De VELDEFFECT Transistor (Field Effect Transistor)

npfet.png
Hierboven de algemeen toegepaste symbolen voor de FET(transistor) in schakelingen, op finimuis.nl zijn deze symbolen ook in gebruik.
Op dezelfde wijze, als bij bipolaire-transistors zijn er voor de FET-transistors eveneeens twee uitvoeringen.
Bij FET-transistors worden N-kanaal FET of P-kanaal FET genoemd, en worden in specifieke schakeling af en toe nog gebruikt. Tegenwoordig past men voor algemene doeleinden vaak MOSFET-transistors toe, deze behandelen we in een apart hoofdstuk.
Omdat de standaard FET-transistor opgebouwd is uit N en P halfgeleider-overgangen (junction), spreekt men veelal voor standaard FET's over N-kanaal JFET of P-kanaal JFET

Een veldeffecttransistor, bezit gewoonlijk drie aansluitingen: de source(S), de drain(D) en de gate(G).
Hieronder staan de eerder aangegeven symbolen, met daarbij de namen van de aansluitingen.
npfet1.png

Op de afbeelding hieronder, staat schematisch de opbouw van de N-kanaal JFET en P-kanaal JFET weergegeven
pnjunctionfet.png

Het werkingsprincipe van de veldeffecttransistor was al in de jaren 20 van de 20e eeuw bekend, ruim voordat de bipolaire transistor ontwikkeld is. veldeffecttransistors konden pas nadat de halfgeleidertechnologie voldoende ontwikkeld was, seriematig gefabriceerd worden.

Een veldeffecttransistor is een unipolaire transistor en bestaat uit een geleidingskanaal tussen de aansluitingen source(S) en drain(D), waarvan de geleiding benvloed kan worden door het elektrische veld van de spanning op de gate(G).
De veldeffecttransistor heet unipolair omdat slechts n soort ladingsdrager(gaten of elektronen) deelneemt aan de stroom tussen source en drain.
De spanning op de gate zorgt voor het breder worden of verdwijnen van het geleidingskanaal tussen source en drain waarmee de stroom van source naar drain te sturen is.
In tegenstelling tot een bipolaire transistor loopt bij een FET geen stroom van betekenis door de gate zoals door de basis van een bipolaire transistor.

Bekijk onderstaande Tabel voor de verschillende soorten FET-transistors.
Omschrijving: Naam waaronder deze bekend is:
sperlaag-veldeffecttransistor J-FET
metaaloxide-halfgeleider-veldeffecttransistor MOS-FET
Schottky-veldeffecttransistor MES-FET
High Electron Mobility transistor HEMT
Ion-Sensitive veldeffecttransistor IS-FET
organische veldeffecttransistor O-FET
Van alle soorten kan het geleidingskanaal bestaan uit N-gedoteerd(N-kanaal type) of uit P-gedoteerd(P-kanaal type) halfgeleidermateriaal.
De twee meest gebruikte soorten van de FET zijn: de J-FET en de MOS-FET.
Opbouw van de J-FET. Bij het N-kanaal-type bevindt het geleidingskanaal zich als een N-gedoteerde zone in het P-gedoteerde materiaal van de gate.
Het geleidingskanaal is dus van de gate gescheiden door een PN-overgang(junction).
De PN-overgang tussen gate en kanaal is in normaal bedrijf in sperrichting geschakeld, zodat de stroom door de gate in de grootte-orde van de lekstroom van een gesperde diode is.
In het P-kanaal-type is op de gebruikelijke wijze alles tegengesteld uitgevoerd, gelijk aan het verschil tussen een bipolaire NPN en PNP transistor.

Een nadeel van de FET is de gevoeligheid voor elektrostatische lading.
Doordat de gate hoogohmig is, kan een eventuele statische lading niet wegvloeien en zo een hoge spanning opbouwen op de gate. Deze hoge spanning kan de FET onherstelbaar beschadigen.

In tegenstelling tot een bipolaire transistor, die een diode-effect vertoont, waarbij de stroom slechts in n richting kan lopen en daarbij een spanningsval van meestal 0,7 Volt heeft, gedraagt een FET zich als een transconductor met twee gebieden.
Bij een negatieve kniespanning of lager op de gate is de FET volledig gesoleerd. Neemt de spanning af, dan zit de FET in het actieve werkgebied. In dit werkgebied heeft de FET twee karakteristieken.
Bij een lage source-drain spanning is sprake van een redelijk lineaire weerstand doordat er geen N-P of P-N-overgang aanwezig is, maar slechts een enkele N- of N-laag.
Dus de drainstroom is rechtevenredig met de drain-source spanning. In dit gebied worden signaal-FETs gebruikt als instelbare weerstand voor bijvoorbeeld toonregeling of volumeregeling. Maar ook vermogens-FETs als schakelaar met een doorlaatweerstand van slechts 0,02 Ohm in bijvoorbeeld omvormers.
Bij een hogere omslag source-drain spanning komt de FET in verzadiging en gedraagt de FET zich als een vrijwel ideale stroombron, beter dan een transistor.
Hoe verder de gatespanning stijgt c.q. minder negatief wordt, hoe kleiner de weerstand en hoe hoger de stroombronstroomsterkte in hun respectievelijke gebieden.
Bij een gatespanning van circa 10 Volt boven de sourcespanning(dit alles bij een n-kanaal type) is de minimale weerstand resp. hoogste waarde van de sterkte van de stroombron bereikt.
De gevoeligheid van de gatespanning op de drainstroom wordt transconductantie genoemd en wordt in milli- of microsiemens uitgedrukt. In dit werkgebied worden FETs in signaalversterkerschakelingen gebruikt.
Er is extra aandacht nodig om FETs als signaalversterker te gebruiken, omdat ze zich slechts met compensatieschakelingen voldoende lineair gedragen.

Alle in bovenstaande tabel genoemde soorten FET's hebben karakteristieke eigenschappen
In een schakeling kunnen ze niet zonder meer verwisseld worden.
Zo zijn J-FETs zowel gevoelig voor de gate-drainspanning als de gate-sourcespanning.
MOSFETs van het "enhancement-" of verrijkingstype isoleren of sperren als de gatespanning gelijk is aan de sourcespanning; pas met een positieve gatespanning komen deze in geleiding.
Sommige FET's kennen in het gebruik geen verschil tussen de source en de drain, maar door geavanceerde constructietechnieken, bijvoorbeeld het variren van de dikte van de N- of P-laag, is het mogelijk om een FET specifiek gevoelig te maken voor het potentiaalverschil tussen gate en source, terwijl de invloed van de spanning tussen gate en drain te verwaarlozen is.

Codering van FET transistors.

Omdat er wereldwijd diverse fabrikanten FET transistors zijn gaan produceren, waarbij iedere fabrikant een eigen codering gebruikte ontstond een warboel van coderingen.
Om bovenstaande reden, zijn er snel Internationale standaarden ontwikkeld.

JEDEC: Amerikaanse codering opgesteld door de Joint Electronic Device Engineering Council. De JEDEC-code levert bijvoorbeeld de bekende FET transistor code als 2N3823 op.
JIS: Japanse codering, opgesteld door de Japanese Industrial Standard. De JIS-code zadelt de wereld op met de N-kanaal FET zoals 2SK606.
Pro-electron: Europese standaard codering. De Pro-electron code levert een diode met de benaming als BF256b op.

Hieronder worden de 3 bovengenoemde standaarden/coderingen verklaard, LET OP: deze codering voor voor meerde soorten Halfgeleiders toegepast, en niet alleen voor transistors.

de JEDEC-codering:

De samenstelling van de codering: CIJFER - N - Serienummer - (eventueel achtervoegsel)
Het cijfer geeft het aantal PN-overgangen van de halfgeleider aan volgens onderstaande tabel:

Aantal PN-overgangen Het soort halfgeleider
2 Bipolaire en/of JFET TRANSISTOR
3 (dual gate) MOSFET

De letter N welke direct na het cijfer komt is bij JEDEC altijd een N.

Het serienummer welke na de letter N komt kan liggen tussen 100 tot en met 9999 en geeft u geen extra informatie over het component
Klik hier voor een link naar 2N3823 N-kanaal FET in een TO72-omhulling.

de JIS-codering:

De samenstelling van de codering: CIJFER - 2 LETTERS - Serienummer - (eventueel achtervoegsel)
Het cijfer geeft het aantal PN-overgangen van de halfgeleider aan volgens onderstaande tabel:

Aantal PN-overgangen Het soort halfgeleider
2 Bipolaire en/of JFET TRANSISTOR
3 (dual gate) MOSFET TRANSISTOR

De 2 letters welke direct na het cijfer volgen geven bij JIS het toepassingsgebied aan, volgens onderstaande tabel:
Letters Toepassingsgebied
SJ P-kanaal Field Effect Transistor of MOSFET
SK N-kanaal Field Effect Transistor of MOSFET

Het serienummer welke na de twee letters komt kan liggen tussen 10 tot en met 9999 en geeft u geen extra informatie over het component
Het eventuele achtervoegsel (welke niet verplicht is), heeft te maken met de goedkeuring voor bijvoorbeeld Militaire toepassingen.

LET OP:

omdat codering van Japanse componenten altijd met 2S begint, kan dit soms worden weggelaten bij het stempelen. Een 2SK1924 transistor bijvoorbeeld, kan als K1924 zijn gestempeld(zie de afbeelding hieronder).
2sk1924.png

de Pro-Electron-codering:

De samenstelling van de codering: LETTER - LETTER - (soms)LETTER - Serienummer - (eventueel achtervoegsel)
De eerste letter geeft het materiaal weer, waauit de halfgeleider opgebouwd is, volgens onderstaande tabel:

Letter Soort materiaal
A Germanium, met een doorlaatspanning van 0,6 tot 1,0 Volt.
B Silicium, met een doorlaatspanning van 1,0 tot 1,3 Volt
C Gallium arsenide, met een doorlaatspanning van meer dan 1,3 Volt
R Materialen voor fotogevoelige en magnetisch gevoelige halfgeleiders, bijvoorbeeld cadmium sulfide

De tweede letter geeft informatie over het toepassingsgebied van het component, volgens onderstaande tabel:

Letter Toepassing
A Algemene laagvermogen diode voor hoogfrequent toepassingen, mengschakelingen en schakeltoepassingen
B Diode met veranderlijke capaciteit, varicap
C Klein signaal transistor voor audio toepassingen met thermische weerstand groter dan 15 K/W
D Vermogenstransistor voor audio toepassingen met thermische weerstand kleiner dan 15 K/W
E Tunnel diode
F Klein signaal hoogfrequent transistor met thermische weerstand groter dan 15 K/W
G Diode voor hoogfrequente oscillatie- toepassingen
H Component dat reageert op variaties in een magnetisch veld, zoals Hall-elementen
L Vermogenstransistor voor hoogfrequent toepassingen met thermische weerstand kleiner dan 15 K/W
N Optische koppelaar (optocoupler)
P Component dat gevoelig is voor straling
Q Diode die straling uitzendt, zoals een Light Emitting Diode (LED)
R Laagvermogen thyristor of triac met thermische weerstand groter dan 15 K/W
S Laag vermogen schakel Bipolaire transistor of MOSFET, met thermische weerstand groter dan 15 K/W
T Hoogvermogen thyristor of triac met thermische weerstand kleiner dan 15 K/W
U Hoogvermogen transistor voor schakel toepassingen met thermische weerstand kleiner dan 15 K/W
X Diode als vermenigvuldiger gebruikt, bijvoorbeeld een varactor
Y Vermogensdiode, zoals gelijkrichter en booster
Z Zenerdiode, referentiediode, spanningsbegrenzende diode

De(eventuele) 3e letter ,geeft aan dat de halfgeleider ontwikkeld is voor professionele of militaire toepassingen.Hiervoor worden de letters S, T, V, W, X, Y of Z gebruikt waarbij geen verklaring te vinden is voor de keuze van een bepaalde letter.

Het serienummer welke na de letter(s) komt kan liggen tussen 10 tot en met 9999 en geeft u geen extra informatie over het component.
Klik hier voor de datasheet van de BF256B N-kanaal JFET in een TO92-omhulling.

Voor detail-informatie, kunt u via een zoekmachine op internet voor nagenoeg iedere FET datasheet-informatiebladen vinden.


Laatste update : 13 februari 2015

Terug naar de Transistor pagina
Terug naar Component informatie
Terug naar Startpagina
Email aan Finimuis.nl