi = - (Rd//RL) / (Rs + 1/gm)

ΣΧΗΜΑ 4.

Παρακάτω υπολογίζουμε τις επιδόσεις μιας ενισχυτικής βαθμίδας με FET τύπου n, στο α) το κύκλωμα όπου θεωρούμε ότι δεν υπάρχει ο πυκνωτής παράκαμψης της αντίστασης Rs. Στο β) το ισοδύναμο κύκλωμα χωρίς τον πυκνωτή.
Η σχέση 1. είναι η ενίσχυση με την αντίσταση Rs, η σχέση 2. η ενίσχυση αν βάλουμε τον πυκνωτή διέλευσης, οπότε Rs=0, και στην σχέση 3. η ενίσχυση αν η αντίσταση της πηγής θεωρηθεί αμέλητέα ως προς την αντίσταση εισόδου.

ΛΥΣΗ
Υπολογίζουμε το Id  Vd=Vdd-Id.Rd   Id=6mA.
Υπολογίζουμε την τάση Vg  από τον διαιρέτη τάσης R1,R2: Vg= R2.Vdd/(R1+R2) = 2,1Volt.
Από τον τύπο :
Id=Idss.(1-Vgs/Vp)2 υπολογίζουμε την Vgs=-0,8 Volt. Άρα Vs=2,9 Volt  Άρα  Rs=Vs/Id=0,5 K
Υπολογίζουμε την : gm=-2Idss.(1-Vgs/Vp) = 3,6/KΩ. 

Rin=Rg=R1//R2=0,4M
Rout=Rd=1K
Επειδή Rπ=0 η αντίσταση της πηγής, και βάζοντας τον πυκνωτή παράκαμψης Rs=0
θα έχουμε για την ενίσχυση τάσης :

Av=-gm.(Rd//Rl)=-1,8

Συνεχίζεται.......